在食品和制药领域，天然色素的应用一直备受关注。红曲色素（RMP）作为一种天然色素，因具有食品适用性和潜在健康益处，成为研究热点。然而，其稳定性差和难以精准控制释放的问题，限制了它的广泛应用。近日，理学院生物质绿色转化科研团队取得重大突破，相关论文“Ca2+-mediated chitosan/sodium alginate encapsulated Red Monascus Pigment hydrogel beads: Preparation, characterization and release kinetics”发表于《International Journal of Biological Macromolecules》（Q1，中科院 1 区，IF=7.7），为解决 RMP 的应用难题提供了创新方案。

红曲色素虽好，却“娇贵”难用。在食品加工、储存过程中，光照、温度、酸碱度的变化都可能使其失活，在胃肠道中还容易快速释放，无法充分发挥作用。为攻克这些难题，科研人员潜心研究，成功制备出Ca²⁺介导的壳聚糖（CS）/海藻酸钠（SA）包埋红曲色素粗提物（RMPCE）的水凝胶微球（CO-RMPHB）。

团队对制备条件进行了系统优化。研究发现，SA 浓度为 2.50wt% 时，水凝胶微球的内部结构更有利于包封 RMPCE，过高浓度反而会降低包封效率；CaCl₂浓度在 6.00wt% 时，能有效减少水凝胶微球的孔隙，提高包封率，浓度过高则会导致微球表面产生裂缝；CS 浓度为 0.50wt% 时，CO-RMPHB 的包封效率最高，达到 73.54±2.16%。综合考虑，团队确定了2.50wt%（SA）、6.00wt%（CaCl₂）和 1.00wt%（CS）的制备条件，以实现更好的缓释效果。

水凝胶微球性能卓越。空白水凝胶微球（BHB）对 pH 变化极为敏感，在模拟胃液（pH=1.2）中的溶胀度远低于模拟肠液（pH=7.0），这使得 CO-RMPHB 能在肠道环境中更好地释放 RMPCE。而且，CO-RMPHB 的抗氧化能力十分出色，在模拟消化后，其对 DPPH 自由基的清除率最高可达 66.08%，远超未包封的RMPCE。

从释放动力学来看，在体外消化模型下，RMPCE 从 CO-RMPHB 的释放遵循非 Fickian 扩散。在 pH=1.2 的模拟胃液中，释放缓慢，这是因为大量 H⁺使羧基质子化，多糖链收紧，阻止了 RMPCE 的释放；而在 pH=7.0 的模拟肠液中，羧基去质子化，水凝胶网络扩张，RMPCE 得以快速释放。不同的 pH 环境下，CO-RMPHB 的释放过程分别符合 Higuchi 模型和一阶模型。

红曲色素水凝胶微球应用前景广阔。在食品行业，它可作为亚硝酸盐的替代品用于香肠制作，不仅能赋予香肠诱人色泽，还具有抗菌作用，同时提供更有弹性的口感；在糖果和食品装饰领域，能增添鲜艳的红色，提升产品的外观和口感。在制药领域，其良好的缓释性能和稳定性，也为药物载体的开发提供了新方向。

本研究由北京林业大学理学院生物质绿色转化科研团队完成，孙长霞老师为第一通讯作者，博士生李可欣为第一作者，共同通讯作者徐润和李强教授，郭振龙和何鑫参与了该项研究。

该工作得到了中央高校基本科研业务费（编号：BJFU-2021SCL01）以及中石化石油化工科学研究院有限公司共同资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.134380