从风味到功能：封装在模拟烤鸭衍生的微/纳米颗粒中的肉类香气的胃肠代谢与生物活性

《Food Research International》：From flavor to function: Gastrointestinal fate and bioactivity of meat aroma encapsulated in simulated roasted duck-derived micro/nanoparticles

　　

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  通过美拉德反应驱动的自组装形成的仿生烤鸭纳米颗粒。
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  消化过程中结构发生演变，形成类胶束的胶体结构。
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  在Caco-2细胞中发现了可能的载体辅助共运输机制。
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  包封技术可绕过第二阶段解毒作用，提升生物利用度。

引言

烤肉制品的感官特性在很大程度上取决于美拉德反应产物，尤其是含硫的挥发性物质，比如糠醛硫醇（FurMeSH）（Liu等人，2019年）。传统研究中，这些化合物仅被视为通过嗅觉受体产生的感官刺激物。然而，越来越多的证据表明，这类挥发性物质还能调节生理功能，比如抗氧化防御能力（Xu、Zang、Sun和Li，2023年）。尽管具有这样的潜力，但挥发性硫醇在胃肠道中的稳定性及其生物可利用性仍不明确。游离硫醇化学性质不稳定，在肠道中容易被氧化并发生代谢转化（Zhou、Yan、Zhao、Zhou和Xiao，2018年）。这可能会限制其进入全身循环，不过肉类餐后留下的“余味”表明有些挥发性物质可能会暂时滞留在消化系统中，这说明可能存在与消化基质相关的保留机制。

在真正的烤鸭中，热处理可能有助于这种保留现象的产生。在烤鸭的过程中，热量会促使肌球蛋白展开，从而暴露出其隐藏的疏水区域（Gao等人，2025年）。与此同时，还原糖（如麦芽糖）会通过与蛋白质发生美拉德反应而与其结合（Zhou等人，2016年）。这一过程会生成两亲性的蛋白-糖糖缀合物（Kutzli、Weiss和Gibis，2021年）。在疏水相互作用的驱动下，这些生物聚合物会自发地包裹甘油三酯和疏水性香气物质（Nie等人，2025年）。因此，稳定的核壳型微/纳米颗粒会在原位自组装形成（Gao等人，2025年）。在之前的研究中，我们已证实肌球蛋白、甘油三酯和麦芽糖会在烤鸭中共同组装成这类纳米颗粒，而这些颗粒能够有效吸附糠醛硫醇（Gao等人，2025年）。在此基础上，我们推测致密的颗粒外壳能够保护脆弱的负载物质免受胃酸的侵蚀，而脂质核心则可将疏水性香气物质溶解。在本研究中，我们使用了一个简化的仿生系统来验证这一概念，该系统并未完全模拟真正烤鸭中同时发生的香气生成和结构组装过程。

目前，研究人员广泛使用生物聚合物设计递送载体，以保护不稳定的生物活性物质（Gómez等人，2018年；He、Du、Wang和Tan，2026年；Kumar等人，2024年）。这些系统确实能够提升物质的化学稳定性和生物利用度（Karaca、Assadpour和Jafari，2023年）。然而，大多数研究使用的都是通用的市售分离物，它们往往忽视了实际肉类基质中存在的特定相互作用，比如美拉德反应（Wu、Richards和Undeland，2022年）。很少有研究关注在热处理条件下由肉类成分专门构建的递送载体。尽管人们对递送系统很感兴趣，但含有香气的食物颗粒在胃肠道中的迁移过程仍几乎未被探索。在本研究开始时，还存在一些关键的知识空白。首先，尚不清楚这些被包封的香气物质是否与线虫培养系统中的抗逆表型及微生物群落变化有关。其次，这些颗粒在消化过程中的结构演变情况尚未得到研究，尤其是基质降解与导致余味的持续释放之间的关联也不清楚。第三，跨膜吸收机制也尚未明确。确定包封是否能让负载物质避开首过代谢至关重要。

