卵白肽与魔芋葡甘露聚糖共组装稳定高内相皮克林乳液的研究：用于维生素D₃和核黄素的协同递送

维生素D3与磷酸核黄素共封装液体载体研究。通过EWP-KGM共组装体构建高效脂质体，实现疏水性维生素D3和亲水性RP的协同递送。采用多光谱技术证实共组装体表面吸附增强（EAI提升3.74倍，ESI延长53倍），其形成的剪切稀化粘弹性界面可抵抗 gastrointestinal降解（RP完整率提升，D3生物可及性增加）。建立扩散-基质松弛协同驱动的释放动力学模型。为多功能营养载体开发提供新策略。

李尚林|张雷毅|吴玉伦|郭家乐|杨成波|陈坤|李亚娟|田龙江|刘静波|张婷|杜志阳

吉林大学食品科学与工程学院营养与功能性食品重点实验室，中国长春，130062

摘要

随着对生物活性化合物共包封和控释需求的增加，基于液体的载体的设计受到了广泛关注。维生素D₃和磷酸钠核黄素（RP）存在稳定性差和生物利用度低的问题；然而，高内相Pickering乳液（HIPPEs）具有可调节的微结构，能够有效分离多种成分。在本研究中，利用卵白肽（EWP）与魔芋葡甘露聚糖（KGM）的共组装体构建了HIPPEs，作为维生素D₃和RP共输送的多功能载体。通过多种光谱技术和结构分析对EWP-KGM共组装体进行了全面表征。EWP@KGM共组装体（质量比为10:5）表现出更高的乳化活性指数（EAI：15.12 m²/g，比EWP高3.74倍）和乳化稳定性指数（ESI：736.60 min，比EWP高53倍），这归因于界面厚度的增加和空间位阻效应。所有HIPPEs均表现出剪切变稀行为、凝胶样的粘弹性（G′ > G″）以及长期储存稳定性。在模拟胃肠道消化条件下，EWP-KGM-HIPPEs保护了RP的完整性并提高了维生素D₃的生物可利用性。游离脂肪酸（FFA）的释放动力学遵循Korsmeyer-Peppas模型，表明其传输过程受到扩散和基质松弛的共同影响。本研究为具有不同极性的生物活性物质的共包封提供了一个有前景的平台，为其在营养保健品中的应用奠定了基础。

引言

与单一成分相比，同时使用多种功能性成分通常会产生显著的协同效应（Wang等人，2025年）。维生素是一类重要的生物活性物质，它们能够相互增强作用，从而维持基本的生理功能并调节复杂的代谢途径（Chen、Luo等人，2025年；杨阳等人，2024年）。维生素D₃的生理重要性体现在其对骨骼维护、矿物质平衡以及系统生物功能的协调作用上（Kovacs等人，2021年）。此外，维生素D₃还有助于视网膜的形成，并对夜视能力提供重要保护。另一方面，核黄素（维生素B₂）在氧化还原反应和生物能量代谢途径中起着关键作用；其缺乏会导致色氨酸代谢异常、维生素之间的协同作用受损、铁吸收受阻以及线粒体系统功能受损（Mukherjee等人，2023年）。核黄素在工业加工和储存过程中容易发生光降解，这大大降低了其从食物来源中的生物可利用性（Qiu等人，2024年）。磷酸钠核黄素（RP）的开发克服了这一限制，因为它在保持核黄素基本分子结构和生物活性的同时，具有更好的水溶性稳定性。然而，疏水性维生素D₃和亲水性RP之间的极性差异使得它们难以在包封基质中共同使用，从而限制了它们互补生理作用的发挥（Liu、Delchier等人，2025年）。这一限制不仅降低了营养干预的效果，也限制了依赖它们相互作用的代谢途径的协同调节。此外，许多维生素（包括叶黄素和维生素D₃）在胃肠道条件下的口服生物利用度低且稳定性有限，这显著影响了它们的生理效果。由于维生素对光、pH值、温度、氧化和水解的高度敏感性，因此在整个加工、运输和储存过程中保持其稳定性是一个关键挑战。因此，设计能够在体外和体内同时包封亲水性和疏水性功能成分并保持其稳定性的可食用载体是多功能营养输送领域的一个重大挑战。

