冷等离子体诱导的β-淀粉样蛋白-乳球蛋白纤维与岩藻多糖自组装复合物用于番茄红素递送：结构表征、乳液稳定性及体外释放行为

《Food Chemistry》：Cold plasma induced amyloid β-lactoglobulin fibrils-fucoidan self-assembled complexes for lycopene delivery: Structural characterization, emulsion stability, and in vitro release behaviour

本研究开发了一种基于β-乳清蛋白纤维（β-LGF）与岩藻多糖（FD）自组装复合物的新型递送系统，用于稳定番茄红素。通过冷等离子体（CP）辅助酸热诱导（β-LG浓度10 mg/mL，CP功率60 W，处理时间80 s）成功制备β-LGF，与FD在pH 3.0下按3:1质量比形成复合物。实验表明，添加1.5 wt%复合物的50%油相乳液经75℃热处理4 h后番茄红素保留率达70.4%，显著优于传统乳化体系。复合物通过静电作用和氢键构建致密界面层，增强热、紫外线及 gastrointestinal消化稳定性。研究揭示了β-LGF-FD复合物的纳米结构特征与功能相关性，为脂溶性活性物质递送提供了新策略。

　　本研究探讨了一种基于淀粉样β-乳球蛋白纤维（β-LGFs）和海藻酸（FD）自组装复合物的新颖递送系统，用于在乳状液中封装和保护番茄红素。β-LGFs是通过冷等离子体（CP）辅助的酸热诱导方法在β-乳球蛋白浓度为10 mg/mL、CP处理时间为80秒、CP功率为60瓦的条件下生成的。结构表征证实了β-LGFs的形成及其与FD在pH 3.0、质量比为3:1的条件下相互作用。由β-LGF-FD复合物稳定乳状液显示出优异的热稳定性和紫外线稳定性。在75°C下进行4小时的热处理后，含有1.5 wt% β-LGF-FD复合物和50%油质量分数的乳状液中番茄红素的最高保留率为70.4%。增加浓度和油质量分数可以促进界面层的致密化和凝胶网络结构的紧凑化。

番茄红素是一种高度脂溶性的类胡萝卜素，主要存在于蔬菜和水果中，如番茄、木瓜和胡萝卜。番茄红素已被报道具有多种生物活性，对抗心血管疾病、前列腺癌和神经退行性疾病（如帕金森病、阿尔茨海默病和亨廷顿病）具有积极作用。在食品加工行业中，番茄红素常被用作天然色素和功能性食品中的营养补充剂，用于其他应用。然而，由于其较差的水溶性和在不同条件下（如氧气、光照和热）容易发生异构化和降解，番茄红素的生物利用度受到限制。因此，开发一种合适的递送系统对于提高番茄红素的稳定性和生物可及性至关重要。

蛋白质纤维化被视为增强和拓展蛋白质功能性的有效方法，通过引入独特的结构特征（如高长宽比、刚性和有序性）。淀粉样蛋白纤维表现出优异的乳化、增稠、发泡和凝胶性能，这些特性使其在功能性生物材料中具有应用价值，用于营养分子的递送。张等人（2024）的研究表明，淀粉样β-乳球蛋白纤维（β-LGF）的乳化和抗氧化活性比天然β-乳球蛋白更强。在酸性和低离子强度条件下，淀粉样蛋白纤维可以通过非共价相互作用（如范德华力、静电作用、氢键和疏水作用）实现自组装。然而，传统的酸热处理可能在极端条件下（如强酸性和高温）导致不可接受的反应，因为其控制性较差。冷等离子体（CP）被认为是一种无害且环保的加工技术，能够增强对热敏性大分子（如蛋白质和多糖）的特定功能活性，并在食品工业中受到广泛关注。韩等人（2025）的研究表明，CP辅助酸热处理诱导的淀粉样玉米醇溶蛋白纤维表现出良好的乳化活性。因此，CP在促进β-乳球蛋白纤维形成方面具有巨大潜力，并能克服传统酸热处理在触发蛋白质纤维化方面的限制。

作为一种乳状液递送系统，淀粉样蛋白纤维在胃消化过程中可能容易被水解，导致递送系统的不稳定和封装活性物质的不受控释放。在模拟胃液中，β-LGF可能在2分钟内迅速被消化并完全降解。在体外消化过程中，淀粉样蛋白纤维对胰蛋白酶、蛋白酶K和胃蛋白酶的蛋白酶解显示出不同的抵抗能力。因此，淀粉样蛋白纤维与多糖的复合物已被证明可以增强乳状液的稳定性。朱等人（2024）的研究表明，酪蛋白分离物纤维与海藻酸钠形成的复合物提高了乳状液的稳定性。复合物可以增加分子重组速率，导致油水界面形成更致密的层，并增加乳状液的粘度。复合物的结构特征可能主要由多糖物种主导，形成β-LGF和不同多糖复合物的纳米带状结构和项链状结构。这些淀粉样蛋白纤维-多糖乳状液的稳定性和界面行为受到结构变化的影响。然而，淀粉样蛋白纤维-多糖复合物的结合机制以及这些乳状液系统对脂溶性活性物质的递送影响因素仍然不清楚。

