磷酸化大豆分离蛋白双层乳液的特性研究及其在生物活性物质递送系统中的应用

为解决天然大豆分离蛋白(SPI)在极端环境下结构不稳定的问题，研究人员采用磷酸化试剂STP/STMP修饰SPI，构建了磷酸化SPI-壳聚糖(CS)双层乳液。结果表明，磷酸化显著提升SPI乳化稳定性(ESI/EAI)，所制备的STPE-C双层乳液具有最小粒径、最优pH/温度耐受性及存储稳定性，为食品工业中生物活性物质递送系统提供了新材料。

　　

研究背景与意义
在食品科学与生命科学领域，植物蛋白-多糖双层乳液因其卓越的稳定性和环境耐受性备受关注。然而，天然大豆分离蛋白(SPI)存在致命弱点——其分子结构易受极端pH、温度等因素破坏，导致乳化性能骤降。这一瓶颈严重限制了SPI在Pickering乳液、纳米递送系统等高端应用场景的潜力。更棘手的是，传统SPI与壳聚糖(CS)通过静电作用构建的双层乳液，往往因相互作用位点不足而稳定性欠佳。

这一背景下，中国的研究团队独辟蹊径，从生命科学领域的蛋白质翻译后修饰中获取灵感：能否通过磷酸化改造SPI的分子结构，拓宽其与CS的静电作用界面？磷酸化试剂STP（三聚磷酸钠）和STMP（三偏磷酸钠）作为FDA认证的食品添加剂，为这一设想提供了安全可行的技术路径。该研究最终发表于《Journal of Food Engineering》，不仅揭示了磷酸化SPI的结构演变规律，更开创性地构建出性能卓越的双层乳液递送系统。

关键技术方法
研究采用共价反应制备磷酸化SPI（SPI-STP/SPI-STMP），通过等电点测定、光谱分析表征结构变化；以乳化稳定性(ESI)和活性(EAI)评价功能特性；采用动态光散射分析单层乳液(SE/STPE/STMPE)和双层乳液(SE-C/STPE-C/STMPE-C)的粒径分布；通过pH/温度胁迫实验和长期存储测试评估稳定性。

研究结果

磷酸化SPI的结构特性
磷酸化使SPI等电点(pI)从4.46降至3.91（STP修饰）和4.14（STMP修饰），证实磷酸基团成功引入。红外光谱显示磷酸化导致SPI二级结构解折叠，暴露出更多与CS结合的位点。

乳化性能突破
SPI-STP的乳化活性(EAI)提升37.2%，STMP修饰样本的乳化稳定性(ESI)提高29.8%。这种增强源于磷酸化后蛋白质表面负电荷增加，使其更易吸附于油水界面形成稳定膜。

双层乳液的革命性表现
• 粒径控制：STPE-C平均粒径较天然SPI乳液(SE-C)减小28.6%，归因于磷酸化SPI与CS更紧密的静电沉积。
• 环境稳定性：在pH 2-9范围内，STPE-C的粒径波动幅度仅为SE-C的1/3；80°C热处理后仍保持结构完整，展现卓越热稳定性。
• 存储优势：21天存储后，STPE-C的粒径增长速率比单层乳液(STPE)慢4倍，证实CS外层对内核的保护作用。

结论与展望
该研究通过食品级磷酸化试剂重构SPI分子结构，首次实现三大突破：1）将生命科学的蛋白质修饰理念引入食品工程领域；2）创建了目前报道中稳定性最强的SPI-CS双层乳液体系；3）为β-胡萝卜素等光敏性生物活性物质的肠道靶向递送提供了理想载体。尤为重要的是，STPE-C在传统食品加工中的极端条件下仍能保持稳定，使其在功能性食品开发中具有不可替代的优势。未来，这种"结构设计-功能强化"的研究范式，或将成为植物蛋白改性的黄金标准。