糖基化β-乳球蛋白-纳米纤维稳定的皮克林乳液,以提高与肠道细胞的相容性

《Food Chemistry》:Glycosylated β-lactoglobulin-nanofibril-stabilized pickering emulsions for enhanced intestinal cell compatibility

【字体: 时间:2026年02月24日 来源:Food Chemistry 9.8

编辑推荐:

  糖基化β-乳球蛋白在酸性热处理中形成纳米纤维,作为Pickering乳液稳定剂显著提升体系稳定性和均匀性,且对小肠上皮细胞(IEC-6)无毒性,浓度0.2%-1%时细胞活性维持或略有增强。

  
Xinguang Qin|Fei Hu|Lian Zhou|Xiaohui Di|Liang Liu|Gang Liu
武汉理工大学食品科学与工程学院,中国武汉

摘要

本研究系统地探讨了糖基化β-乳球蛋白(β-lg)在酸性热处理下形成蛋白质纳米纤维的过程及其作为皮克林乳液稳定剂的潜力,并考察了这些糖基化蛋白质纤维稳定乳液对小肠上皮细胞的毒性及其对细胞活性的影响。通过对纤维构象演变和疏水性变化的分析发现,糖基化有效抑制了纤维聚集并提高了稳定性。由糖基化蛋白质纤维稳定的皮克林乳液表现出更均匀的粒径分布和更稳定的结构。细胞实验表明,这些乳液显著降低了活性氧(ROS)和一氧化氮(NO)的水平。细胞存活率测试显示,这些乳液对IEC-6细胞没有毒性作用,甚至观察到了轻微的促细胞存活效果。总之,糖基化蛋白质纤维作为新型食品级皮克林稳定剂具有巨大潜力,为功能性乳液载体系统的开发提供了理论基础和技术支持。

引言

皮克林乳液是基于固体颗粒在油水界面形成的物理吸附层原理开发的,从而防止了界面张力的扰动和相分离(Daradmare & Lee, 2022; Kong et al., 2025; Li et al., 2024)。与传统表面活性剂乳液相比,这些系统通常具有更高的物理稳定性和环境耐受性。此外,在食品输送系统中,这种独特的界面模式能够保护封装的功能成分免受胃肠道环境的降解(Mwangi et al., 2020; Qin et al., 2021),并通过调节颗粒实现药物的控制性和靶向释放(Meng et al., 2024; Xie et al., 2023)。因此,皮克林系统在口服输送和肠道靶向营养干预等方面具有显著优势,正逐渐成为设计食品输送系统的关键策略之一。皮克林乳液的界面性能与所用颗粒的物理化学性质密切相关(Wang et al., 2023; Wei, Tong, Dai, Ma, et al., 2020; Wei, Tong, Dai, Wang, et al., 2020),如表面疏水性、结构稳定性、粒径和多分散性,这些性质直接影响乳液的配置和性能。
在这方面,蛋白质因其两亲性而成为制造皮克林稳定剂的极有前景的天然候选材料。这种两亲性使蛋白质能够在油水界面有效吸附,同时其生物相容性和可降解性对于食品和生物医学应用至关重要。除了稳定功能外,蛋白质还作为重要的营养来源具有额外价值。此外,通过各种物理、化学或酶促修饰(如糖基化、纤维化)可以精确调控其界面性质、稳定性和生物活性,以满足特定的输送需求。因此,基于蛋白质的皮克林颗粒代表了一个多功能且可持续的平台,完全符合对清洁标签、多功能和安全食品级输送系统的日益增长的需求(Fathi et al., 2018; Wan et al., 2015)。然而,大多数现有研究主要集中在优化基于蛋白质的皮克林颗粒的物理化学结构和界面性能上,往往仅将其视为被动稳定剂。重要的是,它们与胃肠道的活性生物相互作用,尤其是对肠道上皮细胞健康、氧化还原平衡和炎症的影响长期以来被忽视了。然而,任何口服输送系统的最终安全性和有效性不仅取决于物理稳定性,还取决于在复杂肠道微生物群中的生物相容性。如果不系统地评估细胞层面的反应,这些先进乳液在功能性食品或营养补充剂中的转化潜力仍然不确定。
目前,用于食品皮克林乳液配方的基于蛋白质的稳定剂主要包括乳清蛋白(Wu et al., 2015; Yang et al., 2022)、大豆蛋白(Ju et al., 2020; Yang et al., 2020)、豌豆蛋白(Ji et al., 2022)和玉米醇溶蛋白(Dai et al., 2018)。然而,水溶性蛋白质通常面临酸热处理和构象不稳定的问题,可能导致聚集、变性甚至沉淀(Liu & Zhong, 2013; Su et al., 2021),从而限制了它们在复杂食品系统中的应用。虽然醇溶性蛋白质具有很强的界面活性,但其水溶性较差,需要使用乙醇等有机溶剂,这增加了食品中化学残留的风险(Sarkar & Dickinson, 2020; Xiao et al., 2017)。因此,需要开发环保且有效的策略来调节水溶性蛋白质基皮克林颗粒,以提高其稳定性和界面性能。
蛋白质糖基化可以增强蛋白质的热稳定性、界面活性和抗氧化性能(Liu et al., 2020; Liu & Zhong, 2013)。这样的修饰可以显著提高它们在复杂食品系统中的适用性。通过自组装热诱导的蛋白质纤维化可以将蛋白质构象从球形转变为线性刚性结构,从而增强疏水性和界面吸附能力(Liu et al., 2020; Liu et al., 2021)。假设糖基化和纤维化结合使用可以产生协同效应。糖基化可能在蛋白质纤维上形成亲水性和空间稳定的外壳,从而提高其与水性食品基质的相容性以及在酸性条件下的抗聚集能力。纤维化则提供了坚固的结构支架和增强的表面活性。这种综合策略为制造高性能乳液稳定剂提供了巨大潜力,适用于复杂食品应用。
要将这一有前景的策略转化为食品产品,首要关注的是产品安全性。然而,目前仍缺乏对这类修饰蛋白质乳液在细胞层面的毒理学反应和安全性的系统评估。因此,本研究旨在使用β-lg作为模型,通过双重糖基化-纤维化策略制备可食用的蛋白质皮克林乳液系统,并使用小肠上皮细胞(IEC-6)模型对其进行系统评估。评估了细胞存活率、活性氧(ROS)和一氧化氮(NO)的释放及相关指标,以探索潜在的细胞应激反应和毒理学机制。这种系统的细胞毒性评估旨在为乳液系统在口服给药和功能性食品中的应用提供理论支持。

