牛血清白蛋白-琥珀酸-环糊精复合物稳定的Pickering乳液用于β-胡萝卜素的输送:物理化学性质及体外消化研究

《Food and Bioproducts Processing》:The bovine serum albumin fiber-succinate cyclodextrin stabilized Pickering emulsions for the delivery of β-carotene: physicochemical properties and in vitro digestion

【字体: 时间:2026年06月12日 来源:Food and Bioproducts Processing 3.4

编辑推荐:

  雷浩|王灿|毛进|徐宝才|石杰教育部生物过程工程研究中心,安徽省农产品现代加工重点实验室,合肥工业大学食品与生物工程学院,中国合肥230009摘要由于传统乳化剂的稳定性较差,开发高效的疏水性营养素输送载体仍然是一个关键挑战。本研究通过静电复合作用制备了一种创新的牛血清白蛋白-琥珀

  
雷浩|王灿|毛进|徐宝才|石杰
教育部生物过程工程研究中心,安徽省农产品现代加工重点实验室,合肥工业大学食品与生物工程学院,中国合肥230009

摘要

由于传统乳化剂的稳定性较差,开发高效的疏水性营养素输送载体仍然是一个关键挑战。本研究通过静电复合作用制备了一种创新的牛血清白蛋白-琥珀酸-环糊精(BSAF-SACD)复合物,用于稳定β-胡萝卜素的乳液输送。ζ电位分析确定了最佳复合作用条件:质量比为2,pH值为5.0,在此条件下,阳离子BSAF与阴离子SACD结合形成交联保护网络。微观结构和结构分析证实,该基质有效结合了蛋白质纤维的刚性和改性环糊精的包封能力。与BSAF稳定的乳液相比,双功能BSAF-SACD乳液表现出显著的性能提升,储存35天后β-胡萝卜素的保留率提高了5.5%,紫外光稳定性提高了6.0%。此外,体外胃肠道消化模型显示,该复合物网络能够实现pH响应性释放,最终使β-胡萝卜素的生物利用度提高了10.7%。总体而言,这项工作为构建多组分蛋白质-多糖界面组装系统提供了一种可持续且创新的方法,推动了功能性食品和靶向生物活性输送系统的开发。

