食品界

胃肠道环境对蚕蛹蛋白稳定Pickering高内相乳液及其负载虾青素的影响

Pickering高内相乳液（HIPEs）是指由固体颗粒（包括纳米级颗粒和微米级颗粒）稳定的分散相（油相）体积分数≥74%的乳液。当前稳定食品级Pickering HIPEs的固体颗粒主要有蛋白质、多糖以及蛋白质-多糖复合物等生物大分子。蚕蛹蛋白是桑蚕缫丝的副产物，是一种比植物蛋白更具营养价值的优质蛋白质资源。虾青素是一种脂溶性类胡萝卜素，具有抗衰老、抗氧化、抗肿瘤、预防心血管疾病等多种生物活性，但虾青素易受光、热、氧气、酸的影响发生降解，虾青素较低的水溶性和生物可给性严重限制了其作为生物活性物质在食品体系的应用。

广西大学轻工与食品工程学院王小艺、邓筱语、江虹锐*等人，以蚕蛹蛋白为原料，建立蚕蛹蛋白颗粒稳定的Pickering HIPEs，通过静态消化模型研究胃肠道环境对蚕蛹蛋白颗粒及其稳定的Pickering HIPEs递送虾青素的影响，以期为虾青素等疏水性生物活性物质的保护和肠道递送以及新型功能性食品的开发和应用提供理论基础。

一、模拟胃、肠道环境对蚕蛹蛋白颗粒的粒径、ZETA电位及消化稳定性的影响

由图1a可知，模拟胃部和肠道pH值环境下，蚕蛹蛋白颗粒的平均粒径均约为150 nm。蚕蛹蛋白颗粒在pH 3.0时的多分散指数（PDI）（0.216±0.007）显著大于其在pH 7.0时的PDI（0.184±0.007）（P＜0.05）。本实验结果说明蚕蛹蛋白颗粒在肠道pH值环境中分布更均匀。结果表明，蚕蛹蛋白颗粒尺寸不受胃、肠道pH值环境的影响，但其分散度会发生改变。

蚕蛹蛋白颗粒在模拟胃部和肠道pH值环境下带相反的电荷；蚕蛹蛋白颗粒Zeta电位绝对值（（26.70±0.62）mV）在pH3.0时显著大于在pH 7.0时（（23.63±0.93）mV）（P＜0.05），说明胃、肠道pH值环境变化会改变蛋白颗粒表面带电性质。蚕蛹蛋白颗粒在胃部pH值环境下颗粒更稳定，这可能是由于酸性环境会增加蛋白质的表面电荷，使蛋白颗粒间的静电斥力增大，从而增加蛋白质的分散稳定性。

如图1b、c所示，蚕蛹蛋白颗粒的分子质量主要集中在30～70 kDa范围。模拟胃消化阶段，蚕蛹蛋白30 kDa处的条带在消化0～120 min内无明显变化，75～100 kDa处的单一条带从消化第10分钟开始逐渐变浅，说明蚕蛹蛋白在胃消化环境中保持稳定，不易被胃消化酶降解。这可能是由于蚕蛹蛋白在胃环境中溶解度低，蛋白质聚集增大了其在胃环境中的耐消化能力。模拟肠消化阶段，蚕蛹蛋白30 kDa和70 kDa除的条带从消化第10分钟开始明显变浅，而75～100 kDa条带消失，说明蚕蛹蛋白对肠道消化酶敏感，易被其水解。这可能是由于胃环境对不溶性蛋白质的消化产生的可溶性蛋白提高了其在肠环境的消化敏感性。

二、胃、肠道环境对蚕蛹蛋白颗粒稳定的PICKERING HIPES粒径、乳滴微观形态的影响

三、蚕蛹蛋白颗粒稳定的PICKERING HIPES的界面蛋白组成及其胃、肠道消化稳定性

由图3可知，蚕蛹蛋白稳定的Pickering HIPEs油水相界面的组分为分子质量约为70 kDa的蛋白，说明该组分蛋白在维持Pickering HIPEs的水油界面稳定性方面起重要作用，这是因为较大分子质量的蛋白质在均质作用下可均一地从水相缓慢扩散至油水界面，继而形成更稳定的界面体系。

蚕蛹蛋白颗粒稳定的Pickering HIPEs的体外胃肠道消化过程可归纳为：乳液在模拟胃消化环境中，包裹油相的70 kDa界面蛋白耐受胃蛋白酶的消化，使Pickering HIPEs在胃消化过程中保持了稳定的高内相乳化状态；乳液进入肠环境时，70 kDa范围的界面蛋白被肠消化酶快速分解，包裹乳滴内部油相的能力降低，乳液破乳失稳，从而实现蚕蛹蛋白颗粒稳定的Pickering HIPEs在胃环境中保持稳定且在肠环境中控释油相的消化特性。

