大豆壳多糖-大豆分离蛋白-大豆异黄酮纳米胶囊的制备工艺与结构变化：超声波处理的影响

《Food Hydrocolloids》：Changes in the fabrication and structure of soybean hull polysaccharide–soybean isolate protein–soy isoflavones nano capsules: Effects of ultrasonic treatment

本研究利用超声处理技术制备了SHPS-SPI复合壁材的SI纳米胶囊，系统研究了超声功率对结构、性能及靶向释放的影响，结果表明在300W时获得粒径约300nm、包封率>96%的稳定纳米胶囊，其保护SI并通过体外模拟胃肠消化实现靶向结肠释放，为开发新型SI功能食品奠定理论基础。

　　

罗可|向香仁|董华|徐 Bowen|刘军|马春芳|韩璐|刘贺

中国辽宁省锦州市渤海大学食品科学与技术学院

摘要

大豆异黄酮（SI）具有优异的功能特性；然而，它们容易受到环境条件的影响而发生改变。在这项研究中，使用大豆皮多糖（SHPS）- 大豆分离蛋白（SPI）复合物作为壁材，制备了纳米胶囊（SHPS–SPI–SI）用于SI的包封和递送。本研究详细探讨了超声波功率的影响。在理想条件下（300 W），这些纳米胶囊具有极小的粒径（约300 nm）、良好的分散性、出色的包封效率（>96%）以及最高的载药量（3.98%）。扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）证实了其均匀的球形结构和良好的分布。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线衍射（XRD）分析表明，超声波处理增强了分子间相互作用，并产生了非晶态结构。体外消化试验显示，这种复合纳米胶囊能够有效保护SI，并显著提高其在结肠中的靶向分布。SHPS–SPI–SI的生物利用度（97.11%）显著高于游离SI（86.56%）。这些定量结果表明，经过超声波优化的SHPS–SPI–SI纳米胶囊是一种有效的递送机制，为开发富含SI的创新功能性食品提供了坚实的理论和实践基础。

引言

大豆异黄酮（SI）是一类多酚类植物雌激素，具有多种生理作用，包括预防骨质疏松、降低心血管疾病风险和缓解更年期症状。因此，它们被视为激素疗法的可行替代品（Kenneth, 1998）。然而，由于溶解度低和不稳定，SI的生物利用度受到限制。

为了解决多酚类物质的生物活性稳定性及生物利用度问题，人们开发了多种包封技术，包括微乳液系统、脂质体药物递送系统、喷雾干燥技术和纳米颗粒包封技术（Grgi?等人，2020年）。本研究采用微胶囊技术来递送SI。这种方法通过使用纳米级壁材包封活性成分，提高了其溶解度、分散稳定性和生物利用度（Yuan等人，2021年）。例如，基于淀粉的纳米胶囊系统可以有效增强抗氧化活性参数、提高生物利用度，并掩盖不良风味化合物（Tian等人，2022年）。Ji等人（2023年）报告称，纳米包封处理显著提高了茶籽油的抗菌活性和抗氧化指标。这些发现表明，纳米胶囊技术在多酚类物质的靶向递送方面具有重要的科学意义和应用前景。

基于递送技术的筛选，本研究选择了大豆分离蛋白（SPI）和大豆皮多糖（SHPS）作为复合壁材。SPI是一种广泛可用的植物蛋白，具有优异的生物安全性和生物降解性，是食品和制药行业中的热门功能性成分。它可以通过疏水相互作用提高多酚类物质的稳定性和生物活性。SHPS是一种从大豆加工副产物中提取的天然多糖，具有显著的乳化性能、凝胶形成能力和抗氧化活性。SHPS还是水溶性聚合物胶体，具有复杂的三维网络结构和高生物相容性。根据先前的研究，SHPS可以与Fe³⁺配位形成核壳结构的凝胶颗粒递送系统（Wang等人，2020年）。此外，它还能提高高内相乳液的储存稳定性和冻融恢复率（Yang等人，2023年）。这些发现为开发SHPS–SPI复合递送系统奠定了理论基础。

