脂溶性营养素,如维生素A、类胡萝卜素、姜黄素和虾青素(Zhang, Zhang, Liang, Jiang, & Sui, 2021),通过提供能量、抗氧化作用和维持正常生理功能在人体健康中起着关键作用(Hirota, Okamoto, Baba, & Suhara, 2025)。然而,这些脂溶性生物活性化合物在光照和温度等特定条件下极易发生降解、氧化或异构化。因此,在将其添加到食品中时需要采取保护措施以防止其变性。乳液能够模拟消化过程、调节释放部位并发挥协同效应,这使得基于生物大分子的乳液输送系统成为当前的研究重点。
关于乳液制备的研究表明,植物蛋白具有低成本、环保、高营养价值以及优异的乳化性能等优点(de Carvalho, Fazani, & Kawazoe, 2025)。燕麦蛋白分离物(OPI)具有高营养价值和独特的功能特性,如乳化性能(Liu et al., 2009)。其中,其球蛋白组分与大豆11S球蛋白的结构相似性赋予了OPI凝胶化能力。此外,热处理可将OPI六聚体分解为单体(Yang, Wang, & Chen, 2017)。这种结构转变通过暴露疏水区域并增强界面活性,使OPI成为高效的乳液稳定剂。在微酸性条件下,OPI的溶解度和乳化能力较低,限制了其在水基食品中的应用。因此,关于OPI稳定乳液的研究主要集中在将其与其他大分子结合上。
蛋白质与多糖之间的相互作用主要通过两种机制实现:共价结合和非共价结合。共价结合形成了稳定且不可逆的复合物,显著提高了系统的热稳定性和功能性能。而非共价相互作用主要通过氢键、疏水作用、静电吸引(Gentile, 2020)和范德华力等物理力来实现。这些相互作用是可逆的,并且高度依赖于溶液环境,如pH值和离子强度。在实际复杂系统中,共价和非共价机制通常协同作用,共同调节复合物的形成、结构和稳定性,从而显著影响蛋白质-多糖复合物在食品应用中的功能性能。由于非共价结构,这些复合物表现出改善的溶解度、表面活性、凝胶化能力、乳化性能和发泡性能。
复合颗粒的设计旨在结合蛋白质和多糖的固有优势,从而产生协同效应。因此,由蛋白质和多糖物理混合形成的复合颗粒比纯蛋白质颗粒具有更好的乳化性能(Gentile, 2020)。使用蛋白质-多糖复合颗粒作为乳化剂的乳液的主要稳定机制是在分散相液滴周围形成单层或多层颗粒。这一机制主要与乳液液滴之间的空间排斥和静电排斥有关(Wei & Huang, 2019)。带有相同电荷的蛋白质和多糖会导致分离;相反,相反电荷会引发静电吸引,导致形成富含生物聚合物的相和溶剂相(Wang, Chen, Yan, Li, & Qi, 2025)。复合物的稳定性受pH值显著影响,因为它决定了聚合物链与溶剂分子之间的相互作用。pH值的变化可能导致分散的生物聚合物从溶液中分离(Cortés-Morales, Mendez-Montealvo, & Velazquez, 2021)。同时,pH值通过影响多糖的电荷密度来调节凝胶网络的形成。蛋白质和多糖的净电荷受pH值的影响显著。在等电点附近,蛋白质的净电荷会发生反转(从正变为负或反之)。pH值的波动改变了静电作用的强度和性质,从而导致蛋白质和多糖之间的相分离或结合,这是由于热力学不相容性。
当前的研究主要集中在蛋白质与阴离子多糖的复合作用上,以提高乳液稳定性和包裹营养素,例如大豆蛋白分离物(Yang et al., 2025)和燕麦蛋白分离物(Wang, Liu, Zheng, Yuan, & Yang, 2024),它们与阴离子多糖结合用于营养素输送。尽管近年来蛋白质-阳离子多糖复合物在特定pH条件下的稳定性也显示出独特潜力(Moradi, Shamekhi, & Rafati, 2025),但对其相互作用机制及其在输送系统中的应用研究仍较为有限。作为天然阳离子多糖,壳聚糖具有优异的生物降解性、生物相容性和保湿性能。其带正电的分子链能够与带负电的表面活性聚合物发生反应并与其交联形成复合颗粒(Wang & Zhuang, 2022),从而提高蛋白质的稳定性并扩大其应用范围。然而,关于壳聚糖与燕麦蛋白分离物之间相互作用机制的系统研究以及将其作为输送载体的应用仍然相对较少。
因此,本研究探讨了OPI与CS之间的分子相互作用。在不同pH值和质量比条件下,研究了OPI/CS复合颗粒的特性和结合机制。此外,还考察了OPI/CS复合颗粒作为乳液稳定剂对乳液储存稳定性和流变性能的影响。利用OPI/CS乳液作为载体,包裹了β-胡萝卜素以评估其胃肠道释放速率、生物利用度和光热稳定性。这些发现为OPI/CS复合物在食品输送系统中的应用提供了理论基础。