β-环糊精包载核桃肽-钙锌螯合物的设计与表征：物理性质、苦味掩盖效果、稳定性及缓释性能

《Food Chemistry》：Design and characterization of β-cyclodextrin-encapsulated walnut peptide-calcium-zinc chelates: physical characteristics, bitterness masking, stability, and sustained release

walnut蛋白钙锌络合物通过β-环糊精微囊化技术优化包埋效率达88.67%，显著提升溶解性、热稳定性（270℃）及感官特性，降低苦味25.7%，并维持肠道吸收率（钙54.78%、锌40.27%）。

　　

金荣荣|余浩|刘哲|张晓伟|曲阳

新疆大学生命科学与技术学院，中国新疆830046

摘要

为了解决核桃肽-钙-锌螯合物溶解度低、苦味强和稳定性差的应用瓶颈，本研究开发了一种基于β-环糊精（β-CD）的绿色微胶囊化方法。通过优化螯合物与β-CD的质量比，钙和锌的包封效率分别达到了81.60%和85.56%，总产率为88.67%。表征证实，螯合物通过氢键和疏水相互作用被包封在β-CD的空腔内。此外，微胶囊化显著提高了乳化活性至95.00%，发泡率至17.42%，水溶性指数提高了58%，同时减少了黄变现象。微胶囊的苦味强度降低了25.7%，热稳定性提高到了270°C。在pH 2–10范围内，钙和锌的溶解度分别保持在93.04%–85.53%和97.91%–45.00%。体外消化实验显示，经胃消化后，钙的肠道保留率为54.78%，锌的肠道保留率为40.27%。总体而言，本研究提高了核桃蛋白的价值，并有助于开发高生物利用度的矿物质补充剂。

引言

核桃（Juglans regia L）是一种营养丰富的坚果，富含蛋白质、脂肪和其他多种必需营养素（Marrano等人，2020年）。2024/2025季节，全球核桃产量约为269.5万吨，比上一年增长了1.5%（Jin等人，2025年）。尽管只有少量核桃直接食用，但由于其高脂肪含量（超过50%）和不饱和脂肪酸的高价值，大量核桃用于榨油（Gheise等人，2023年）。由此产生的核桃饼残渣富含蛋白质（约40–45%），通常被用作饲料或肥料，导致蛋白质资源的严重浪费（Sari等人，2022年）。核桃肽中的组氨酸、半胱氨酸、谷氨酸、天冬氨酸和丝氨酸等氨基酸可以通过共价作用或吸附有效地螯合矿物质离子（Zhao, Hou等人，2024年）。这使得核桃肽成为用作矿物质螯合剂的理想候选物质。此外，钙和锌都是重要的营养素，在许多生理过程中起着关键作用，特别是在骨骼健康、生长发育和免疫功能方面。钙和锌具有独立的转运机制，在高钙低锌的比例范围内，它们的吸收不会相互干扰（Spencer等人，1987年）。对于需求高或容易缺乏钙和锌的人群，如儿童、孕妇和老年人来说，确保摄入足够的这两种矿物质尤为重要。与单一矿物质螯合物相比，钙-锌双矿物质螯合物具有显著优势。该系统同时补充两种必需矿物质，通过元素协同作用提高生物利用度，实现更系统的营养干预（Butt等人，2023年）。因此，微胶囊化核桃肽钙-锌螯合物的进步有助于更好地利用核桃蛋白资源，并为针对特定人群开发新型矿物质补充剂提供了创新方法。

