通过生物聚合物包封技术实现智利特有浆果提取物的理化性质及在胃肠道中的释放过程

《LWT》：Physicochemical properties and gastrointestinal release of Chilean endemic berry extracts via biopolymer encapsulation

　　藻酸盐/卡拉胶微球封装可提升智利Calafate（Berberis microphylla）和Chequén（Luma chequen）浆果提取物的热稳定性（Tmax达266℃）及肠道可控释放（180分钟内释放率80-85%）。通过HPLC-DAD-QTOF-MS鉴定了两者多酚成分，发现Chequén总多酚（31.65 mg GAE/g）和Calafate总花青素（424.07 mg C3G/100g）含量显著高于 counterpart。体外消化实验证实封装后花青素在胃酸中稳定性提高，并在肠道碱性环境实现缓释。FTIR和SEM显示微球表面粗糙度与多酚-多糖氢键结合相关，影响释放动力学。

　　天然植物提取物因其丰富的生物活性成分而备受关注，这些成分在食品和制药行业中具有潜在的治疗价值。例如，智利本地的浆果如*Berberis microphylla*（calafate）和*Luma chequen*（chequén）的多酚提取物展现出高抗氧化活性，但其稳定性较差，容易在环境和胃肠道条件下发生降解。为了解决这一问题，本研究评估了使用海藻酸/卡拉胶微球进行封装的策略，以增强这些提取物的稳定性和功能。通过HPLC-DAD和HPLC-QTOF-MS分析，研究人员识别了这些提取物中的主要多酚成分，同时利用DPPH、ABTS和FRAP实验检测了其抗氧化活性。此外，总多酚含量（TPC）和总花青素含量（TAC）也通过分光光度法进行测定。封装后的系统进一步通过FTIR、SEM和*in vitro*胃肠道消化实验进行分析。研究发现，*L. chequen*提取物的总多酚含量最高（31.65 ± 0.01 mg GAE/g），并且表现出最强的还原能力（467.97 ± 1.09 μmol TE/g），而*B. microphylla*则显示出最高的花青素含量（424.07 ± 5.82 mg C3G/100 g）和高达94%的DPPH自由基清除率。封装在海藻酸/卡拉胶微球中显著提高了热稳定性（T_max = 266°C），并在模拟消化条件下实现了花青素的受控释放，180分钟内达到80–85%的肠道释放率。这些发现表明，海藻酸/卡拉胶系统能够维持多酚和抗氧化活性，支持其作为天然功能性成分在营养补充剂配方中的应用潜力。

多酚化合物在自然来源中广泛存在，它们在预防慢性疾病和抗氧化方面具有重要作用。这些化合物在细胞中中和自由基，从而减少氧化应激，这与多种慢性疾病的发病机制密切相关，如神经退行性疾病、心血管疾病和某些类型的癌症。近年来，研究表明膳食多酚能够显著降低氧化应激引起的细胞损伤和炎症，从而降低慢性疾病的风险。智利特有的*Berberis microphylla*和*Luma chequen*水果因其药用价值在土著社区中备受重视，不仅具有文化意义，还富含营养和化学多样性。calafate提供碳水化合物、膳食纤维、维生素C和钾、锌、锰等必需矿物质，同时含有高浓度的花青素、羟基肉桂酸和黄酮类物质，这些成分使其具有强抗氧化活性。而chequén虽然研究较少，但其组成中也含有丰富的有益成分，包括膳食纤维、萜类化合物如α-吡喃和1,8-樟脑醇，这些化合物表现出强大的抗氧化和抗菌特性。最近的研究进一步表明chequén提取物对DPPH自由基具有显著的抗氧化作用，凸显了其作为抗菌剂的潜在应用价值。

