藜麦蛋白聚集体水凝胶：结构特征、功能特性及其递送应用

《Food Chemistry》：Hydrogels from quinoa protein aggregates: structural features, functional properties, and delivery application

　　### 摘要要点- QP自组装成更大的、疏水的、富含β-折叠的QP，表面电荷增强。- QP形成均匀、致密的网络，具有更多的节点，凝胶强度增强。- QPs-Res具有更好的粘弹性、保水性和冻融稳定性。- QPs-Res实现了白藜芦醇的控释，并提高了其肠道生物利用度。## 引言人们对健康、可持续性和环境问题的日益关注，推动了全球从动物蛋白向植物蛋白来源的转变。植物蛋白因其营养价值以及在食品体系中作为功能性成分的潜力而受到越来越多的探索（Liu等，2024）。在各种植物蛋白中，藜麦蛋白（QP）因其均衡的氨基酸组成、丰富的赖氨酸含量和低致敏性而受到越来越多的科学关注，这些特点使其区别于大多数谷物和豆类蛋白（Wang等，2012）。尽管具有这些营养优势，但QP溶解性差、凝胶能力弱和保水性低，在一定程度上限制了其在食品加工中的技术应用（Alrosan等，2022）。通过热处理、pH调节或离子调控诱导的蛋白聚集，是增强食品体系中功能特性的常用策略（Chen等，2018）。可控聚集可促进有序或非晶蛋白结构的形成，提高网络形成能力，从而增强凝胶化及相关流变行为（Ma等，2021；Wang、Zhao和Yuan，2020）。尽管大豆蛋白、豌豆蛋白和乳清蛋白的聚集已得到广泛研究，但关于QP聚集路径和结构后果的研究仍然稀少（Tang等，2009）。特别是，QP如何响应酸热处理——一种广泛用于诱导聚集和结构重排的方法——尚未得到系统性探讨。理解QP的自组装机制对于拓展其功能多样性至关重要。蛋白水凝胶是由物理交联或共价交联形成的三维富水聚合物网络，在食品和制药领域作为递送基质备受关注（Cui等，2022）。与乳化凝胶相比，水凝胶提供了无脂肪、高生物相容性和富水的基质，且具有可调的微观结构（Wei等，2020）。这些特性使其更适合生物活性化合物的包埋和控释（Mao等，2021）。然而，传统蛋白水凝胶由于疏水结合位点有限，往往难以高效包载疏水性生物活性成分（Lin等，2020）。因此，对植物蛋白进行结构修饰以暴露疏水区域并重组二级结构，可能有助于提高其负载脂溶性化合物的能力。白藜芦醇（Res）是一种天然多酚类化合物，因其卓越的抗氧化、抗炎和抗癌活性而受到广泛关注（Davidov-Pardo和McClements，2014）。然而，白藜芦醇的低水溶性、热不稳定性和快速的胃肠道代谢导致其生物利用度低（Mao等，2021）。将其包载于可食用大分子载体（如蛋白-多糖水凝胶）中已成为实现控释的可行策略（Xie和Chen，2023）。然而，QP作为白藜芦醇递送的水凝胶基质尚未得到探索。QP独特的组成和聚集行为可能为设计具有更高负载效率和环境稳定性的水凝胶提供结构优势。因此，本研究旨在通过酸热处理制备QP，阐明其理化性质、结构特性、凝胶化行为及其作为白藜芦醇递送载体的性能。研究结果为QP的结构-功能关系提供了新的见解，并为开发植物基疏水生物活性化合物递送系统提供了支持。## 各章节摘要### 材料藜麦蛋白（QP，蛋白含量90% w/w）购自陕西慕凡生物科技有限公司。白藜芦醇（Res，纯度≥99%）购自上海麦克林生化科技有限公司。结冷胶（CUR）购自上海源叶生物科技有限公司。其他化学试剂均为分析纯，购自上海国药化学试剂有限公司。### QP的制备QP的制备参考Jung等（2008）的方法并进行了轻微修改。简言之，……### QP的表征为了更好地理解QP在酸热处理过程中的结构变化，对其理化性质进行了分析。如图1A所示，随着加热时间延长，QP的平均粒径从474.96 nm（QP）显著增加至2693.33 nm（QPs 36 h），而ζ电位从?7.98 mV（QP）降至?21.46 mV（QPs 36 h）。结果表明，蛋白在热处理过程中逐渐聚集，形成更大的蛋白聚集体（Liu……### 结论本研究证明，酸热处理可有效调控QP的结构和功能特性，诱导形成富含β-折叠、疏水性强且具有增强胶体稳定性的聚集体。随着加热时间延长，QP逐渐从球形聚集体转变为纤维状聚集体。这些结构变化提高了QP参与凝胶网络形成的能力。在所有样品中，QPs 36 h凝胶表现出最优的整体凝胶形成……### CRediT作者贡献声明**刘佳源**：撰写——初稿、验证、概念设计。**杨海洪**：撰写——初稿、验证、数据整理。**王子源**：撰写——审阅与编辑、项目管理。**李兆丰**：方法学、调查研究。**刘杰**：撰写——审阅与编辑、监督、资金获取。### 利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文工作的已知竞争性经济利益或个人关系。### 致谢本研究得到**北京市新星计划**（20230484307）、**国家粮食和物资储备局青年人才计划**（QN2024403）以及**优秀博士学位论文培育计划**（19008025082）的资助。刘佳源|杨海洪|王子源|李兆丰|刘杰