pH驱动的大豆蛋白质组装成纳米颗粒以实现高效姜黄素递送：β-共凝集素和凝集素亚基的作用

《Food Bioscience》：pH-driven Assembly of Soy Proteins into Nanoparticles for Efficient Curcumin Delivery: Role of β-Conglycinin and Glycinin Subunits

姜黄素封装纳米颗粒的制备及其亚基作用机制研究。通过pH-shift法诱导大豆蛋白形成纳米颗粒，系统比较7S（α、α'）和11S（AS、BS）亚基的解离与重构行为，发现7S亚基因亲水性、糖基化和表面电荷分布特性，形成更紧凑且高电荷的纳米颗粒（<100 nm），显著提升姜黄素负载率（93%）及热、消化和储存稳定性。揭示了大豆蛋白亚基特性对纳米载体形成及功能的关键调控作用。

　　

朱文文|唐传和

华南理工大学食品科学与工程学院食品胶体与纳米技术研究组，中国广州510640

摘要

姜黄素因其多方面的健康益处而受到广泛关注，但其较差的理化性质限制了其更广泛的应用。本研究采用了pH转变方法来诱导大豆纳米粒子的形成，并实现了姜黄素的有效包封，特别关注了主要亚基β-伴大豆球蛋白（7S）和伴大豆球蛋白（11S）的不同作用。系统比较表明，大豆分离蛋白（SPI）、7S和11S的解离和重组行为受其亚基特异性性质的控制，尤其是亲水性/疏水性、糖基化和表面电荷分布。具体来说，7S中更亲水的糖基化亚基（α、α'）能够在解离过程中抑制过度聚集，最终重组为更紧凑的7S纳米粒子，这些纳米粒子具有高电荷和中等表面疏水性（30.62纳米，-32.2毫伏），这一过程由疏水相互作用、静电力和氢键驱动。改进的结构性质和疏水区域的广泛暴露使得姜黄素的负载能力显著提高（约93%），同时显著增强了热稳定性、消化稳定性和储存稳定性。本研究阐明了复杂大豆蛋白结构作为活性成分递送载体的应用潜力及其分子机制，旨在为设计高效的植物基纳米递送系统提供新的见解。

引言

功能性食品因其含有维生素、矿物质、多酚和益生菌等生物活性化合物而成为现代健康管理的有希望的选择，这些化合物提供了多种健康益处（Basak & Gokhale, 2022; Vignesh, Amal, Sarvalingam, & Vasanth, 2024）。然而，较低的生物利用度和较差的理化性质限制了它们的实际应用（Kussmann, Abe Cunha, & Berciano, 2023）。食品纳米技术的最新进展通过包封和络合策略有效提高了这些化合物的稳定性、生物利用度和递送效率（Luo, Wang & Zhang, 2020）。因此，开发来自天然材料的稳定、无毒且生物相容的载体是一个重要的研究领域，特别是在基于蛋白质的功能性食品成分递送系统中（Patel, Garala, Singh, Prajapati, & Raval, 2025）。

由于成本低廉和功能性强，大豆蛋白在食品工业中得到广泛应用，其中伴大豆球蛋白（11S）和β-伴大豆球蛋白（7S）占总种子蛋白的50-90%。7S和11S的空间结构和亚基组成有所不同。天然11S是一个六聚体（300-380 kDa），由酸性（AS）和碱性（BS）多肽通过二硫键连接（Tang, 2021），而7S是一种糖蛋白（180-210 kDa），包含三个主要亚基（α'、α和β），α和α'亚基具有亲水扩展区域（Doyle et al., 1986; Maruyama et al., 1998）。7S的这种独特结构已被报道可以缓解热诱导的聚集行为（Ju et al., 2023）。7S和11S之间的结构差异导致它们对环境pH值、离子强度（μ）和温度（T）的变化反应不同。Pizones Ruiz-Henestrosa, Martinez, Patino和Pilosof（2012）证实了11S在pH值和/或μ值变化下的可逆解离和重组行为。而7S亚基的解离和重组对pH值或μ值的依赖性则简单得多：在高μ值（> 0.5）时，它在pH 1.0-11.5的范围内稳定为三聚体；在低μ值（例如0.05）时，在微碱性或酸性条件下解离为亚基（Ju et al., 2023）。作为复杂蛋白质的大豆分离蛋白（SPI）的结构更为复杂。在所有变量中，pH值似乎对大豆蛋白结构的影响最为显著，pH值的变化会诱导结构改变，从而促进姜黄素的包封。

