《Food Chemistry》：Development of zein-soy protein isolate-rutin supramolecular nanoparticles via pH-ultrasound-shifting method: Structural characterization, stability, and gastrointestinal bioaccessibility
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本研究通过pH-超声协同法成功制备了zein-SPI-槲皮素超分子纳米颗粒（ZS-R-P-U），显著提高槲皮素包封效率（89.06±2.16%）和抗氧化活性。体外模拟消化显示，其生物可及性分别比游离槲皮素提高20.77%和52.90%，释放动力学符合一级动力学规律。光谱分析和形态学证实蛋白质-多酚间氢键、范德华力和疏水作用是主驱动因素，形成的蛋白冠效应进一步增强了纳米颗粒的稳定性和持续释放特性。该研究为功能性食品中多酚递送系统的开发提供了新策略。
Furong Jin|Zhixin Xie|Huaijie Zhang|Mingyao Pang|Siyuan Liu|Bo Tian|Zhibiao Feng
中国哈尔滨市东北农业大学食品科学学院，邮编150030
摘要
芦丁是一种天然黄酮类化合物，由于其水溶性较低，在功能性食品中的应用较为有限。为了解决这一问题，本研究采用pH-超声转变法（ZS-R-P-U）制备了玉米醇溶蛋白-芦丁超分子纳米颗粒，实现了高达89.06±2.16%的包封效率。多光谱分析表明，芦丁与蛋白质的结合主要通过氢键、范德华力和疏水相互作用实现。此外，ZS-R-P-U纳米颗粒具有均匀、规则的球形结构，稳定性、表观溶解度和抗氧化活性显著提高。体外模拟消化实验显示，ZS-R-P-U的生物利用度在模拟胃液中的比游离芦丁高20.77%，在模拟肠液中的比游离芦丁高52.90%。其释放过程遵循一级动力学，受Fickian扩散定律控制。消化过程中形成的蛋白质包层进一步增强了纳米颗粒的稳定性并实现了持续释放。与传统递送系统相比，ZS-R-P-U在提高芦丁的溶解度、抗氧化活性和生物利用度方面具有显著优势，显示出在功能性食品应用中的巨大潜力。
引言
芦丁是一种植物来源的黄酮苷，具有多种生物活性，如抗氧化、抗炎和降脂作用（Acevedo-Fani等人，2021；Mel等人，2020）。它已被广泛应用于功能性食品领域（Xu等人，2025）。然而，其较差的水溶性、有限的结构稳定性以及在胃肠道环境中的易降解性大大降低了其口服生物利用度，从而限制了其在食品工业中的广泛应用（Gullón等人，2017）。为了提高其物理化学稳定性和递送效率，研究人员开发了多种食品级递送系统，包括乳液、脂质体、水凝胶和蛋白质纳米颗粒（Huang等人，2022；Li, Liang, Sun等人，2023；Wang等人，2022）。值得注意的是，植物来源的蛋白质纳米颗粒因其可食用性、优异的界面性质和对多酚的高结合亲和力而成为一种有前景的递送平台（Hadidi等人，2023）。尽管具有这些优势，但大多数报道的芦丁递送系统都是基于单一蛋白质构建的，这限制了超分子组装行为的调控，并限制了不同蛋白质之间互补的分子间相互作用的利用。
在各种植物来源的蛋白质中，玉米醇溶蛋白（zein）和大豆分离蛋白（SPI）因其独特的结构特性而被广泛用于多酚递送系统的开发。玉米醇溶蛋白富含疏水性氨基酸残基，具有优异的成膜和自组装性能，能够有效包封疏水性多酚（Wang等人，2025）。然而，其在水环境中的聚集倾向以及颗粒大小不均匀性和界面稳定性不足，影响了其在复杂食品基质和生理条件下的递送效率。相比之下，大豆分离蛋白由亲水性7S和11S球蛋白组成，含有丰富的极性侧链，有助于与多酚形成稳定的复合物（Chao Song等人，2023）。不过，其疏水性较弱，单独使用时载药效率较低。为了结合这两种蛋白质的优点，Sun等人（2025）通过反溶剂沉淀法制备了玉米醇溶蛋白-SPI复合纳米颗粒，显著提高了结构稳定性和多酚载药能力。然而，这种方法对蛋白质的展开-重折叠行为控制有限，而这对建立双蛋白质系统中的稳定分子间网络至关重要（Yan等人，2022）。因此，需要更可控的组装策略来优化多酚复合过程中的玉米醇溶蛋白-SPI相互作用。
