酶促降解蛋白基Pickering颗粒——一种诱导乳液破乳的新策略

《Food Chemistry》：Enzymatic degradation of proteinaceous Pickering particles – A strategy to induce demulsification

本研究针对食品级Pickering乳液难以可控破乳的难题，创新性地提出通过胰蛋白酶降解乳清蛋白微凝胶(WPM)颗粒的策略。研究人员系统探讨了酶浓度、作用时间等因素对WPM粒径减小和界面性质改变的影响规律，发现胰蛋白酶可显著减小WPM粒径(~40%)并降低界面剪切粘度，在较高酶浓度下成功实现乳液液滴聚并。该研究为开发刺激响应型乳液控释系统提供了新思路，在功能性食品领域具有重要应用价值。

　　

在食品工业和制药领域，乳液体系广泛应用于活性成分的包埋与递送。传统乳液依靠小分子表面活性剂稳定，存在稳定性差、易奥斯特瓦尔德熟化等缺陷。而Pickering乳液采用固体颗粒作为稳定剂，因其极高的界面吸附能（可达数千k_BT）而具有超强稳定性，这反而给需要可控释放的应用场景带来了挑战。特别是在功能性食品领域，如何实现营养活性成分在特定时间、特定部位的靶向释放，迫切需要开发一种能够按需破乳的新方法。

目前，针对蛋白质基Pickering乳液的破乳机制研究尚属空白。基于此，利兹大学食品胶体与生物加工研究团队的Gloria Hernandez-Rodriguez等人创新性地提出通过酶解法减小稳定颗粒尺寸的策略。研究人员选择胰蛋白酶作为工具酶，系统研究了其对乳清蛋白微凝胶(Whey Protein Microgels, WPM)的降解效果及其对乳液稳定性的影响。这项发表于《Food Chemistry》的研究为开发刺激响应型食品递送系统提供了重要理论依据。

研究采用动态光散射(DLS)、ζ电位分析、界面张力测定、十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)、流变学分析和原子力显微镜(AFM)等多种表征技术。通过调控酶与WPM比例、酶解时间、酶浓度及静态/动态加酶方式，全面评估了胰蛋白酶对WPM理化性质和微观结构的影响。

3.1. 酶降解前后WPM颗粒的表征

通过动态光散射分析发现，胰蛋白酶作用120分钟后WPM的流体力学直径(d_H)从107纳米减小至63纳米，降幅达41%。原子力显微镜图像直观显示了酶解后颗粒高度的降低。值得注意的是，即使将酶解时间延长至24小时或提高酶浓度，WPM仍无法完全溶解，表明酶解后残留有蛋白酶抗性的"骨架"结构。

3.2. SDS-PAGE分析

电泳结果显示，胰蛋白酶作用后产生了分子量<10 kDa的肽段，但β-乳球蛋白和α-乳白蛋白的主要条带仍然存在。在还原条件下，120分钟酶解后残留肽段的强度是非还原条件下的2.5倍，证实了二硫键稳定结构的持久性。

3.3. 体相流变学

所有WPM样品均表现出剪切稀化行为。尽管酶解导致颗粒尺寸减小，但50 vol% WPM分散体的表观粘度变化不大，仅在较高剪切速率下观察到轻微下降，表明降解片段保持了与原始颗粒相似的相互作用特性。

3.4. 界面张力(γ)和剪切模量(G_i', G_i")测量

酶解后的WPM在正十四烷-水界面的界面张力下降更快，最终值略低(15.9±0.5 mN/m)，表明降解产物具有更强的界面活性。界面剪切流变学显示，酶解30分钟的样品储能模量(G')降低，但120分钟后模量部分恢复，提示降解片段在界面发生了重组。

3.5. 酶消化对WPM稳定的Pickering乳液的影响

激光粒度分析表明，随着酶浓度增加，颗粒粒径分布向小尺寸方向移动。在酶浓度为3.75和5 mg/mL时，共聚焦显微镜直接观察到了油滴的聚并现象，破乳效率分别达到4.11%和5.48%。

该研究证实了通过胰蛋白酶降解可实现WPM基Pickering乳液的可控破乳。酶解导致颗粒尺寸减小，界面膜强度降低，当酶浓度足够高时引发液滴聚并。然而，酶解时间过长可能引起界面重组，反而增强界面膜强度。这一发现为设计刺激响应型食品递送系统提供了新思路，通过精确调控酶解条件可实现活性成分的定时定点释放，在功能性食品开发领域具有重要应用前景。未来研究可聚焦于优化蛋白酶处理条件，并开展原位实验深入探索颗粒水解对界面行为的实时影响。