利用微流控技术和纳米沉淀法制备酪蛋白-姜黄素纳米分散体：其在芒果饮料中的细胞毒性和体外释放特性

《Sustainable Food Technology》：Formulation of casein–curcumin nanodispersions using microfluidization and nano-precipitation methods: cytotoxicity and in vitro release in a mango drink

　　姜黄素纳米分散体制备及其在芒果饮料中的应用研究表明，通过微流化和纳米沉淀两种方法包埋姜黄素，微流化法获得更均匀的纳米颗粒（粒径80-160 nm），但稳定性较低（zeta电位-8至-13.5 mV）；纳米沉淀法制备的颗粒稳定性更高（zeta电位-23.63 mV），且在HepG2癌细胞中表现出显著剂量依赖性抗增殖效果（抑制率最高达75%），同时不对MDCK正常细胞产生毒性。芒果饮料作为载体，纳米沉淀组释放率（0.27%）显著低于微流化组（5.5%），显示其缓释特性。两种方法均验证了乳清蛋白作为天然载体在提高姜黄素生物利用度（溶解度提升5倍）和可持续食品加工中的潜力。

　　本研究聚焦于一种天然生物活性化合物——姜黄素（Curcumin）的纳米封装技术，旨在提升其在食品体系中的稳定性、生物相容性以及可控释放能力。姜黄素是从姜黄（*Curcuma longa*）根茎中提取的黄酮类物质，广泛用于南亚地区的烹饪和传统医学中，因其具有多种生物学功能，包括抗氧化、抗炎、抗菌和抗癌等特性。然而，姜黄素在实际应用中面临诸多挑战，如水溶性差、化学稳定性低、在消化道中快速代谢以及生物利用度有限，这些因素显著削弱了其药理效果和健康价值。因此，研究者们一直在探索有效的封装策略，以改善其在食品和医药领域的应用潜力。

本研究采用两种不同的纳米封装技术——微流化和纳米沉淀法——来制备姜黄素-酪蛋白纳米分散体系，并将其应用于芒果饮料中，以评估其在实际食品基质中的表现。这两种技术分别代表了当前食品工程中较为先进的纳米制备手段，其目标在于提高姜黄素的稳定性和可控释放能力，从而增强其在功能性食品中的应用价值。通过比较两种方法的制备效果，研究团队希望找到一种既能保持姜黄素生物活性，又能有效提高其在食品体系中稳定性和释放效率的优化方案。

在制备过程中，微流化技术是一种利用高压力将液体流体通过微通道进行剪切和碰撞，从而形成纳米级颗粒的先进方法。该技术能够通过增加流体的流动次数和压力来进一步减小颗粒尺寸。实验结果表明，微流化处理后的姜黄素颗粒尺寸在3次通过后显著降低，达到80 nm左右，且其粒径分布较为均匀。然而，微流化颗粒的ζ电位较低，表明其在溶液中的稳定性不如纳米沉淀法制备的颗粒。相比之下，纳米沉淀法通过将姜黄素溶解在部分水溶性的有机溶剂中，再与水相混合并加入稳定剂，从而形成稳定的纳米颗粒。这种方法在操作过程中所需的能量和溶剂较少，且避免了有毒化学物质的使用，因此被认为是一种更环保的制备方式。

在粒径、多分散指数（PDI）和ζ电位的分析中，研究团队发现微流化颗粒的粒径更小且分布更均匀，而纳米沉淀颗粒的粒径较大但分布也相对均匀。PDI值是衡量颗粒分布均匀性的关键指标，值越低表示颗粒大小越一致。结果显示，微流化颗粒的PDI值普遍低于0.3，符合单分散体系的标准，而纳米沉淀颗粒的PDI值则略高于此范围。尽管如此，纳米沉淀颗粒仍表现出良好的单分散特性。ζ电位则反映了颗粒表面电荷的稳定性，较高的绝对值意味着更强的静电稳定作用。纳米沉淀颗粒的ζ电位值为?23.63 mV，显著高于微流化颗粒的?13.5 mV和?8 mV，表明其在食品体系中的稳定性更强。这一结果对姜黄素在功能性食品中的长期保存和释放具有重要意义。

在细胞毒性评估方面，研究团队使用了MDCK（正常细胞）和HepG2（肝癌细胞）两种细胞系，以分析姜黄素纳米颗粒对细胞的影响。实验结果表明，微流化法制备的姜黄素纳米颗粒在不同浓度下对MDCK细胞的毒性较低，但对HepG2细胞的杀伤作用明显增强，尤其是在较高浓度时。这表明微流化颗粒可能在释放过程中导致较高的自由姜黄素浓度，从而对癌细胞产生更强的抑制作用。然而，这一趋势并不适用于所有情况，例如在第三次通过的微流化样品中，HepG2细胞的存活率在较低浓度下反而下降，这可能与颗粒的某些特性或释放机制有关，但具体原因尚需进一步研究。

相比之下，纳米沉淀法制备的姜黄素纳米颗粒表现出更好的生物相容性。在所有测试浓度下，这些颗粒对MDCK细胞的毒性极低，且其对HepG2细胞的抗癌作用呈现剂量依赖性。这意味着纳米沉淀颗粒能够在维持正常细胞活性的同时，有效释放姜黄素，从而发挥其抗癌潜力。这一特性使得纳米沉淀颗粒在功能性食品中的应用更具优势，因为它们能够在体内环境中提供更温和、持续的姜黄素释放，从而减少对健康细胞的潜在影响。

