## 中文标题 工业大麻蛋白凝胶共包封白藜芦醇与EGCG的功能性递送体系研究

《Sustainable Food Technology》：Co-encapsulation of resveratrol and epigallocatechin gallate (EGCG) in hemp protein gels for functional deliveryOpen Access

　　

生物活性物质的共包封可提供协同健康益处，但将水溶性不同的化合物包封于单一载体中颇具挑战。大麻蛋白是一种可持续的原料，可用于包封亲水性和疏水性生物活性物质，然而其在此类应用中的潜力尚未被探索。乳液、凝胶和颗粒是常见的递送系统形式，其中凝胶系统尤为受欢迎，因其能模拟特定食品结构并为活性化合物提供稳定性。然而，传统的高温诱导凝胶化不适用于热敏性生物活性物质。本研究旨在40 °C和pH 4条件下制备大麻蛋白凝胶，以实现表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）和白藜芦醇的共包封。研究人员对凝胶的初始负载量和RES?:?EGCG比例进行了优化，并对其进行了表征及体外消化实验。在30 μg mg^?1蛋白负载量下，RES?:?EGCG比例为3?:?1（w/w）时，获得了最高的包封效率（86.49 ± 0.36%）和理想的凝胶结构（凝胶强度286.5 ± 14.4 g）。体外消化实验表明，生物活性物质通过非Fickian扩散实现控释，符合Korsmeyer–Peppas模型（R² > 0.99）和Higuchi模型（R² > 0.97）。包封过程保留了生物活性物质的抗氧化能力（ABTS、FRAP、ORAC），并提高了其在胃消化过程中的稳定性。该凝胶成功实现了生物活性物质的共包封且未损害其生物活性；然而，未来研究应进一步探究其协同效应。

## 论文解读

### 研究背景与目的

功能性食品和营养保健品因能提供超越基础营养价值的健康益处而备受关注。然而，将生物活性化合物直接添加到食品中面临稳定性差、溶解度低、生物可及性和生物利用度不足等挑战。共包封技术可望产生协同效应，但将水溶性差异显著的化合物包封于同一载体中十分困难。大麻粕是工业大麻榨油后的副产物，富含蛋白质，是一种可持续的蛋白质来源，但其作为共包封壁材的潜力尚未被充分开发。此外，常规蛋白质凝胶化通常需要80–90 °C高温，不适用于热敏性生物活性物质。因此，本研究旨在利用大麻蛋白在40 °C和pH 4条件下制备凝胶，共包封亲水性模型物质EGCG和疏水性模型物质白藜芦醇，并考察凝胶性能、抗氧化能力及释放机制。

### 主要研究方法

研究人员从冷榨脱脂大麻粕中提取大麻蛋白（Midlake Specialty Food Products，加拿大曼尼托巴省），采用盐溶-透析-冻干法获得蛋白分离物（纯度93%）。凝胶制备以20%（w/v）蛋白分散液为基础，加入溶于60%乙醇的生物活性物质，经探头超声处理（30%振幅，5 min）后，以柠檬酸调节pH至4，于40 °C水浴1 h成胶。通过高效液相色谱（HPLC）测定包封效率（EE%），利用质构仪测定凝胶强度，采用扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构，傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析分子间相互作用及蛋白质二级结构，差示扫描量热法（DSC）评估热性能，并按照INFOGEST 2.0模型进行体外消化实验，结合多种动力学模型拟合释放机制，同时采用ABTS、FRAP和ORAC三种方法评价消化产物的抗氧化活性。

### 研究结果

#### 不同初始负载量下的包封效率

在RES?:?EGCG比例恒定为1?:?1时，白藜芦醇在各负载量下EE%均高于85%，EGCG的EE%随初始负载量增加显著升高。当负载量达到30 μg/1 mg蛋白时，两者均获得较高EE%（白藜芦醇89.34 ± 1.73%，EGCG 86.44 ± 2.19%），总EE%为87.89 ± 1.95%，负载容量为26.37 ± 0.58 μg mg^?1蛋白。因此，选择30 μg/1 mg蛋白作为最佳初始负载量。

#### 不同RES?:?EGCG比例下的包封效率与凝胶强度

在固定30 μg mg^?1蛋白负载量下，共包封比例中3?:?1和1?:?1的总EE%显著高于1?:?3和0?:?1，且两者间无显著差异。生物活性物质的掺入显著降低了凝胶强度，对照组凝胶强度为583 ± 28.7 g，而RES?:?EGCG 1?:?1组最低（244.6 ± 14.5 g）。综合EE%和凝胶强度，3?:?1比例被认为最优，其总EE%为86.49 ± 0.36%，白藜芦醇和EGCG的EE%分别为87.23 ± 0.24%和84.27 ± 0.70%。

