《Food Chemistry Advances》：Sustainable Thiolated/Aminated Spent Yeast Hydrolysate-Based Nanocarriers for Thymol Encapsulation: Antimicrobial Performance, Controlled Release, Cytotoxicity Assessment
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以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）水解物为原料，研究人员开发了负载百里香酚的巯基化及氨基化酵母水解物纳米复合物，将其作为生物活性物质递送的可持续载体，并对其增强的抗菌性能及初步安全性进行了评估。研究人员通过巯基化（SS
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以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）水解物为原料，研究人员开发了负载百里香酚的巯基化及氨基化酵母水解物纳米复合物，将其作为生物活性物质递送的可持续载体，并对其增强的抗菌性能及初步安全性进行了评估。研究人员通过巯基化（SSHY）和氨基化（SNHY）对天然水解酵母进行化学修饰，随后采用pH驱动法实现百里香酚的包封。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和圆二色光谱（CD）分析证实了功能化修饰的成功，十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳（SDS–PAGE）表明修饰后肽段分子量向低分子量方向迁移。巯基化和氨基化显著增强了对福氏志贺氏菌（Shigella flexneri）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）的抗菌活性，其中SSHY表现出最强的抑制作用。两种制剂均实现了高包封率（Thy–SSHY为94%，Thy–SNHY为91%）。动态光散射（DLS）结果显示，形成了稳定的亚微米级纳米复合物，Thy–SSHY和Thy–SNHY的水动力学直径分别为233.8 nm和261.1 nm。两种制剂均表现出双相体外释放行为，在48 h内Thy–SSHY对百里香酚的保留能力优于Thy–SNHY。细胞毒性和溶血实验表明其具有良好的生物相容性，Caco-2细胞活力高于83%，溶血率低于5%。分段指数衰减模型和一级饱和模型能够准确描述细胞活力及溶血动力学（R2 > 0.98），高斯过程回归（Gaussian Process Regression）对两项终点指标均具有较高的预测精度（OOF R2 = 0.9683–0.9864）。上述研究结果凸显了化学修饰的废弃酵母水解物作为可持续纳米载体，在食品领域中实现疏水性抗菌剂可控递送的潜力。
论文解读
一、研究背景与问题提出
全球酿造工业每年产生大量副产物，其中废弃啤酒酵母（brewer's spent yeast, BSY）是最为丰富的副产物之一。BSY主要由发酵后去除的过量酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）细胞构成，富含蛋白质、碳水化合物、脂质、维生素及生物活性化合物，已被视为具有重要开发价值的生物资源。然而，传统上BSY多被当作废弃物或低价值动物饲料处理，面临日益增长的环境和经济压力，推动其高值化利用成为研究热点。
在食品级蛋白质载体的化学修饰策略中，磷酸化、琥珀酰化、糖基化、巯基化和氨基化等已被广泛研究。其中，巯基化聚合物（thiomers）可通过形成分子间及分子内二硫键，增强递送体系的结构组织和保留性能；氨基化则可引入额外氨基，改变表面电荷并增强相互作用能力。然而，尽管天然抗菌递送系统受到日益关注，化学修饰酵母水解物作为食品级包封基质的研究仍十分有限。大多数百里香酚递送系统基于传统的脂质、多糖、蛋白质或环糊精载体，而酵母水解物作为可持续肽基载体在食品领域的应用尚未得到系统探索。此外，巯基化和氨基化作为功能修饰策略以调控百里香酚包封、胶体行为、释放特性和抗菌性能的潜力，此前尚无系统研究。
二、研究内容与主要结论