超声波加工技术在食品工业中得到广泛应用，因为它效率高、成本低且操作简便。该方法能有效减小粒径、提高纳米胶囊的稳定性并提升包封效率。研究表明，通过调整超声波参数可以制备出具有优良物理和化学性质的纳米胶囊，同时还能改善微胶囊产品的感官品质（香气和质地）和功能特性（抗菌效果）（Abdeali等人，2021年）。Phyo等人（2025年）发现，使用超声波技术制备含有百里酚-肉桂醛的微胶囊（以壳聚糖和羟丙基甲基纤维素为载体）可以显著提高体外抗菌活性和体内效果，同时改善目标产品的香气、颜色、味道和质地。然而，目前利用超声波技术管理蛋白质-多糖-多酚三元复合体系以制备纳米级纳米胶囊并深入研究其结构-性质关系的研究仍然有限。本研究采用创新的超声波技术制备并调控SHPS–SPI–SI复合纳米胶囊的结构。在亲水性材料递送系统中应用超声波技术表现出良好的环境耐受性、优异的生物相容性和高效的细胞摄取性，为亲水性营养素的口服递送提供了前景（Tan等人，2019年）。关于基于多糖的微胶囊的研究表明，超声波处理可以引起分子重组、增强分子间相互作用，并促进具有明确核壳结构的微胶囊的形成，从而形成具有优越结构和稳定性的递送系统（Pallaeva等人，2025年）。

因此，本研究采用超声波技术这一实用且环保的物理方法，制备了由SHPS和SPI组成的复合壁材纳米胶囊递送系统（SHPS–SPI–SI）。系统研究了超声波功率参数对复合纳米胶囊结构和理化特性的影响，以及它们与功能特性的关系。通过模拟胃肠道消化试验，研究了微包封对SI释放模式和消化过程中生物利用度的影响。这种“加工-结构-功能”研究策略不仅证明了包封的可行性，还为实现受控的肠道释放提供了机制上的见解。

材料

大豆皮购自中国锦州的禹王公司。SPI（蛋白质含量≥95.0%，水分含量≤7.0%）购自中国山东禹王生态食品工业有限公司。SI（纯度≥98%）由中国陕西华碧泽信息技术有限公司提供。研究中使用的各种酶，如胃蛋白酶（3000U/mg）和胰蛋白酶（250U/mg），均购自北京Solarbio科技有限公司。

纳米胶囊的粒径、PDI和ζ电位

粒径和PDI是活性物质包封的关键参数（Azarashkan等人，2022年）。图1(A)显示，超声波处理显著减小了纳米胶囊的粒径，平均粒径从295.2 nm降至384.6 nm，其中450 W下的粒径最小。SPI具有高疏水性和低水溶性，这使得纳米胶囊的尺寸更小，而低水溶性则加快了纳米胶囊的制备速度。

结论

以SHPS和SPI作为复合壁材制备的复合纳米胶囊显示出作为SI递送载体的潜力。在300 W的超声波功率下，SHPS–SPI–SI颗粒体积小、形状均匀且无聚集现象。超声波处理使复合物呈现非晶态，突显了复合壁材的优势。此外，这些纳米胶囊能够在体外胃肠道消化过程中有效保护SI，并将其递送到结肠部位。

作者贡献声明

刘军：研究工作、资金获取。徐 Bowen：数据验证、数据管理。韩璐：写作-审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、资源协调、项目管理、方法设计、数据分析。马春芳：研究工作、资金获取。刘贺：写作-审稿与编辑、项目监督、资源协调、资金获取、概念构思。罗可：写作-审稿与编辑、初稿撰写、数据验证、软件应用、方法设计。

未引用参考文献

Li等人，2025年。

利益冲突

作者声明没有已知的利益冲突。

利益冲突声明

作者声明没有可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号32472389）和辽宁省自然科学基金博士研究启动项目（2024-BS-232）的支持。