尽管这些成分在植物体内具有一定的稳定性，但一旦提取，它们对环境因素如温度、氧气暴露和光照非常敏感。此外，在摄入后，它们在胃肠道中会受到pH值、酶和其他因素的影响而发生降解。因此，直接使用这些提取物在食品和药品应用中面临诸多挑战，如与其它食品成分的不良相互作用、苦味、生物利用度低和溶解性差。为了解决这些问题，开发了多种策略以提高富含生物活性化合物的食品在储存、加工和消化过程中的稳定性，从而增强其胃肠道吸收和整体质量。喷雾干燥是工业中广泛使用的手段，因其可扩展性和相对低成本，但高温可能部分降解热敏性化合物。冷冻干燥可以避免热应力，保留有益代谢物，但耗能高，大规模生产存在挑战。乳化技术也作为一种有用的方法，提高了脂溶性化合物的溶解性和分散性，但乳液在消化过程中的稳定性可能有限。脂质体封装能够提供高效的保护并增强肠道吸收，但材料的可扩展生产和磷脂的氧化敏感性限制了其应用。水凝胶和生物聚合物封装也被探索用于提供生物活性化合物的受控释放。其中，使用天然来源的生物聚合物作为封装材料显示出良好的前景，能够为天然提取物提供生物相容的保护矩阵。海藻酸是一种常用的封装材料，通过与钙离子的离子交联形成凝胶矩阵，这种结构被称为“蛋盒结构”，能够将生物活性成分包裹在其中。为了优化海藻酸系统的物理化学和机械性能，研究者们通过添加不同类型的胶体（如黄原胶、瓜尔胶、阿拉伯胶）或其他天然来源的生物聚合物（如卡拉胶、壳聚糖、果胶、琼脂）来改进其性能。卡拉胶由重复的半乳糖和3,6-脱水半乳糖单元组成，带有硫酸酯基团，其结构根据卡拉胶的类型（κ、ι或λ）在不同位置和百分比上变化。这种结构在与钾离子发生交联后，与海藻酸基质表现出协同作用，特别是κ-卡拉胶，可以形成更强和更弹性的凝胶。

尽管海藻酸和卡拉胶在消化过程中不可被消化，但之前的研究表明这些基质能够在胃肠道中逐渐释放多酚和黄酮类化合物，使其与肠道中的微生物群落相互作用，从而保持其生物活性并支持潜在的微生物介导的健康益处，如其他海藻酸-卡拉胶系统在模拟消化条件下所报告的。总体而言，使用这些聚合物混合物作为载体可以避免其他方法的缺点，如喷雾干燥过程中多酚的热降解、冷冻干燥的高能耗或脂质体的不稳定性与高成本。然而，海藻酸-卡拉胶系统的局限性在于其对离子强度的敏感性，这可能影响珠粒的完整性和释放行为。尽管如此，它们仍代表了一种平衡且实用的解决方案，适用于富含多酚的提取物。

为了评估这些封装策略的有效性，研究者们使用了多种分析技术。例如，傅里叶变换红外（FT-IR）光谱用于表征封装材料与浆果提取物之间的相互作用，这项技术已被广泛应用于识别聚合物基质和天然提取物中的多酚化合物。此外，热重分析（TG）和差示热重分析（DTG）用于评估封装系统在模拟消化条件下的热稳定性。扫描电子显微镜（SEM）用于观察珠粒的形态，从而确定其大小和形状。珠粒的降解实验在模拟胃肠道条件下进行，以评估其在消化过程中的稳定性。这些实验显示，封装后的珠粒在模拟消化过程中表现出受控的花青素释放，特别是在肠道阶段达到80–85%的释放率。这表明海藻酸/卡拉胶系统能够有效维持多酚和抗氧化活性，支持其作为天然功能性成分在营养补充剂中的应用潜力。

本研究通过HPLC-DAD和HPLC-QTOF-MS分析，揭示了*B. microphylla*和*L. chequen*提取物中的多酚组成。结果显示，这些提取物中存在多种多酚化合物，包括花青素、黄酮类和酚酸。此外，研究还发现，这两种浆果提取物具有显著的抗氧化活性，这与它们的多酚含量和化学组成有关。研究还通过DPPH和ABTS自由基清除实验评估了它们的抗氧化活性，结果表明，这些提取物在不同浓度下均表现出强抗氧化能力。通过FRAP实验，研究进一步验证了这些提取物的还原能力，其结果表明，这些提取物能够有效中和活性氧物种（ROS），从而保护细胞免受氧化应激的损害。

研究还通过FT-IR光谱分析了封装珠粒的化学结构，结果表明，封装过程对聚合物基质的化学结构没有显著改变，但与提取物的相互作用导致了某些吸收峰的变化。这些变化反映了多酚化合物与聚合物基质之间的氢键相互作用，从而增强了封装系统的稳定性。通过SEM观察，研究人员发现封装后的珠粒具有不同的表面结构，这可能影响其在胃肠道中的释放行为。研究还评估了封装系统在模拟消化条件下的热稳定性，结果显示，封装后的系统在高温下表现出更高的稳定性，这有助于保持多酚化合物的活性。此外，研究还发现，封装后的系统能够有效保护多酚化合物免受胃酸和消化酶的影响，从而提高其生物利用度。

综上所述，本研究通过系统性的分析，揭示了海藻酸/卡拉胶封装策略在提高富含多酚的天然提取物稳定性、受控释放和生物利用度方面的潜力。这些发现不仅为开发功能性食品和营养补充剂提供了科学依据，也为进一步研究这些封装系统的实际应用奠定了基础。未来的研究可以集中在如何在实际食品系统中扩大封装过程，并通过体内实验验证其生物利用度和健康益处，以进一步探索其在预防性营养中的应用前景。