《Food Chemistry: X》：Rice protein stabilized high-internal-phase emulsions for delivery of α-tocopherol in 3D-printed dysphagia-friendly foods: Influence of extraction methods
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米蛋白（Rice protein, RP）是淀粉生产过程中的丰富副产物，历史上主要用作动物饲料或作为加工废弃物处理。近年来，RP作为一种极具前景的植物基替代品脱颖而出，因其具有优异的消化性、低致敏性、生物价值和 affordability。尽管大米是全球超过半
米蛋白（Rice protein, RP）是淀粉生产过程中的丰富副产物，历史上主要用作动物饲料或作为加工废弃物处理。近年来，RP作为一种极具前景的植物基替代品脱颖而出，因其具有优异的消化性、低致敏性、生物价值和 affordability。尽管大米是全球超过半数人口的主食，但RP及相关副产物仍被显著低值化利用。其广泛使用受到其刚性、高度聚集且以谷蛋白为主导的结构阻碍，导致其溶解度低、乳化性能差。为拓展RP在纳米乳液制备中的潜力，研究人员正通过水解、脱酰胺和糖基化等方法积极修饰这种聚集结构以增强其整体功能性。或者，这种聚集结构也可用于稳定Pickering乳液（Pickering emulsions），这是一种以颗粒稳定的体系。蛋白质介导的Pickering稳定作用依赖于颗粒物理性地阻止液滴聚结。这种稳定效果在很大程度上取决于蛋白质的结构和理化性质。因此，酶法和碱法提取方法可能显著改变蛋白质结构，最终影响其乳液稳定效率。碱提酸沉法因其高回收率和低成本已成为工业生产中的标准方法。碱性环境通过破坏大米内部氢键来松散其紧密的淀粉基质，这种结构变化使包埋的蛋白质溶解，从而易于与淀粉分离。另一方面，剧烈的碱性条件会影响蛋白质的营养和功能特性，改变其部分必需氨基酸。酶法提取也通过使用α-淀粉酶降解淀粉并释放结合蛋白来分离RP。然而，生大米在中性条件下的不溶性严重限制了该方法的效率。先前研究表明，碱提RP比酶提RP具有更高的溶解度和更好的乳化性能。基于此分析，可以推断，除结构特征外，酶提RP的蛋白质含量也可能影响其功能特性，尤其是其在Pickering稳定中的有效性。高内相乳液（High-internal-phase emulsion, HIPE）是指分散相占总体积不低于74%的乳液。由于其多种用途而日益受到关注，包括3D打印、作为疏水性活性化合物的载体以及替代部分氢化油。HIPE的假塑性特性和自支撑特性使其成为3D食品打印的理想材料。通过定制食品形状、质地和营养特性，这种制造方法优化了吞咽障碍患者的进餐体验。得益于超过74%的内相，HIPE可以承载更多的疏水性活性化合物。为评估RP稳定的HIPE在3D食品打印和靶向递送中的应用，研究人员使用亲脂性化合物α-生育酚作为模型。尽管α-生育酚具有强效的抗氧化、免疫调节、抗炎和神经保护功能，但其功效因溶解度低、稳定性差和生物利用度降低而受损。HIPE包封为克服这些缺点提供了一种有前景的解决方案。本研究探讨了酶法和碱法提取方法如何影响Pickering稳定化，从而促进稳定HIPE的制备，用于在3D打印吞咽障碍友好食品中递送α-生育酚。研究人员表征了二级结构、粒径和界面性质以评估提取方法的影响。通过分析外观、微观结构、液滴直径和流变行为，证明了RP作为HIPE稳定剂的潜力。此外，IDDSI测试和α-生育酚释放曲线验证了这些3D打印配方在吞咽障碍饮食和营养递送中的实用性。该研究展示了清晰的因果链：提取方法决定蛋白质结构，进而控制颗粒特性和界面性质，最终决定乳液的最终性能。