近年来，基于核桃肽的金属螯合物作为一种有前景的下一代矿物质强化剂出现，因为它们具有高负载能力、低毒性和靶向吸收能力（Thuekeaw等人，2022a）。然而，核桃肽-金属螯合物的实际应用面临几个挑战。首先，它们的疏水表面基团限制了水溶性，肽本身的苦味对产品口感和消费者接受度产生了负面影响（Shen等人，2024年）。其次，在高温处理和胃肠道消化过程中容易发生配体解离（Amato等人，2015年）。因此，开发有效的策略来掩盖其苦味，同时提高水溶性、环境稳定性和核桃肽-钙-锌螯合物（WP-Ca-Zn）的控制释放性能，对于促进其工业应用至关重要。微胶囊化技术通过使用壁材来包封和保护核心物质，为上述挑战提供了有效的解决方案。由于钙和锌主要在小肠中被吸收（Wongdee等人，2021年），因此选择一种能够保护WP-Ca-Zn免受胃酸降解且对人体安全的壁材至关重要。微胶囊的壁材包括壳聚糖、阿拉伯胶、木质素磺酸盐等。其中，β-CD（C??H??O??）是一个非常合适的候选材料，因为它广泛可用、成本低、晶体结构稳定，并且对多种物质具有很强的亲和力（Ahmadi等人，2025年）。其疏水空腔可以有效地包封疏水分子或基团，从而显著提高包封化合物的水溶性和物理化学稳定性。值得注意的是，β-CD已被广泛证明能有效掩盖苦味物质，改善食品和药品的产品感官质量（Pinho等人，2014年）。作为一种天然来源的壁材，β-CD还具有高生物相容性、低毒性和成本效益（Syku?a等人，2023年）。此外，β-CD减少了使用强烈赋形剂（包括增溶剂和有机溶剂）的必要性，并在药物递送系统中显示出提高口服生物利用度的潜力（Zhang等人，2018年）。

然而，β-CD的固定空腔尺寸限制了其容纳大分子的能力，这在使用β-CD进行WP-Ca-Zn微胶囊化时影响了包封效率和负载能力。为了解决这些问题，本研究提出并系统评估了一种基于β-CD的绿色微胶囊化策略。在本研究中，使用β-CD包封钙-锌螯合物时，钙和锌的包封率分别优化为81.60%和85.56%，总包封率为88.67%。傅里叶变换红外光谱和X射线衍射分析证实，螯合物通过分子间氢键和疏水相互作用有效地被包封在β-CD的空腔内。功能上，微胶囊化显著提高了乳化活性至95%，发泡率至17.42%，水溶性指数提高了58%，并降低了黄变指数。电子舌分析显示苦味强度降低了25.7%，这归因于β-CD对疏水苦味肽的包封。TG-DSC分析显示，在pH 2–10范围内热稳定性得到提高，钙的溶解率为84.46%，锌的溶解率为45.00%，在pH 10时保持稳定且无沉淀。未包封的螯合物的溶解度显著降低，钙的溶解率为69.14%，锌的溶解率仅为38.50%。含有核桃肽钙-锌螯合物的微胶囊在肠道吸收部位保留了54.78%的钙和40.27%的锌，均高于未包封的螯合物。

材料

核桃蛋白是在实验室环境中通过碱性溶解和酸沉淀技术从核桃粉中分离得到的，蛋白产率为90%。碱性蛋白酶（活性：200,000 U/g）、胃蛋白酶（3000 U/mg）、胰蛋白酶（250 U/mg）和α-淀粉酶（3700 U/g）购自北京索拉生物技术有限公司（北京，中国）。β-CD（C??H??O??；分子量：1134.98；纯度：99%；熔点：290–300°C；水溶性：10 mg/mL）购自上海宇源

WP-Ca-Zn微胶囊的包封效率和产率

图1(a)展示了WP-Ca-Zn-M的制备过程。WP-Ca-Zn与β-CD的质量比显著影响了包封效率和微胶囊产率。如图1(b)和1(c)所示，增加质量比会降低包封效率和产率（p

结论

本研究系统地解决了WP-Ca-Zn-M的溶解度、稳定性和口感问题。在最佳质量比1:4下，钙和锌的包封率分别达到81.60%和85.56%，总产率为88.67%。FTIR、XRD和SEM-EDS证实，螯合物通过氢键和疏水相互作用被包封在β-CD的空腔内，形成了主客体复合物，使β-CD晶体的结构从笼型转变为……

CRediT作者贡献声明

金荣荣：撰写——原始草案，研究，数据管理。余浩：方法学，研究。刘哲：撰写——审阅与编辑，数据管理。张晓伟：方法学。曲阳：撰写——审阅与编辑，监督，概念化。

资金声明

作者感谢新疆维吾尔自治区自然科学基金（2024D01C36）和新疆维吾尔自治区的“天池人才”引进计划。

未引用的参考文献

Fitzpatrick, Knowles, Waudby, Vendruscolo和Dobson, 2011

Gong等人，2020

Liu等人，2024

Lukman和Sabiu，2026

Mathapa和Paunov，2013

Spencer, Vankinscott, Lewin和Samachson，1965

Thuekeaw, Angkanaporn和Nuengjamnong，2022b

Wang, Bai, Wang, Wang和Wang，2023

Wang等人，2024

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢所有作者对本文的贡献。