昆虫源姜黄素蛋白颗粒对α-葡萄糖苷酶的抑制活性及其与阿卡波糖在模拟消化下的协同作用

《Future Foods》：Inhibitory Activity of Insect Curcumin Protein Particles on α-Glucosidase and Their Synergism with Acarbose under Simulated Digestion

本研究针对传统α-葡萄糖苷酶抑制剂阿卡波糖的胃肠道副作用及姜黄素水溶性差、生物利用度低等问题，开发了以黑金蟋蟀蛋白(IB)和家蟋蟀蛋白(ID)为载体负载姜黄(Curcuma longa L., KC)和莪术(Curcuma zedoaria Rosc., KO)提取物的姜黄素蛋白颗粒(CPP)。结果表明，IB-KC和IB-KO对总姜黄素(TC)吸附量最高(20.99±0.51和20.11±0.70 mg g?1)，ID-KC和ID-KO对总酚(TP)吸附量最优(1.584±0.01和1.136±0.02 mg g?1)。CPP溶解度超40%，经体外模拟消化后TC稳定性显著优于TP(p<0.05)。ID-KC-UD对麦芽糖酶和蔗糖酶抑制活性最强(IC50分别为2.57±0.11和2.50±0.13 mg mL?1)，且IB-KC/IP和IB-KO/IP与阿卡波糖呈现协同抑制效应。该研究为开发兼具营养与抗糖尿病功能的昆虫蛋白基功能性食品提供了新策略。

　　

随着全球糖尿病患病率的持续攀升，2型糖尿病(Type II Diabetes Mellitus, T2DM)的防治已成为公共卫生领域的重大挑战。这种以餐后高血糖为特征的代谢性疾病，若血糖控制不佳，会引发一系列血管并发症。目前，通过抑制肠道中的α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)来延缓碳水化合物分解和葡萄糖吸收，是控制餐后血糖的有效策略之一。临床上广泛使用的阿卡波糖(Acarbose)等药物虽效果明确，却常伴有腹胀、腹泻等胃肠道不良反应，影响了患者的用药依从性。因此，从天然药用植物中寻找副作用更小、安全性更高的替代或辅助治疗方案，成为了研究热点。

另一方面，面对全球人口增长和资源压力，开发可持续的新型蛋白质来源也刻不容缓。可食用昆虫，如黑金蟋蟀(Gryllus bimaculatus, IB)和家蟋蟀(Acheta domesticus, ID)，因其蛋白质含量高、氨基酸组成全面，且养殖环境足迹小，正被视为极具潜力的未来食物蛋白资源。然而，如何克服消费者对昆虫形态的接受度障碍，并提升其附加值，是推广昆虫蛋白的关键。将昆虫蛋白与具有明确健康功效的天然活性成分相结合，制成易于接受的功能性食品，是一条值得探索的路径。

在众多功能性植物成分中，姜黄及其近缘植物莪术备受关注。它们主要活性成分姜黄素类化合物(Curcuminoids)具有抗氧化、抗炎、抗菌等多种生物活性，尤其显示出良好的体外和体内降血糖效果，包括抑制α-葡萄糖苷酶活性。遗憾的是，姜黄素本身水溶性极差，在体内的生物利用度(Bioavailability)很低，这严重限制了其健康效益的发挥。为了解决这一瓶颈，研究人员尝试通过各种载体和技术来改善其溶解性和稳定性，其中，利用蛋白质作为载体形成姜黄素蛋白颗粒(Curcumin Protein Particles, CPP)是一种有效策略。蛋白质能与姜黄素通过疏水相互作用和氢键结合，改变其理化性质，从而提高其在水中的分散性和对消化环境的耐受性。

那么，能否将昆虫蛋白的资源优势与姜黄素的健康功效相结合，开发出一种既能提供优质营养，又能辅助血糖管理的新型功能性配料呢？来自泰国Rajamangala University of Technology Srivijaya的研究团队在《Future Foods》上发表的研究，正是对这一设想的深入探索。他们系统评价了以两种蟋蟀蛋白(IB, ID)和一种植物蛋白(大豆蛋白, Soy Protein, SP)为载体，负载两种姜科植物(KC, KO)提取物所形成的六种CPP的特性，并重点考察了这些CPP在模拟人体消化过程中的生物可及性(Bioaccessibility)、对α-葡萄糖苷酶的抑制能力，以及它们与常用降糖药阿卡波糖的协同作用。