论文解读：提取方法调控米蛋白结构及其在3D打印吞咽障碍友好食品中递送α-生育酚的应用研究
一、研究背景与意义
米蛋白（Rice protein, RP）作为淀粉加工过程中的大宗副产物，长期以来主要被用作动物饲料或作为加工废弃物处理。然而，RP凭借其优异的消化性、低致敏性、较高的生物价值和经济性，近年来已崭露头角，成为一种极具开发前景的植物基蛋白替代来源。尽管大米是全球过半人口的主食，但米蛋白及其相关副产物仍处于显著的低值化利用状态。制约其广泛应用的关键瓶颈在于RP固有的刚性、高度聚集且以谷蛋白为主导的结构特征，这一结构导致其水溶性差、乳化性能不佳。为拓展RP在食品乳液体系中的应用潜力，研究者尝试通过水解、脱酰胺、糖基化等手段对其聚集结构进行改性以提升功能性。此外，这种天然聚集结构也可被直接利用以稳定Pickering乳液（一种由固体颗粒稳定的乳液体系）。蛋白质介导的Pickering稳定效应依赖于颗粒在油水界面的物理吸附以阻止液滴聚结，其稳定效果高度取决于蛋白质的结构与理化特性。因此，不同的提取方法（如酶法和碱法）可能显著改变RP的结构特征，进而影响其稳定乳液的效率。碱提酸沉法因回收率高、成本低已成为工业生产的标准方法，但剧烈的碱性条件可能损伤蛋白质的营养与功能特性；酶法提取虽条件温和，却受限于生大米在中性条件下的不溶性而效率较低。基于此，系统探究提取方法对RP结构及Pickering稳定性能的影响，对于开发新型食品级乳液稳定剂、拓展RP高值化利用途径具有重要的科学意义与应用价值。
二、研究技术方法概述
研究人员采用酶法提取（α-淀粉酶逐步降解淀粉）获得三种不同蛋白含量的米蛋白样品（S1、S2、S3），并采用碱溶酸沉法获得高纯度米蛋白样品（S4）。通过傅里叶变换红外光谱（FTIR）解析蛋白质二级结构；利用动态光散射（DLS）和Zeta电位仪测定颗粒粒径与表面电荷；通过接触角测量仪评估三相接触角以表征润湿性；采用被动吸附法测定界面吸附层厚度。高内相乳液（HIPE）通过高速均质法制备，油相体积分数为83%。乳液性能通过激光粒度仪、光学显微镜、共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）及流变仪进行系统表征。稳定性评估涵盖离心、30天储存、90°C热处理及NaCl离子强度测试。应用层面，采用3D打印技术制备吞咽障碍友好食品，通过国际吞咽障碍饮食标准化倡议（IDDSI）测试评估质地适用性，并通过体外模拟消化实验评价α-生育酚的包封效率（EE）、载量（LC）、光稳定性和生物可及性。
三、主要研究结果
3.1 米蛋白的结构与理化特性
FTIR分析显示，碱提样品S4的N-H和O-H伸缩振动峰位于3398 cm?1，较酶提样品（3385 cm?1）发生蓝移，表明碱处理削弱了蛋白质分子间的氢键网络，使基团处于更自由的状态。二级结构解析表明，与S1相比，S2和S3的β-折叠含量下降约8%，无规卷曲含量降低约3%，α-螺旋含量相应增加约13%；而S4则呈现较低的α-螺旋含量和较高的β-转角含量，提示碱提酸沉促使蛋白质形成更折叠的构象。粒径测定显示，S1的粒径较S2和S3大约450 nm，S4具有最小粒径（201 nm）。所有样品的Zeta电位绝对值均高于30 mV（-33.9至-38.2 mV），确保颗粒间足够的静电排斥以维持稳定分散。润湿性方面，S1-S3的三相接触角（θOW）为66.8°-77.8°，呈现亲水性；而S4的θOW高达127.0°，呈现典型疏水性。各样品界面吸附层厚度介于122.2-141.6 nm之间，差异较小。
