水相温度调控玉米醇溶蛋白-槲皮素纳米颗粒的结构与递送性能

《Journal of Food Engineering》:Aqueous-phase temperature modulates the structure and delivery performance of kafirin-quercetin nanoparticles

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月15日 来源:Journal of Food Engineering 5.8

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   •水相温度调控的 kafirin-槲皮素纳米颗粒组装。•35 °C制备的纳米颗粒表现出最高的槲皮素包封率。•kafirin与槲皮素通过疏水相互作用和氢键结合。•所有KQN样品的粒径均低于110 nm,且分布较窄。•35 °C制备的纳米颗粒改善了胃保护性能和肠道生物可及性。引言

  
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    水相温度调控的 kafirin-槲皮素纳米颗粒组装。
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    35 °C制备的纳米颗粒表现出最高的槲皮素包封率。
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    kafirin与槲皮素通过疏水相互作用和氢键结合。
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    所有KQN样品的粒径均低于110 nm,且分布较窄。
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    35 °C制备的纳米颗粒改善了胃保护性能和肠道生物可及性。

引言

槲皮素(QUE)是一种广泛存在于水果、蔬菜和茶中的膳食类黄酮醇。由于其抗氧化、抗炎和潜在抗癌活性,受到了持续的关注。然而,其较差的水溶性、化学不稳定性和低口服生物利用度严重限制了其在功能食品和营养补充剂配方中的实际应用(Batiha et al., 2020; Tomou et al., 2023)。为克服这些局限性,纳米结构递送系统已被广泛研究,因为它们可以通过减小粒径、增加比表面积、提高表观溶解度、保护不稳定化合物以及调节胃肠道释放行为来提高多酚的递送效率(Qiu et al., 2023; Kakran et al., 2012; Tomou et al., 2023)。
在众多纳米载体中,食品蛋白基纳米颗粒因其可生物降解性、生物相容性和营养可接受性而备受关注。蛋白质可通过多种非共价力与多酚相互作用,包括疏水相互作用、氢键、静电相互作用和范德华力。这些蛋白质-多酚相互作用会影响蛋白质结构、表面疏水性和胶体稳定性,从而影响蛋白质对生物活性化合物的保护效率(Yan et al., 2025; Xiao et al., 2023)。近期研究还展示了壳聚糖和乳清蛋白基纳米制剂在改善功能食品基质中包封生物活性物的稳定性、缓释性能和理化性能方面的潜力(Al-Shabbani et al., 2026; Al-Suwidi et al., 2024, 2026)。kafirin(KAF)是高粱中主要的醇溶性贮藏蛋白,富含疏水氨基酸,不溶于水但溶于乙醇水溶液,且当溶剂极性变化时可自组装成胶体颗粒(Shah et al., 2021, 2024)。这些特性使KAF成为构建疏水生物活性化合物递送系统的有前途的植物蛋白材料。
反溶剂沉淀法是制备醇溶蛋白基纳米颗粒最广泛使用的自下而上的方法之一。该过程通常涉及将蛋白质和生物活性化合物共同溶解在乙醇-水溶剂中,然后将溶液引入水相反溶剂中。溶剂品质的急剧下降导致过饱和、成核、粒子生长和自组装(Li et al., 2017; De Grandi et al., 2022)。加工参数,包括蛋白质浓度、溶剂/反溶剂比、滴加速率、搅拌速度、稳定剂类型和温度,可显著影响粒径、多分散性、表面电荷、包封效率和释放特性(Li et al., 2017; Liu et al., 2023, 2024)。在这些因素中,水相温度尤为关键,因为它可以同时影响乙醇-水互扩散、溶剂交换速率、蛋白质链流动性、疏水缔合、氢键重排以及成核与生长之间的平衡,从而在多个层次上调控纳米颗粒的形成(De Grandi et al., 2022; Li et al., 2017; Liu et al., 2023, 2024)。
KAF不仅仅是玉米醇溶蛋白(zein)的替代品。此前的研究表明,这两种醇溶蛋白在疏水性、二硫键交联倾向、分子堆积和耐水性方面存在显著差异。特别是,早期的结构表征和后续的理化研究证实了KAF中存在二硫键连接的寡聚物和高度交联的蛋白组分,表明二硫键是影响其聚集行为、耐水性和生物材料功能性的重要结构因素(Belton et al., 2006; El Nour et al., 1998; Xiao et al., 2015; Shah et al., 2021)。这些特性可能影响KAF纳米颗粒的自组装途径及其与疏水多酚的相互作用模式。以姜黄素作为疏水生物活性化合物,一项先前的研究比较了阿拉伯胶包衣的KAF和zein复合纳米颗粒,发现KAF体系中姜黄素的释放较慢。颗粒形成主要由静电相互作用、氢键和疏水相互作用驱动,表明KAF与疏水多酚之间的结合亲和力可能在持续胃肠道释放中发挥重要作用(Ye et al., 2024)。另一项研究采用反溶剂沉淀法制备了姜黄素负载的KAF/羧甲基纤维素复合颗粒,结果显示颗粒形成主要由疏水相互作用、氢键和静电相互作用驱动,从而提高了疏水生物活性物的包封效率、稳定性和胃肠道释放特性(Qian et al., 2025)。Song等(2025)利用超声辅助反溶剂沉淀法构建了KAF-QUE纳米递送系统,并通过光谱分析和分子对接证明范德华力、氢键和π-π堆积相互作用促进了纳米颗粒的稳定化。尽管如此,现有研究仍存在一定的局限性。一方面,KAF递送系统的研究主要集中在复合颗粒的构建、包封效率或释放行为上,而制备条件、蛋白质构象变化、多酚结合机制与递送性能之间的关系尚未得到系统的阐明。此外,现有的KAF-QUE研究主要侧重于超声处理下的纳米颗粒制备和表征,而水相温度作为反溶剂沉淀过程中关键的加工因素,对分子间相互作用、结构组装、储存稳定性和消化行为的影响仍有待深入理解。
因此,本研究以反溶剂沉淀过程中水相温度为单一变量,在25、30、35、40和45 °C下制备了KAF-QUE纳米颗粒(KQN)。系统表征了其粒径、多分散性指数、Zeta电位、包封性能、形貌和分子间相互作用。本研究旨在阐明水相温度对纳米颗粒理化性质和结构特征的影响,并明确制备温度、理化性质、结构和分子间相互作用之间的关系。研究结果为KAF基纳米载体的合理设计及其在功能食品中疏水多酚递送中的应用提供了理论依据。

