纳米淀粉-木寡糖-Ca2+复合物增强3D打印鱼糜抗氧化性及跨膜转运的分子机制研究

本研究针对3D打印鱼糜功能化程度低、生物利用度不足等问题，通过构建Ca2+-NS-XOS复合体系，显著提升鱼糜打印性能（凝胶强度提高50%），并揭示其消化产物通过Nrf2通路增强细胞抗氧化能力（ROS降低50%）及通过网格蛋白/小窝蛋白介导的跨膜转运机制（吸收率提升28%），为功能性3D打印食品开发提供新策略。

　　

在食品科技与营养健康交叉领域，3D打印技术正掀起一场革命。传统鱼糜制品虽具有优良的凝胶特性，但存在造型单一、功能性成分负载困难等问题。更关键的是，现有研究多聚焦于打印成型技术，对打印后产品的生物活性及吸收机制研究近乎空白。这导致功能性3D打印食品陷入"好看不中用"的尴尬境地——即便添加了抗氧化等功能成分，其实际生物利用度仍是个未知数。

宁波大学食品科学与工程学院的Gaoshang Li团队在《Food Chemistry》发表的研究，给出了破局之道。研究人员创新性地将纳米淀粉(NS)与木寡糖(XOS)复合，再协同Ca²⁺构建三维增强体系，不仅解决了打印成型难题，更通过细胞实验揭示了消化产物的抗氧化机制与跨膜转运途径。研究发现，2% Ca²⁺-NS-XOS的添加使鱼糜凝胶强度提升50%，消化产生的活性肽段通过激活Nrf2通路，使超氧化物歧化酶(SOD)等抗氧化酶表达量提升0.5-2倍；更令人振奋的是，这些功能成分能通过网格蛋白(clathrin)和小窝蛋白(caveolin)介导的内吞作用，搭配Ca²⁺激活的钙调蛋白通道，将跨膜转运效率整体提升28%。

研究采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证NS-XOS复合效果，通过体外消化模型分析蛋白降解特性，并建立H₂O₂诱导的HepG2细胞氧化损伤模型评估抗氧化活性。Caco-2细胞单层模型则用于解析跨膜转运机制。

【结构表征】
FTIR与分子对接证实NS与XOS在1:2.5配比下形成稳定复合物，粒径维持在350nm左右。Ca²⁺的引入使复合物zeta电位显著升高，增强其与鱼糜蛋白的静电相互作用。

【消化特性】
Ca²⁺-NS-XOS促使消化产物分子量降低，暴露出更多疏水基团（表面疏水性提升30%），并富集谷氨酸(Glu)、赖氨酸(Lys)等带电氨基酸，这些结构特征为后续生物活性奠定基础。

【抗氧化机制】
在H₂O₂损伤模型中，消化产物使活性氧(ROS)降低50%，其作用机制是通过激活Nrf2信号通路，上调SOD、过氧化氢酶(CAT)等内源性抗氧化酶的表达。

【跨膜转运】
转运抑制实验揭示三条并行通路：40%依赖网格蛋白介导的内吞，25%通过小窝蛋白途径，另有15%经由细胞旁路转运。Ca²⁺则通过激活钙调蛋白通道贡献额外20%的转运效率。

这项研究首次系统阐释了3D打印鱼糜从结构设计到功能实现的完整链条。其创新点在于将食品加工技术（纳米复合、3D打印）与营养吸收机制（跨膜转运）有机衔接，证明通过精准调控材料-结构-功能关系，可实现"打印即功能"的一体化设计。该成果不仅为功能性海洋食品开发提供新思路，其揭示的NS-XOS-Ca²⁺协同机制，还可拓展至其他蛋白基3D打印食品体系。未来，通过优化复合比例与打印参数，有望实现抗氧化肽的靶向递送，推动个性化营养食品的创新发展。