《Algal Research》：Nanoencapsulation of red alga Pyropia spiralis extract by freeze-drying using maltodextrin DE20: Evaluation of antioxidant, antiglycation and anti-aging properties
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红藻Pyropia spiralis的生物质提取物通过麦芽糊精DE20冷冻干燥封装，形成纳米级稳定颗粒，有效保护酚类、黄酮类等生物活性成分，释放后抗氧化活性显著提升（DPPH达78.49%），同时抑制AGEs形成和酪氨酸酶活性，展示抗衰老潜力。
劳拉·玛丽亚·比格斯基·努奇（Laura Maria Bigeschi Nucci）| 菲利佩·奥利维拉·格拉内罗（Filipe Oliveira Granero）| 塞莉亚·克里斯蒂娜·马拉古蒂·菲格雷多（Célia Cristina Malaguti Figueiredo）| 卢西亚娜·佩雷拉·席尔瓦（Luciana Pereira Silva）| 帕特里夏·索亚雷斯·圣地亚哥（Patrícia Soares Santiago）| 利维·庞普梅尔迈尔·马查多（Levi Pompermayer Machado）| 雷吉尔多·马尔西奥·贡萨尔维斯·达席尔瓦（Regildo Márcio Gon?alves da Silva）
圣保罗州立大学（UNESP），化学研究所，阿拉拉夸拉，圣保罗，巴西
摘要
Pyropia spiralis是一种红色大型藻类，以其高营养价值和丰富的生物活性化合物而闻名。然而，这些化合物在加工和储存过程中的不稳定性限制了它们的实际工业应用。在这项研究中，通过冷冻干燥工艺使用麦芽糊精DE20对Pyropia spiralis生物质提取的水溶性提取物进行了包封，旨在提高稳定性、保护生物活性化合物并增强其功能性。初步分析显示，该提取物含有高量的酚类化合物和黄酮类物质（分别为548.17 mg GAE g?1 DW和219.37 mg RE g?1 DW），以及适量的蛋白质（66.9 g kg?1）、必需矿物质（K 25.0 g kg?1、Fe 146.0 mg kg?1）和脂肪酸（包括EPA 0.93 mg g?1）。包封后的体系表现出良好的理化性质，如低吸湿性（1.93–4.13%）、高水溶性（82.11–86.47%）、纳米级颗粒大小（<14.79 nm；<20 nm）、负ζ电位（?25至?30 mV）以及高包封效率（92.71%），表明其具有良好的胶体稳定性和化合物保留能力。多种体外抗氧化活性测试（DPPH、FRAP、ORAC和NO清除）表明，尽管包封过程降低了即时抗氧化效果（DPPH：8.83%的抗氧化潜力），但有效保护了生物活性化合物，释放后抗氧化能力显著增强（DPPH：78.49%；FRAP：1192.41 μM TE g?1）。抗糖基化活性测试显示，该提取物能抑制晚期糖基化终产物的形成并保护游离氨基，尤其是从胶囊中释放的化合物。此外，抗衰老潜力也得到验证，因为其对胶原酶、弹性蛋白酶和酪氨酸酶的抑制作用尤为显著。因此，结果表明冷冻干燥包封技术成功制备了含有P. spiralis生物质提取物的纳米胶囊，适用于食品、制药和化妆品领域的工业应用。
引言
Pyropia spiralis属于Bangiales目，因其在烹饪和食品科学中的重要性而受到关注。这种藻类分布于亚洲多个国家和欧洲部分地区。在巴西，P. spiralis常见于特定的海洋栖息地，附着在岩石表面或暴露于水流和波浪中的水下区域，这些条件有利于其生长。尽管如此，巴西对其的栽培和开发程度仍不如其他国家[1],[2]。水温、盐度和营养物质的可利用性等环境因素对其产量有重要影响，但针对该物种的栽培研究显示了生产功能性、健康和可持续食品的日益增长的需求[3],[4]。从营养角度来看，P. spiralis是高生物价值蛋白质、纤维、维生素（A、C、E和B族）及铁、钙、碘和锌等必需矿物质的丰富来源[4]。此外，它还含有具有抗氧化特性的生物活性代谢物，以及能够促进心血管健康的ω-3多不饱和脂肪酸[5],[6]。这些特性使其在亚洲国家得到广泛应用，市场需求不断增长。其高营养价值引起了食品行业的极大兴趣，推动其在全球市场的“超级食品”地位，并促进了多个地区的生产和商业化[7],[8]。近年来，海洋天然产物（尤其是来自大型和微藻的产物）被视作发现和开发新药物的有希望的化学来源。从藻类中分离出的多种化合物在肿瘤治疗、寄生虫病、病毒和细菌感染以及疼痛管理方面展现出治疗潜力，并具有显著的抗氧化活性[1]。