β-环糊精基于主客体相互作用包埋β-胡萝卜素以抑制蛋清中核黄素介导的光氧化劣变

《Food Control》：β-Cyclodextrin Encapsulates β-Carotene on the Basis of Host–Guest Interactions to Inhibit the Photooxidative Deterioration Mediated by Riboflavin in Egg White

　　

摘要

液态蛋清蛋白（EWP）在常规运输和环境储存过程中，极易受到内源性光敏剂（如核黄素）引发的不利光氧化反应，从而降低液态蛋产品的功能品质。本研究采用β-环糊精（β-CD）包埋β-胡萝卜素（β-C），随后将其掺入液态蛋清中，以抑制光敏剂活性并猝灭 EWP 中的活性氧（ROS）。结果表明，β-CD 主要通过疏水相互作用，将β-C 的多烯链和β-紫罗酮环包埋在其疏水空腔内。2:1 的β-CD/β-C 复合物显示出优异的热稳定性和高达 425 °C 的热分解温度。该复合物可逐渐释放β-C 以猝灭单线态氧（¹O₂）并清除三线态核黄素（³RF），从而防止 ROS 攻击 EWP 侧链，抑制蛋白质交联，并降低黏度。4:1 的β-CD/β-C-EW 虽然保留了整体 EWP 结构，但由于过量的游离β-CD 导致部分氨基酸氧化和β-C 快速分解，即使起始β-C 水平很高也是如此。相比之下，2:1 配方中的最佳主客体匹配将β-C 安全地困在环糊精空腔内，在储存过程中保留了更高的β-C 留存率和最低的核黄素荧光。相反，由于包埋滞后，β-CD 和β-C 的物理混合组，以及由于易氧化失活，纯β-C 组，其保护效果均随储存时间推移而降低。2:1 的β-CD/β-C 复合物有效抑制了 EWP 的光氧化损伤，为控制蛋清在加工和储存过程中的光氧化提供了依据。

引言

蛋清蛋白（EWP）因其优异的乳化、起泡和凝胶特性，在食品工业中广泛应用于烘焙食品和乳制品中（Alavi 等，2018）。然而，在工业加工、储存和运输过程中，EWP 极易因外部因素而发生质量劣变。先前的研究表明，活性氧（ROS）是蛋清（EW）劣变的主要原因（Li 等，2024a）。在 EWP 体系中，当内源性光敏剂核黄素（RF）被光激发时，主要通过 II 型光化学反应产生 ROS 并触发 EWP 光氧化（Fuentes-Lemus 等，2020）。ROS 进一步氧化蛋白质的氨基酸残基，诱导蛋白质构象变化，最终导致不可逆变性，使蛋白质失去原有的营养价值和功能特性。目前的研究主要集中于防止蛋白质光氧化的两种方法：物理屏障和外源性抗氧化剂添加。Silva 等（2023）开发了用于食品包装的乳清蛋白分离物和磨木木素抗氧化膜。他们发现，仅含 2% 木素的膜即可阻挡 95% 的紫外线。随着膜中木素浓度的增加，其紫外线阻挡性能提高，使其适用于易氧化食品的应用。Duan 等（2025）发现，绿原酸 - 壳聚糖和药藙苷 - 壳聚糖的偶联通过三种机制抑制蛋白质光氧化，即自由基清除、金属离子螯合和单线态氧（¹O₂）猝灭。然而，目前可用的两种主流抗光氧化技术在实际应用中均存在明显的局限性。物理屏障策略仅适用于狭窄的场景范围，且无法从源头消除光氧化诱导的 ROS。相比之下，外源性抗氧化剂在水体系中兼容性差，使其在 EWP 水性食品基质中效率低下。因此，迫切需要开发新型的安全、高效且普遍兼容的抗光氧化调控技术。