乳液系统的双相结构和互穿网络配置赋予了其出色的柔韧性和缓冲性能，显著提高了其保护效果（Zhang等人，2024年；Zhang等人，2024年）。这些结构优势使得乳液在环境压力条件下能够有效延缓包封成分的降解，使其成为胃肠道应用中特别有前景的输送载体（Zhang等人，2024年；Zhang等人，2024年）。然而，乳液的不稳定性（如相分离、分层和脂质氧化）在生产和加工过程中经常发生，会对产品性能产生不利影响（L. Guo等人，2024年）。虽然传统乳液使用表面活性剂来降低油水界面的张力并实现稳定，但它们在生物安全性、生物降解性和生物相容性方面的局限性限制了其在食品级应用中的适用性（Milinčić等人，2024年）。卵白肽作为一种天然来源的小分子乳化剂，在食品乳化系统中得到了广泛应用。与蛋白质等大分子乳化剂相比，卵白肽能更快地迁移到油水界面，更有效地降低界面张力，并建立动态的吸附-解吸平衡，从而显著提高乳液的稳定性和分散性。然而，由于分子振动能量、亲水-疏水相互作用以及界面吸附能量之间的热力学不平衡，卵白肽容易从油水界面解离（Li、Li等人，2025年）。其有限的空间位阻使得乳液滴在长时间储存和重力作用下容易聚集和合并。因此，开发具有增强界面活性和强大空间稳定性的小肽基乳化剂是未来乳液科学发展的关键方向。

多糖具有出色的生物相容性、界面性质、凝胶化能力和多种功能基团，能与广泛的生物活性化合物发生广泛相互作用（D. Li等人，2021年；S. Li等人，2026年）。它们结构稳定的分子配置能够在恶劣环境中有效保护敏感的生物活性分子免受降解。与单独的肽或多糖相比，卵白肽-多糖复合物通过共价键（化学键）和多种非共价键（包括静电吸引、疏水结合和氢键）的协同作用，能够生成稳定的复合结构。这些相互作用共同增强了界面层的厚度并提高了乳液的整体稳定性（Liu、Li等人，2025年）。魔芋葡甘露聚糖（KGM）具有多种生物活性，包括免疫调节、抗炎和抗肿瘤作用（Srivastava & Choudhury，2022年）。由于其复杂的分支结构，KGM能够与卵白肽或其他多糖共组装，形成强大的界面屏障，显著提高乳液的稳定性（Li、Li等人，2025年；S. Li、Wu等人，2025年）。然而，关于KGM-卵白肽复合物共组装机制的深入研究仍然有限，这不仅限制了它们的工业应用，也阻碍了可持续、健康促进型和生物相容性乳化剂的进展。

我们假设卵白肽-KGM共组装体内的协同作用可以调节，以创建一个稳健的乳液平台，能够同时输送亲水性和疏水性生物活性分子，同时保持安全性和稳定性。通过内在荧光光谱、表面疏水性量化、Thioflavin T（ThT）荧光和ζ电位评估等方法对共组装体的结构特征进行了初步表征。利用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、拉曼光谱、X射线衍射（XRD）、热重差示扫描量热法（TG-DSC）和X射线光电子能谱（XPS）等先进分析技术进一步阐明了共组装机制。严格检测了乳化性能和抗氧化活性，并通过流变学表征和稳定性监测评估了其在不同环境下的应用潜力。通过游离脂肪酸（FFA）释放动力学和生物可利用性测定，最终评估了其共输送性能。本研究为具有不同极性特征的生物活性化合物的双重输送提供了一种创新策略，为它们在食品、制药和营养保健品行业的应用开辟了新途径。

材料

材料和试剂均从可靠的商业渠道购买。食品级原料（包括新鲜鸡蛋和玉米油）从当地超市（中国长春的Ou Ya超市）采购。生化试剂包括木瓜蛋白酶和十二烷基硫酸钠（SDS）（Solarbio Science & Technology Co., Ltd.）；KGM、ANS、维生素D₃（纯度≥98%）和RP（纯度≥93%）（Aladdin Co., Ltd.）；尼罗红和尼罗蓝（Yuanye Biotechnology Co., Ltd.）。KGM纯度为95%，分子量为205,052 g/mol。

EWP-KGM组装体的多光谱表征

肽的内在荧光主要来源于分子构象中的芳香残基，如苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸（Marshall & Sutherland，2025年）。作为一种无标记的生物物理工具，内在荧光光谱常用于评估三级结构的变化。图1a-c中的荧光谱显示，在共组装过程中，EWP中的芳香氨基酸发射强度明显增强。

结论

EWP-KGM共组装体有效地稳定了HIPPEs，实现了维生素D₃和RP的有效共输送。共组装过程主要受氢键和疏水相互作用的控制，这些作用促进了β-折叠的形成并增加了表面疏水性，从而增强了界面吸附。由此产生的EWP@KGM3稳定的HIPPEs表现出优异的乳化性能（EAI：15.12 m²/g；ESI：736.60 min）、拟塑性流变行为以及出色的储存稳定性。

CRediT作者贡献声明

李尚林：撰写初稿、可视化处理、方法学设计、实验研究、数据整理。张雷毅：可视化处理、方法学设计、实验研究。吴玉伦：方法学设计、实验研究。郭家乐：方法学设计、实验研究。杨成波：方法学设计、实验研究。陈坤：方法学设计、实验研究。李亚娟：软件应用、实验研究。田龙江：软件应用、实验研究。刘静波：项目监督、资金获取。张婷：结果验证、项目监督、资源协调。杜志阳：

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了吉林省科技发展计划重点研发项目（20240303044NC）的资助。