藻类提取物的包封技术是一种有前景的技术策略，可增强其化合物的生物效应，并扩展其在食品、制药和化妆品行业的应用。使用麦芽糊精作为载体并结合冷冻干燥工艺有助于形成稳定的颗粒，保护生物活性化合物免受光、氧气和温度等环境因素的降解[9]。麦芽糊精因其高溶解度、低成本及保护敏感成分的能力而广泛用于生物活性化合物的包封，从而提高稳定性和生物利用度。在人体消化道中，麦芽糊精会水解为葡萄糖，因此不能完全视为惰性物质；过量摄入可能增加血糖指数、引发肠道菌群失调并促进胰岛素抵抗。然而，在控制用量下作为包封剂使用时，麦芽糊精可有效发挥作用而不会造成显著的健康风险（每天每公斤体重最多0.8克）[10]。此外，胶囊化还能实现活性成分的调节和可控释放，延长其生物利用时间并优化其生物效应[11]。麦芽糊精基质提供的保护作用有助于减少加工和储存过程中的损失，确保提取物的稳定性。因此，纳米结构配方在清除活性氧（ROS）方面表现更优，增强了其在具有抗氧化特性的食品和补充剂中的功能性[12],[13]。包封技术还提升了P. spiralis中的天然化合物的抗糖基化活性，如抗氧化剂和矿物质，这些成分能够抑制晚期糖基化终产物的形成[14]。但在加工过程中暴露于不利条件时，这些化合物的效力可能会减弱。冷冻干燥包封技术能保持更高的结构完整性和释放控制，从而实现更持久和稳定的抗糖基化效果[15]。这一特性在预防非传染性慢性疾病（如糖尿病及其并发症）的配方中尤为重要。Pyropia spiralis生物质中的化合物具有抗衰老特性，这与提取物的抗氧化潜力和抗糖基化效果密切相关。晚期糖基化终产物的形成和氧化损伤的积累是细胞衰老过程中的关键机制[16]。使用P. spiralis的包封体系不仅能够提高生物活性化合物的稳定性和生物利用度，还能开发创新配方，特别是在化妆品和营养保健品中，有助于减缓与细胞氧化失衡相关的衰老迹象[17]。因此，包封技术是最大化这种红色藻类提取物效力的关键手段，拓展了其在工业应用中的范围和科学价值。
鉴于上述情况，本研究旨在使用麦芽糊精DE20通过冷冻干燥工艺对P. spiralis生物质提取物进行包封，并评估其稳定性和功能性。研究重点是比较包封提取物与未包封提取物的抗氧化、抗糖基化和抗衰老潜力，以验证含P. spiralis的纳米结构体系作为食品、制药和化妆品领域功能性成分的可行性。
P. spiralis生物质的采集与制备
Pyropia spiralis生物质样本取自巴西圣保罗州南部海岸的瓜劳海滩（24°36′84″ S, 47°01′13″ W）。样本经过仔细清洗以去除杂质，用自来水彻底冲洗以去除盐分和沙粒，然后浸泡在蒸馏水中20分钟。之后用吸水纸吸干，放在托盘上，并在强制通风的烤箱中干燥（CIENLAB）。
总多酚和黄酮类物质的测定
1显示了PsCE中总多酚和黄酮类物质的测定结果。数据显示浓度越高，含量也越高：总多酚含量从234.33 mg GAE g?1 DW（15 mg mL?1）增加到548.17 mg GAE g?1 DW（30 mg mL?1），黄酮类物质含量从40.37 mg RE g?1 DW（15 mg mL?1）增加到219.37 mg RE g?1 DW（30 mg mL?1）。
结论
使用麦芽糊精DE20通过冷冻干燥技术对P. spiralis提取物进行包封，有效保护了生物活性化合物，确保了高包封效率、良好的理化稳定性和释放后的抗氧化活性。此外，提取物及其释放产物在抗糖基化和抗衰老方面表现出显著效果，尤其是对酪氨酸酶的抑制作用。这些结果证实了P. spiralis生物质作为功能性成分的潜力。
CRediT作者贡献声明
劳拉·玛丽亚·比格斯基·努奇（Laura Maria Bigeschi Nucci）：数据可视化、方法学设计、数据分析、概念构建。菲利佩·奥利维拉·格拉内罗（Filipe Oliveira Granero）：初稿撰写、数据可视化、验证、监督、方法学设计、数据分析、概念构建。塞莉亚·克里斯蒂娜·马拉古蒂·菲格雷多（Célia Cristina Malaguti Figueiredo）：验证、监督、方法学设计、数据分析、概念构建。卢西亚娜·佩雷拉·席尔瓦（Luciana Pereira Silva）：数据可视化、验证、监督、方法学设计、数据分析、概念构建。帕特里夏·索亚雷斯·圣地亚哥（Patrícia Soares Santiago）：利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
本研究部分由圣保罗研究基金会（FAPESP，巴西（项目编号：2024/10127-2和2024/21456-7）以及巴西高等教育人员培训协调委员会（CAPES）资助（资助代码001）。