作为安全的天然功能抗氧化剂，类胡萝卜素是缓解蛋白质光氧化劣变的理想原料，能有效克服传统抗氧化策略的缺点。类胡萝卜素是亲脂性光合色素，也是人类饮食中重要的微量营养素。类胡萝卜素，如β-胡萝卜素（β-C），是维生素 A 的前体，可保护蛋白质免受氧化聚合和降解（Chang 等，2017）。然而，β-C 具有高度疏水性，在液态蛋清水性系统中倾向于通过疏水相互作用聚集，这大大降低了其抗氧化活性。同时，β-C 易发生光降解，这一特性极大地限制了其实际应用（Lin 等，2019）。许多学者构建了特定的载体，提高了β-C 的稳定性、氧化活性和实用价值。Su 等（2026）成功建立了基于壳聚糖的皮克林纳米乳液，作为包埋和保护β-C 的高效系统。Han 等（2025）制备了负载茶多酚的茶树菇蛋白 - 茶树菇可溶性多糖复合颗粒，以稳定高内相皮克林乳液用于包埋生物活性物质β-C，提高其生物利用度。然而，目前的包埋载体具有明显的局限性。大多数聚合物载体容易通过静电力与 EWP 相互作用，破坏其固有的物理化学和功能特性。此外，某些载体需要复杂的制备程序和精密设备，阻碍了其大规模工业实施。与常规载体材料相比，β-环糊精（β-CD）是一种由七个葡萄糖单元通过 α-1,4 糖苷键连接形成的环状低聚糖。它是一种天然无毒的环状低聚糖，具有外部亲水但内部疏水的空腔（Xu 等，2020），为包埋β-C 并增强其稳定性提供了一种低成本且便捷的方法。尽管通过环糊精复合静电纺丝纳米纤维包埋β-C 可有效提高其溶解度和储存稳定性（Yildiz 等，2023），但这种制备方法需要精密设备且程序复杂，使其难以在食品工业中进行大规模实际应用。

因此，基于上述研究概念，通过 X 射线衍射法（XRD）、差示扫描量热法（DSC）、热重分析（TGA）、拉曼光谱和氢谱，并测量其他指标，系统表征了β-CD/β-C 复合物在包埋过程中的结构变化和形态特征。然后将一定量的包合物加入 EW 溶液中，在 40 °C 和 7200 勒克斯的人工气候箱中加速氧化，并在储存的第 1、3 和 7 天进行采样。分析了 EWP RF 荧光强度、β-C 含量、物理化学性质、分子构象和结构特征，以揭示β-CD/β-C 包合物的 RF 猝灭机制及相关规律。本研究的结果为利用β-C 调控液态 EW 氧化提供了理论依据，从而防止液态 EW 中 RF 介导的光氧化劣变，提高其保质期和品质。

章节摘要

材料

鸡蛋购自中国广州的一家超市。β-CD 购自上海阿拉丁生化科技股份有限公司（上海，中国）。β-C 购自上海源叶生物科技有限公司（上海，中国）。三氯乙酸（TCA）购自天津福宇精细化工有限公司（天津，中国）。三甲基氨基甲烷、β-巯基乙醇和十二烷基硫酸钠购自 Sigma（美国密苏里州圣路易斯）。所有其他化学品均为分析纯

复合物的稳定性

图 1A 显示了不同β-CD/β-C 比例的复合物颜色变化。β-CD 呈透明白色。随着β-C 摩尔比的增加，β-C 复合物的颜色从左到右逐渐加深，变为橙红色。这种趋势与β-C 的固有物理性质有关。β-C 具有长链共轭双键。在溶解过程中，共轭链充分展开，导致明显的暗红色（Bogacz-Radomska & Harasym, 2018）。

结论

本工作研究了β-CD/β-C 包埋行为及其复合物对 EWP 光氧化的调控机制。2:1 复合物以其最大的绝对ζ电位、均匀的粒径、紧凑的结构、优异的紫外吸收、最高的热分解温度和最小的β-C 光降解而脱颖而出。稳定的β-CD/β-C 复合物减缓了β-C 的降解，并在 EWP 中实现了其控制性缓释。持续释放的β-C 消除了光诱导的 ROS，中断了

CRediT 作者贡献声明

艾敏敏: 监督、软件、资源、数据整理。肖楠: 方法论、实验调查。郭尚光: 写作 - 审查与编辑、实验调查。杨英杰: 写作 - 原始草稿、形式分析、数据整理

未引用参考文献

Neves 等，2025 年。

利益冲突声明

无利益冲突需声明。

致谢

作者感谢广东省基础与应用基础研究基金的资助（2025A1515012940; 2024A1515010433; 2023A1515110947）；国家畜禽产品精密加工与安全联合工程研究中心（2016(2203), 中国；广东省食品质量与安全重点实验室（2020B1212060059）。

杨英杰 | 肖楠 | 郭尚光 | 艾敏敏

华南农业大学食品科学学院，国家畜禽产品精密加工与安全联合工程研究中心，510642，中国