材料

乳清蛋白分离物WPI #9420购自Hilmar Ingredients(美国加利福尼亚州Hilmar)。甘露糖购自东京化学工业株式会社(日本东京)。中链甘油三酯(MCT)购自上海宜景工业有限公司(中国上海)。所有其他化学试剂均为分析级。2′,7′-二氯二氢荧光素二乙酸酯(DCFH-DA)购自Simga-Aldrich Corporation(美国密苏里州圣路易斯)。

糖基化β-乳球蛋白纤维(gβ-lgF)的制备

将乳清蛋白分离物(1%,重量/体积)溶解

ThT荧光分析

硫黄素T(ThT)与淀粉样纤维结合时表现出增强的荧光特性,因为它对蛋白质聚集物中的β-折叠结构具有高选择性。因此,可以通过ThT荧光强度的变化来表征蛋白质纤维的形成状态。如图1所示,糖基化蛋白质(gβ-lgF)的荧光强度在纤维化初期增加,随后随时间减少,反映了

结论

本研究系统地评估了不同糖基化和纤维化水平的β-lg形成的皮克林乳液的乳液稳定性和毒理学特性。在0.2%和1%浓度下,这些乳液系统对IEC-6小肠上皮细胞没有显著毒性作用,细胞存活率得到维持,甚至在较低浓度(0.2%)下表现出促进细胞存活的趋势,生物相容性略有提高

CRediT作者贡献声明

Xinguang Qin:撰写 – 原始草稿,概念构思。Fei Hu:方法学,数据管理。Lian Zhou:方法学,数据管理。Xiaohui Di:撰写 – 审稿与编辑,正式分析。Liang Liu:撰写 – 审稿与编辑,监督。Gang Liu:撰写 – 审稿与编辑,监督,项目管理。

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

本研究得到了国家自然科学基金(编号:32272261)和湖北省高校优秀中青年科技创新团队计划(编号:T2022023)的支持。同时,特别感谢来自广东以色列大学的Andreas Blennow教授的帮助。
相关新闻
生物通微信公众号
微信
新浪微博
  • 搜索
  • 国际
  • 国内
  • 人物
  • 产业
  • 热点
  • 科普

热点排行

    今日动态 | 人才市场 | 新技术专栏 | 中国科学人 | 云展台 | BioHot | 云讲堂直播 | 会展中心 | 特价专栏 | 技术快讯 | 免费试用

    版权所有 生物通

    Copyright© eBiotrade.com, All Rights Reserved

    联系信箱:

    粤ICP备09063491号