本研究的创新性体现在五个方面：一是将酵母水解物作为可持续食品相容基质用于百里香酚包封；二是首次比较开发巯基化和氨基化酵母水解物作为天然抗菌剂递送的修饰载体；三是系统评估巯基和氨基功能化对包封效率、粒径、多分散指数、zeta电位、形貌及百里香酚释放行为的影响；四是将百里香酚包封与针对食源性病原菌的抗菌活性相结合；五是应用机器学习模型和SHAP分析，为修饰酵母源食品载体提供可解释的安全性筛选框架。
三、关键技术与方法
研究人员采用酶解法制备水解啤酒酵母（HY），优化条件为酶/底物比5%、55°C、40 min，经柠檬酸调pH至3.5终止反应，再调至pH 6.5并加热处理（95°C，10 min），离心后冻干获得水解产物。随后分别使用MPTES（5 mmol）和APTES（5 mmol）在酸化乙醇（95%，pH 4.0）中进行24 h反应，实现巯基和氨基的表面接枝修饰。采用Ellman试剂（DTNB）定量表面巯基含量，茚三酮法测定氨基含量。结构表征采用FTIR和CD光谱；蛋白谱图分析采用SDS–PAGE；抗氧化活性通过DPPH自由基清除、还原力和羟自由基清除三种方法评估；抗菌活性采用纸片扩散法；百里香酚包封采用pH驱动纳米复合物法；包封率通过3 kDa超滤离心结合紫外分光光度法测定；粒径和zeta电位采用Malvern Nano ZS动态光散射仪测定；体外释放实验在水-乙醇体系中进行；细胞毒性和溶血实验分别采用Caco-2细胞和红细胞模型；动力学拟合采用分段指数衰减和一级饱和模型，机器学习预测采用高斯过程回归。
四、研究结果
4.1 功能化修饰表征
FTIR和CD光谱分析确认了巯基和氨基功能基团成功接枝到酵母水解物表面。SDS–PAGE结果显示，修饰后蛋白条带向低分子量方向迁移，表明化学修饰导致肽段结构发生变化，分子量降低。
4.2 抗氧化活性
通过DPPH自由基清除、还原力和羟自由基清除三种方法评估了HY、SNHY和SSHY的抗氧化活性，并与标准抗氧化剂BHT进行比较。三种修饰产物均表现出一定的抗氧化能力，巯基化和氨基化修饰对抗氧化性能产生了显著影响。
4.3 抗菌活性
采用纸片扩散法评估了SSHY、SNHY和HY对福氏志贺氏菌（Shigella flexneri，PTCC 1865）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，PTCC 1112）的抗菌活性。结果表明，巯基化和氨基化显著增强了抗菌活性，其中SSHY表现出最强的抑制作用，抑制圈直径显著大于未修饰HY。
4.4 包封效率与胶体特性
采用pH驱动法成功制备了百里香酚负载的纳米复合物。Thy–SSHY的包封效率达到94%，Thy–SNHY达到91%。动态光散射测定显示，Thy–SSHY的水动力学直径为233.8 nm，Thy–SNHY为261.1 nm，均形成稳定的亚微米级纳米复合物，多分散指数和zeta电位表明体系具有良好的胶体稳定性。
4.5 体外释放行为
在48 h内，两种制剂均表现出双相释放特征，即初期快速释放随后缓慢释放。Thy–SSHY对百里香酚的保留能力优于Thy–SNHY，表明巯基化修饰通过形成二硫键增强了载体对疏水性活性物质的结合和保留能力。
4.6 生物相容性评估
Caco-2细胞活力实验显示，两种制剂处理后的细胞活力均高于83%，表明具有良好的细胞相容性。溶血实验显示溶血率低于5%，符合生物医用材料的安全标准。分段指数衰减模型和一级饱和模型对细胞活力和溶血动力学的拟合R2均大于0.98，高斯过程回归对两项终点指标的预测精度（OOF R2）达到0.9683–0.9864。
五、讨论与结论
本研究首次系统比较了巯基化和氨基化修饰对酵母水解物作为百里香酚递送载体的影响。巯基化修饰通过引入反应性巯基形成二硫键介导的分子间相互作用，增强了载体的结构组织和保留性能，因此Thy–SSHY在包封效率和药物保留方面均优于Thy–SNHY。氨基化修饰通过引入额外氨基改变表面电荷，增强了相互作用能力。两种修饰策略均显著提升了抗菌活性，这与其增强的包封能力和缓释特性密切相关。机器学习模型和SHAP分析为修饰酵母源食品载体的安全性评估提供了可解释的预测框架。
研究结论表明，化学修饰的废弃酵母水解物可作为可持续纳米载体，用于食品领域中疏水性抗菌剂（如百里香酚）的可控递送，兼具高包封效率、良好胶体稳定性、增强的抗菌活性和可接受的生物相容性，为食品防腐和活性包装应用提供了新的绿色解决方案。
