基于虾壳蛋白水解物-EGCG偶联物的壳聚糖杂化颗粒制备及其在脂质体系中的抗氧化保护作用

《Antioxidants》：Fabrication of Chitosan Hybrid Particles with Shrimp Shell Protein Hydrolysate–EGCG Conjugates for Antioxidant Protection in Lipid Systems

　　

摘要：利用碱沉淀法，以虾壳来源的壳聚糖和蛋白水解物-表没食子儿茶素没食子酸酯偶联物（SEC）为原料，按1:1、1:5和1:10的质量比制备了杂化颗粒（C-SEC）。SEC的掺入显著增强了壳聚糖颗粒的抗氧化能力（p < 0.05）。在所制备的配方中，比例为1:5的C-SEC（C–SEC–1:5）表现出最高的抗氧化活性，包括DPPH（14.55 mM TE/g）、ABTS（9.80 mM TE/g）自由基清除活性、羟基自由基清除活性（70.29%）、铁离子还原抗氧化能力（10.59 mM TE/g）以及金属螯合活性（6.37 mM EE/g）。掺入SEC后，颗粒尺寸从壳聚糖颗粒（CP）的738 nm显著减小至112 nm，表明形成了精细分散的杂化颗粒。¹H NMR分析证实，SEC通过非共价相互作用成功分子级整合到壳聚糖基质中。热分析显示杂化颗粒的降解和转变行为发生改变。TGA显示主要降解阶段向更高温度移动，而DSC显示转变焓从370.74 J/g增加至2449.60 J/g。SEM和TEM图像显示，C–SEC–1:5形成了具有粗糙表面的多孔、相互连接的颗粒网络。与CP相比，所选杂化颗粒还表现出对Cu²⁺诱导的卵磷脂脂质体氧化和β-胡萝卜素漂白的 superior 抑制作用，显示出浓度依赖性的脂质氧化保护作用。总体而言，这些发现表明C–SEC–1:5在食品和营养保健品配方中作为基于抗氧化剂的功能性成分和生物活性递送载体的潜力。

论文解读：基于虾壳蛋白水解物-EGCG偶联物的壳聚糖杂化颗粒在脂质体系中的抗氧化保护作用

一、研究背景与科学问题

随着消费者对天然、可持续且有益健康食品成分需求的日益增长，基于生物聚合物的递送系统研究受到广泛关注。蛋白质、多酚和多糖组合形成的杂化颗粒，因能克服单一组分的局限性，被视作包封和递送生物活性化合物的有前景载体。然而，海洋加工废弃物如虾壳中的甲壳素和蛋白质尚未得到充分利用。虾壳在加工过程中，脱蛋白处理可从壳基质中分离蛋白质，剩余甲壳素经脱乙酰化可转化为壳聚糖。壳聚糖因具有良好生物相容性、可降解性、成膜性、抗菌性和黏附性而被广泛研究，但其在中性或碱性环境中溶解性受限，从而影响其功能特性。已有研究通过将壳聚糖与蛋白质或多酚复合来改善其性能，但利用虾壳蛋白水解物与表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）形成的偶联物（SEC）作为功能组分构建壳聚糖基杂化颗粒的研究仍相对有限。因此，研究人员提出将SEC整合入壳聚糖基质中，以期获得兼具胶体稳定性、增强抗氧化活性和理想理化特性的杂化颗粒，本研究旨在制备并系统表征此类杂化颗粒，并评估其在不同脂质氧化模型中的保护效果。

二、研究主要技术方法

研究人员采用碱沉淀法制备了不同壳聚糖与SEC质量比（1:1、1:5、1:10）的杂化颗粒C-SEC，以未添加SEC的壳聚糖颗粒（CP）作为对照。通过多种抗氧化活性测定（羟自由基清除活性HRSA、DPPH自由基清除活性DPPH-RSA、ABTS自由基清除活性ABTS-RSA、铁离子还原抗氧化能力FRAP、金属螯合活性MCA）筛选最优配比。进一步利用激光衍射粒度分析仪测定粒径，通过热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）研究热性能，使用¹H核磁共振（NMR）表征分子相互作用，通过扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）观察形貌。在应用层面，采用卵磷脂脂质体氧化模型和β-胡萝卜素-亚油酸漂白模型评价不同浓度（100、200、500 mg/L）颗粒的抗氧化效果，以丁基羟基茴香醚（BHA）作为阳性对照。

三、主要研究结果

3.1 不同壳聚糖与SEC比例对抗氧化活性的影响

通过五种抗氧化测定方法评估杂化颗粒的抗氧化性能。结果显示，SEC的掺入显著增强了杂化颗粒的抗氧化活性。其中，1:5比例的C-SEC（C–SEC–1:5）表现最佳：羟自由基清除活性为70.29%，DPPH为14.55 mM TE/g，ABTS为9.80 mM TE/g，FRAP为10.57 mM TE/g，MCA为6.37 mM TE/g，均显著高于CP（23.70%、4.93 mM TE/g等）。与CP相比，C–SEC–1:5的HRSA、DPPH-RSA、ABTS-RSA、FRAP和MCA分别提升约196.6%、83.7%、98.6%、181.7%和69.8%。这种现象归因于壳聚糖、SPH抗氧化肽和EGCG之间的协同抗氧化机制，包括自由基清除、电子转移和金属螯合。1:5比例提供了SEC掺入量与基质间的有利平衡。