#### 凝胶微观与宏观结构

SEM图像显示，对照组凝胶具有相对均匀的冻干微观结构；掺入白藜芦醇和EGCG后，凝胶表面形态出现异质性，1?:?1比例下形成最明显的大聚集体和破坏性结构，与凝胶强度下降一致。宏观图像与SEM观察结果总体相符，表明生物活性物质以比例依赖的方式改变凝胶形态。

#### 包封引起的蛋白质结构变化与化学相互作用

FTIR分析显示，共包封凝胶中酰胺II带从1528 cm^?1移至1516 cm^?1，表明蛋白质与多酚之间存在氢键等相互作用。共包封凝胶在831、966和983 cm^?1处出现新峰，与白藜芦醇和EGCG的特征芳香环振动相对应，证实多酚被包封于蛋白质基质中。酰胺I区拟合表明，共包封后α-螺旋含量从24.17 ± 4.17%显著增至39.13 ± 0.20%，β-转角含量从17.92 ± 3.19%显著降至4.76 ± 0.14%，提示分子间氢键增强和蛋白质二级结构有序化。

#### 封装化合物和凝胶的热性能

DSC结果显示，纯白藜芦醇在266.45 ± 0.22 °C出现尖锐熔融峰，纯EGCG在227.67 ± 0.05 °C开始热分解。共包封凝胶中白藜芦醇的熔融峰完全消失，EGCG的特征热转变也未出现，表明两种化合物以分子分散的无定形状态存在于蛋白质基质中。共包封凝胶的降解峰温度（248.38 °C）略低于对照凝胶（252.55 °C），与凝胶强度降低一致。

#### 体外消化与生物可及性

INFOGEST消化实验表明，游离白藜芦醇在肠道阶段生物可及性达95.62%，而共包封白藜芦醇在口腔、胃和肠道阶段分别为15.51%、58.38%和70.38%，呈现控释特征。游离EGCG在口腔、胃和肠道阶段的生物可及性分别为100%、80.13%和40.45%，而共包封EGCG分别为17.88%、81.23%和51.85%，包封形式在肠道阶段的生物可及性显著高于游离形式，表明包封提高了EGCG的肠道稳定性。

#### 释放动力学机制

通过零级、一级、Higuchi、Hixson–Crowell和Korsmeyer–Peppas（KP）模型拟合胃相释放数据，KP模型拟合度最高（白藜芦醇R² = 99.69 ± 0.27%，EGCG R² = 99.40 ± 0.37%），Higuchi模型次之。白藜芦醇和EGCG的扩散指数n分别为0.631 ± 0.056和0.574 ± 0.031，处于0.45–0.89之间，表明释放机制为非Fickian扩散，即分子扩散与蛋白质凝胶网络松弛/溶胀共同控制释放。

#### 消化产物的抗氧化特性

ABTS、FRAP和ORAC测定结果显示，共包封凝胶消化物的ABTS自由基清除能力显著高于游离化合物和空白对照，对照凝胶也表现出较高清除能力，可能与消化过程中释放的蛋白质抗氧化肽有关。FRAP实验中，共包封与游离形式具有相似的还原能力，但共包封形式以更低的生物活性物量实现同等还原力。ORAC实验中，共包封、游离化合物和对照样品均显著高于空白消化液。总体表明包封未对抗氧化能力产生不利影响。

### 讨论与结论

研究结果表明，利用大麻蛋白在40 °C下制备的凝胶可有效共包封白藜芦醇和EGCG，总包封效率超过85%，负载量超过25 μg mg^?1蛋白。包封主要依赖氢键和疏水相互作用。尽管高浓度生物活性物质引起部分蛋白质聚集，但凝胶网络结构得以保持。体外消化显示，共包封体系实现了控释，且与游离形式相比，在肠道阶段保持了相似或更高的抗氧化能力，证明该递送系统能同时保护亲水性和疏水性生物活性物质。研究人员得出结论：基于大麻蛋白的共包封系统在开发多功能功能性食品方面具有潜力，能够提高生物活性物质的稳定性和持续的抗氧化功能。未来研究应引入无蛋白质食物基质作为对照，并探索具有协同效应的生物活性组合，以进一步评估该系统的实际应用价值。