大豆蛋白衍生纳米粒子的制备及其对叶黄素的增强机制:对包封、稳定性和相互作用的分析

时间:2026年5月19日
来源:Food Bioscience

编辑推荐:

李志伟|程勇|吴仁义|王兆军|陈秋明|曾茂茂|陈杰|何志勇江南大学食品科学与资源国家重点实验室,中国江苏省无锡市,214122摘要叶黄素是一种具有健康益处的疏水性类胡萝卜素,但其稳定性和生物利用度较差。本研究系统地探讨了酶解对大豆蛋白功能特性的影响。我们比较了天然组分(7S、11

广告
   X   

李志伟|程勇|吴仁义|王兆军|陈秋明|曾茂茂|陈杰|何志勇
江南大学食品科学与资源国家重点实验室,中国江苏省无锡市,214122

摘要

叶黄素是一种具有健康益处的疏水性类胡萝卜素,但其稳定性和生物利用度较差。本研究系统地探讨了酶解对大豆蛋白功能特性的影响。我们比较了天然组分(7S、11S)与选择性水解的大豆蛋白分离物(SPI)在包封性能和稳定性增强机制方面的差异。结果表明,选择性水解的SPI(尤其是P1、A1和A2)表现出较高的表面疏水性(>90)、抗氧化活性,并形成了均匀的纳米颗粒(100–200 nm),同时提高了包封效率(EE)和载药量(LC)。包封显著增强了叶黄素的稳定性。在光照24小时后,P1-LNP、A1-LNP、A2-LNP中的叶黄素含量比游离叶黄素高出25.90%-45.62%。经过60°C的热处理后,叶黄素的保留率超过85%(比游离叶黄素高87%)。多光谱分析显示,叶黄素通过与蛋白质的静态猝灭作用(Kq 2 × 1010 L mol−1·s−1)结合,结合位点约为1个,涉及疏水相互作用和氨基结合,且蛋白质的二级结构几乎没有变化。本研究为叶黄素在功能性食品和药品中的高效应用提供了一种可行的策略。

