乳清蛋白-菊苣纳米颗粒增强Rayeb乳的抗氧化活性、真菌抑制和货架期

《International Journal of Food Properties》：Whey protein-chicory nanoparticles enhance antioxidant activity, fungal inhibition, and shelf life of Rayeb milk

　　

本研究评估了负载菊苣提取物的乳清蛋白分离纳米颗粒作为发酵乳（如Rayeb）的功能性成分。菊苣地上部分通过超声辅助提取（20 kHz，50%振幅，10秒开/5秒关）进行提取，并使用去溶剂化法将提取物包封在乳清蛋白分离纳米颗粒中。制备了未处理的对照组、添加粗菊苣提取物的Rayeb乳，以及添加纳米包封菊苣提取物（每100克乳含150毫克提取物）的Rayeb乳。纳米颗粒的平均粒径为158.6 ± 20 nm，多分散指数（PDI）为0.470 ± 0.032，颗粒产率为92.15 ± 3.1%，包封效率为92.15 ± 1.9%。与粗提物相比，包封提高了总酚含量、类黄酮含量和菊苣酸保留率，表明在加工过程中对生物活性化合物具有显著保护作用。更重要的是，纳米包封提取物改善了微生物稳定性，维持了更高的理想发酵剂培养物计数，在冷藏后将霉菌和酵母抑制到可检测限以下，并且与对照组和粗提物处理相比，保持了可接受的感官质量。总体而言，乳清蛋白分离纳米颗粒增强了菊苣生物活性物质的稳定性和功能性，并延长了Rayeb乳的货架期。

**论文解读：乳清蛋白-菊苣纳米颗粒增强Rayeb乳的抗氧化活性、真菌抑制和货架期**

**研究背景与问题**

消费者对具有健康益处的功能性食品需求日益增长，促使研究者将天然生物活性化合物（如多酚、类黄酮）添加到日常食品中。菊苣（*Cichorium intybus* L.）富含菊粉、菊苣酸、绿原酸等成分，具有抗氧化、益生元和抗真菌活性。然而，将植物提取物直接加入乳制品中面临诸多挑战：酚类化合物水溶性差、对热和氧敏感，易与乳蛋白相互作用导致沉淀、活性丧失及风味变化。此外，传统发酵乳制品虽能控制腐败菌，但无法防止化学降解，且存在霉菌毒素（如黄曲霉毒素M1）残留风险。因此，研究人员开展了这项研究，旨在通过乳清蛋白分离物（WPI）纳米包封技术保护菊苣生物活性物质，并评估其在传统发酵乳Rayeb中的应用效果。该论文发表在《International Journal of Food Properties》。

**主要技术方法**

研究人员采用超声辅助提取（UAE，20 kHz，50%振幅，脉冲模式）从菊苣地上部分提取酚类化合物；使用去溶剂化法制备负载菊苣提取物的WPI纳米颗粒。通过动态光散射（DLS）和透射电镜（TEM）表征纳米颗粒的粒径、多分散指数（PDI）和形态；采用高效液相色谱（HPLC）鉴定酚类化合物；利用DPPH和ABTS自由基清除实验评估抗氧化活性；通过琼脂扩散法和菌丝生长抑制实验评估抗菌和抗真菌活性；将纳米包封菊苣提取物（150 mg提取物/100 g乳）添加到Rayeb乳中，进行14天冷藏期间的微生物计数、理化分析（pH、酸度、总固形物、粘度）和感官评价（9点喜好标度），并模拟交叉污染实验评估货架期。菊苣样品来自NRC Nobaria农场，水牛乳购自埃及吉萨当地市场。

**研究结果**

**菊苣纳米颗粒**：通过DLS和TEM表征发现，WPI-菊苣系统形成稳定的球形纳米颗粒。随着菊苣负载量从100 mg增至400 mg，平均粒径从158.6 ± 20 nm增加至244.8 ± 42 nm，PDI先升高后降低，包封效率达87.85–92.15%，表明WPI有效包封了菊苣生物活性物质。

**抗氧化活性与多酚含量**：DPPH和ABTS自由基清除实验显示，粗提物具有最高活性（326.77和379.25 μg TE/mL），纳米包封后活性降低（277.16和228.37 μg TE/mL），但总酚含量（TPC）和类黄酮含量（FC）显著提高（从26.74增至34.28 mg GAE/g DW，从4.78增至6.14 mg CAE/g DW），表明包封保护了酚类化合物，但限制了自由基可及性。