引言

乳液由两种不相溶的液体组成,通常意味着一种液体分散在另一种液体中(Sarkar & Mackie, 2020)。一般来说,乳液的形成需要表面活性剂的参与,表面活性剂可以降低油水界面的张力,并保护封装的生物活性物质免受环境影响。然而,传统表面活性剂稳定的乳液容易发生沉淀、絮凝、聚结、相分离、奥斯特瓦尔德熟化等现象,从而破坏乳液稳定性。Pickering乳液是使用纳米或微米级固体颗粒代替表面活性剂作为稳定剂的乳液(Zheng, et al., 2025)。当使用固体复合物进行乳液稳定时,它们不仅具有优异的抗聚集稳定性,还对某些营养素具有高包封效率,因此是一种有效的营养素输送系统。
大多数天然化合物,如多糖、蛋白质和淀粉颗粒,都是亲水性的。然而,这些化合物可以通过物理和化学修饰来制备适合的Pickering乳化剂(Wang, et al., 2026)。通过这些修饰,可以制备出对温度、pH值和离子强度等刺激有响应的Pickering乳液。这类响应性乳液具有缓释潜力,适用于多种场景(Tang, Quinlan, & Tam, 2015)。因此,为了提高乳化性能,修改天然化合物以增强其两亲性并探索基于天然化合物(如蛋白质-多糖系统)的更绿色、环保和健康的稳定剂系统至关重要。Zou等人利用乙醇水溶液中玉米醇溶蛋白(zein)和单宁酸(TA)之间的氢键相互作用,通过反溶剂法制备了一种新的zein/单宁酸复合物(ZTP),该复合物能够稳定高内相体积分数的Pickering乳液凝胶(Zou, Guo, Yin, Wang, & Yang, 2015)。但对于单独的zein或单宁酸来说这是不可能的。Huang等人在pH 4.0-8.0范围内制备了壳聚糖纳米纤维(CNW)和淀粉样纤维(SPF)的复合物,所得乳液的稳定性优于单独的CNW或SPF(Huang, et al., 2023)。Liu等人使用螺旋藻提取的螺旋藻蛋白(SP)和壳聚糖(CS)制备了复合物,从而提高了虾青素(AXT)的储存稳定性和生物利用度(Liu, et al., 2023)。因此,设计和构建多组分系统是提高Pickering乳液稳定性的关键方法。
尽管β-环糊精(β-CD)的结合亲和力高于其他类似物,但其水分散性有限,这限制了其实际应用。相比之下,多羧酸(如柠檬酸(CA)上的羧基和羟基可以作为“结构桥梁”,在简单的干热处理过程中与β-CD交联,有效提高其溶解性(He, Zheng, Liu, Zhang, & Shen, 2024)。值得注意的是,这一过程避免了有毒化学物质的使用(Zhou, et al., 2018)。然而,柠檬酸-环糊精(CACD)的主要瓶颈是其过度的交联程度,这会导致严重的空间阻碍,严重影响与其他化合物的复合作用。相比之下,仅含有两个羧基的琥珀酸(SA)制备的琥珀酸-环糊精(SACD)交联密度显著较低。SACD中的阴离子羧基的空间可用性有利于与阳离子物种形成静电复合物(Hu, et al., 2021)。因此,选择SA作为通过干热方法与β-CD交联的理想修饰基团。
许多动物来源的蛋白质,包括β-乳球蛋白、卵清蛋白和牛血清白蛋白(BSA),可以通过酸热处理改造成半柔性聚集体。例如,Liu等人证明,在pH 2.0的条件下,乳清蛋白纤维可以在Pickering乳液的油水界面重新组装。这些纤维的高柔韧性和流动性使它们能够快速分散在界面,从而形成更小、更均匀的液滴(Liu, et al., 2024)。作为代表性的球状蛋白质,牛血清白蛋白(BSA)可以有效降低油水相之间的界面张力,使其成为Pickering乳液研究中的优选稳定剂。然而,环境因素(如pH值、离子强度和温度的变化)不可避免地会影响BSA的大分子构象和乳化性能,从而影响Pickering乳液的总体稳定性(Tao, et al., 2023)。蛋白质和多糖形成的复合物可以增强蛋白质的乳化性能(X. Li & de Vries, 2018)。Wang等人成功制备了玉米醇溶蛋白/壳聚糖复合颗粒(ZCP),这些颗粒不可逆地吸附在油水界面形成网络结构,从而获得了稳定的O/W Pickering乳液(L. J. Wang, et al., 2015)。特别是,将多糖引入蛋白质中可以产生显著的协同稳定效果。同时,蛋白质纤维化会暴露出更多的结合位点,从而增强多糖的界面吸附并提高乳液稳定性(Souzandeh, Johnson, Wang, Bhamidipaty, & Zhong, 2016)。由于天然BSA中初始缺乏β-折叠结构,利用酸热处理结合超声处理可以诱导β-折叠结构的形成,从而生成牛血清白蛋白纤维(BSAF)。通过利用这种结构转变,可以制备出稳定的、pH响应性的Pickering乳化剂。这是通过将BSAF保持在等电点以下以确保净正电荷来实现的,使其能够通过强静电相互作用与带负电的SACD结合。
在这项研究中,通过酸热诱导牛血清白蛋白(BSA)纤维化及其随后与琥珀酸-环糊精(SACD)的复合作用,开发了一种pH响应性的多组分协同界面组装系统(BSAF-SACD)。该策略制备了一种绿色、生物相容的Pickering乳液输送系统,适用于封装β-胡萝卜素这种高敏感性的生物活性分子。通过蛋白质纤维网络内的物理包裹和环糊精腔内的化学包封,实现了双重保护机制。通过阐明蛋白质纤维化和多糖交联的协同机制,本研究系统评估了BSAF和BSAF-SACD稳定的乳液(BSAF-E和BSAF-SACD-E)中β-胡萝卜素的紫外光稳定性、长期储存稳定性和生物利用度。最终,这项研究为开发基于蛋白质-多糖的稳定载体系统以输送疏水性功能因子提供了新的方法。

章节片段

材料

β-环糊精(98%)、牛血清白蛋白(98%)、琥珀酸(99.5%)、无水亚磷酸氢钠(>98%)购自Aladdin有限公司。玉米油购自Arowana有限公司。β-胡萝卜素(97%)、Tween 80、中链甘油三酯、胃蛋白酶(酶活性3000-3500 U/mg)、脂肪酶(酶活性30,000 U/g)、胰酶(酶活性4000 U/g)和胆盐购自中国上海的Yuanye有限公司。所有实验中使用的水均为超纯水。

BSAF-SACD的制备

BSAF-SACD的制备过程如图1所示。首先,β-环糊精(β-CD)与琥珀酸(SA)发生酯化反应生成琥珀酸-环糊精(SACD)。然后在酸性和加热条件下,牛血清白蛋白(BSA)分子内的原始分子间力平衡被打破。蛋白质分子的氢键、疏水相互作用和静电相互作用在这种环境下重新排列,从而导致

结论

总之,本研究成功使用了牛血清白蛋白纤维(BSAF)和BSAF-琥珀酸-环糊精(BSAF-SACD)复合物作为稳定剂制备了Pickering乳液。系统地表征了它们的结构组成、乳化性能和pH响应性。35天后,BSAF-SACD稳定的乳液(BSAF-SACD-E)的β-胡萝卜素保留率为76.2%,BSAF稳定的乳液(BSAF-E)为70.7%,TE为56.8%,显示出更好的储存稳定性。

数据可用性

数据可应要求提供。

未引用的参考文献

(Kika et al., (2007))

CRediT作者贡献声明

雷浩:验证、软件、方法学、概念化。石杰:撰写 – 审稿与编辑、监督、方法学。徐宝才:撰写 – 审稿与编辑。毛进:方法学。王灿:验证、软件、方法学。

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

本研究得到了国家自然科学基金(编号32372282)、安徽省杰出青年科学基金(2202085J04)和中央高校基本科研业务费(JZ2025HGTG0263, PA2024GDGP0037)的支持。
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号