引言

叶黄素是一种天然类胡萝卜素,常见于万寿菊、菠菜、玉米等植物组织中。其分子结构包含多个共轭双键,赋予其独特的光学特性和生理活性(Steiner等人,2018年)。在人体生理代谢中,叶黄素无法内源性合成,必须通过饮食摄入(Zhang等人,2024年)。它主要积聚在视网膜、晶状体和皮肤中,能有效过滤有害蓝光并抑制氧化应激,在预防和延缓年龄相关性黄斑变性和白内障方面发挥关键作用(Jia等人,2017年)。此外,大量研究表明叶黄素在抗氧化和抗炎活性方面也具有显著潜力,同时有助于预防心血管疾病和认知衰退(Li等人,2021年;H. Shi等人,2024年)。然而,叶黄素的高疏水性、极低的生物利用度以及在光照、热和氧气条件下的高度不稳定性严重限制了其在功能性食品和药品中的应用(B. Hu等人,2025年)。因此,开发高效、可食用且可大规模生产的递送系统以增强叶黄素的稳定性已成为功能性食品领域亟需突破的核心技术挑战。
基于蛋白质的纳米载体因其优异的生物相容性、生物降解性、表面可修饰性以及与活性小分子的各种相互作用(如氢键、疏水相互作用和静电吸引)而被视为包封疏水性活性物质的有希望的平台(Kasaai,2018年;C. Tang,2021年)。动物蛋白(如乳清蛋白和卵清蛋白)因具有强大的乳化能力、密集的凝胶网络形成和快速的界面吸附作用而被广泛用于β-胡萝卜素、姜黄素和鱼油等活性化合物的递送(Sun等人,2021年;S. Zhao等人,2025年)。然而,动物蛋白可能引发过敏反应。例如,乳清蛋白是婴儿和幼儿的常见过敏原,而卵清蛋白可能导致某些人出现皮肤瘙痒和腹泻等症状,限制了其在特定人群食品中的应用(X. Shi等人,2022年;Xie等人,2024年)。相比之下,植物蛋白载体展现出显著的发展潜力和独特优势。植物蛋白广泛可用、价格低廉、不含胆固醇且致敏性较低。大豆蛋白作为一种典型的植物蛋白,不仅氨基酸组成接近人体必需氨基酸的模式且营养价值高,还具有良好的生物相容性和降解性(Singh等人,2008年)。它已被广泛用于活性成分载体的构建,成为解决叶黄素应用瓶颈的理想原料之一(C.-H. Tang,2021b)。
大豆蛋白的主要成分是β-伴大豆球蛋白(7S)和伴大豆球蛋白(11S),两者合计约占总蛋白含量的70-80%。7S是一种三聚体糖蛋白,分子量约为150-200 kDa,以其优异的溶解性和乳化活性而闻名(Yang等人,2024年)。研究表明,由7S构建的纳米载体对疏水性活性成分(如姜黄素)具有较高的包封效率,并能显著增强活性成分在模拟胃肠道环境中的稳定性(Liu等人,2019年)。11S是一种六聚体蛋白,分子量约为300-380 kDa,更易形成密集的凝胶结构,提供更高的结构稳定性(Kang等人,2023年)。大豆蛋白分离物(SPI)是一种富含这两种蛋白质的纯化产品。然而,天然SPI复杂的球形结构限制了其部分功能特性的发挥。酶解是一种有效的生物技术方法,可用于修改蛋白质的功能特性。通过使用特定的蛋白酶(如胃蛋白酶和碱性蛋白酶)对SPI进行控制性水解,可以破坏其高级结构,暴露更多的疏水基团和活性位点,从而显著改变其理化性质。例如,通过胃蛋白酶和碱性蛋白酶酶解得到的SPI水解物已被用于递送姜黄素,显著提高了姜黄素的载药效率和稳定性(Xiang等人,2018年;Zhang等人,2018年)。
不同大豆蛋白相关物质的分子结构、表面活性位点和电荷特性存在显著差异。这些差异可能影响它们与叶黄素的相互作用方式,进而影响纳米颗粒的包封效率、理化性质以及叶黄素在不同环境条件(如光照和高温)下的稳定性。尽管之前已有使用大豆蛋白递送类胡萝卜素的案例,但尚未全面比较7S/11S及其酶解衍生物在叶黄素稳定性方面的内在结构差异。因此,系统地比较天然7S、11S组分和SPI酶解产物在递送系统构建中的差异对于深入理解包封增强机制至关重要。基于上述研究背景,本研究旨在比较7S、11S、SPI胃蛋白酶水解物和SPI碱性蛋白酶水解物的理化性质,并制备载有叶黄素的大豆蛋白载体。本研究重点探讨酶解如何改变单个7S和11S组分的功能贡献。因此,使用纯化的7S和11S组分作为对比参考,而不是未水解的SPI,以便分析各组分的保留或降解是否与包封性能的改善有关。比较了这些蛋白质载体对叶黄素的包封效率、载药量以及对环境稳定性(光照处理和热处理)的增强效果。采用多种光谱技术(如荧光光谱和FTIR)探索不同蛋白质载体与叶黄素在分子水平上的相互作用机制,揭示稳定性增强的内在原因。本研究可能为叶黄素和其他疏水性活性物质在食品和药品等领域的高效应用提供可行的技术解决方案。

章节片段

材料与试剂

大豆由丰源中业有限公司(中国连云港)提供。纯度大于90%且碱性酶活性大于200 U/mg的叶黄素由上海源业生物技术有限公司(中国上海)提供。2,2-偶氮双(3-乙基-苯并噻唑啉-6-磺酸)(ABTS)、Trolox和荧光素购自J&K Scientific有限公司(中国北京)。胃蛋白酶(>2500 U/mg)、三硝基苯磺酸(TNBS)和8-苯胺-1-萘磺酸(ANS)购自Sigma-Aldrich Chemical

7S、11S和SPI水解物的表征

消化度(DH)是衡量蛋白水解程度的关键指标,反映了肽键断裂的数量,直接影响产品的分子组成和功能特性(Ma等人,2021年)。如图1A所示,P1、P2和P3的消化度分别为8.09%、9.99%和13.59%,而A1、A2和A3的消化度分别为10.56%、12.02%和16.85%。分子量分布直观地反映了颗粒的大小

结论

总之,本研究系统地制备并表征了大豆蛋白衍生的载体,包括天然7S、11S和六种SPI水解物(P1、P2、P3、A1、A2和A3),并研究了它们在叶黄素包封和稳定性增强中的应用。结果表明,酶解显著改变了SPI的理化性质。与7S和11S相比,SPI水解物(尤其是P1、A1和A2)的分子量降低(主要分布在

CRediT作者贡献声明

李志伟:撰写——原始草稿,软件处理,数据管理。程勇:软件处理,正式分析,数据管理。吴仁义:软件处理,数据管理。王兆军:软件处理,正式分析。陈秋明:验证。曾茂茂:方法学研究。陈杰:项目管理。何志勇:撰写——审稿与编辑,监督,项目管理,资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了中国国家重点研发计划(编号:2022YFF1100204)和江苏省六大人才高峰项目(编号:NY-095)的支持。

生物通微信公众号
微信
新浪微博


生物通 版权所有