一、研究背景

随着现代化的发展，具有促进健康作用的功能性食品开始被认为是疾病预防和恢复性保健的一个组成部分。近年来，虾青素（astaxanthin， AST）在抗炎、抗肿瘤、抗癌、抗肥胖、胃保护和神经保护等临床试验中表现出优异的疗效，其促进健康的特性包括猝灭单线态氧和捕获自由基。然而，较差的理化稳定性、水溶性和生物利用度成为AST在食品应用中的主要限制。因此，开发高效的食品输送系统来提高AST的稳定性、水溶性和生物可及性，对开发功能性食品具有现实意义。

迄今为止，已经提出了各种递送策略来促进AST的生物可及性，包括微胶囊、纳米颗粒、脂质体和凝胶。其中，通过静电纺丝设备制备的静电纺丝以其高效、低成本、易操作、低能耗等优点而备受关注。静电纺丝技术作为一种非热工艺，避免了传统包封工艺中热敏性物质的热氧化，制备的纳米纤维具有尺寸和形态可调、重量轻、力学性能优异等优点，成为生物活性成分的理想载体。目前用于生物活性成分包封的主流策略可分为共混静电纺丝和同轴静电纺丝，它们在应用上具有一定的优势，但仍存在不可忽视的局限性。在共混静电纺丝过程中使用有机溶剂和不完全包封会降低生物活性成分的活性。同样，同轴静电纺丝技术也存在效率低、操作复杂、对工艺变量要求高的局限性。因此，寻找一种绿色高效的静电纺丝策略来封装和输送AST至关重要。

乳剂静电纺丝技术被认为是一种很有前途的实现生物活性成分包封和递送的新方法。与共混静电纺丝和同轴静电纺丝不同的是，乳液静电纺丝仅用单轴喷丝器即可制备出不使用任何有机溶剂的芯壳纤维，从而封装生物活性成分。在乳液静电纺丝过程中，生物活性成分首先通过乳化作用分散到油包水（O/W）或油包水（W/O）乳液中，完成初级包封。随后，分散相在壳层的高压电场和牵引力作用下被拉伸成纤维核心层，而连续相则在核心层周围形成纳米纤维外壳，实现生物活性成分的包封（图1）。与传统的薄膜、海绵、凝胶等载体平台相比，乳液静电纺丝纳米纤维垫的超细结构、高比表面积和高孔隙率能够提供更多的缓释位点，在传递生物活性成分方面具有显著优势。

淀粉是食品工业中含量丰富的天然聚合物，具有成本低、可生物降解、无毒、无味等优点，是传统乳化剂的理想选择。典型的亲水骨架-疏水支链结构赋予OSAS突出的两亲性，使其能够自发吸附到O/W界面上，通过减小O/W界面面积形成淀粉基界面屏障，抑制乳滴的聚集和膨胀，获得稳定的乳状。此外，它安全、经济、对环境（如环境和pH）具有稳定的耐受性。因此，基于osas的稳定乳液是制备用于AST输送系统的食用级乳液静电纺丝纳米纤维的理想前驱体。然而，目前还没有研究探索利用乳液静电纺丝制备淀粉基速溶纳米纤维以递送不溶性AST的可能性。

在这项工作中，我们展示了一种绿色、高效和可扩展的方法，以淀粉基稳定乳液构建OSAS/聚乙烯醇(PVA)/AST核壳纳米纤维垫。我们提出了淀粉基乳液静电纺丝纳米纤维可以包封和递送水不溶性AST的假设，并验证了核壳纳米纤维在口服营养递送中的应用潜力。以OSAS作为乳化剂和成膜基质，稳定ast负载的乳液，构建淀粉基纳米纤维。另一种无毒、无致癌、可生物降解的线状聚合物PVA被用于提高OSAS的电可纺性，因为它具有良好的分子缠结性能。考虑到OSAS和PVA都可以作为乳化剂，可以推断形成的OSAS/PVA聚集体具有良好的乳化能力。本研究开发了一种新型淀粉基纳米纤维，利用乳液静电纺丝技术输送水不溶性生物活性成分，对提高营养物质生物利用度、改善人体健康、为特殊人群定制特定营养物质输送系统具有经济、安全、便捷、环保的深远意义。

二、摘要

开发绿色高效的输送系统以提高生物活性成分的生物利用度是食品工业的持续需求。在不使用任何有机溶剂的情况下，采用静电纺丝设备制备了虾青素（AST）负载淀粉基核壳结构的速溶纳米纤维。为了在亲水性辛烯基丁二酸酐淀粉(OSAS)/聚乙烯醇（PVA）纳米纤维基质中负载不水溶性AST，以OSAS/PVA聚体为乳化剂，制备了包封效率为91.54 ± 0.14 %的载AST纳米乳液（212.19 ± 5.63 nm）作为乳液静电纺丝的前驱体。透射电镜（TEM）显示纳米纤维的核壳结构，其平均直径为509.58 ± 12.77 nm， AST的平均直径为88.64 ± 0.49 %，被有效地包裹在核心层中。纳米纤维垫具有较高的包封效率（85.11 ± 1.53 %）和良好的7 d储存稳定性。同时，AST的无定形转化使其具有更高的水溶性、生物可及性和抗氧化性能（97.72 ± 2.17 %）。结果表明，乳液静电纺丝制备的绿色、无毒、可生物降解的纳米纤维垫成功实现了AST的封装和递送，在食品和制药领域具有广阔的应用前景。

三、结论

本研究利用乳化液静电纺丝技术，获得了一种绿色、高效、低成本、无毒的基于OSAS/PVA/AST的口服快速给药体系，并将其应用于人体膳食补充剂中。AST包被在OPSA系列纤维的内芯层中，完成了非晶态转变过程，在水体系中具有较好的溶解度。另一方面，高水平的OSAS/PVA聚集体有助于获得具有更均匀形态、更低结晶度、更高EE、更好的储存稳定性和更快的释放过程的核壳纳米纤维，这是口服营养传递系统所需要的。值得注意的是，OSAS/PVA/AST乳液静电纺丝体系消除了传统表面活性剂的潜在健康危害，避免了传统包封过程中使用有机溶剂和对AST的热氧化，使纤维中的AST保持了较高的抗氧化活性。这些结果表明OSAS/PVA/AST乳液静电纺丝纳米纤维在口腔营养输送领域具有广阔的应用前景。然而，较差的机械性能一直是淀粉基口腔快速崩解静电纺丝纳米纤维垫广泛商业化的主要限制。制备具有良好力学性能的淀粉基纳米纤维是目前迫切需要解决的问题。通过交联技术和添加合适的纳米填料等策略来改善淀粉基纳米纤维垫的力学性能，增强其实用性，可能是未来淀粉基纳米纤维垫的主要发展方向。

图1.乳化液形成过程及核壳结构纤维演化示意图。

图2.OPSA-2NFs和OPSA-5NFs在（a-b） 5000x和（c-d） 10000x下的核壳结构的TEM图像。