基于乳清蛋白/明胶微水凝胶包封芝麻生物活性肽强化发酵豆奶的研究及其功能特性评价

本研究针对芝麻蛋白肽(SSPH)在食品体系中稳定性与生物利用度低的难题，创新性地构建了明胶(GL)/乳清蛋白(WPI)复合微水凝胶包封体系。通过优化配比，开发出具有高包封率(84.20%)和抗氧化活性(DPPH清除率83.28%)的T8微水凝胶，并成功应用于发酵豆奶体系。研究证实该体系能有效控制肽的释放、降低病原菌数量、改善感官特性，为功能性植物基饮品的开发提供了有效的递送策略和技术支撑。

　　

随着消费者对功能性食品需求的日益增长，富含生物活性肽的植物蛋白产品受到广泛关注。芝麻蛋白水解物(SSPH)虽具有优异的抗氧化、抗高血压和免疫调节功能，但其在食品加工和消化过程中的稳定性差、易降解失活等问题严重限制了应用。传统单一蛋白载体系统存在包封效率低、控释效果不理想的局限，这使得开发新型递送系统成为食品营养强化领域的关键挑战。

为突破这一技术瓶颈，研究人员在《Food Chemistry: X》上发表了创新性研究成果，通过构建明胶(Gelatin, GL)和乳清蛋白分离物(Whey Protein Isolate, WPI)复合微水凝胶体系，成功实现了对芝麻蛋白分离物(Sesame Seed Protein Isolate, SSPI)及其水解物(Sesame Seed Protein Hydrolysate, SSPH)的高效包封与控释，并将最优微水凝胶应用于发酵豆奶中，系统评估其对产品理化特性、微生物安全及感官品质的改善作用。

本研究采用的主要关键技术包括：采用超声辅助法制备GL/WPI复合微水凝胶；使用BCA蛋白 assay 测定包封率；通过DPPH、ABTS和FRAP三种方法综合评价抗氧化活性；利用扫描电镜(SEM)和差示扫描量热仪(DSC)分析微观结构和热稳定性；采用体外模拟胃肠消化模型研究控释特性；通过微生物培养计数法评估益生菌(L. rhamnosus)存活率和病原菌抑制情况；并采用5点享乐量表进行感官评价。

3.1. 微水凝胶分析

3.1.1. 包封效率

研究发现，采用3% GL、5% WPI和SSPH制备的T8微水凝胶表现出最高的包封效率(84.20%±0.24%)，显著高于其他组(p<0.05)。水解使芝麻蛋白结构展开，暴露出更多疏水区域，增强了与GL/WPI矩阵的相互作用。相比之下，过高浓度的GL(5%)和WPI(10%)会导致聚合物间过度相互作用，反而降低了对活性肽的包封能力。

3.1.2. 溶胀度

T8微水凝胶同时表现出最高的溶胀度(31.67%±0.16%)。适中的GL浓度(3%)和较低的WPI浓度(5%)为水分吸收提供了最佳的网络结构，而SSPH的引入因其展开的分子结构进一步增强了水合能力。

3.1.3. 抗氧化活性

在抗氧化评价中，T8微水凝胶展现出最强的自由基清除能力：DPPH清除率达83.28%，ABTS清除率为85.73%。SSPH中的疏水性氨基酸和短肽链提供了更多的电子供体，而其与GL/WPI矩阵的协同作用进一步稳定了这些活性基团。

3.1.4. 颗粒分析

T8微水凝胶的粒径为1094 nm，表面电荷为-40.5 mV。这种适中的粒径和较高的负电荷值有利于体系的物理稳定性和在肠道环境中的控释行为。

3.1.5. DSC分析

差示扫描量热分析显示，T8微水凝胶的变性温度达到91.52°C，显著高于单一组分(GL:79.23°C；WPI:83.59°C)，表明复合微水凝胶形成了更加稳定的热稳定结构。

3.1.6. SEM分析

扫描电镜图像显示T8微水凝胶具有致密且连续的三维网络结构，这种结构有利于活性物质的包封和保护，同时也为水分和离子的扩散提供了可控的路径。

3.1.7. FTIR分析

傅里叶变换红外光谱证实了GL、WPI和SSPH之间的成功复合，特别是在酰胺I带(1630 cm^-1)和酰胺III带(1457 cm^-1)观察到氢键和静电相互作用特征峰，说明形成了稳定的蛋白质-多肽复合物。

3.1.8. 体外释放

体外模拟胃肠消化研究表明，T8微水凝胶中的SSPH在胃液阶段释放35.34%，在肠液阶段累计释放59.19%，表现出良好的控释特性，这有助于活性肽在肠道部位的有效吸收。

3.2. 发酵豆奶分析

3.2.1. pH和酸度

将T8微水凝胶添加到经L. rhamnosus发酵的豆奶中后，样品S8在14天储存期内表现出最低的pH值(6.03)和最高的酸度(1.51%乳酸当量)，表明益生菌发酵活性得到良好保持。

3.2.2. 脱水收缩

添加微水凝胶的发酵豆奶(S8)显示出最低的脱水收缩率，表明微水凝胶作为填充剂增强了蛋白质网络的稳定性，减少了乳清析出。

3.2.3. 粘度

发酵豆奶的粘度在储存期间逐渐增加，S8样品在第14天达到最高粘度，这得益于微水凝胶与豆奶蛋白质的相互作用形成的更强网络结构。

3.2.4. 病原菌计数

含微水凝胶和益生菌的样品(S8)中大肠菌群计数最低，且未检出金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，证明该系统具有显著的微生物安全优势。

3.2.5. 益生菌计数

尽管SSPH本身具有一定的抗菌活性，但微水凝胶包封形式(S8)相比游离SSPH更好地保护了L. rhamnosus的存活率，储存14天后仍保持6.08 log CFU/mL，显示微水凝胶对益生菌起到了保护作用。

3.2.6. 感官评价

含T8微水凝胶和益生菌的发酵豆奶(S8)在风味、质地和总体可接受度方面获得最高评分，表明该体系在增强功能性的同时显著改善了产品的感官品质。

本研究成功开发了一种新型GL/WPI复合微水凝胶递送系统，有效解决了芝麻生物活性肽在应用中的稳定性和生物利用度问题。T8微水凝胶展现出高包封率、优异抗氧化活性和良好的控释特性。将其应用于发酵豆奶体系，不仅增强了产品的功能特性，还改善了理化性质、微生物安全性和感官品质。该研究为植物基功能性食品的开发提供了创新的技术方案和理论依据，具有重要的应用价值和推广前景。