章节摘要

材料

槲皮素(≥97%)、8-茴香氨基-1-萘磺酸钠(≥97%)和磷酸缓冲液(pH 6.5)购自麦克林生化科技有限公司(上海,中国)。kafirin购自广东华润生物科技有限公司(广州,中国)。无水乙醇购自辽宁全锐试剂有限公司(沈阳,中国)。模拟胃液(SGF)和模拟肠液(SIF)购自福州海晶生物科技有限公司(福州,中国)。所有

纳米颗粒的粒径分布、PDI和Zeta电位

不同水相温度下制备的KQN的粒径、PDI和Zeta电位如图1所示。所有样品的粒径均低于110 nm。随着水相温度从25升至45 °C,粒径从105.56 ± 4.58 nm降至89.40 ± 2.27 nm。这一现象可能归因于温度升高导致的分子扩散增强和颗粒快速成核,从而限制了颗粒的进一步生长。先前的研究表明

结论

本研究证实水相温度是调控反溶剂沉淀法制备的KQN性质和递送性能的关键加工参数。所有温度条件下制备的纳米颗粒粒径均低于110 nm,表明KAF适合作为疏水多酚的食品级载体。尽管升高水相温度减小了初始粒径,但也削弱了静电排斥,导致

CRediT作者贡献声明

Wang Deyu:撰写-初稿,软件,方法论,数据管理,概念设计。Zhang Liyuan:撰写-审阅与编辑,验证,监督,概念设计。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到黑龙江省前沿技术重点研发计划重大项目(项目编号:2025ZX04B03)、黑龙江省"双一流"学科协同创新项目(LJGXCG2026-F14和LJGXCG2025-P16)以及青雁人才支持计划(DQLY202401)的资助。
Wang Deyu | Zhang Liyuan
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