一种基于κ-卡拉胶水凝胶与维生素E/高支化环状糊精复合材料的双包装递送系统：结构特性与释放行为

《Food Chemistry》：A double-package delivery system based on κ-carrageenan hydrogels and vitamin E/highly branched cyclic dextrin composites: Structural characteristics and release behavior

　　维生素E双包装递送系统开发及性能研究。采用κ-卡拉胶水凝胶与HBCD/VE复合体系构建双包装系统，通过氢键作用形成连续均匀的水凝胶网络，包封效率达81.72%，热稳定性提升至325.86℃。2%复合体系增强网络结构完整性（758.39Pa），实现胃酸保护及肠道可控释放（>60%）。研究证实HBCD作为壁材可优化多糖基水凝胶性能，为活性成分递送提供新策略。

　　该研究致力于开发一种新型的维生素E（VE）递送系统，以克服传统递送方式存在的诸多局限性。维生素E作为一种重要的脂溶性抗氧化剂，在食品和医药领域具有广泛的应用价值。然而，其在实际应用中面临一些关键挑战，包括与食品基质的不相容性、低水溶性以及生物利用度有限等问题。这些问题严重制约了维生素E在营养补充和药物传递中的效果。因此，构建一种高效、稳定的递送系统成为当前研究的重点方向。

在本研究中，研究人员提出了一种双层包裹递送系统，将高度分支环糊精（HBCD）与κ-卡拉胶（KC）水凝胶结合，形成一种复合结构。该系统通过将维生素E封装在HBCD中，再将其嵌入到KC水凝胶网络中，实现了对维生素E的双重保护。HBCD是一种通过酶解蜡质玉米淀粉得到的新型分支聚合物，其结构由丰富的分支链和一个大环结构组成。这种结构使其具备良好的水溶性、可功能化特性以及生物相容性，因此在生物活性物质的封装中展现出巨大潜力。同时，HBCD与大环环糊精和淀粉类似，具有广泛的适用性，被广泛认为是一种绿色的封装材料。

κ-卡拉胶水凝胶以其安全性、低成本和高生物可用性受到关注，但其结构容易发生水分流失，导致凝胶网络的不稳定，影响其在实际应用中的表现。为了解决这一问题，研究人员引入了HBCD作为辅助材料，通过氢键作用形成一个稳定的复合网络。这种复合网络不仅增强了水凝胶的机械强度，还提高了其在冻融循环中的稳定性。研究结果表明，当HBCD复合物的添加量为2%时，水凝胶的储能模量达到758.39 Pa，这表明复合物显著提升了水凝胶的结构稳定性。此外，HBCD的引入还有效减少了水凝胶在冻融过程中的失水现象，使失水率降低了30%。

在封装效率方面，HBCD对维生素E的封装效率达到了81.72%，显示出其在封装生物活性物质方面的优异性能。这种高封装效率不仅有助于提高维生素E的储存稳定性，还为其在复杂环境中的可控释放提供了保障。通过热稳定性测试，研究人员发现HBCD封装的维生素E具有高达325.86°C的热稳定性，这意味着其在高温环境下仍能保持结构完整，避免因温度变化而导致的活性成分流失。

在消化模拟实验中，该双层包裹系统表现出良好的胃部保护性能和肠道可控释放特性。实验结果显示，维生素E在胃部环境中能够得到有效保护，避免被胃酸或消化酶破坏，而在肠道中则能够逐步释放，确保其在目标部位的生物利用度。这种特性对于提高维生素E在食品和医药中的应用效果具有重要意义，因为它可以延长其在体内的释放时间，提高其在消化道中的稳定性，从而增强其健康促进作用。

研究团队通过系统的实验方法，分析了HBCD复合物对κ-卡拉胶水凝胶结构和性能的影响。首先，他们利用高效液相色谱（HPAEC）技术对HBCD的链长分布进行了研究。结果表明，HBCD的主要分支链长度分布在6至24之间，占总链长的74.99%，而链长低于6或高于24的部分分别占4.99%和19.99%。这种链长分布特征使得HBCD能够有效地与维生素E形成稳定的包合物，同时为水凝胶网络的构建提供了良好的结构基础。

在微观结构方面，HBCD的引入促进了κ-卡拉胶链的有序排列和双螺旋聚集，从而构建了一个连续且均匀的水凝胶网络。这种结构的形成不仅增强了水凝胶的机械强度，还提高了其在不同环境下的稳定性。通过对比不同添加量的HBCD复合物对水凝胶性能的影响，研究团队发现，当添加量为2%时，水凝胶的结构和性能得到了最佳优化，这可能与其在水凝胶网络中形成的次级微网络有关。

此外，研究人员还探讨了该双层包裹系统在实际应用中的潜力。通过结合HBCD的封装能力和κ-卡拉胶水凝胶的结构优势，他们提出了一种新的递送策略，为生物活性物质的高效传递提供了新的思路。该策略不仅适用于维生素E，还可能拓展到其他脂溶性生物活性物质的递送，如类胡萝卜素、类黄酮等，这些物质在食品和医药领域同样具有重要的应用价值。

本研究的意义在于，它不仅解决了传统维生素E递送系统中存在的稳定性问题，还通过构建双层包裹结构，实现了对维生素E在消化道中的精准控制释放。这种双重保护机制有助于提高维生素E的生物利用度，同时减少其在消化过程中的降解，从而提升其在食品和医药中的应用效果。此外，该研究还为HBCD作为新型封装材料的开发提供了实验依据，展示了其在构建多功能递送系统中的潜力。

在实际应用中，这种双层包裹递送系统可能被用于开发新型的营养补充剂或功能性食品。通过将维生素E封装在HBCD中，再将其嵌入到κ-卡拉胶水凝胶中，可以有效延长维生素E在体内的释放时间，提高其在肠道中的吸收效率。这对于那些需要长期维持体内抗氧化水平的人群来说尤为重要，如老年人、慢性疾病患者等。同时，该系统还可能被应用于药物传递领域，特别是对于那些对胃酸或消化酶敏感的药物，通过这种双层包裹结构，可以提高其在胃部环境中的稳定性，确保其在肠道中有效释放，从而提高治疗效果。

从技术角度来看，该研究展示了如何通过材料科学的手段，优化生物活性物质的封装和递送过程。HBCD的引入不仅提高了维生素E的稳定性，还增强了水凝胶的机械性能和结构完整性。这种复合材料的开发为未来的研究提供了新的方向，特别是在构建具有多重功能的递送系统方面。通过进一步的研究，可以探索更多类型的生物活性物质与HBCD的结合方式，以及如何在不同环境下实现更精确的控制释放。

该研究还强调了HBCD在食品工业和制药领域的广泛应用前景。作为一种可天然获取的材料，HBCD不仅具有良好的生物相容性，还能有效改善其他材料的性能，如提高水凝胶的结构稳定性、增强其在不同条件下的适应能力等。这些特性使其成为一种理想的封装材料，能够满足食品和医药领域对高效、安全递送系统的需求。

综上所述，该研究通过构建一种双层包裹递送系统，成功克服了传统维生素E递送方式的不足，为提高其在食品和医药中的应用效果提供了新的解决方案。研究不仅展示了HBCD在封装和递送中的潜力，还为未来开发更多类似的复合材料奠定了基础。这种创新的递送策略有望在实际应用中发挥重要作用，为健康食品和高效药物传递系统的发展带来新的机遇。