用于3D打印的高内相皮克林乳液，由经过酶脱酰胺处理的花生蛋白微凝胶颗粒制成

《Food Hydrocolloids》：High internal phase Pickering emulsions for 3D printing constructed from enzyme deamidated peanut protein microgel particles

花生蛋白 isolate（PPI）基于高内相乳液（HIPPEs）的3D打印应用受限于其高吸附能势垒和结构刚性。本研究通过酶解脱酰胺与微胶束协同策略，构建梯度脱酰胺度（20%）的PPI微胶束（PPIM），显著提升界面膜致密性和三维网络强度，赋予HIPPEs高粘弹性及触变性恢复能力，支持复杂结构3D打印并实现游离脂肪酸缓释。研究揭示了脱酰胺度对微胶束粒径、界面静电稳定性和疏水相互作用的关键调控作用，为定制化营养食品和药物递送系统提供新思路。

　　这项研究聚焦于通过一种结合酶促脱酰胺反应与微凝胶化的新策略，来改进花生蛋白分离（PPI）为基础的高内相Pickering乳液（HIPPEs）的性能。HIPPEs作为一种特殊的乳液体系，具有≥74%的油相体积分数，因其高负载能力、低乳化剂使用量以及类似固体的流变特性，展现出在食品3D打印和生物活性物质控制释放方面的巨大潜力。然而，当前HIPPEs的发展受到蛋白质在油水界面吸附过程中形成的高界面吸附能障碍以及蛋白质结构刚性限制的阻碍。因此，如何通过有效的蛋白质改性策略，降低吸附能障碍并增强界面稳定性，成为突破HIPPEs应用瓶颈的关键。

花生蛋白作为植物蛋白的一种，因其天然可食用性、生物相容性和可持续性，被认为是HIPPEs的理想乳化剂来源。但天然花生蛋白具有较高的β折叠结构和致密的分子内氢键网络，导致其结构较为刚性，难以在高内相条件下形成有效的界面网络。这不仅限制了其在油水界面的吸附能力，还影响了乳液体系的稳定性与功能化。因此，寻找一种既能提升蛋白质界面吸附性能，又能增强乳液体系整体结构稳定性的改性方法，是当前研究的重要方向。

酶促脱酰胺反应作为一种较为温和的蛋白质改性手段，相较于传统的物理、化学或深度酶解处理，能够更精准地调控蛋白质的结构变化。该方法的核心在于特异性地水解谷氨酰胺或天冬酰胺侧链上的酰胺基团，而对主链的肽键水解则相对较少。这种特性使得脱酰胺反应能够在不破坏蛋白质整体结构的前提下，实现其构象的适度展开。研究发现，即使脱酰胺程度仅为2-6%，也足以显著提升蛋白质的乳化能力。这是由于酰胺基团的水解转化为负电荷的羧基，从而增强蛋白质分子内的静电排斥作用，进而破坏原有的致密氢键网络，降低蛋白质结构的刚性。

结构刚性的降低意味着蛋白质在油水界面的吸附过程所需能量减少，吸附速率加快，同时还能在界面处进行更有效的排列与重组。此外，脱酰胺处理还能暴露更多的疏水区域，从而增强蛋白质对油相的锚定能力。这种增强的锚定能力有助于形成更加紧密的界面膜，进而促进HIPPEs体系中三维网络的构建。三维网络的形成不仅提升了HIPPEs体系的机械强度，还改善了其流变性能，使其具备类似固体的特性，从而在3D打印过程中能够维持结构的完整性。

HIPPEs体系的流变性能对于3D打印至关重要。高储能模量（G'）和屈服应力能够确保打印结构的稳定性，而快速的触变恢复则有助于实现平滑的挤出效果。为了达到这些性能，必须依赖于在连续相中形成一个坚固的三维网络。研究指出，通过脱酰胺反应对花生蛋白进行改性，并进一步将其转化为微凝胶颗粒，可以同时增强界面和连续相的稳定性。这种策略不仅提升了蛋白质的界面吸附能力，还增强了乳液体系的整体结构性能，使其更适用于食品3D打印和药物输送系统。