pH转变方法被广泛认为是一种简单而有效的策略（Wang, Wu, Wang, & Zhong, 2022），已成功应用于多种蛋白质，包括酪蛋白（Pan, Luo, Gan, Baek, & Zhong, 2014）、藜麦蛋白（Chen et al., 2024）和蚕豆蛋白（Huang et al., 2025）。对于高度有序但对pH值敏感的蛋白质，通过简单改变pH值可以实现受控的亚基解离和重组，从而形成更灵活的构象状态，即“熔融球”（MGs）状态，这使其更适合包封和递送活性成分（Ohgushi & Wada, 1983; Lou et al., 2024）。另一方面，姜黄素对pH值的依赖性溶解度是其有效包封的基础（Kharat, Du, Zhang, & McClements, 2017）。Wang等人（2024）通过使用二硫键断裂结合关键pH值（10.5）制备了大豆蛋白纳米粒子，实现了高姜黄素包封效率（85%，1:1的核心比例）。同样，Qiao等人（2023）报告称，通过热辅助的pH值驱动方法（70°C，pH 12.0）显著改善了豌豆蛋白的功能性和负载能力。有趣的是，在一系列研究SPI的酸/碱pH值诱导解离的过程中，11S亚基被认为可能起着主导作用（Jiang et al., 2009, 2011）。然而，除了其在增强乳化性能方面的作用外，对其行为的进一步研究尚未深入。鉴于7S和11S亚基对pH值的敏感性不同，关于它们在pH值诱导解离-重组过程中的系统性和直接比较研究仍然有限，特别是这些亚基特异性行为如何影响最终形态、界面性质、稳定性及其功能差异（例如姜黄素的负载和递送）。

因此，本研究旨在通过探讨7S和11S在pH值变化过程中的不同行为所涉及的亚基级机制来填补这一空白，重点关注它们在纳米粒子形成和稳定中的各自贡献。通过结合多尺度表征技术（DLS、紫外圆二色谱、TEM和内源性荧光光谱），本研究揭示了亚基组成和性质如何决定重组大豆蛋白纳米粒子的结构、稳定性和包封性能。通过相互作用分析（内在荧光淬灭、分子对接、FTIR），进一步阐明了重组粒子与姜黄素之间的高亲和力。这项工作提供了pH值变化下大豆蛋白的结构-功能关系，为相关基于蛋白质的递送系统的进一步发展奠定了研究基础。

材料

姜黄素（纯度约98%，来自姜黄Curcuma longa）、胃蛋白酶（来自猪胃黏膜，P7000，每毫克蛋白质975单位）、胰酶（来自猪胰腺，P1750，4 × USP）和胆汁提取物（纯度约98%，来自猪；目录编号B8631）均购自Sigma-Aldrich Chemical Co.（密苏里州圣路易斯）。本研究中使用的其他所有化学试剂均为分析级。

SPI、11S和7S的制备

根据Nagano、Hirotsuka、Mori和Nishinari的方法，从大豆粉中制备了SPI、11S和7S

SPI、7S和11S的表征

首先对从脱脂大豆粉中提取的三种蛋白质（SPI、7S和11S）进行了纯度分析和蛋白质定量。SDS-PAGE图谱（图1 a）显示了蛋白质的分子量分布和亚基组成。显然，SPI主要由11S和7S组成。α'、α和β亚基通过非共价相互作用形成了7S球蛋白，而酸性（AS）和碱性亚基（BS）则参与了11S球蛋白的结构（Ma

结论

总之，通过pH转变方法成功制备了大豆纳米粒子，并实现了姜黄素的有效包封。三种大豆蛋白（SPI、7S和11S）在pH值的驱动下解离并重组为纳米粒子（< 100纳米），这一过程由疏水相互作用、氢键和二硫键驱动。本研究强调了亚基性质（亲水性、糖基化和表面电荷分布）在决定纳米粒子形态中的关键作用

作者贡献声明

朱文文：撰写——原始草案、方法学、研究、数据管理。唐传和：撰写——审稿与编辑、监督、资源管理、项目协调、方法学、概念构思

未引用的参考文献

Chen et al., 2015; Ju et al., 2023; Luo et al., 2020; Pizones Ruiz-Henestrosa et al., 2012; Riche and Williams, 2010.

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

本工作得到了中国国家自然科学基金（序列号：321760131）的支持。