通过毛细吸引力形成大豆蛋白分离物油凝胶，以实现高效的芝麻素输送

《Food Hydrocolloids》：Formation of soy protein isolate oleogels via capillary attraction for efficient sesamin delivery

芝麻素、蛋白基oleogels、毛细管悬浮技术、生物可及性、水饱和度

　　

白柳冰|刘明月|牟凯静|王海涛|谭明谦

中国辽宁省大连市大连工业大学海洋食品加工与安全控制国家重点实验室，邮编116034

摘要

芝麻素是一种天然存在于芝麻籽中的木脂素，具有显著的健康促进作用。然而，其固有的疏水性和化学不稳定性限制了其在食品系统中的应用。虽然基于蛋白质的油凝胶为封装和输送亲脂性化合物提供了一个可行的平台，但直接使用蛋白质来制备能够提高芝麻素稳定性和生物利用度的油凝胶的研究仍然不足。本文开发了一种使用大豆分离蛋白（SPI）和葵花籽油制备基于蛋白质的油凝胶的方法。在球磨过程中加入适量的水可以诱导SPI颗粒之间形成毛细桥，使SPI-油-水三元悬浮液转变为自支撑凝胶。研究了水饱和度（S）和蛋白质体积分数（φ）的影响，发现当S=0.1和φ=0.5时，油凝胶的稳定性最佳。所得油凝胶表现出较强的抗热应力和冻融循环能力。此外，与分散在普通油中的芝麻素相比，SPI-油凝胶显著提高了芝麻素的光稳定性、热稳定性和pH稳定性。最值得注意的是，油凝胶使芝麻素的生物可利用性和生物吸收率分别提高了60.88%和93.08%。总体而言，这些结果表明基于SPI的油凝胶为实际应用中稳定和输送芝麻素提供了一个有效的平台。

引言

芝麻素是一种天然存在于芝麻籽中的木脂素，已被广泛证明具有多种生理益处，包括抗氧化（刘等人，2025年）、免疫调节（李等人，2025年）和调节脂质（史、Karrar、刘、常、王，2022年）的作用。然而，由于其较差的水溶性和有限的稳定性，芝麻素的实际应用受到限制，这些因素共同导致了其胃肠道吸收不佳和生物利用度降低。因此，开发稳定且高效的输送系统对于最大化其生理效益至关重要。

油凝胶作为一种半固态的油基系统，作为控制或持续释放亲脂性生物活性化合物的输送平台受到了广泛关注（O'Sullivan、Barbut和Marangoni，2016年；王、孙、张、涂、谭，2026年；张等人，2026年）。传统的油凝胶化策略通常使用低分子量有机凝胶剂（如结晶蜡、脂肪酸或合成凝胶剂）来建立结构完整性。然而，依赖这些凝胶剂往往会增加配方复杂性并提高生产成本，同时可能影响安全性和食用性（Farooq、Ahmad、张、陈、张，2023年；Fu、Tan、Yusoff、Adzahan、Ismail-Fitry，2025年）。例如，使用蜂蜡和β-谷甾醇作为凝胶剂需要精确的加热和冷却步骤（张等人，2026年），而基于乙基纤维素的油凝胶通常需要多次加热步骤并加入棕榈蜡或米糠蜡等辅助稳定剂（Wang等人，2025年）。因此，这些传统方法在大规模食品级生产中存在挑战，并且无法满足对独立于凝胶剂、结构稳定的油凝胶的需求（Yang等人，2022年）。

蛋白质因其内在的营养价值、GRAS（普遍认为安全） status以及配方上的灵活性而成为有吸引力的油凝胶剂（Hu和Meng，2026年；Kew、Holmes、Stieger和Sarkar，2020年）。然而，直接将蛋白质分散到脂质相中通常无法引发油凝胶化，因为蛋白质在非极性环境中缺乏自发形成连续网络的能力。这种由蛋白质固有亲水性驱动的热力学不相容性限制了它们的界面分散，阻碍了致密油捕获基质的形成。因此，基于蛋白质的油凝胶通常通过间接方法制备（Scholten，2019年），例如乳液模板法或泡沫模板法。例如，玉米醇溶蛋白模板油凝胶需要超声乳化后进行二次处理（Wang、Rao等人，2022年）。同样，ι-卡拉胶和豌豆蛋白复合物需要稳定的泡沫，然后才能加入脂质相（如南极磷虾油，Sun、Wei和Xue，2025年）。尽管这些方法有效，但它们往往受到多阶段处理要求和高能耗的限制，从而限制了其工业可扩展性。