为开展本研究，作者团队运用了几项关键技术方法。首先是材料制备与CPP构建：收集了泰国本土的KC和KO根茎，经干燥粉碎后，用50%乙醇提取活性成分；同时，通过碱性水溶液结合超声波处理从黑金蟋蟀(IB)和家蟋蟀(ID)中提取蛋白质，并与大豆蛋白(SP)一同作为载体，与KC/KO提取物混合，通过搅拌、离心、冷冻干燥制成六种CPP。其次是理化性质表征：系统测定了CPP的水分活度(Water activity, Aw)、pH值、蛋白质含量、脂肪含量、溶解度等指标。第三是体外模拟消化：采用国际通用的静态模型，依次模拟胃液(Gastric Phase, GP)和肠液(Intestinal Phase, IP)消化过程，评估CPP中总姜黄素(TC)和总酚(TP)的释放与稳定性。第四是生物活性评价：以大鼠肠道提取物中的麦芽糖酶(Maltase)和蔗糖酶(Sucrase)为靶点，测定CPP及其消化产物在不同阶段的半数抑制浓度(IC₅₀)，并进一步探讨了CPP与阿卡波糖的联合抑制效应。

3.1. 蛋白质基质中的姜黄素捕获

研究人员首先评估了KC和KO提取物中的总姜黄素(TC)和总酚(TP)在三种蛋白质(IB, ID, SP)上的吸附效率。结果表明，IB对KC和KO中TC的吸附量最高，分别达到20.99±0.51和20.11±0.70 mg g?1。而ID则对TP表现出最优的吸附效果，ID-KC和ID-KO的TP值分别为1.584±0.01和1.136±0.02 mg g?1。这种吸附差异主要归因于姜黄素(作为疏水性酚类化合物)与蛋白质之间的疏水相互作用以及酚羟基与蛋白质氨基酸残基形成的氢键。研究指出，昆虫蛋白(IB, ID)对姜黄素和酚类化合物的吸附效率与植物源大豆蛋白(SP)相当，这为昆虫蛋白作为功能性成分载体提供了依据。此前研究多关注植物蛋白，而本研究首次系统展示了昆虫蛋白在此方面的应用潜力。

3.2. 水分活度、pH、溶解度和近似组成

对制成的CPP进行基础理化性质分析至关重要。所有CPP的水分活度(Aw)在0.24至0.37之间，低于0.6的微生物生长安全阈值，预示着其具有良好的贮藏稳定性。CPP的蛋白质含量在22.14%至38.34%之间，低于原料蛋白(58.32%-89.25%)，这是由于制备过程中的损耗所致；脂肪含量也显著低于昆虫蛋白原料。尤为重要的是，CPP的溶解度均超过40%，显著高于未复合的蛋白质原料。这种溶解度的提升，被认为是姜黄素等酚类化合物与蛋白质交联后，增强了复合物极性的结果。同时，昆虫蛋白(IB, ID)本身具备的乳化特性也有助于改善疏水性成分在水中的分散。

3.3. 生物可及性

通过体外模拟消化系统(模拟胃相GP和肠相IP)，研究人员追踪了CPP在胃肠道环境中的变化。结果显示，在经过GP和IP消化后，CPP中的TC含量变化不显著，而TP则发生了显著变化(p<0.05)。这表明蛋白质基质对姜黄素起到了良好的保护作用，使其能够抵抗胃蛋白酶的水解，并顺利运送到肠道部位释放。这种保护作用对于提高姜黄素的生物可利用性至关重要。在生物活性方面，未消化的ID-KC(UD)显示出最强的α-葡萄糖苷酶抑制活性，其对麦芽糖酶和蔗糖酶的IC₅₀值分别为2.57±0.11和2.50±0.13 mg mL?1，甚至优于阿卡波糖对照组。值得注意的是，经过消化后，IB-KC在肠相(IP)和IB-KO在肠相(IP)的抑制活性显著增强，其IC₅₀值分别达到7.49±0.19/6.54±0.43 mg mL?1和9.59±0.22/7.7±0.47 mg mL?1，表明消化过程可能优化了这些CPP中活性成分的释放或转化。

3.4. CPP与阿卡波糖对肠道α-葡萄糖苷酶抑制活性的联合效应

研究的另一个亮点在于探讨了CPP与临床药物阿卡波糖的协同作用。将低浓度的IB-KC-IP或IB-KO-IP(1 mg mL?1)与不同浓度的阿卡波糖联合使用后发现，混合物对麦芽糖酶和蔗糖酶的抑制率显著高于单独使用阿卡波糖或CPP的效果。这种协同效应意味着在未来应用中，或许可以降低阿卡波糖的使用剂量，从而减轻其带来的胃肠道副作用，为开发更安全有效的糖尿病辅助治疗方案提供了新的思路。

综上所述，这项研究成功地将昆虫蛋白的资源优势与姜黄素的功能特性相结合，开发出了一系列新型的姜黄素蛋白颗粒(CPP)。这些CPP不仅具有良好的营养价值和理化稳定性，更重要的是，它们能有效抑制α-葡萄糖苷酶活性，并且在模拟消化后仍能保持活性，甚至与常用降糖药阿卡波糖产生协同增效作用。该研究为开发下一代兼具营养支持和健康促进功能的食品配料开辟了新的方向，特别是为昆虫蛋白的高值化利用和天然产物功能因子递送系统的设计提供了重要的实验依据和理论支持。当然，作为一项基础研究，其成果走向市场还需经过感官接受度评价、更深入的体内动物实验以及临床研究等多重验证。