四、虾青素添加量对蚕蛹蛋白稳定的PICKERING HIPES形态、乳滴粒径和虾青素负载率的影响

由图4a可知，以20 mg/mL蚕蛹蛋白颗粒分散液作为连续相、含不同虾青素添加量的大豆油作为分散相制备的Pickering HIPEs呈现均一的凝胶状态。虾青素添加量为0.05～0.25 mg/mL时，均能形成油相体积分数为78%的Pickering HIPEs。随着虾青素添加量的增加，AST-Pickering HIPEs的颜色逐渐加深。不同虾青素添加量的AST-Pickering HIPEs黏附在玻璃瓶上，即使玻璃瓶倒置，乳液仍能保持稳定。

图4b可知，AST-Pickering HIPEs的乳滴粒径随虾青素添加量增加呈现递增趋势；虾青素添加量≤0.10 mg/mL时，乳滴粒径较小；虾青素添加量≥0.2 mg/mL时，ASTPickering HIPEs的乳滴粒径显著增大（P＜0.05）。

图4c 可知，随着虾青素添加量增大，ASTPickering HIPEs对虾青素的负载率没有显著变化（P＞0.05）。乳液的虾青素负载率（约为88%）均低于100%，可能是由于虾青素在乳液制备过程中发生了损失。

本实验结果表明，由蚕蛹蛋白稳定的Pickering HIPEs能有效负载虾青素。

五、蚕蛹蛋白颗粒稳定的PICKERING HIPES中虾青素的生物可给性分析

由图5可知，虾青素添加量为0.05～0.25 mg/mL的ASTPickering HIPEs在体外胃、肠道消化结束时的生物可给性均显著高于AST-oil中虾青素的生物可给性。虾青素添加量≥0.20 mg/mL时，AST-Pickering HIPEs的虾青素经肠道的生物可给性略有下降。这可能是由于虾青素添加量的增加使乳液的乳滴增大（图4b），降低了乳液的稳定性。AST-oil生物可给性较低。

AST-Pickering HIPEs中虾青素中的油脂被油水相界面蚕蛹蛋白包裹，可维持乳滴在胃环境的稳定；进入肠消化阶段后，较小的乳滴粒径增加了肠消化液与油滴接触的比表面积，提高了脂解速度，继而促使虾青素进入胶束层，提高了虾青素的生物可给性。肠消化过程中，AST-Pickering HIPEs乳滴界面的70 kDa蛋白质被降解，是油相加速脂解速度并释放虾青素，继而提高虾青素的生物可给性的另一原因。结果表明，蚕蛹蛋白颗粒稳定的Pickering HIPEs可以作为递送虾青素的良好载体。

结论

以2.0%的蚕蛹蛋白颗粒作为乳化剂稳定油相体积分数为78%的Pickering HIPEs可作为包埋虾青素的稳定载体。蚕蛹70 kDa蛋白是稳定Pickering HIPEs的主要界面蛋白，在胃环境中有良好的稳定性。此外，此蛋白在肠环境中发生水解是乳液显著提高虾青素生物可给性的主要原因。这些结果可用于开发蚕蛹蛋白基Pickering HIPEs的功能性食品成分递送系统，实现有针对性的保护和控释乳液中的生物活性物质。

作者简介

通信作者：

江虹锐，工学博士，副教授，研究生导师。曾在广西医科大学公共与预防医学博士后流动站进修博士后，美国阿肯色大学食品学院访问学者。现任广西大学轻工与食品工程学院教师，主要研究方向农产品蛋白质资源的综合利用及开发，主持国家自然科学基金青年基金和省部级多项课题，获广东省科技进步一等奖，广西科技进步奖二等奖等荣誉。目前重点研究利用桑蚕加工副产物构建生物活性物质递送系统及其稳态输送的特性，以提高低值蛋白的高质化及高值化利用，该研究得到了中央引导地方科技发展专项资金项目的支持。

第一作者：

王小艺，硕士研究生，就读于广西大学轻工与食品工程学院食品加工与安全，研究方向为蛋白质的功能与应用。硕士论文研究“超声预处理对蚕蛹蛋白颗粒稳定Pickering高内相乳液性质的影响及其递送虾青素的研究”，参与项目有广西高校中青年教师科研基础能力提升项目、中央引导地方科技发展资金项目，在校期间担任班级宣传委员，曾获2019第一学年三等奖学金、2020第二学年三等奖学金。