海藻酸（FD）是一种带负电的海洋硫酸多糖，可以通过静电作用、氢键和其他弱相互作用（如范德华力和疏水作用）与蛋白质等其他生物大分子结合形成乳状液。这种结合可以改变乳状液的基质和油滴的紧密性，以及油水界面的相互作用。赵等人（2025）制备了一种藜麦蛋白-海藻酸乳状液凝胶，表现出优异的印刷性和番茄红素封装稳定性。因此，CP和酸热处理的结合可能影响β-乳球蛋白的纤维化过程、β-LGF与FD之间的非共价结合、乳状液的稳定性以及番茄红素的体外释放行为，这些都需要进一步研究。为了验证这些假设，本研究通过CP辅助的酸热诱导方法制备了β-LGF，获得了β-LGF-FD自组装复合物，并系统地评估了模拟胃肠道消化过程中乳状液对番茄红素的封装能力。此外，还探讨了β-LGF-FD复合物的结构与其功能之间的关系。本研究为淀粉样蛋白纤维-多糖复合物在食品工业中作为脂溶性营养递送载体的应用提供了新的见解。

在本研究中，材料和试剂部分提到的β-乳球蛋白（纯度≥95%，来自牛乳）、海藻酸（纯度≥95%，CAS 9072-19-9，来自褐藻）、Thiaflavin T（ThT，CAS 2390-54-7）、尼罗红和尼罗蓝（纯度≥95%，CAS 7385-67-3和3625-57-8）由上海阿拉丁生物技术有限公司提供。猪胰脂肪酶（2500 U/mg）、胰蛋白酶（10 U/mg）、胃蛋白酶（2500 U/mg）和猪胰蛋白酶（50 U/mg）由上海麦克林生化科技有限公司提供。茶油则从当地超市购买。在本研究中，为了研究β-乳球蛋白浓度、CP处理时间和CP功率对样品ThT荧光强度的影响，采用ThT作为监测淀粉样蛋白纤维形成的工具。ThT是一种带正电的苯并噻唑染料，对蛋白质纤维骨架结构中的β-折叠表面具有特定亲和力，其荧光强度较高。ThT可以用于监测淀粉样蛋白纤维的形成。如图S1A所示，随着β-乳球蛋白浓度的增加，ThT荧光强度显著提高（p<0.05）。此外，不同CP处理时间对ThT荧光强度的影响也得到了分析。在CP处理时间较长的情况下，ThT荧光强度呈现出逐渐增强的趋势，表明蛋白质纤维的形成过程在一定范围内是可控的。同时，CP功率对ThT荧光强度的影响也被探讨，结果显示，在适当的CP功率范围内，荧光强度随着处理功率的增加而增强，进一步支持了CP处理在促进蛋白质纤维形成中的作用。

在本研究中，β-LGF的形成过程被详细分析，以评估其在不同条件下（如浓度、处理时间、功率）的稳定性。结果表明，在特定的参数条件下，β-LGF的形成具有较高的效率，并且其结构特征可以被有效调控。通过优化处理条件，可以实现更稳定的β-LGF，从而提高其在乳状液中的应用潜力。此外，研究还探讨了β-LGF与FD之间的相互作用机制，以了解其对乳状液稳定性和番茄红素封装能力的影响。通过电镜和红外光谱等分析手段，确认了β-LGF-FD复合物的形成，并观察到其结构特征与功能性能之间的相关性。研究还发现，β-LGF-FD复合物在乳状液中的存在能够显著提高番茄红素的保留率，尤其是在模拟胃肠道消化条件下，表现出优异的稳定性。

在本研究的结论部分，研究团队指出，CP辅助的酸热处理能够有效形成具有最佳结构特性的β-LGF，这些结构特性在特定的处理条件下（β-乳球蛋白浓度为10 mg/mL、CP处理时间为80秒、CP功率为60瓦、pH为2、温度为85°C、处理时间为10小时）得到优化。β-LGF-FD自组装复合物通过静电作用和氢键形成，这种结合方式不仅增强了复合物的稳定性，还提高了其在乳状液中的应用效果。研究结果表明，ThT荧光分析、傅里叶变换红外光谱和透射电镜等方法可以有效地表征β-LGF-FD复合物的结构特征，并进一步揭示其功能性能的形成机制。通过这些分析，研究团队进一步确认了β-LGF-FD复合物在提高番茄红素稳定性方面的潜力，并为未来在食品工业中应用此类复合物提供了理论依据和实践指导。

