钙离子强化的大豆分离蛋白 - 低甲氧基果胶复合物用于增强大豆异黄酮的胃肠道稳定性及跨上皮转运

《Food Bioscience》：Ca2+-reinforced soy protein isolate–low-methoxyl pectin complexes for enhanced gastrointestinal stability and transepithelial transport of soy isoflavones

　　

摘要：

大豆异黄酮（SI）具有显著的雌激素活性和抗氧化活性；然而，其较差的化学稳定性和有限的肠道递送效率限制了其在功能性食品中的应用。本研究旨在开发一种基于大豆分离蛋白（SPI）、低甲氧基果胶（LMP）和 Ca²⁺ 的食品级三元递送系统用于 SI 的包封。系统研究了所得复合物的结构特征、消化行为和跨上皮转运，并与游离 SI 及二元 SPI–SI 复合物进行了比较。LMP 和 Ca²⁺ 的加入显著增强了复合物的结构稳定性，并伴随着 SI 在 Caco-2 单层细胞上的胃肠道稳定性和跨上皮转运效率的提高。具体而言，优化配方（SILM3，由 9.0 mL LMP 溶液制备）的包封率达到 81.72%，表观渗透系数（P_app）为 9.37 × 10^-6 cm/s，大约是游离 SI 的 9 倍。光谱分析和分子动力学模拟进一步表明，三元复合增强了复合物内的分子间相互作用。这些发现表明，SPI–LMP–Ca²⁺ 三元系统代表了提高 SI 递送效率的一种有前景的策略。本研究为设计食品级递送系统以增强功能性食品中疏水性生物活性物质的胃肠道稳定性和肠道递送提供了合理的依据。

引言

大豆异黄酮（SI）因其抗氧化及其他促进健康的活性，作为功能性食品成分引起了越来越多的关注（Tian 等，2024）。然而，由于其水溶性差、物理化学稳定性有限以及由此导致的肠道生物利用度低，将其有效纳入食品系统仍然具有挑战性（Yang 等，2025）。因此，开发能够在胃肠道转运过程中保护 SI 并改善其上皮转运的食品级递送系统，对于提高其功能性表现具有相当大的兴趣。大豆分离蛋白（SPI）由于其良好的营养品质、两亲性、生物相容性以及 与疏水性生物活性物质相互作用的能力，是一种有前景的载体材料（Deng 等，2024）。这些特性使 SPI 成为构建食品级 SI 递送系统的吸引人平台（Tian 等，2024）。

近年来，pH 驱动复合已被认为是改善多酚类生物活性物质分散性和稳定性的一种绿色且食品级的策略（Yan 等，2024）。通过这种方法，SPI 可以结合茶儿茶素、花青素和槲皮素等多酚形成相对稳定的复合物，这可能会提高它们的溶解度和物理化学稳定性（Karaca 等，2025；Sun 等，2022a；Wang 等，2025）。尽管 pH 驱动的蛋白 - 多酚复合物提供了相对简单的载体形式，但其物理化学稳定性可能仍然容易受到酸性条件、离子波动和胃肠道消化的影响，可能导致聚集或包封的生物活性物质过早释放（Akta? 等，2025）。因此，对于口服递送应用，可能希望进一步稳定 pH 驱动的 SPI–SI 复合物。

为了进一步增强蛋白 - 多酚复合物的结构稳定性和环境耐受性，带负电荷的天然多糖越来越多地被纳入基于蛋白的递送系统中（Feng 等，2021；Najari 等，2024）。与二元蛋白 - 多酚复合物相比，纳入多糖可以提供额外的静电相互作用、空间位阻保护和分子间结合位点，从而提高多组分组装体的物理化学稳定性（Liu 等，2019；Zhao 等，2020）。选择低甲氧基果胶（LMP）是因为它比高甲氧基果胶（HMP）含有更高比例的未酯化半乳糖醛酸残基和可电离羧基（–COO^-），从而提供丰富的阴离子位点用于静电相互作用和 Ca²⁺ 配位（Cao 等，2020；Patova 等，2024）。此外，Ca²⁺ 诱导的 LMP 缔合可以促进结构增强，使其特别适合构建钙响应性基于蛋白的递送系统（Zhang 等，2019）。最近的研究将 SPI–果胶组装体从物理化学稳定化扩展到了生物活性递送。例如，SPI/果胶复合物已被用作皮克林乳液中的界面稳定剂，以改善生物活性物质的胃肠道递送和细胞摄取（Li 等，2025a）。然而，目前尚不清楚 LMP/Ca²⁺ 是否能直接增强预先形成的 SPI–多酚复合物，更重要的是，这种结构调节如何与其胃肠道稳定性和跨上皮转运相关联。

