壳聚糖功能化铁蛋白-核黄素纳米颗粒作为新型维生素递送系统对Pickering乳液的影响：流变学、稳定性及体外释放动力学

《International Journal of Biological Macromolecules》：Effect of chitosan-functionalized ferritin-riboflavin nanoparticles as a novel vitamin delivery system on Pickering emulsions: Rheology, stability, and in vitro release kinetics

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  本研究制备了壳聚糖修饰的铁蛋白-核黄素纳米粒子（BRC-NPs）。
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  BRC-NPs具有稳定的结构和较高的抗氧化性能。
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  0.4%的BRC-NPs能够增强乳液的流变性能和稳定性。
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  由BRC-NPs稳定的乳液可有效控制核黄素的体外释放。
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  BRC-NPs可作为Pickering乳液凝胶的多功能稳定剂。

引言

维生素是一类具有调节代谢和防止细胞损伤能力的有机化合物，是维持生命活动所必需的微量营养素[1]。然而，此前的研究发现，维生素缺乏已成为影响人类健康的全球性问题；核黄素（VB₂）缺乏可导致结膜炎和消化系统疾病[2]。同时，维生素对环境条件极为敏感，容易发生降解或与蛋白质等物质结合，导致生物利用度降低[3]。因此，研究人员致力于开发富含维生素的功能食品并将其应用于食品工业。铁蛋白是一种主要的铁储存蛋白，以无毒且具有生物利用度的形式广泛存在于生物体内[4]。由于其独特的内腔结构（图1A），铁蛋白可作为活性化合物的有效载体，是纳米材料领域的研究热点。此前的研究报告指出，活性化合物可通过可逆自组装或通道导向机制嵌入铁蛋白中，如EGCG、芦丁和姜黄素，从而改善这些分子的水溶性和稳定性[5]。因此，这可能是一种有效的制备铁蛋白包被核黄素纳米粒子的策略。然而，铁蛋白可能在食品工业加工过程和胃肠道消化环境中被逐渐破坏或水解，导致生物活性物质释放加快[6]。为了改善铁蛋白纳米粒子的稳定性和功能性，并利用铁蛋白笼状结构有效运输活性化合物，通过非共价或共价相互作用用多糖修饰铁蛋白的外表面是一个有利的方向[5]。壳聚糖是一种天然阳离子多糖，属于无毒生物聚合物，由几丁质部分脱乙酰形成的葡萄糖胺和N-乙酰葡萄糖胺组成[7]。由于其生物相容性、生物降解性和抗菌性能，壳聚糖已被广泛用作药物递送系统的良好壁材料[6]。此前的研究报告指出，壳聚糖骨架上的氨基只能作为弱的正电荷中心，但在酸性环境（pH < 6）中，氨基被质子化并获得正电荷，从而使壳聚糖溶解[8]。受此启发，Yang等人[6]成功制备了大豆分离蛋白-壳聚糖（SPI-CS）纳米粒子。由于铁蛋白具有较高的负电荷密度，能够与壳聚糖结合，从而减少胃肠道系统中的酶对蛋白质的消化[5]。因此，我们设想通过壳聚糖对铁蛋白进行糖基化修饰可能有助于保护蛋白质笼状结构，从而提高包封核黄素的生物利用度。

Pickering乳液在性能上优于表面活性剂稳定的乳液，已成为食品加工、制药等领域的研究热点，并受到广泛关注[6]。由于其通过纳米或微米颗粒在油水界面的稳定作用形成致密的三维屏障，从而展现出优异的长期稳定性[9]。传统上，固体颗粒稳定的乳液凝胶侧重于使用无机颗粒，但具有生物降解性和生物相容性的有机和生物聚合物颗粒已成为理想的替代材料[8]。一些学者指出，蛋白质和多糖通过共沉淀形成的复合纳米粒子作为Pickering稳定剂具有巨大潜力[10]。这归因于这些纳米粒子的润湿性和尺寸，它们能在界面产生静电吸附和空间屏障，防止液滴的合并和聚集，从而改善Pickering乳液的界面性能[11]。例如，壳聚糖/阿拉伯胶纳米粒子表现出接近中性的润湿性和有效的油水界面吸附，形成了防止液滴合并的屏障[8]。近年来，纳米材料被广泛探索作为生物分子或药物包封和递送的载体[4]，已广泛应用于食品、医药及其他生物相关领域（Demchuk & Patel, 2020）。此外，Pickering乳液凝胶也作为有前景的营养物质和药物递送系统被广泛研究，如抗氧化剂、维生素和益生菌（Zhao等, 2024）。在所有精油中，葡萄籽油被认为是一种有前景的抗菌剂。它包含大量黄酮类、生育酚和其他化合物，具有良好的抗氧化活性[12]。然而，有关将三元纳米粒子系统与Pickering乳液结合使用以显著提高维生素口服生物利用度的信息仍然很少。

本研究的主要目的是开发并表征一种基于铁蛋白和壳聚糖的纳米粒子用于核黄素包封，并将其作为葡萄籽油Pickering乳液的多功能稳定剂，以改善储存稳定性和递送性能。研究了壳聚糖对铁蛋白纳米笼包封核黄素的结构和功能特性的影响。BRC-NPs吸附在Pickering乳液的油水界面上以增强稳定性，并探索了核黄素在体外胃肠消化环境中的消化行为。研究结果建立了将蛋白质/多糖纳米系统作为Pickering乳液多功能稳定剂用于活性化合物递送的理论依据和技术框架，并促进了新型功能食品产品的发展。

章节摘要

材料

牛肝铁蛋白（BLFer）按照已报道的方法获得[13]。通过SDS-PAGE测定蛋白质的分子量和纯度（图S1）。壳聚糖（脱乙酰度≥91%，Mw: 200 kDa，粘度: 100–200 mPa·s）购自飞宇生物技术有限公司（江苏，中国）。核黄素（纯度≥98%）购自源叶生物技术有限公司（上海，中国）。葡萄籽油购自麦克林生物技术有限公司（上海，中国）。所有其他化学品和试剂均为

BLFer的制备

本工作中使用的牛肝铁蛋白（BLFer）的氨基酸序列与牛来源的铁蛋白亚基（A0A3Q1LVU1）相同。如图S1B所示，SDS-PAGE分析表明BLFer包含分子量约为25 kDa的亚基。该结果与我们先前关于BLFer的报道一致[13]。这一信息表明BLFer已成功制备，可用于后续实验。

BRC-NPs的形态表征

核黄素的形态变化，

结论

在本研究中，制备了壳聚糖修饰的BLFer-核黄素纳米粒子，并成功将其作为葡萄籽油Pickering乳液的多功能稳定剂。简而言之，BLFer-核黄素纳米粒子的表面可通过壳聚糖分子进行合理修饰，从而改善其结构稳定性和抗氧化性能。其次，BRC-NPs可以紧密整合到乳液凝胶网络中。其抗合并能力、乳化性能和稳定性

CRediT作者贡献声明

Xu Qing：撰写初稿，软件，资源，方法论。Cao Yinjuan：撰写评审和编辑，监督，项目管理，资金获取。Wang Xin：可视化，调查研究，正式分析。Luo Ruiming：监督，数据整理，概念化。Wang Songlei：验证，数据整理，概念化。

利益冲突声明

所有作者声明无利益冲突。

致谢

本工作由宁夏自然科学基金项目（2026AAC030045）资助。

Qing Xu|Yinjuan Cao|Xin Wang|Ruiming Luo|Songlei Wang