本研究的贡献不仅在于开发了一种新的递送系统，还在于探索了淀粉样蛋白纤维与多糖复合物之间的相互作用机制，以及这些相互作用对乳状液稳定性和活性物质封装能力的影响。研究结果表明，CP辅助的酸热处理能够有效促进β-乳球蛋白的纤维化过程，从而提高其在乳状液中的应用价值。同时，β-LGF-FD复合物的形成不仅增强了乳状液的稳定性，还提高了其在模拟胃肠道消化条件下的表现。这些发现为未来在食品工业中应用淀粉样蛋白纤维-多糖复合物作为脂溶性营养物质的递送载体提供了重要的参考价值。此外，本研究还强调了结构调控在提高乳状液性能中的重要性，为相关领域的研究提供了新的思路和方向。

本研究的作者贡献部分表明，各作者在研究过程中承担了不同的任务。龚帅松负责撰写原始稿件，谭娇霞负责软件开发，侯海燕负责数据分析，王丹莉负责验证，袁婷兰负责调查，李玲负责方法设计，金建昌负责监督，王子源和郑福平负责验证，张萌娜负责撰写和编辑，龚金艳负责资金获取。这种分工不仅确保了研究的顺利进行，也体现了团队合作在科学研究中的重要性。研究团队还提到，本研究没有涉及任何人体受试者的实验，所有适用的动物使用和护理指南均遵循机构、国家和国际的标准。此外，作者声明他们没有已知的可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。这些声明进一步确保了研究的科学性和客观性。

本研究的资助部分表明，该研究得到了多项基金的支持，包括国家自然科学基金（32302223、32372469和31871763）、浙江省自然科学基金（LZ24C200006）、浙江省重点科技项目（2024C04020）以及北京工商大学食品风味与健康交叉创新开放项目（FFHCI-2025011）。这些资助不仅为研究提供了必要的资源，也体现了学术界对这一研究领域的关注和支持。通过这些资金的支持，研究团队能够开展系统的实验和分析，以确保研究结果的准确性和可靠性。

本研究的创新点在于结合了冷等离子体辅助的酸热处理和淀粉样蛋白纤维-多糖复合物的形成，以提高番茄红素的封装和保护能力。这种创新方法不仅克服了传统酸热处理的局限性，还提高了蛋白质纤维的稳定性。通过优化处理条件，研究团队能够有效控制蛋白质纤维的形成，从而提高其在乳状液中的应用效果。此外，研究还探讨了β-LGF-FD复合物的结构特征及其对乳状液性能的影响，为未来在食品工业中应用此类复合物提供了理论依据和实践指导。这些创新点不仅推动了食品科学的发展，也为相关领域的研究提供了新的思路和方向。

本研究的科学意义在于为淀粉样蛋白纤维-多糖复合物在食品工业中的应用提供了新的可能性。通过研究β-LGF-FD复合物的形成机制及其对乳状液稳定性和番茄红素封装能力的影响，研究团队不仅揭示了这些复合物的结构特征，还为提高活性物质的生物利用度提供了新的方法。此外，研究还强调了结构调控在提高乳状液性能中的重要性，为未来在食品科学中应用类似的递送系统提供了理论依据和实践指导。这些发现不仅对食品工业具有重要的应用价值，也为相关领域的科学研究提供了新的视角和方向。

本研究的实践应用价值在于为食品工业提供了一种新的方法，用于提高脂溶性营养物质的封装和保护能力。通过开发基于淀粉样蛋白纤维-多糖复合物的递送系统，研究团队能够有效提高番茄红素在乳状液中的稳定性，并减少其在模拟胃肠道消化过程中的损失。这些成果不仅有助于提高功能性食品的营养价值，也为食品工业中的产品开发提供了新的思路和方法。此外，研究还为未来在食品科学中应用类似的递送系统提供了理论依据和实践指导，为相关领域的研究和应用提供了重要的参考价值。

综上所述，本研究通过开发基于淀粉样蛋白纤维-多糖复合物的递送系统，为提高脂溶性营养物质的封装和保护能力提供了新的方法。研究团队通过优化处理条件，有效控制了蛋白质纤维的形成，并探讨了其与多糖之间的相互作用机制。这些发现不仅为食品工业提供了新的技术手段，也为相关领域的科学研究提供了重要的理论支持和实践指导。通过这些研究，团队进一步揭示了淀粉样蛋白纤维-多糖复合物在提高活性物质稳定性方面的潜力，并为未来在食品科学中的应用提供了新的方向和思路。这些成果不仅有助于提高功能性食品的营养价值，也为食品工业中的产品开发提供了新的可能性。