然而，真正烤鸭基质的复杂性给解析分子层面的相互作用带来了巨大挑战。为了解决这个问题，我们利用烤鸭的主要结构成分——肌球蛋白、甘油三酯和麦芽糖，在受控的热条件下构建了一个仿生模型系统。虽然这个简化模型无法完全复制整个肌肉组织的质地差异，但它能有效消除那些不确定的基质干扰，从而便于准确评估由美拉德反应驱动的自组装机制。这一策略使得我们能够在没有基质杂质干扰的情况下，精确追踪负载物质的结构演变和代谢命运。

为了系统地揭示这些多维度过程，本研究整合了体内、体外和细胞培养模型，研究了封装在仿制烤鸭来源的仿生纳米颗粒中的糠醛硫醇的生物活性及其传输情况。最初，我们使用秀丽隐杆线虫来评估系统的生理效应，重点关注抗逆能力以及与线虫相关的微生物群落的变化。秀丽隐杆线虫被用作检测抗逆能力和微生物群相关生物活性的整体生物体筛选模型，而非人类消化的直接替代物。因此，模拟消化和Caco-2单层系统通过模拟人体胃肠道消化和肠上皮的转运功能，弥补了线虫实验的不足。随后，我们追踪了这些纳米颗粒在模拟消化过程中的结构演变，以了解其背后的物理化学原理。最后，我们利用Caco-2细胞单层模型分析了细胞的摄取动力学。通过将胃肠道的变化与转运途径联系起来，本研究旨在提供一个初步的仿生模型，用于探讨基质结构、糠醛硫醇的传输、抗逆能力以及微生物/代谢反应之间的关系。

章节摘要

材料与化学品

肌球蛋白是从北京Z型鸭的胸肉中提取的（36天大，体重2.0±0.1公斤）。这些鸭子具有相同的遗传背景，饲养条件相同，由中国河北省东风种禽有限公司的专业人员按照标准商业流程进行屠宰。甘油三酯（三油酸甘油酯，纯度≥98%）、麦芽糖（HPLC级，纯度≥98%）、乙二胺四乙酸四乙酯和乙二胺四乙酸均来自Solabio有限公司。糠醛硫醇则通过气相色谱法测定。

秀丽隐杆线虫的行为分析

如图S1a所示，同步发育至L4阶段的秀丽隐杆线虫被暴露在纳米颗粒以及含有糠醛硫醇的纳米颗粒溶液中（浓度为0.05–2.0毫克/毫升），通过检测大肠杆菌OP50的生长速率来评估其生物安全性。较高浓度（1.0–2.0毫克/毫升）会显著提高UPs-FurMeSH组中的OD₆₀₀值（P值<0.05，见图S1b），这表明在颗粒浓度过高时，食物会被更慢地清除，但这一现象并未归因于某种特定的咽部泵送机制。相反，较低浓度（0.05–0.5毫克/毫升）则表现出较好的效果。

结论

这项多维度研究阐明了以糠醛硫醇为代表的肉类香气化合物在自我组装的肌球蛋白-甘油三酯-麦芽糖载体中的胃肠道命运及其与生理功能的关联。体内实验表明，含有糠醛硫醇的纳米颗粒能够提升急性抗逆能力以及神经肌肉行为表现，尤其是与仅含载体的对照组相比。这种益处与线虫的代谢变化以及与其相关的微生物群落变化有关。

CRediT作者贡献说明

Ziwu Gao：撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，验证，研究，概念构思。Dequan Zhang：撰写——审阅与编辑，监督，资金获取。Ruiyun Wu：方法学，研究。Linggao Liu：方法学，正式分析，数据整理。Cheng Chang：方法学，研究。Zhenyu Wang：撰写——审阅与编辑，监督，项目管理，资金获取，概念构思。

资助情况

本研究得到了北京市农业科研创新联盟（BAIC06–2026-BJJQ-G12）、中国山东省重点研发计划（2022TZXD0021）以及国家农业科技创新计划（G2022-IFST-05，CAAS-ASTIP-2026-IFST）的财政支持。

利益冲突声明

作者声明自己不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢实验室同事们提供的建议与支持。

Ziwu Gao|Dequan Zhang|Ruiyun Wu|Linggao Liu|Cheng Chang|Zhenyu Wang