在本研究中，通过调控脱酰胺程度（DD），研究人员成功构建了具有梯度DD的花生蛋白微凝胶颗粒（PPIM）。实验结果表明，当DD为20%时，PPIM表现出最小的粒径（73.04 nm）、较高的表面负电荷和较强的疏水相互作用。这些结构优势直接转化为优异的界面性能，包括快速的界面扩散（Kp = -3.603）和紧密的界面铺展（Kr = -9.182）。此外，PPIM的这些特性有助于形成一个坚固的界面膜，从而增强HIPPEs体系的稳定性。

研究还进一步验证了这种结构的稳定性对HIPPEs体系中自由脂肪酸（FFA）释放行为的影响。实验表明，PPIM所形成的致密物理屏障能够有效延迟FFA的释放，实现对FFA的控制释放功能。这对于开发具有特定营养需求的食品和药物输送系统具有重要意义。然而，需要注意的是，过高的脱酰胺程度（DD > 20%）会导致微凝胶颗粒的聚集，并破坏其界面性能。因此，如何在不牺牲界面性能的前提下，适度调控脱酰胺程度，成为实现HIPPEs体系性能优化的关键。

本研究不仅提供了理论依据，还为设计高性能的PPI基乳液体系提供了策略支持。通过系统研究脱酰胺程度对PPIM结构和HIPPEs体系流变性能的影响，研究人员揭示了脱酰胺处理在调控蛋白质构象、界面性能和乳液体系功能化中的重要作用。这些发现为未来开发更高效、更稳定的HIPPEs体系提供了方向，同时也为食品工业和生物医药领域中3D打印技术的应用奠定了基础。

此外，本研究的成果对于推动植物基材料在食品和药物领域的应用具有重要意义。花生蛋白作为一种丰富的植物资源，不仅具备良好的营养价值，还具有较低的成本，这使其在食品3D打印和药物输送系统中具有广泛的应用前景。通过脱酰胺反应和微凝胶化策略，研究人员成功提升了花生蛋白的界面性能，使其能够在高内相条件下形成稳定的乳液体系。这种稳定的乳液体系不仅能够保持较高的表观粘度和良好的触变恢复性能，还能够展现出类似固体的特性，从而满足3D打印过程中对结构稳定性的需求。

在食品3D打印应用中，HIPPEs体系的稳定性对于保持打印结构的完整性至关重要。研究发现，PPIM所形成的致密界面膜能够有效抑制乳液滴的聚并，确保HIPPEs体系在长时间储存过程中的稳定性。此外，PPIM的结构优势还使得HIPPEs体系在经历剪切力作用时，能够保持较高的稳定性，从而在触变恢复过程中迅速恢复其初始的凝胶强度和微结构。这种能力对于需要精确形状保持的应用尤为重要，例如食品3D打印和药物输送系统。

从实际应用的角度来看，这项研究为食品工业和生物医药领域提供了新的思路。通过优化脱酰胺程度和微凝胶化策略，研究人员不仅提升了HIPPEs体系的稳定性，还增强了其在食品3D打印中的适用性。这种稳定性不仅体现在乳液体系本身，还体现在其在加工过程中的表现。例如，在挤出过程中，HIPPEs体系能够保持较高的结构完整性，从而确保打印成品的高质量。此外，控制释放功能的实现使得HIPPEs体系能够更精确地释放营养成分或药物，满足不同应用场景的需求。

总的来说，这项研究通过酶促脱酰胺反应和微凝胶化策略，成功提升了花生蛋白在HIPPEs体系中的性能。PPIM的结构优势不仅增强了界面性能，还改善了乳液体系的整体稳定性，使其更适用于食品3D打印和药物输送系统。研究还揭示了脱酰胺程度对PPIM结构和HIPPEs体系流变性能的重要影响，为未来进一步优化HIPPEs体系提供了理论依据和实践指导。同时，这项研究也为植物基材料在食品和生物医药领域的应用提供了新的可能性，推动了绿色食品科技的发展。