不溶性米糠天然复合物（insoluble rice bran natural complex, IRBNC）Pickering乳液稳定性的增强：儿茶素单体基于结构依赖的界面调控

《Current Research in Food Science》：Enhancing Pickering emulsion stabilization of insoluble rice bran natural complexes: Structure-dependent interfacial regulation by catechin monomers

　　

米糠（rice bran, RB）是稻谷加工成精米过程中产生的丰富农业副产物，全球年产量超过6300万吨。脱脂米糠含有蛋白质、多糖和酚类物质；在提取可溶性蛋白与活性多糖后会产生大量米糠残渣，其中未利用蛋白与不可溶多糖结合形成不溶性米糠天然复合物（IRBNC）。IRBNC因结构致密、润湿性差、界面活性低而利用不足。研究人员选用表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）以外的三种儿茶素单体——表儿茶素（epicatechin, EC）、表没食子儿茶素（epigallocatechin, EGC）和表儿茶素没食子酸酯（epicatechin gallate, ECG）——作为结构模型修饰IRBNC。适当浓度EC（25 mg/g）、EGC（50 mg/g）、ECG（25 mg/g）降低了IRBNC中蛋白质有序结构，使颗粒接触角由127.015°降至86.976°–95.695°的两亲范围，疏松层状微结构，平衡界面张力由20.43 mN/m降至16.19 mN/m。改性后Pickering乳液平均粒径由59.94 μm降至46.32 μm，析乳指数（creaming index, CI）由23.9%降至14.5%，并抑制贮藏期脂质氧化产物生成。修饰效率呈ECG > EGC > EC的结构依赖趋势，ECG因没食子酰基（galloyl moiety）与更高酚羟基密度效应最强。研究表明，以ECG为代表的适当儿茶素修饰是调控IRBNC结构与界面性质、增强Pickering乳液稳定性的有效策略。

研究背景方面，米糠是水稻加工副产物，脱脂米糠富含蛋白、多糖与酚类；传统分级提取后剩余残渣形成不溶性米糠天然复合物（IRBNC），其蛋白、多糖、酚类通过植物内源交联构成多层协同网络，结构完整但紧凑，接触角约127.015°，高度疏水，机械预处理只能改变粒径形态，难以调节表面化学与界面亲和性。已有研究多关注可溶性蛋白-多酚复合物或混合茶多酚提取物，单个儿茶素单体对不溶性天然复合物的结构依赖效应，以及酚羟基与没食子酰基对界面调控的分别贡献仍不清楚。因此，研究人员以EC、EGC、ECG为结构模型，系统阐明儿茶素结构特征如何调控IRBNC结构与Pickering乳液稳定机制。该研究发表于《Current Research in Food Science》，意义在于为天然蛋白-多糖复合物的酚类结构依赖改性及高稳定Pickering乳液设计提供理论依据。

主要技术方法方面，样本为黄花粘新鲜米糠来源的IRBNC；IRBNC经碱提酸沉、高压灭菌、透析冻干制备。研究人员将IRBNC分散液经高速剪切、超声、高压均质后，在pH 12.0与不同质量比EC、EGC、ECG反应，调pH 7.0并透析获得复合物。表征方法包括结合酚含量、可溶性蛋白、游离氨基（-NH₂）、游离巯基（-SH）、表面疏水性（H₀）、ζ-电位、粒度与比表面积（specific surface area, SSA）、X射线衍射（X-ray diffraction, XRD）、傅里叶变换红外光谱（Fourier transform-infrared spectroscopy, FT-IR）与蛋白二级结构、扫描电镜微观结构、接触角（contact angle, θ）与悬挂液滴法界面张力及界面压（interfacial pressure, π）；乳液层面采用激光粒度、ζ-电位、共聚焦激光扫描显微镜（confocal laser scanning microscopy, CLSM）、流变、过氧化氢值、硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances, TBARS）与析乳指数评价。

3.1 结构特征：通过结合酚、可溶性蛋白、游离-NH₂与-SH、H₀、ζ-电位、粒度与SSA、XRD、FT-IR、蛋白二级结构、微观结构、θ与界面张力研究，研究人员发现EC、EGC、ECG均可结合IRBNC，ECG结合效率最高；适当修饰提高可溶性蛋白、降低游离-NH₂与-SH、降低H₀、增加负电荷、降低结晶度、减少α-螺旋与β-折叠有序结构，使IRBNC由高度疏水转向两亲，ECG对有序结构破坏最强。

3.1.1 结合酚含量：通过Folin-Ciocalteau法测定，结合酚随添加量增加而上升，结合率在25 mg/g后下降，说明结合趋近饱和，ECG结合比最高。

3.1.2 可溶性蛋白含量：通过Bradford法测定，25 mg/g时可溶性蛋白显著增加；EGC与ECG在较高添加量下趋于饱和，EC因作用较弱仍缓慢上升。

3.1.3 游离-NH₂与游离-SH含量：通过OPA法与Ellman法测定，两者随儿茶素添加下降，说明氨基与巯基参与反应；ECG在25 mg/g对-SH消耗最明显，EGC与ECG在高量下强于EC。