3.2 CP与C–SEC–1:5的理化表征

3.2.1 粒径分析
CP的平均粒径为738 nm，而C–SEC–1:5显著减小至112 nm，缩小约84.8%。超声处理有助于减少聚集，但过高振幅会导致颗粒崩解。SEC的掺入通过氢键、静电和疏水相互作用抑制了颗粒过度生长，同时肽组分提供了空间稳定作用，形成更小更均匀的颗粒。

3.2.2 热重分析（TGA）
TGA结果显示，C–SEC–1:5的主要降解阶段（265.91、332.97、400.33 °C）相比CP（241.01、328.74、390.93 °C）向更高温度移动，表明杂化颗粒对中间热降解的抵抗能力增强。这种改善归因于壳聚糖、SPH和EGCG间的分子间相互作用加强了结构完整性。但杂化颗粒的总质量损失较大，残炭量较低，与热敏感肽和多酚组分的存在有关。

3.2.3 差示扫描量热法（DSC）
CP在58.33 °C处出现宽吸热转变，焓变为370.74 J/g；C–SEC–1:5在60.00 °C处出现转变，焓变显著增至2449.60 J/g。增大的焓变反映了增强的水结合能力、亲水性肽残基和EGCG羟基促进的氢键作用，以及SEC掺入导致的壳聚糖内部结构重排。在约319.00 °C处的分解峰变宽，表明形成了更异质且相互连接的聚合物网络。

3.2.4 核磁共振（NMR）
¹H NMR谱显示，C–SEC–1:5在6.1–7.1 ppm芳香区出现新共振峰，证实EGCG和肽组分的掺入。3.0–4.0 ppm区域信号加宽和强度变化表明壳聚糖链质子局部化学环境和分子流动性被改变，反映了壳聚糖、肽和EGCG间的分子缔合。未出现游离EGCG或分离肽的独立特征峰，说明各组分在分子水平上分散于壳聚糖网络内。

3.2.5 扫描电镜（SEM）
SEM图像显示，CP呈致密、连续、相对光滑的片状结构，孔隙有限；而C–SEC–1:5呈现明显更粗糙、多孔的形貌，具有相互连接的颗粒网络和大量空隙。SEC的掺入破坏了壳聚糖-壳聚糖之间的强相互作用，促进了较不紧密的杂化网络形成。

3.2.6 透射电镜（TEM）
TEM观察进一步证实，CP为密集聚集的拟球形颗粒融合成的团块，颗粒界限模糊；而C–SEC–1:5显示更小、更均匀分散的杂化颗粒，仅有少量小簇。这与粒径分析结果一致，表明SEC有效调控了颗粒组装行为。

3.3 CP和C–SEC–1:5在不同氧化模型中的抗氧化效果

3.3.1 卵磷脂脂质体氧化模型
在Cu²⁺诱导的卵磷脂脂质体氧化模型中，TBARS值随时间增加。C–SEC–1:5在所有测试浓度（100–500 mg/L）下均显著抑制TBARS形成，且呈浓度依赖性。500 mg/L的C–SEC–1:5效果最接近阳性对照BHA，显著优于同等浓度的CP。这归因于SEC掺入提供了额外的抗氧化功能基团，以及壳聚糖基质在脂质-水界面持续提供抗氧化保护的能力。

3.3.2 β-胡萝卜素-亚油酸漂白模型
在油水乳液体系中，C–SEC–1:5显著延缓β-胡萝卜素在470 nm处吸光度的下降，且浓度越高保护效果越好。500 mg/L的C–SEC–1:5表现出最强的颗粒抗氧化活性，但仍低于BHA。该结果与脂质体模型一致，表明SEC的掺入增强了杂化颗粒在油-水界面的抗氧化活性，可能通过形成保护性界面层，快速捕获脂质过氧自由基。

四、讨论与结论

讨论部分指出，C–SEC–1:5在两种氧化模型中的优异表现与其多重抗氧化机制（自由基清除、还原能力、金属螯合）和界面功能密切相关。利用虾壳蛋白水解物（SPH）不仅实现了海产加工副产物的增值转化，还通过EGCG偶联和壳聚糖整合构建了多功能抗氧化材料。研究结论确认，成功制备了具有改善理化特性和功能特性的壳聚糖-SEC杂化颗粒，其中1:5比例在结构完整性和抗氧化性能之间达到最佳平衡。该研究为可持续抗氧化杂化材料的设计提供了新思路，并为其在食品和营养保健品中作为功能性成分和生物活性递送载体的应用奠定了基础。