由蟋蟀蛋白稳定的油包水乳液中叶黄素酯的界面行为及其在胃肠道中的释放

《Food Hydrocolloids》：Interfacial behavior and gastrointestinal delivery of lutein ester in oil-in-water emulsions stabilized by cricket protein

　　

刘丽君|朱梦洁|Vibhavari Aysha Bansal|齐新月|刘李豪|周秋慧|张宇豪|孙全才|彭叶|邹立强|叶辉

新加坡南洋理工大学化学、化学工程与生物技术学院

摘要

蟋蟀蛋白（CRP）作为一种有前景的可持续乳化剂已经受到关注，但其界面行为和与传统乳蛋白相比的递送性能仍不清楚。在本研究中，通过碱性溶解后等电沉淀法提取的CRP被评估为叶黄素酯（LE）的递送乳化剂，并与酪蛋白进行了比较。与酪蛋白相比，CRP表现出更高的表面疏水性，但降低界面张力的速度较慢，这表明它具有很强的两亲性，但在油水界面的结构灵活性较低。CRP浓度（1-3%，w/w）的增加导致液滴尺寸逐渐减小、尺寸分布变窄以及绝对ζ电位值升高，从而使乳液的稳定性与3%酪蛋白相当。当CRP浓度≥2%时，CRP稳定的乳液对离心、热、pH值和离子应力具有很强的抵抗力。基于CRP的乳液还显著提高了LE的光化学和氧化稳定性。体外INFOGEST消化实验显示，CRP基乳液中LE的生物可利用性呈浓度依赖性增加（10-33%），接近酪蛋白稳定乳液的水平（38%）。体内荧光成像进一步显示了LE负载的CRP乳液在胃肠道传输过程中的不同分布行为。总体而言，这些发现支持了蟋蟀蛋白作为稳定乳液和递送亲脂性生物活性物质的可持续乳化剂的潜力。

引言

叶黄素是一种重要的膳食类黄酮。大量研究表明，叶黄素不仅能够保护视网膜免受氧化损伤（Bartlett & Eperjesi, 2008），还能降低患年龄相关性黄斑变性（AMD）的风险（Ma et al., 2012）。此外，叶黄素还具有显著的抗氧化和抗炎作用，可能对心血管疾病具有预防效果（Y. Liu et al., 2023）。然而，在食品加工和储存过程中，叶黄素容易受到光、热和氧化的影响而降解，导致其生物活性降低（Ochoa Becerra et al., 2020）。尽管叶黄素酯通过酯化结构与脂肪酸结合，具有更高的稳定性，并已成为膳食补充剂的主要应用形式，但其较差的水分散性和化学不稳定性严重限制了其在功能性食品中的使用（Johnson, 2014; Steiner et al., 2018）。在水系统中，叶黄素酯在光照、氧气和热的作用下容易降解，导致颜色和生物活性迅速丧失。一种克服这些限制的有前景的方法是乳液界面设计，这种设计可以创建保护性的油水界面，稳定分散的脂质液滴并限制氧化作用（Berton-Carabin et al., 2014）。

近年来，昆虫来源的蛋白质作为传统动物和植物来源蛋白质的可持续替代品受到了越来越多的关注（van Huis & Oonincx, 2017）。其中，来自Acheta domesticus的蟋蟀蛋白（CRP）展示了有前景的功能特性（Aprile et al., 2025, Ayieko et al., 2016），包括两亲性和在油水界面吸附的能力，表明其作为食品系统乳化剂的潜力（García-Moreno et al., 2020）。先前的研究表明，昆虫蛋白质可以稳定乳液并形成界面膜，尽管它们的性能往往受到蛋白质结构、提取方法和加工条件的影响（Perez-Fajardo et al., 2023, Syamila et al., 2019; Weigel et al., 2018）。

尽管人们对昆虫来源蛋白质的兴趣日益增加，但在标准化条件下将其性能与传统乳化剂（如酪蛋白）进行比较的研究仍然有限。特别是，界面性质与亲脂性生物活性物质（例如叶黄素酯）的保护和递送之间的关系尚未明确建立。此外，大多数现有研究仅关注物理化学特性，而较少有研究系统地考察昆虫蛋白质稳定乳液在相关环境条件（如光照、氧化储存和热暴露）下的稳定性（Gravel & Doyen, 2020）或它们在胃肠道消化过程中提高生物利用性的有效性（Silva et al., 2025）。因此，目前尚不清楚蟋蟀蛋白是否能够形成足够坚固的界面层来保护敏感的生物活性物质（如叶黄素酯）并增强其胃肠道递送。

因此，本研究的目的是评估蟋蟀蛋白作为油水乳液中叶黄素酯稳定和递送的可持续乳化剂的潜力，以酪蛋白为基准。通过系统地比较它们的界面行为、物理化学稳定性和递送性能，期望这些发现能为昆虫来源蛋白质在营养保健品递送系统中的应用提供新的见解，并支持其作为传统乳基乳化剂的可持续替代品的发展。

章节片段

材料

蟋蟀虫粉由泰国的Global bugs和新加坡的Altimate Nutrition提供。作为参考乳化剂使用了酪蛋白（技术级，来自牛奶，Sigma-Aldrich公司，C7078，中国上海）。该材料由酪蛋白亚单位混合物组成，其组成（g/L）为：αs1-（12-15）、αs2-（3-4）、β-（9-11）和κ-（2-4），其性质与牛奶中的相似（Qian et al., 2021）。中链甘油三酯

蟋蟀蛋白的特性

阐明了蟋蟀蛋白（CRP）和酪蛋白（CAP）之间的结构和功能差异，并系统地评估了它们的表面疏水性（H0）和界面特性。在蛋白质浓度为0.15 mg/mL时，内在荧光光谱（图1A）清楚地区分了CRP和CAP。由于疏水残基的暴露程度通常与更好的界面结合相关，CRP显示出比CAP更高的荧光强度。

结论

本研究表明，蟋蟀蛋白（CRP）可以有效稳定油水乳液，并作为一种有前景的可持续蛋白质基乳化剂用于营养保健品的递送。当CRP浓度≥2%时，CRP稳定的乳液在物理化学性质和稳定性方面与酪蛋白稳定的乳液相当，包括更小的液滴尺寸、更高的绝对ζ电位以及对环境压力的更好抵抗力。

CRediT作者贡献声明

Vibhavari Aysha Bansal：验证、方法学、研究。Xinyue Qi：撰写 – 审稿与编辑、可视化。Leehow Lau：方法学、正式分析。Chew Hui Pung：撰写 – 审稿与编辑、正式分析。Yuhao Zhang：撰写 – 审稿与编辑、方法学。Quancai Sun：监督、方法学。Ye Peng：监督、概念化。Liqiang Zou：监督、方法学、概念化。HUI YE：撰写 – 审稿与编辑、监督、方法学。Lijun Liu：撰写 –

Sarkar et al., 2016.

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本工作得到了NTU-Start up基金和教育部 AcRF Tier 1种子基金（RS10/23）以及教育部 AcRF Tier 1基金（RG90/23）对HY的支持，以及NTU-Research奖学金R2328076对刘丽君的支持。