3.1.4 H₀：通过ANS荧光探针测定，儿茶素引入亲水酚羟基并诱导结构重排，H₀下降；ECG在25与50 mg/g最低，亲水性调控最强。

3.1.5 ζ-电位：原生IRBNC为-22.07 mV；酚羟基脱质子形成酚氧阴离子使负电荷增加，ECG因没食子酰基与高酚羟基密度使电位更负。

3.1.6 平均粒径与SSA：激光粒度显示粒径随添加增大、SSA下降；EGC与ECG在低中量粒径更大，ECG在高量因强相互作用形成不同聚集体。

3.1.7 XRD：IRBNC约22°为纤维素I型半结晶峰；改性后峰强降低、展宽，结晶度下降、无定形区增加，ECG对有序晶格破坏最显著。

3.1.8 FT-IR光谱：3700–3000 cm^-1羟基、2924 cm^-1 C-H、1730 cm^-1 C=O吸收减弱，说明氢键及非共价相互作用参与；ECG对C=O与羟基带影响最大。

3.1.9 蛋白二级结构：由FT-IR解卷积得到，适当EC、EGC、ECG使α-螺旋与β-折叠减少、β-转角与无规卷曲增加，蛋白部分去折叠；ECG > EGC > EC。

3.1.10 微观结构：扫描电镜显示添加使颗粒聚集；25 mg/g EC与ECG、50 mg/g EGC出现疏松多孔结构，过量又变致密；ECG形成高交联多孔网络。

3.1.11 润湿性：压片接触角显示原生IRBNC为127.015°；改性后θ下降，ECG 25 mg/g为91.053°、EC 25 mg/g为95.695°、EGC 50 mg/g为86.976°，接近90°最利界面吸附。

3.1.12 界面张力与π：悬挂液滴法显示改性样平衡界面张力低于原生IRBNC，π更高；EC初始扩散快，ECG长期成膜更优，过量因过度亲水与交联使界面活性回落。

3.2 Pickering乳液稳定性：通过 droplet size、ζ-电位、CLSM、流变、氧化指标与CI研究，适当改性乳液粒径更小、界面荧光更连续、具剪切变稀与弹性主导、过氧化值与TBARS更低、CI更低；ECG体系最均匀且次级氧化抑制最强。

3.2.1 平均粒径与ζ-电位：激光粒度与Zeta结果显示粒径先降后升，25 mg/g ECG最低；ζ-电位先降后升，负电由酚羟基电离与氨基/巯基消耗共同决定。

3.2.2 CLSM：尼罗红、FITC与Calcofluor White染色显示未改性乳液大滴、界面不连续；改性后蛋白在油水界面、多糖参与连续相与界面增强，适当剂量界面层最致密。

3.2.3 流变性质：所有乳液剪切变稀；储能模量（G’）大于损耗模量（G’’），具弹性；适当儿茶素提升表观黏度与黏弹性，ECG在低量即增强，过量则下降。

3.2.4 过氧化氢含量：异辛烷-异丙醇提取与硫氰酸铁法显示30天贮藏中适量儿茶素抑制初级氧化，ECG因没食子酰基与高酚羟基密度抑制最强。

3.2.5 TBARS值：TBA法显示适量改性抑制氢过氧化物分解为丙二醛类次级产物；高量可能因聚集与促氧化使TBARS回升，ECG仍最优。

3.2.6 CI与贮藏稳定性：30天静置后未改性CI高；改性后EC、EGC、ECG体系CI分别降至17.52%、14.96%、14.53%；EC因位阻小易排列，EGC需50 mg/g，ECG靠没食子酰基低量起效，EGC与ECG褐变少于EC。

3.3 机制分析：研究人员总结为儿茶素结构依赖地重排IRBNC——酚羟基提供亲水性与氢键，没食子酰基增加反应位点与π-π堆积，适当剂量使蛋白柔性上升、结晶度下降、网络疏松、接触角近90°，从而在油水界面形成连续屏障，兼以自由基清除抑制脂质氧化；过量则过度亲水、聚集、界面层受损。

结论部分翻译：适当浓度的EC、EGC与ECG降低了IRBNC中蛋白质的有序结构，将颗粒润湿性由高度疏水（127.015°）转变为两亲（86.976°至95.695°），疏松致密层状微结构，从而改善界面活性（平衡界面张力由20.43降至16.19 mN/m）。因此，经适当浓度EC、EGC与ECG改性的IRBNC稳定的Pickering乳液具有更小平均粒径（由59.94 μm降至46.32 μm）与更低析乳指数（由23.9%降至14.5%）。此外，适当儿茶素修饰抑制了IRBNC稳定Pickering乳液贮藏期间脂质氧化产物形成。值得注意的是，修饰效率呈结构依赖趋势（ECG > EGC > EC），ECG因其没食子酰基取代与更高酚羟基密度表现出最强效应。总体而言，适当儿茶素修饰，尤其以ECG为代表，是调控IRBNC结构与界面性质以增强Pickering乳液稳定性的有效策略。