基于铁蛋白的高内相乳液实现生物活性物质的空间可控共递送

《Journal of Food Engineering》：Spatially controlled co-delivery of bioactive via ferritin-based high internal phase emulsions

铁蛋白纳米笼可在阿拉伯胶（GA）的辅助下稳定高内相乳液（HIPE）。具有半固体网络的铁蛋白基HIPE可增强β-胡萝卜素的稳定性。铁蛋白基HIPE可作为用于分层包埋的双室系统。**引言**生物活性化合物可提供多样的生理益处，并表现出互补作用，从而产生协同的营养和健康效果，引起了广泛的研究关注（Dissanayake和Bandara，2024）。然而，许多亲脂性生物活性化合物的实际应用受到其较差的水溶性和对环境胁迫因素高度敏感的严重阻碍（Frosi等，2024）。包埋技术作为一种克服这些局限性的核心策略应运而生，通过提供保护性微环境发挥作用。如今，包埋范式已从简单的单一组分包埋演变为复杂的共包埋，并进一步发展为分室包埋（Chen等，2022b）。然而，理性设计具有明确多室结构的坚固、食品级递送系统仍然是一个重大挑战。蛋白质是有前景的包埋"壁材"，人们已制备出纳米笼、纳米管、水凝胶和乳液等多种递送系统（Araiza-Calahorra等，2018；Bhutto等，2024；Chen等，2021；Fathi等，2018；Griswold等，2022）。在基于乳液的递送平台中，高内相乳液（HIPEs）凭借其半固体质构和出色的疏水性生物活性化合物高容量包埋能力脱颖而出（Gao等，2021）。虽然HIPEs能够同时递送多种生物活性物质，但其应用主要限于共包埋而非分室包埋（Su等，2021）。分室HIPEs可以空间隔离不同的生物活性化合物，使它们避免直接接触，从而允许同时负载不相容的分子并调节其化学反应（例如氧化还原反应）（Chen等，2025）。尽管双乳液可以有效分离包埋的活性物质，但它们面临稳定性差和制备工艺复杂等挑战（Kumar等，2022；Yan等，2024）。因此，基于HIPEs的分室包埋仍值得进一步探索。铁蛋白在自然界中广泛存在，通常自组装成笼状结构，内径和外径分别为8 nm和12 nm（Zhang等，2020）。它具有可逆的pH响应性组装特性，便于在包埋过程中负载生物活性物质（Chang等，2023）。得益于其固有的内腔结构，铁蛋白在构建双室递送系统方面具有巨大潜力。鉴于HIPEs的出色负载能力，构建铁蛋白稳定的双室HIPE系统是一种有前景但尚未被充分探索的方法。姜黄素和β-胡萝卜素是食品工业中两种具有代表性的亲脂性生物活性化合物，具有独特的生物功能。它们的包埋已被广泛研究，先前的研究表明类胡萝卜素与多酚的结合可产生协同的营养优势（Calniquer等，2021）。然而，姜黄素和β-胡萝卜素在分子结构和极性上存在显著差异；具体来说，β-胡萝卜素的疏水性远高于姜黄素。因此，由于空间位阻，将两种货物同时负载在单一纳米颗粒中是困难的（Wei等，2022）。因此，分室包埋是实现两者同时递送的更有前景的策略，但迄今为止，基于HIPE的分室平台报道甚少。本工作的目的是利用铁蛋白作为功能构建单元构建双室HIPE系统。在阿拉伯胶（GA）的辅助下，成功制备了油相体积分数为84%的铁蛋白稳定HIPEs。所得HIPEs具有良好的稳定性和半固体结构，实现了β-胡萝卜素最大负载量0.3 wt%的优异表现，并表现出对β-胡萝卜素的出色保护作用。此外，将预加载姜黄素的铁蛋白纳米笼与GA结合稳定油滴，形成了双室HIPEs，其中β-胡萝卜素分别包埋于油相中。这证实了所制备的HIPEs可以用作分层包埋的双室系统。本工作为不相容生物活性物质的共同递送提供了一种通用且稳健的策略，为功能食品行业多功能递送系统的设计提供了新视角。**材料与方法***材料与化学试剂*阿拉伯胶（Mw ≈ 240,000）和姜黄素（纯度≥98%）购自北京索莱宝科技有限公司（中国北京）。β-胡萝卜素（纯度≥98%）购自西格玛奥德里奇公司（美国密苏里州圣路易斯）。IPTG（纯度≥99%）购自北京毕德生物技术有限责任公司（中国北京）。向日葵籽油（LA含量>65%）购自上海佳格食品有限公司（中国上海）。除另有说明外，所用其他化学品均为分析纯。*铁蛋白的生产与纯化*大豆种子铁蛋白*铁蛋白的制备与表征*本研究选择大豆种子H-2铁蛋白（SSF）作为铁蛋白材料。纯化后，所得蛋白质采用聚丙烯酰胺凝胶电泳（PAGE）进行表征。如图1所示，SDS-PAGE分析表明SSF亚基的分子量约为28.0 kDa（图1A），Native-PAGE进一步显示存在分子量约为560 kDa的蛋白纳米笼（图1B），与先前报道一致，证实了……**结论**总之，本研究通过利用铁蛋白纳米笼与阿拉伯胶（GA）在氢键介导下的协同界面组装，成功构建了一种稳健的双室高内相乳液（HIPE）系统。所得HIPEs具有84%的内部油相比例，其特征为紧密堆积的油滴网络，赋予了其稳定的半固体一致性和对90°C高温及紫外辐射的优异抗性。通过利用……**CRediT作者贡献声明****张晓蓉：** 写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，监督指导，调查研究，经费获取，正式分析，数据整理，概念构思。**陈坤欣：** 方法学，调查研究，正式分析，数据整理。**袁磊：** 方法学，调查研究，正式分析，数据整理。**常小雪：** 方法学，调查研究，正式分析，数据整理。**李斌：** 监督指导，概念构思。**詹富朝：** 写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写……**利益冲突声明**作者声明，他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。**致谢**作者感谢以下机构的资金支持：中国国家自然科学基金（编号：32502125）、江苏省自然科学基金（编号：BK20241572）、海南省自然科学基金（编号：325QN372、326QN0708）、南京农业大学大学生创新训练计划项目（编号：202410307066Z），以及绿色农产品高值化加工协同技术服务中心基金……张晓蓉|陈坤欣|袁磊|常小雪|李斌|詹富朝