在释放行为的研究中，实验团队将两种类型的姜黄素纳米颗粒分别加入芒果饮料中，模拟其在实际食品基质中的表现。结果表明，微流化颗粒在释放初期表现出较高的释放速率，大约在前几分钟内释放了9.1%的姜黄素，随后释放速率逐渐减缓，最终在120分钟时降至5.5%。而纳米沉淀颗粒的释放则更为缓慢，其初始释放率仅为0.15%，但在随后的释放过程中逐渐增加，最终在120分钟时达到0.27%。这种差异可能与颗粒的封装方式和表面结构有关。微流化颗粒由于尺寸较小，可能更容易在食品基质中扩散，导致姜黄素的快速释放。而纳米沉淀颗粒则由于更紧密的封装结构，使得姜黄素的释放更加缓慢和可控。

此外，研究还指出，姜黄素在食品基质中的释放行为可能受到其与食品成分之间的相互作用影响。例如，姜黄素与芒果饮料中的其他物质（如糖分、酸性成分等）可能存在一定的疏水相互作用，这种相互作用有助于减缓姜黄素的释放速度。因此，纳米沉淀颗粒的释放行为可能更符合功能性食品的需求，即在摄入后能够持续释放姜黄素，从而延长其生物活性的发挥时间。

在生物功能方面，姜黄素纳米颗粒的封装不仅提高了其在食品体系中的稳定性，还增强了其在特定条件下的释放效率。例如，纳米沉淀颗粒在芒果饮料中的释放速度较慢，这可能有助于维持姜黄素在体内的有效浓度，从而增强其药理作用。而微流化颗粒的快速释放可能更适合需要短时间内发挥效果的应用场景，如某些特定的营养补充剂或药物制剂。

研究团队还讨论了这两种技术在实际应用中的优缺点。微流化技术虽然能够生成更小、更均匀的颗粒，但其较高的ζ电位值表明其在溶液中的稳定性较差，这可能影响其在食品体系中的长期保存和应用效果。而纳米沉淀技术虽然生成的颗粒较大，但其稳定性更高，能够更好地适应食品基质的环境。此外，纳米沉淀技术的制备过程更为温和，减少了对环境的影响，符合当前可持续食品开发的趋势。

从整体来看，本研究的结果表明，无论是微流化还是纳米沉淀技术，姜黄素-酪蛋白纳米分散体系都具有显著的潜力，可用于功能性食品中，以实现姜黄素的靶向和持续释放。这不仅有助于提高姜黄素的生物利用度，还能够增强其在食品中的稳定性，使其更适用于长期储存和使用。未来的研究可以进一步探索这些纳米颗粒在不同食品基质中的表现，以及如何通过优化封装材料和工艺来提高其释放效率和生物相容性。此外，还可以考虑将这些纳米颗粒应用于其他类型的食品或药物载体，以拓展其应用范围。

本研究的成果为功能性食品的开发提供了新的思路。通过纳米封装技术，姜黄素能够在食品中保持更长时间的活性，同时减少其在消化过程中的损失。这不仅有助于提高其健康效益，还能够减少对合成添加剂的依赖，推动更加天然、环保的食品创新。此外，纳米封装技术的可持续性特点也使其在食品工业中具有广泛的应用前景，特别是在发展健康导向型饮料和食品方面。

在实际应用中，姜黄素纳米颗粒的封装方式可能需要根据具体的产品需求进行调整。例如，如果目标是快速释放姜黄素以迅速发挥其药理作用，微流化技术可能更为合适；而如果希望实现更持久的释放效果，则纳米沉淀技术可能是更好的选择。此外，考虑到食品基质的复杂性，研究团队还建议在未来的实验中进一步探讨姜黄素与其他食品成分之间的相互作用，以优化其释放行为和生物活性。

本研究还强调了姜黄素在抗癌方面的潜力。实验结果显示，姜黄素能够通过抑制脂肪酸合成酶（FAS）的活性，诱导癌细胞凋亡，从而降低其存活率。这一发现为开发针对癌症的靶向药物提供了新的思路，同时也为功能性食品的抗癌应用提供了理论依据。然而，需要注意的是，姜黄素的抗癌作用在较高浓度下更为显著，因此在实际应用中需要平衡其浓度与安全性，以确保对人体的无害性。

此外，研究团队还提到，姜黄素纳米颗粒的封装不仅有助于提高其生物利用度，还能够增强其在食品体系中的稳定性。这种稳定性对于功能性食品的长期保存和运输至关重要，因为它可以防止姜黄素因光照、氧化或环境因素而降解。因此，纳米封装技术的应用能够有效延长姜黄素在食品中的有效期限，提高其在市场上的竞争力。

在方法学方面，本研究采用了多种分析手段，包括粒径分析、多分散指数测定和ζ电位测量，以全面评估姜黄素纳米颗粒的物理特性。同时，细胞毒性实验和释放行为研究也为这些纳米颗粒的生物功能提供了重要依据。这些分析方法的结合使得研究团队能够从多个角度评估姜黄素纳米颗粒的性能，并为其在食品和医药领域的应用提供科学支持。

总的来说，本研究为姜黄素的纳米封装技术提供了重要的实验数据和理论分析，揭示了不同制备方法对姜黄素颗粒特性的影响。研究结果表明，纳米沉淀技术在提高姜黄素的生物相容性和稳定性方面具有优势，而微流化技术则在生成更小、更均匀的颗粒方面表现更佳。这些发现为功能性食品的开发提供了新的方向，同时也为纳米技术在食品工程中的应用提供了重要的参考。未来的研究可以进一步探索这些纳米颗粒在不同食品基质中的表现，以及如何通过优化封装材料和工艺来提高其释放效率和生物活性。