毛细悬浮技术是一种更直接的制备基于蛋白质的油凝胶的方法。在这种方法中，向蛋白质颗粒的油基悬浮液中加入少量第二种液体。这种第二相诱导相邻颗粒之间形成毛细桥，产生强大的颗粒间吸引力，从而驱动形成跨越空间的颗粒网络。这种相互连接的网络通过毛细作用和物理捕获有效地固定了液体油，无需多阶段处理或复杂的相变。因此，毛细悬浮概念为制备基于蛋白质的油凝胶提供了一种简单而高效的途径，具有潜在的可扩展性和工业可行性（Danov等人，2018年；Wang、Chen等人，2022年）。

最近，通过毛细力制备的蛋白质油凝胶受到了越来越多的关注。现有研究主要集中在关键因素（如蛋白质来源、水饱和度（S）和蛋白质体积分数（φ）对油凝胶流变性和结构性质的影响上（Wang、Chen等人，2024年；Wang、Li等人，2024年）。例如，关于油极性对油凝胶形成的影响的研究表明，油极性与产率应力呈负相关。虽然这些毛细驱动的系统已被初步评估为营养品的输送载体——尤其是在乳清蛋白微凝胶基质中稳定ω-3多不饱和脂肪酸方面（Yang等人，2022年）——但它们作为综合输送平台的应用仍然较少见。因此，深入理解它们在保护生物活性化合物和增强其吸收方面的作用对于开发功能性食品系统至关重要。

本研究开发了一种直接通过毛细悬浮制备基于蛋白质的油凝胶的方法，旨在提高芝麻素的稳定性和生物利用度。由于葵花籽油的高营养价值和在油凝胶系统中的广泛应用，选择它作为连续油相（Walendziak、Douglas和Kozlowska，2025年；Wang、Espert、Flores、Sanz和Salvador，2025年）。如图1A所示，首先将大豆分离蛋白（SPI）分散在葵花籽油中，然后通过球磨制备亚微米级蛋白质悬浮液。在二次球磨过程中加入适量的水，诱导形成了稳定的油凝胶网络。这种方法无需外加凝胶剂即可将蛋白质悬浮液直接转化为结构化的脂质。系统研究了S和φ对油凝胶形态和流变性质的影响。利用流变数据得到的分形维数来量化蛋白质对网络形成的贡献。最后，评估了油凝胶中封装的芝麻素的稳定性、生物可利用性和口服生物吸收率。总体而言，本研究为改善芝麻素的输送提供了理论基础，并突出了基于蛋白质的油凝胶作为亲脂性生物活性化合物载体的潜力。

材料

大豆分离蛋白（SPI）购自上海源叶生物技术有限公司（中国上海）。芝麻素（纯度>98%）购自上海麦克林生化有限公司（中国上海）。葵花籽油购自山东金龙鱼有限公司（中国山东）。所有溶液均使用去离子水制备。

大豆分离蛋白油凝胶的制备

使用F-MM400高能振动球磨机（Focucy，中国）制备SPI油凝胶，该设备配备有50毫升的氧化锆罐和20克氧化锆球。

通过球磨制备SPI油凝胶

分析了在不同条件下制备的SPI分散液的颗粒尺寸分布（图1B）。使用转子-定子分散法时，平均颗粒尺寸从45.21 ± 4.15 μm减小到18.23 ± 1.36 μm；而球磨法得到的颗粒尺寸显著更小，为0.91 ± 0.18 μm，反映了其更高的剪切和混合效率。从胶体角度来看，较小的颗粒尺寸更有利于形成跨越空间的网络。

结论

本研究成功使用球磨和水作为第二流体制备了稳定的基于毛细作用的SPI油凝胶。通过调整水和蛋白质的含量，可以调节油凝胶的流变性质，优化后的网络（S=0.10，φ=0.5）表现出频率独立的G′值和2.26的分形维数。这种结构显著提高了芝麻素的分子隔离效果，在受压条件下其保留率至少提高了30%。

作者贡献声明

谭明谦：撰写 – 审稿与编辑，资金获取。牟凯静：可视化，正式分析。王海涛：监督，项目管理，方法学，资金获取。刘明月：研究，正式分析，数据管理。白柳冰：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，可视化，验证，软件应用，方法学，研究，正式分析，数据管理，概念构思

未引用的参考文献

O'Sullivan等人，2016年；Wang等人，2022a；Wang等人，2022b；Wang等人，2024a；Wang等人，2024b；Wang等人，2025a；Wang等人，2025b。

利益声明

作者声明没有竞争性财务利益。

利益冲突声明

作者声明没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本工作得到了国家重点研发计划（2023YFD2100404）、国家自然科学基金（32372244）、辽宁省自然科学基金优秀青年学者项目（2024JH3/10200041）和辽宁振兴人才计划（XLYC2403016）的支持。