近年来，pH转变法被广泛认为是调节蛋白质构象的有效方法，从而提高多组分纳米颗粒的结构稳定性和功能保留性（Wang, Chen等人，2024）。该方法在碱性条件下诱导蛋白质构象展开，暴露出更多的疏水基团，随后在中性条件下促进蛋白质重折叠，形成结构稳定的纳米颗粒（Zhan等人，2020）。超声处理作为一种环保的物理技术，通过空化和剪切效应改善了蛋白质的界面性质和复合颗粒的结构完整性（Chen等人，2022）。最新研究表明，pH-超声转变法不仅提高了纳米颗粒的包封效率，还增强了其生物利用度（Yu等人，2024）。然而，这些研究主要集中在单一蛋白质系统上，据我们所知，尚未系统研究过利用pH-超声转变法将玉米醇溶蛋白和大豆分离蛋白共组装成用于芦丁递送的三元超分子纳米颗粒。
在胃肠道消化过程中，纳米颗粒会吸附消化酶形成蛋白质包层，改变界面性质，进而影响释放行为和生物利用度（Wang, Duan等人，2024）。Wu等人发现，可食用对接蛋白纳米颗粒在体外消化过程中会形成蛋白质包层，改变其分散性和界面相互作用，从而提高槲皮素的持续释放和生物利用度（Wu等人，2024）。颗粒大小、Zeta电位和界面疏水性会影响蛋白质包层的形成（Li等人，2021）。因此，系统研究玉米醇溶蛋白、大豆分离蛋白和多酚之间的协同作用及其在胃肠道条件下的结构演变，对于合理设计稳定且高效的基于蛋白质的递送系统至关重要。
基于这些发现，本研究以芦丁为模型多酚，利用玉米醇溶蛋白和大豆分离蛋白作为协同的双蛋白质载体，通过pH-超声转变法制备了食品级三元超分子纳米颗粒。研究了蛋白质-多酚系统的组装行为和相互作用机制，以及其物理化学性质和消化性能。体外胃肠道消化实验用于评估释放行为和生物利用度，同时分析颗粒特性的变化和光谱响应以阐明蛋白质包层的形成机制。本研究为双蛋白质协同组装提供了机制上的见解，并提供了一种在胃肠道条件下改善多酚递送的食品级策略。
材料
玉米醇溶蛋白（纯度≥92%）、大豆分离蛋白（纯度≥90%）和芦丁（纯度≥95%）购自中国上海的豫源生物科技有限公司。其他试剂为分析级，可直接使用无需额外纯化。
ZS-R的制备与优化
本研究采用pH-超声转变法制备了ZS-R纳米颗粒（Jin等人，2025）。制备过程中，将玉米醇溶蛋白、大豆分离蛋白和芦丁分散在去离子水中，然后用0.1 M NaOH在恒定搅拌条件下调节pH至11。
利用pH-超声转变法优化ZS-R配方
通过单因素实验研究了超声功率、超声时间、玉米醇溶蛋白/大豆分离蛋白质量比和蛋白质浓度对芦丁包封效率（EE）和释放度（LC）的影响。尽管更强的碱性条件可以进一步促进蛋白质展开，但初步实验表明，pH值超过11会导致芦丁的紫外吸收强度明显下降，提示可能存在碱性诱导的降解。因此，选择pH 11作为折中条件。
结论
本研究通过pH-超声转变法成功制备了ZS-R-P-U纳米颗粒，利用玉米醇溶蛋白和大豆分离蛋白共同包封芦丁，显著提升了其功能性能。FTIR、XRD和CD分析表明，氢键、范德华力和疏水相互作用在蛋白质与芦丁之间的相互作用中起主导作用。通过优化超声功率、超声时间和蛋白质质量比，制备出了具有高包封效率的纳米颗粒。
作者贡献声明
Furong Jin：撰写初稿、方法学设计、概念构思。Zhixin Xie：方法学设计、概念构思。Huaijie Zhang：验证工作、概念构思。Mingyao Pang：数据分析。Siyuan Liu：数据分析。Bo Tian：项目监督、资源提供、实验实施。Zhibiao Feng：项目管理、概念构思。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。
