酶解大豆蛋白纳米颗粒-多糖复合水凝胶用于增强岩藻黄质的稳定性和pH响应性释放

《Food Chemistry》：Enzymatically hydrolyzed soy protein nanoparticle–polysaccharide composite hydrogels for enhanced stability and pH-responsive release of fucoxanthin

　　酶解形成具有增强疏水结合能力的豆蛋白纳米颗粒（SPN）。SPN增强岩藻黄质（FX）结合并改善其稳定性。黄原胶（XG）强化水凝胶并改善pH响应性释放。FX释放具有pH依赖性，在胃液中释放最少，在肠液中释放最多。水凝胶表现出良好的细胞相容性和生物安全性。## 引言岩藻黄质（FX）是一种来源于褐藻的海洋类胡萝卜素，具有多种生物活性（Li et al., 2018）。其特征结构包括丙二烯键、环氧基团和共轭双键，赋予其生物活性的同时也增加了疏水性（Wang et al., 2020），导致水溶性差以及对光、热、氧和酸性条件的敏感性显著增强。因此，FX在胃肠条件下会迅速降解，尤其在低pH的胃环境中，限制了其生物利用度和治疗潜力（Zhao et al., 2014）。因此，开发能够增强疏水相互作用、提高胃肠道稳定性并实现pH响应性控释的递送系统对于其实用应用至关重要。大豆分离蛋白（SPI）因其来源广泛、成本低廉和功能性质优良而常被用作递送材料。然而，天然SPI通常以聚集态存在，这降低了其溶解度和结合能力（Tang, 2021）。酶解可以有效暴露疏水结构域并诱导豆蛋白纳米颗粒（SPN）的自组装，增强其对疏水性生物活性物质的亲和力（Shen et al., 2020）。以往的研究表明，通过酶处理制备的SPN对疏水类胡萝卜素如β-胡萝卜素具有更高的包埋效率和更好的稳定性（Lv et al., 2023）。然而，仅依靠蛋白质载体仍难以抵抗恶劣的胃肠道条件，包括强酸性、酶降解和机械剪切，使得肠道控释变得困难。多糖水凝胶以其可靠的生物相容性和pH响应性，为稳定脂溶性化合物并调节其在胃肠道环境中的释放提供了有前景的方法（Wu et al., 2014）。海藻酸钠（SA）是一种常用的食品级材料，具有很强的凝胶形成能力，然而单一组分海藻酸盐凝胶往往存在包埋效率有限、机械强度差和缓释不足的问题，需要引入额外的结构材料来提高其载药量和凝胶性能。黄原胶（XG）是另一种食品级多糖，可能通过非共价相互作用和聚合物链缠结来强化基于SA的网络，从而提高结构稳定性并调节溶胀行为（Cofelice et al., 2023）。鉴于SA和XG均为带负电荷的多糖，它们对网络形成的贡献更可能与这种物理相互作用有关，而非直接的静电吸引。与此同时，豆蛋白纳米颗粒（SPN）提供丰富的疏水结构域和反应性官能团，可以通过疏水相互作用和氢键与脂溶性岩藻黄质相互作用，从而提高包埋效率。此外，Ca²⁺介导的SA交联提供了主要的离子网络，而引入XG可进一步调节网络结构和溶胀行为，使包埋的岩藻黄质在胃肠道条件下实现受控扩散和释放（Cofelice et al., 2023; Hashemnejad & Kundu, 2019; Li & Mooney, 2016）。因此，将SPN整合到SA/XG复合水凝胶中有望实现高载药量、增强结构稳定性和pH响应性控释。基于上述考虑，本研究假设通过酶解的SPN整合到SA/XG复合水凝胶中可以增强FX的包埋，提高结合亲和力，而多糖网络提供胃肠道保护并实现pH响应性控释。为验证这一假设，首先通过酶解制备SPN以增强其对FX的结合亲和力。随后构建SPN/SA/XG复合水凝胶，并系统考察其网络结构、机械性能、溶胀动力学以及在模拟胃肠道条件下的pH依赖性释放行为。最后评估水凝胶的细胞相容性。本工作提供了多糖网络特性如何影响FX包埋和控释的机理理解，为设计用于功能食品和口服药物递送的蛋白-多糖复合水凝胶提供了科学依据。## 章节摘要### 实验材料SPI和亚麻籽胶购自上海源叶生物科技有限公司。SA。（CAS号：9005-38-3），一种由β-D-甘露糖酸（M）和α-L-古洛糖酸（G）单元组成的线性共聚物，κ-卡拉胶（CAS号：11114–20-8），一种硫酸化的半乳聚糖，由交替的3-键合β-D-半乳吡喃糖和4-键合α-D-半乳吡喃糖单元组成，每个二糖单元含一个硫酸基团，以及阿拉伯胶（CAS号：9000-01-5），一种高度分支的阿拉伯聚半乳糖多糖，含有### 水解度（DH）水解度（DH）是量化蛋白质水解程度的广泛接受的指标，它直接反映了肽键断裂和较小肽片段的形成。如图1A所示，DH随水解时间显著增加，从3.43 ± 0.02%升至3小时后的9.62 ± 0.05%（P < 0.05）。初始的快速增长（0–1.5 h）与大豆蛋白部分展开导致的酶可及性增强一致，而随后的加速（1.5–3 h）可能是### 结论在本研究中，通过酶解成功制备了SPN，增强了其对FX的疏水结合亲和力。随后使用SPN、SA和XG构建了蛋白-多糖复合水凝胶系统。优化后的水凝胶包埋效率为78.47 ± 2.11%，载药量为3.69 ± 0.14 mg g?1。该系统在模拟条件下表现出良好的机械稳定性和显著的pH响应性释放行为### CRediT作者贡献声明**Lu Yujing：** 撰写—初稿，方法学，研究，数据管理，概念化。**Wang Baijie：** 方法学，研究。**Ren Jiaying：** 方法学，研究。**Piao Huiying：** 软件，研究。**Ma Saijie：** 软件，研究。**Ma Xiaoyan：** 软件，方法学。**Bai Shuang：** 撰写—审阅与编辑。**Qi Hang：** 撰写—审阅与编辑，监督，资源，资金获取。### 关于生成式AI和AI辅助技术在写作过程中的声明在准备本工作过程中，作者使用了ChatGPT进行翻译。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。### 未被引用的参考文献Cui, Zhao, Yuan, Zhang and Ren, 2013Roth, 1971### 利益冲突声明作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的竞争性经济利益或个人关系。### 致谢本工作的资金由辽宁省"兴辽英才计划"领军人才项目（XLYC2202029）、"十四五"国家重点研发计划（2023YFD2100601）、辽宁省教育厅基本科研项目（LJ212510152047）资助。Lu Yujing | Wang Baijie | Ren Jiaying | Piao Huiying | Ma Saijie | Ma Xiaoyan | Bai Shuang | Qi Hang