为了填补这一空白，本研究通过首先通过 pH 驱动方法制备 SPI–SI 复合物，然后纳入 LMP 和 Ca²⁺ 构建最终复合物，开发了一种基于 SPI 的食品级递送系统。系统表征了所得复合物的物理化学性质、结构特征以及在环境和模拟胃肠道条件下的稳定性。此外，采用 Caco-2 细胞单层模型评估细胞摄取和跨上皮转运，从而有助于评估复合物结构与肠道递送性能之间的关系。结合分子动力学模拟的光谱分析进一步用于表征与复合物组装和稳定相关的相互作用（图 1A）。总体而言，本研究提供了关于 LMP/Ca²⁺ 的纳入如何影响 pH 驱动的 SPI–SI 复合物的结构和递送特性的见解，并为设计疏水性生物活性物质的食品级载体提供了合理的依据。

章节片段

材料

脱脂豆粕购自中粮镇江粮油有限公司（中国，天津）。LMP（酯化度（DE）20–50%，CAS No. 9000-69-5）和 CaCl₂ 购自麦克林生物技术有限公司（中国，上海）。所有异黄酮标准品，包括大豆苷、甘草苷、染料木苷、染料木素、甘草素和染料木素，均由上海索莱叶生物科技有限公司（中国，上海）提供。恩基莱夫生物技术有限公司（中国，上海）提供了

粒径和多分散指数（PDI）

SILM 复合物的粒径和 PDI 如图 1B 所示。PDI 低于 0.3 通常反映中等窄的尺寸分布和可接受的分散性（Kunjir 等，2025）。所有 SILM 复合物的 PDI 值均低于此阈值。与 SILM0（172.34 nm）相比，所有含有 LMP 和 Ca²⁺ 的复合物显示出显著较大的粒径（p < 0.05），其中 SILM3 在该组中表现出最小值（463.35 nm）。在低 LMP 添加水平下（SILM1–SILM2），

结论

开发了一种由 SPI、LMP 和 Ca²⁺ 组成的三元食品级递送系统用于包封 SI。研究结果表明，复合物的组装涉及氢键、疏水相互作用和静电相互作用，并与 LMP 的纳入和 Ca²⁺ 配位相关的进一步结构增强。在所有样品中，SILM3 表现出优异的性能，结合了有利的物理化学特性和增强的包封、更好的抵抗

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本报告的工作。

CRediT 作者贡献声明

景杨：撰写 – 审查与编辑，撰写 – 初稿，可视化，软件，方法学，调查，正式分析，数据整理，概念化。赛芬杨：调查，正式分析。子琪高：撰写 – 审查与编辑，验证，方法学。云华曹：验证，方法学。燕梅邓：撰写 – 审查与编辑，验证，调查。方羽范：撰写 – 审查与编辑，验证，监督，资源，项目管理，方法学，

未引用参考文献

Deng and Kim, 2024; Genheden and Ryde, 2015; Mark and Nilsson, 2001; Zhang and Qian, 2025b.

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本报告的工作。

致谢

本工作得到了中央引导地方科技发展资金自由探索类基础研究项目和技术发展资金（资助号 202407AA110007）、云南省基础研究项目（资助号 202401AS070012）以及云南省青年和中年学术和技术带头人后备人才培养项目（资助号 202405AC350032）的支持。

Jing Yang|Ziqi Gao|Saifen Yang|Yanmei Deng|Yunhua Cao|Jiaojiao Yang|Fangyu Fan|Qian Ma

西南林业大学生物与食品工程学院，中国昆明 650224