3.2 高内相乳液的制备与表征
所有米蛋白样品均成功稳定了油相体积分数83%的HIPE，乳液呈现自支撑、倒置不流动的凝胶状外观。液滴尺寸分析显示，SE1（S1稳定的乳液）的液滴直径为55 μm，而SE2-SE3的液滴直径较小（31-32 μm）。尽管S4粒径最小，但SE4并未产生最小液滴，提示颗粒疏水性对乳液特性的重要影响。所有HIPE的Zeta电位绝对值均高于30 mV。光学显微镜和CLSM观察证实了典型的油包水（O/W）几何结构，油滴紧密堆积于连续水相中。
3.3 高内相乳液的稳定性
离心测试（9000×g，10 min）后所有样品均无油析出。经30天储存后，SE1出现轻微油分离，液滴尺寸严重增大132 μm，表明发生絮凝和聚结；而SE2、SE3和SE4保持均一，无破乳或油分离现象。90°C热处理30 min后，所有样品均未观察到乳析，SE1-SE4的液滴尺寸增幅为27-36 μm，小于储存期间的增幅。在100-300 mM NaCl条件下，所有乳液均无乳析现象，但SE2-SE4的粒径增幅显著小于SE1。综合结果表明，SE2-SE4具有更优异的储存、热和离子稳定性。
3.4 3D打印吞咽障碍友好食品中的应用
流变学测试显示，所有HIPE均呈现剪切变稀行为（幂律模型拟合的流动指数n<1），其中SE3和SE4表现出更高的稠度系数（K）和更高的储能模量（G′）与损耗模量（G″），且G′始终高于G″，表明乳液具有以弹性为主导的凝胶状结构。3D打印结果显示，SE3和SE4产品能够保持清晰的五边形形状，而SE1和SE2无法维持结构完整性。IDDSI测试表明，SE3和SE4产品符合IDDSI第4级（糊状/极度浓稠）标准，适用于吞咽障碍人群。
3.5 α-生育酚的递送性能
所有RP稳定的HIPE对α-生育酚的包封效率（EE）均超过97%，载量（LC）超过23%。经48 h紫外光照射后，包封的α-生育酚保留率超过78%，较游离形式提高41%，这归因于蛋白质在油水界面形成的紫外屏蔽效应。体外模拟消化实验显示，胃相中α-生育酚释放量控制在19.1%-22.0%之间，有效保护其免受胃环境降解；在4 h肠相消化过程中，释放量持续增加，最终生物可及性达到66.3%-70.0%。
四、综合讨论与结论
综合讨论表明，酶法和碱法提取可产生构象不同的米蛋白。酶法提取通过逐步降解淀粉释放包埋蛋白，而碱法提取通过破坏氢键并经酸沉淀促使蛋白形成更折叠的构象。这种构象重组赋予了碱提RP更小的粒径和更高的表面疏水性。结合更高的蛋白含量，三次酶提和碱提RP均能制备出弹性和稳定性增强的HIPE。该HIPE能够保持3D打印的五边形形状，同时提高包封α-生育酚的稳定性和生物可及性。研究结论指出，酶法和碱法提取获得了蛋白含量为29.47%至91.75%的RP。酶法提取促进淀粉逐步降解，释放的RP表现出β-折叠含量下降约8%、α-螺旋含量增加约13%的变化；碱法条件破坏氢键，酸沉淀导致更折叠的构象，表现为α-螺旋含量降低和β-转角含量升高。这种构象重组导致粒径减小和三相接触角增大。这些RP稳定了含83%油相的HIPE，形成了G′高于G″的凝胶状弹性结构。尽管各样品的吸附层厚度和Zeta电位相当，但由三次酶提和碱提RP稳定的HIPE表现出更小的液滴尺寸以及增强的弹性和稳定性。两种HIPE均展现出适合3D打印的流变特性，所得产品被归类为IDDSI第4级吞咽障碍友好食品。该HIPE实现了97%的包封效率，光稳定性提高41%，生物可及性超过66.3%。这项研究证明了提取方法对HIPE稳定的显著影响，突出了其在3D打印吞咽障碍友好食品中递送亲脂性功能成分的潜力。
