超声辅助副植物乳杆菌发酵制备骆驼乳多糖-蛋白质复合纳米颗粒：一种新型功能性食品材料的开发与应用

本研究针对骆驼乳高值化利用不足的问题，通过副植物乳杆菌(Lactiplantibacillus paraplantarum) LR-1发酵结合超声处理，成功制备出粒径100-300 nm的多糖-蛋白质复合纳米颗粒(PPNPs)。该颗粒具有优异的抗氧化活性(DPPH/ABTS+清除率提升2-3倍)、pH/温度稳定性(4-60°C保持稳定)和食品级纳米特性(PDI<0.3)，为开发清洁标签的功能性食品载体和Pickering乳液稳定剂提供了创新方案。

　　

在传统畜牧业资源开发与功能性食品创新的交叉领域，骆驼乳作为一种具有独特营养价值的生物资源长期被低估。尽管其富含乳铁蛋白(220-350 mg/mL)、溶菌酶(150-250 μg/mL)等生物活性成分，且具有天然低过敏性（不含β-乳球蛋白），但全球90%的骆驼乳仅以原料或喷雾干燥粉形式消费，未能充分发挥其在糖尿病管理和食品过敏人群中的特殊医疗价值。更关键的是，传统热加工会导致40-60%活性成分降解，而自然发酵制备的纳米颗粒又面临粒径不均(0.5-1000 μm)和稳定性差等技术瓶颈。

针对这一系列挑战，中国农业科学院兰州兽医研究所/兰州大学动物医学与生物安全学院的研究团队在《Ultrasonics Sonochemistry》发表了一项突破性研究。他们创新性地将微生物发酵与物理处理技术相结合，以骆驼乳为基质，通过副植物乳杆菌(L. paraplantarum) LR-1的代谢活动产生多糖-蛋白质复合物，再辅以20 kHz超声空化效应，成功制备出符合ISO纳米标准(1-100 nm)的功能性颗粒。这项研究不仅实现了骆驼乳资源的高值化转化，更建立了"生物-物理"协同制备天然纳米材料的全新范式。

研究团队采用多学科交叉的技术路线：首先通过静态发酵(28°C,48 h)使菌株产生外多糖(EPS)并部分水解乳蛋白；随后采用400 W脉冲超声(2 s on/2 s off)在冰水浴中处理3-15分钟；运用动态光散射(DLS)和ζ电位分析表征颗粒稳定性；结合扫描电镜(SEM)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)解析结构特征；最后通过DPPH/ABTS⁺自由基清除实验评估抗氧化活性。所有实验均以新疆旺源骆驼乳业公司的驼乳粉为原料，确保样本一致性。

3.1 形态特征与粒径分布

发酵使驼乳颗粒从470 nm降至150 nm，超声处理进一步优化至100 nm，多分散指数(PDI)从0.76降至0.2。电镜显示超声11分钟组形成最均匀的球形结构，碱性pH处理则产生表面褶皱的特殊形貌。

3.2 结构表征

FT-IR发现发酵组在1410 cm^-1出现羧酸盐特征峰，超声处理促进β-折叠含量增加(18%→28%)，随机线圈减少35%。紫外光谱在415 nm处出现新吸收峰，提示产生了新型发色团。

3.3 表面特性

三相反角从未发酵组的109°降至发酵组的62°，超声处理可调控至87°。ζ电位绝对值在pH11时达23.9 mV，显著高于未处理组的5.63 mV，证实碱性条件增强静电稳定作用。

3.5 组分分析

SDS-PAGE显示发酵将主要蛋白条带降解至15 kDa，多糖含量从13.29%降至9.48%。超声15分钟使蛋白/多糖比例达到最佳平衡(15.56%/10.05%)。

3.6 环境稳定性

在1000 mM NaCl或60°C条件下保持粒径稳定，但在pH3时因接近等电点(pI 4.6)发生聚集。这种"盐-热双稳"特性使其适用于复杂食品体系。

3.7 抗氧化活性

超声11分钟组的ABTS⁺清除活性达0.174 mL抗坏血酸当量，比未处理组高13倍，这与小粒径(102 nm)暴露更多活性基团密切相关。

这项研究的核心突破在于揭示了微生物代谢与物理场处理的协同机制：乳酸菌通过分泌蛋白酶和EPS促进蛋白质-多糖共价结合，而超声空化作用则精确调控分子自组装过程。所得PPNPs不仅满足食品级纳米标准(GB 31601-2015)，其特有的Pickering乳液稳定能力（界面凝胶网络形成率达85%）和免疫调节特性（降低IgE反应性90%）为开发抗糖尿病、低过敏原的功能食品提供了新材料基础。从产业视角看，该技术无需复杂提取步骤和化学交联剂，符合清洁标签消费趋势，有望推动干旱地区骆驼乳从畜牧副产品向高附加值功能性原料的转型。未来研究可进一步探索该纳米系统在口服递送胰岛素或益生菌微囊化中的应用潜力。