**酚类组分鉴定**：HPLC分析显示，包封后大多数酚类（如绿原酸、菊苣酸、丁香酸）含量降低，而阿魏酸和芦丁含量增加，表明WPI基质对不同酚类具有选择性保留和差异化结合能力。

**抗菌活性**：琼脂扩散法表明，纳米包封菊苣提取物对革兰氏阳性菌（如金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、单核细胞增生李斯特菌）的抑菌圈直径（11.96–12.55 mm）显著高于粗提物（8.77–9.55 mm），增幅约30–40%；对革兰氏阴性菌（如沙门氏菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌）也表现出增强效果，与环丙沙星相当，表明纳米包封提高了抗菌效力。

**抗真菌活性**：通过菌落直径、菌丝干重和孢子萌发抑制实验评估。纳米包封菊苣提取物在400 mg浓度下对黑曲霉、赭曲霉等真菌的抑制率（91.4–97.1%）接近制霉菌素（95.25–98.70%），且对产黄青霉的菌丝干重抑制达100%，显著优于粗提物。

**功能性Rayeb乳**：添加纳米包封菊苣提取物的Rayeb乳总固形物（18.73%）和蛋白质含量（5.98%）显著高于对照组（16.76%和4.18%），脂肪含量略降。pH和酸度测定显示，纳米包封组在14天冷藏期间酸度上升最慢（从62.43°D升至70.48°D），pH保持稳定，表明对乳酸菌代谢具有缓冲作用。

**微生物表征**：微生物计数表明，纳米包封组在14天后乳酸杆菌和乳酸球菌活菌数最高（51×10⁶和89×10⁶ CFU/mL），霉菌和酵母低于检测限，而对照组出现污染。模拟交叉污染实验显示，纳米包封组在30天后细菌计数降至不可检测水平，显著优于粗提物和对照组。

**感官评价**：12位训练有素的小组成员采用9点喜好标度评估。纳米包封组在颜色、外观、气味、口感、质地和总体接受度上均优于粗提物组，且在14天冷藏后仍保持较高评分（总体接受度>4.5/9），表明包封掩盖了苦涩味并改善了口感。

**粘度**：流变学测量表明，所有样品均呈现剪切变稀行为，但纳米包封组粘度最高，且具有更强的触变性，归因于菊粉的增稠作用、WPI-多酚相互作用及纳米颗粒作为微凝胶域的存在。

**结论讨论与总结**

讨论部分指出，WPI基纳米颗粒通过蛋白-多酚相互作用（氢键、疏水作用）有效包封和保护了菊苣生物活性物质，提高了其在加工和储存中的稳定性。纳米包封增强了抗菌和抗真菌活性，抑制了腐败菌和霉菌生长，同时维持了益生菌活力，改善了感官品质。尽管DPPH和ABTS活性有所降低，但总酚和类黄酮含量增加，表明蛋白-多酚复合物限制了自由基可及性，但整体功能性得到提升。该研究证明了WPI-菊苣纳米颗粒作为多功能载体的潜力，可作为一种清洁标签策略用于延长发酵乳制品货架期。

**研究结论翻译**：基于WPI的纳米颗粒有效增强了菊苣生物活性化合物在Rayeb乳中的功能性表现。纳米包封系统提高了酚类成分的保留率，同时增强了抗菌活性、真菌生长抑制、益生菌活力、理化品质和冷藏期间的感官接受度。尽管包封增加了总酚相关测量值，但观察到DPPH和ABTS自由基清除活性适度降低，这可能是由于蛋白-多酚相互作用和纳米颗粒基质中对自由基可及性的限制。WPI-菊苣纳米颗粒配方成功将冷藏期间的霉菌和酵母抑制到可检测限以下，并表现出优于粗提物的抗真菌性能，支持其作为发酵乳制品天然防腐策略的潜力。这些发现突出了蛋白质基纳米包封系统作为多功能载体的适用性，可改善植物源酚类化合物在复杂食品基质中的稳定性、控制释放和生物活性。然而，仍存在一定局限性，包括缺乏加速货架期动力学模型和正式协同分析。未来研究应关注可变储存条件下的预测降解动力学、机制相互作用分析、胃肠释放行为以及纳米颗粒强化发酵乳制品的工业规模验证。总体而言，WPI-菊苣纳米颗粒代表了一种有前景的清洁标签方法，用于改善发酵乳制品的微生物稳定性、功能品质和货架期，同时支持开发富含天然生物活性化合物的下一代功能性食品。