通过氢键作用和疏水相互作用组装的微藻蛋白–羧甲基壳聚糖复合物，用于增强乳液稳定性和延缓脂质消化

《International Journal of Biological Macromolecules》：Microalgae protein–carboxymethyl chitosan complexes assembled via hydrogen bonding and hydrophobic interactions for enhanced emulsion stability and retarded lipid digestion

　　MP-CMCS复合物形成了致密结构，显著提高了乳液稳定性。MP-CMCS（9:1，pH 12）表现出强界面刚性和高Zeta电位。MP-CMCS复合物延缓了脂肪分解，减少了游离脂肪酸的释放。MP-CMCS复合物提高了姜黄素的包封率和生物利用度。**引言**全球人口的持续增长正在加剧蛋白质供需之间的失衡，预计到2050年全球蛋白质短缺量将达到约2.5亿吨[1]。传统蛋白质来源主要以动物蛋白为主；然而，畜牧业对温室气体排放贡献巨大，特别是甲烷和氧化亚氮，给生产带来了巨大的环境压力[2]。大豆和花生等植物来源的蛋白质也为全球供应做出了贡献，但其种植需要大量的土地、水和时间等农业投入[3]、[4]、[5]、[6]。这些可持续性限制推动了人们对资源需求更低的替代蛋白质来源的探索。在此背景下，微藻蛋白（MP）因其高产率和可持续性而成为一种有前景的替代选择[7]。螺旋藻和小球藻等微藻物种的蛋白质含量（干重）为50%–70%，超过了许多传统蛋白质来源[8]、[9]。它们在短期培养周期下表现出快速生长和高生物量生产率，不需要耕地，可利用盐水或废水，从而减少了对淡水和农业资源的竞争[10]。此外，微藻通过光合作用捕获CO?，有助于碳封存[11]。除了这些可持续性优势外，MP的氨基酸组成和结构特征与传统蛋白质存在显著差异，这可能赋予其在复杂食物体系中独特的界面行为，使其成为蛋白-多糖递送系统的理想构建模块。尽管具有这些优势，MP在食物体系中的应用受限于其较差的乳化稳定性和微弱的界面性能。在酸性和中性条件下，MP的乳化性能降低，无法形成稳定乳液[12]。从分子层面来看，MP通常富含天冬氨酸和谷氨酸等酸性氨基酸，但相对缺乏含硫氨基酸（如蛋氨酸和半胱氨酸）。这种组成特征导致疏水相互作用较弱、结构稳定性降低，从而形成不够坚固的界面膜，在外界扰动下更容易发生液滴絮凝和相分离[13]、[14]。虽然小球藻蛋白的乳化活性指数（EAI）相对较高（63.58 m2/g），但其乳液稳定性指数（ESI）仅为17.5 min，远低于蛋清蛋白（EAI: 60 m2/g，ESI: 180 min）和乳清蛋白（EAI: 45 m2/g，ESI: 90 min）[15]、[16]、[17]、[18]。螺旋藻蛋白乳液在温度波动或酸性条件下也会发生快速相分离，表明其界面稳定性差[18]。这些局限性限制了MP作为乳化剂和包封剂在乳制品替代品、饮料、乳化酱料等复杂食物基质中的广泛应用。为克服这些界面局限性，蛋白-多糖复合化提供了一种有效的策略来定制蛋白质功能。羧甲基壳聚糖（CMCS）是一种水溶性且生物相容的阴离子多糖，已被广泛用于改善蛋白质性能。由于其两亲性和丰富的官能团，CMCS通过氢键、静电吸引和空间位阻效应与蛋白质相互作用，从而增强界面性能并促进稳定三维网络的形成[19]。CMCS已被应用于增强蛋白质凝胶、改善保水性、提高食用薄膜的机械和抗氧化性能，以及通过形成空间位阻和hydration屏障来稳定乳液、防止液滴聚结[1]。此外，CMCS-蛋白复合物对生物活性化合物表现出高包封效率（94.79%），彰显了其在食品递送系统中的潜力[20]。这些特征表明CMCS可以弥补MP界面活性和结构不稳定性的不足，增强界面膜形成和乳液稳定性以及包封性能。然而，目前大多数关于CMCS-蛋白复合物的研究都集中在传统蛋白质上，涉及微藻蛋白的研究仍然有限。特别是，将MP-多糖复合物的结构特征与乳液稳定性和消化行为联系起来的研究极为匮乏。因此，本研究假设MP-CMCS复合物的形成可以调节蛋白质构象和界面行为，从而提高乳液稳定性、增强生物活性物质的包封并改变脂质消化动力学。鉴于以上考虑，选择姜黄素作为脂溶性生物活性化合物的模型物质，因其水溶性差、化学稳定性低且生物利用度有限[21]，适合用于评估蛋白-多糖系统的递送性能。本研究旨在构建MP-CMCS复合物，并系统研究其构效关系，重点关注复合物的分子相互作用和结构特征、作为乳化体系的界面行为和乳液稳定性、包封和递送姜黄素的能力以及在模拟胃肠条件下的脂质消化动力学调控。通过整合结构表征、乳液性能、包封效率和体外消化行为，本研究为设计具有可控消化特性并拓展功能应用的微藻蛋白基递送系统提供了新的见解。**各节片段****材料与试剂**MP采用Guo、Wang、Yang等人[12]的方法从螺旋藻中提取。简言之，螺旋藻粉购自湖北新宇红生物科技有限公司（中国武汉），按1:20（w/v）的比例分散于0.01 M磷酸缓冲液（pH 7.0）中，进行超声处理（300 W，10 min），随后离心（6439 ×g，20 min，4 °C）收集上清液。然后加入硫酸铵至30%饱和度，混合物在4 °C条件下**MP与CMCS的复合化行为与相互作用**将MP与CMCS按不同质量比混合后，在pH 12下复合物的Zeta电位绝对值（|ζ|）显著大于其他pH值（图1A）。这种增加可归因于在强碱性条件下氨基和羧基的解离增强，导致净负电荷增加和颗粒间静电排斥力增强[27]。同时，pH 2和pH 12下的浊度明显低于其他条件**结论**CMCS通过分子间相互作用（可能涉及氢键和疏水效应）改善了MP的构象特征，促进了更致密的微观结构和增强的乳化性能。在所测试条件下，pH 12、质量比为9:1的MP-CMCS复合物表现出改善的Zeta电位、黏弹性和乳液稳定性。在模拟消化过程中，MP-CMCS乳液维持了相对均匀的液滴**CRediT作者贡献声明****黄志成：** 撰写——初稿，基金获取，概念构思。**王倩：** 验证，调查研究，数据整理。**郭晓：** 撰写——审阅与编辑，撰写——初稿，方法学，基金获取。**石德芳：** 指导，资源提供。**高红：** 指导，项目管理，基金获取。**利益冲突声明**作者声明不存在已知的利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。**致谢**本研究得到以下项目资助：**湖北省农业科学院青年基金项目**（2025NKYJJ30），**农业农村部农产品贮运加工质量安全控制重点实验室开放基金项目**（S2025KFKT-23），**湖北省自然科学基金**（编号：2025AFB221），**湖北省重点研发计划**（编号：2024BBB030；编号：2025BBB061）。黄志成 | 王倩 | 郭晓 | 石德芳 | 高红