β-乳球蛋白-果胶复合凝聚体包埋姜黄素和叶酸的结构稳定性研究：冷冻干燥与封装效应的中子散射解析

为解决食品工业中生物活性物质（如姜黄素CUR和叶酸FA）稳定性差、生物利用度低的问题，研究人员通过β-乳球蛋白（βLg）与果胶形成的复合凝聚体（complex coacervates）进行封装，结合冷冻干燥技术，利用小角/超小角中子散射（SANS/USANS）多尺度解析结构。结果表明，封装与冻干过程均未破坏凝聚体的分级结构（4 nm二聚体至10 μm分形网络），且包封率高达88%（CUR）和58%（FA）。该研究为功能性食品设计提供了结构稳定、工艺简单的封装策略。

　　

研究背景与意义
食品工业面临的核心挑战之一是如何高效递送易降解的生物活性物质，例如具有抗炎、抗氧化作用的姜黄素（CUR）和预防胎儿神经管缺陷的叶酸（FA）。这些分子在酸性环境或加工过程中易失活，且溶解度低，直接添加至食品中效果有限。传统解决方案如喷雾干燥可能因高温破坏活性成分，而基于蛋白质-多糖静电作用的复合凝聚体（complex coacervates）虽能封装生物活性物质，但其结构在冻干和封装后的稳定性尚未系统评估。

研究设计与方法
新西兰奥塔哥大学等机构的研究团队以β-乳球蛋白A（βLg A）和低甲氧基果胶（48B型）为模型，在pH 4、20 mM离子强度下形成20:1摩尔比的复合凝聚体，分别包埋CUR和FA（1:1 M比例）。通过以下关键技术解析结构：

1. 小角/超小角中子散射（SANS/USANS）：覆盖1 nm–10 μm多尺度结构，分析二聚体（4 nm）、初级粒子（100 nm）及分形网络。
2. 高效液相色谱（HPLC）：定量CUR（420 nm检测）和FA（330 nm检测）的包封率（EE）。
3. ζ电位与浊度测定：评估胶体稳定性。

研究结果

1. 冷冻干燥不影响结构层级
   冻干复水后的凝聚体与新鲜样品散射曲线高度一致，初级粒子尺寸均为100 nm（qc=0.006–0.007 ?^?1
   ），表面分形维数（Porod指数~4）和质量分形维数（~2.1–2.4）无显著差异，表明冻干过程未破坏βLg A二聚体（4 nm）与果胶的组装。

2. 生物活性封装不改变结构特征
   CUR和FA的加入未改变βLg A二聚体（q*=0.17 ?^?1
   ）和簇集体（q=0.08 ?^?1
   ，8 nm）的散射峰位置。USANS显示所有样品均形成>10 μm的分形网络，证明封装未干扰静电驱动的自组装过程。

3. 高包封率与工艺优势
   CUR在βLg A和凝聚体中的EE分别为85%和88%，FA为48%和58%，无统计学差异（p>0.05）。冻干后ζ电位（?27 mV）和浊度（0.7 cm^?1
   ）表明体系稳定性良好，且工艺仅需室温混合，无需复杂设备。

结论与展望
该研究证实βLg A-果胶复合凝聚体在封装CUR/FA及冻干后仍能保持多级结构完整性，解决了生物活性物质在酸性食品（如酸奶）中递送的稳定性难题。未来需通过体外消化实验评估凝聚体在胃肠环境中的解离行为及活性释放效率。尽管该体系因高浊度不适用于透明饮料，但其简单的制备方法和结构可控性为功能性食品开发提供了新思路。

论文信息
发表于《Food Chemistry》，第一作者Sunandita Ghosh，通讯作者Duncan J. McGillivray，合作单位包括澳大利亚核科学技术组织（ANSTO）和美国国家标准与技术研究院（NIST）。