胆汁盐调控紫菜消化过程中的蛋白质生物可及性与纳米结构组装

《Food Hydrocolloids》：Bile salts govern protein bioaccessibility and nanostructural assembly during digestion of Nori seaweed

【字体：大中小】 时间：2026年08月19日 来源：Food Hydrocolloids 13.8

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　　摘要海藻日益被视为支持未来食品系统的可持续且营养丰富的候选者，然而调控其消化性的机制仍知之甚少。在这项工作中，我们表明紫菜海藻（Porphyra umbilicalis）的细胞壁对胃部消化具有高度抗性，蛋白质释放主要发生在肠道阶段。利用包括小角 X 射线和中子散射及纳米断层扫

摘要

海藻日益被视为支持未来食品系统的可持续且营养丰富的候选者，然而调控其消化性的机制仍知之甚少。在这项工作中，我们表明紫菜海藻（Porphyra umbilicalis）的细胞壁对胃部消化具有高度抗性，蛋白质释放主要发生在肠道阶段。利用包括小角 X 射线和中子散射及纳米断层扫描等先进工具的多尺度分析方法，我们追踪了体外消化引起的纳米级结构重组。我们发现，富含波刺藻胶的细胞外网络在胃部消化期间限制了酶的接触，而肠道环境中的胆盐促进了多糖和蛋白质的溶解，增强了蛋白水解。这些相互作用反过来又阻碍了消化物中胆盐纳米胶束的结构有序化和相关性。这些发现揭示了胆盐在消化过程中的关键作用，不仅调控蛋白质的消化性，还影响消化产物的纳米结构。更广泛地说，这项工作建立了一个机制框架，用于研究消化期间的纳米级自组装如何影响营养物质的运输和生理反应。

引言

在当前气候变化和自然资源过度开发的背景下，海藻被视为潜在的未來食品来源之一，以减少对陆地作物和动物源性产品的依赖（Parodi 等，2018）。从可持续发展的角度来看，海藻不需要耕地、淡水或肥料；此外，它们可以通过水产养殖进行培育，而不是从天然存量中采集（Duarte 等，2022）。从营养角度来看，海藻因其高含量的膳食纤维、矿物质和维生素而具有吸引力。此外，某些海藻物种，特别是红藻（红色海藻），表现出高蛋白含量（干重的 10-50%）（Pereira 等，2024）和满足粮农组织（FAO）人类营养要求的必需氨基酸（EAA）谱（FAO，1991）。全球海藻水产养殖目前每年超过 3700 万吨（FAO，2024）；然而，海藻仍主要被开发用于提取特定的多糖（通常称为藻胶），如琼脂、卡拉胶和海藻酸，它们被用作食品工业中的增稠剂和凝胶剂；相比之下，其蛋白质部分在很大程度上尚未被商业开发。这主要是由于它们的生物可及性有限，以及对其结构和工艺功能特性的知识匮乏。

蛋白质营养质量不仅取决于氨基酸组成，还取决于消化性和生物利用度。对于海藻而言，这仍然是一个主要的知识空白，因为只有少数研究评估了它们的蛋白质消化性（Cebrián-Lloret, Martínez-Abad 等，2024; Maehre 等，2016），结果不一致且缺乏机制见解。特别是，海藻细胞壁结构在调节胃肠道消化过程中蛋白质生物可及性方面的作用受到的关注有限。海藻细胞壁的结构复杂性，富含硫酸化多糖（Synytsya 等，2015），被认为会阻碍酶的接触并调节营养物质的释放。一般来说，据报道红藻的蛋白质消化性高于绿藻和褐藻（Wong & Cheung，2001），但这种差异的原因仍不清楚。一个合理的解释是它们不同的细胞壁成分。红藻富含琼脂、卡拉胶和波刺藻胶，而绿藻含有更多的纤维素、石莼多糖和木聚糖，褐藻则富含海藻酸、层黏聚糖和岩藻多糖（Fleurence，1999; Mabeau & Fleurence，1993）。以前使用混合多糖 - 蛋白质模型系统的研究表明，红藻多糖，如琼脂和卡拉胶，能够延缓蛋白质消化，尽管程度不如海藻酸和纤维素（Fontes-Candia 等，2022）。提出了多糖 - 蛋白质相互作用和消化物粘度增加是降低蛋白质消化性的主要因素。然而，这些多糖在其天然细胞壁内如何发挥作用至今仍未被探索。除了成分之外，细胞壁结构和机械完整性预计将在蛋白质生物可及性中发挥关键作用。有趣的是，据报道蛋白质消化性最高的红藻属于紫菜属（Porphyra）和紫皮藻属（Pyropia），其特征是细胞壁中纤维素含量低或不存在（Frey 等，2026; Vega-Gómez 等，2026）。纤维素确实被认为是植物和藻类细胞壁中最结晶和结构最具抗性的成分之一，提供机械阻力并限制酶的接触（H?fte & Voxeur，2017）。因此，紫菜海藻中纤维素的缺失可能会显著增强消化期间细胞内成分的接触性。

此外，作者之前的证据指出，可溶性多糖在调节蛋白质水解过程中产生的消化产物的纳米结构组装方面具有关键作用（Díaz-Pi?ero 等，2024, 2026）。虽然这仍然是一个新兴的研究领域，但这些含有肽和溶解多糖的消化产物已被发现与肠道介质中存在的胆盐相互作用，形成有序的胶束纳米结构，这些结构可能被可溶性多糖的存在稳定或破坏（Díaz-Pi?ero 等，2026），这取决于多糖/蛋白质比率、胆盐浓度和多糖分子结构等因素。这种纳米组装过程最终可能影响肠道吸收的程度和随后的代谢反应，因为营养物质的摄取依赖于扩散、溶解以及与肠道黏膜中特定的上皮转运系统和载体的相互作用，从而对海藻的整体营养质量做出贡献（Kiela & Ghishan，2016）。

解决这些知识空白需要一种先进的分析方法，能够分辨从分子排列到纳米/微米级细胞结构等多个长度尺度上由消化引起的结构转变。在这里，我们提出了对条斑紫菜（Porphyra umbilicalis）海藻胃肠道消化的全面多尺度分析。通过将传统的生化分析与先进的结构工具相结合，包括小角 X 射线和中子散射（SAXS 和 SANS）以及 X 射线纳米断层扫描，我们追踪了海藻细胞壁在胃部 and 肠道阶段的消化驱动结构演化。我们的结果揭示了这些结构转变如何调控蛋白质消化性和消化产物的纳米结构组织，提供了关于如何将海藻开发为高效营养来源的机制见解，并提供了一个更广泛的框架来理解消化期间的纳米级结构动力学如何影响营养吸收和激素信号传导等生理过程。据我们所知，这是第一项将海藻细胞壁结构和消化引起的结构转变统一在一个多尺度框架内的研究。

章节摘要

材料

紫菜海藻，特别是Porphyra umbilicalis物种，以脱水薄片的形式，购自 VitaminSea Seaweed（美国缅因州巴克斯顿）。用于 SANS 分析的蛋白浓缩提取物是使用以前开发的方法生产的，该方法结合了超声波预处理和 pH 值调节处理（Vega-Gómez 等，2024），而浓缩细胞壁是使用以前描述的方案生产的（Vega-Gómez 等，2026）。

总成分分析

海藻中的总氮和

条斑紫菜的成分分析

在消化前进行条斑紫菜生物量的成分分析。如图 2a 所示，这种海藻物种主要由碳水化合物组成，占干重的约 44%，这与之前报道的P. umbilicalis数据一致，范围为 32% 到 48%（Ferreira 等，2025; M. V Freitas 等，2022）。单糖谱的详细分析（图 2b）显示，半乳糖是主要的单糖（占总量的 22%

结论

本工作的结果证实了紫菜海藻（P. umbilicalis）作为非动物源性替代蛋白质来源的潜力，鉴于其高含量的膳食纤维和蛋白质，以及低脂肪含量。值得注意的是，其必需氨基酸的比例（约 37%）与许多动物蛋白来源中的比例相当，其蛋白质消化性（60-79%）与广泛食用的植物基来源相似。另一方面，值得注意的是P. umbilicalis蛋白质将会

CRediT 作者贡献声明

伊姆克·格雷文：撰写 – 审阅与编辑，方法论，调查。西尔娅·弗莱纳：撰写 – 审阅与编辑，方法论，调查。马尔塔·马丁内斯·桑斯：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，验证，监督，资源，项目管理，方法论，调查，资金获取，形式分析，数据管理，概念化。尤贝西·科雷亚：撰写 – 审阅与编辑，撰写 – 原稿，方法论，调查，形式分析，数据

未引用参考文献

Cebrián-Lloret 等，2024; Dora 等，2024; Fanelli 等，2026; Latimer 和 AuthorAnonymous，2023。

竞争利益声明

? 作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，可能影响本论文中报告的工作。

致谢

这项工作由欧盟资助（ERC，PRODIGEST，ERC-2022-COG 101086483）。然而，表达的观点和意见仅代表作者，不一定反映欧盟或欧洲研究理事会执行机构的观点。欧盟或资助机构均不对此负责。同步辐射实验在 ALBA 同步辐射 NCD 光束线进行，并有 ALBA 工作人员的合作（提案 2023077631 和 2024078506）。

食品科学研究 Institute，CIAL (CSIC-UAM, CEI UAM + CSIC)，西班牙马德里尼古拉斯·卡布拉拉街 9 号，28049

摘要

引言