《Food Research International》：Controllable alkaline dissociation of anionic polysaccharides governs nano-coassembly with soy
β-conglycinin: a rational design for intestinal-targeted delivery systems
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多糖解离特性调控大豆β-凝絮蛋白纳米复合物构建及姜黄素递送研究，发现海藻酸钠（SA）通过链段解离与7S蛋白形成85.76 nm均匀核壳纳米颗粒，其包埋姜黄素稳定性达87.28%，胃酸条件仅释放17.61%，生物利用率提升4倍。
朱文文|张炯|唐传和
华南理工大学食品科学与工程学院食品胶体与纳米技术研究组，中国广州510640
摘要
蛋白质与多糖之间的结构依赖性相互作用对于设计功能性纳米复合材料至关重要，然而在pH变化条件下控制纳米结构形成的机制仍需进一步探索。本研究创新性地提出，阴离子多糖（海藻酸钠（SA）、κ-卡拉胶（CS）和果胶（PE）的可控碱性解离特性是通过绿色pH变化方法调节大豆β-凝集素（7S）-多糖纳米复合材料结构和功能的核心。海藻酸钠具有中等电荷密度，并在碱性条件下发生链解离，通过强烈的焓驱动相互作用形成均匀的核心-壳层纳米颗粒（85.76纳米）；而高电荷的卡拉胶（链缠结过度）和支化的果胶（解离不完全）则导致不均匀聚集（113.3–229.5纳米）。最佳配比的SA/7S纳米复合材料表现出高姜黄素包封率（87.28%）、优异的储存稳定性以及潜在的肠道递送能力，在胃酸条件下仅释放17.61%的姜黄素，最终生物利用度达到72.76%（是游离姜黄素的4倍）。这项工作为基于蛋白质的纳米递送系统中多糖的结构-功能关系提供了新的见解，为植物基功能性食品中的肠道靶向营养载体提供了合理的设计策略。
引言
尽管生物活性化合物（如多酚、维生素和植物甾醇）具有多种健康益处，但由于稳定性低、生物利用度差和靶向性不佳，其在实际应用中常常受到限制（Sabet, Rashidinejad, Melton, & McGillivray, 2021）。因此，基于食品的纳米载体成为改善这些化合物保护性、递送性和功能性的有希望的平台（Das, Basak, & Ganguly, 2024; Das & Ganguly, 2023; Xue & Luo, 2023）。值得注意的是，Livney团队首次报道的pH变化方法用于制备酪蛋白纳米颗粒（Semo, Kesselman, Danino, & Livney, 2007），因其无溶剂、低能耗的特点而受到广泛关注（Wang, Wu, Wang, & Zhong, 2022）。大豆β-凝集素（7S）作为大豆中的主要贮藏蛋白，由于其结构适应性和优异的生物相容性，是一种理想的食品级载体，但在pH变化过程中容易发生不可逆的聚集（Liu, Liu, Li, Zhang, & Tang, 2019）。蛋白质-多糖复合材料可以缓解这种聚集现象，但由于多糖的结构多样性，其在pH变化下的组装行为变化很大，目前尚不清楚。蛋白质-多糖复合材料通常比单一组分载体具有更多优势，因为它们具有可调的功能性、改善的界面性质和增强的生物相容性（Wei & Huang, 2019; Xue et al., 2023）。更广泛地说，表面工程纳米载体的最新进展突显了界面修饰在提高不同应用场景下递送功能的重要性（Basak, Das, & Ganguly, 2025）。在这个系统中，多糖的结构多样性在调节复合材料的结构和功能性能方面起着核心作用。阴离子多糖在食品递送系统中被广泛应用，其化学结构（线性或支化）、电荷密度、链柔韧性（分子量、聚合度）和取代基团（甲基化、硫酸化）各不相同，这些因素决定了它们与蛋白质的相互作用及随后的胶体稳定性（Doublier, Garnier, Renard, & Sanchez, 2000; Drusch, Eichhorn, Heinert, Wei?brodt, & Morales-Medina, 2024）。例如，含有羧基的线性海藻酸钠（SA）具有口服药物递送的关键特性，包括黏膜粘附、凝胶化和pH敏感性（Agüero, Zaldivar-Silva, Pe?a, & Dias, 2017），而硫酸化的线性多糖κ-卡拉胶（CS）具有高电荷密度和强的凝胶能力（Sharma, Ziegler, & Harte, 2025）。相比之下，含有支化区域和不同酯化程度的果胶（PE）在含蛋白质系统中的相互作用行为更为复杂（Morales-Medina et al., 2022）。这些结构差异直接影响蛋白质-多糖复合材料的形成：SA-酪蛋白复合物在pH 5.0时通过静电作用增强姜黄素的稳定性（Yi et al., 2021），而CS-大豆蛋白复合物在pH 6.5时通过形成刚性微尺度三元复合物提高槲皮素的保留率（Wang, Liu, & Gao, 2016）；通过pH 3.5的预酸化处理，更致密的甲基化果胶-乳清蛋白分离物共聚物得以形成（Raei, Rafe, & Shahidi, 2018）。
至关重要的是，大多数现有研究都是在静态、预定义的pH条件下通过直接混合或过程辅助组装进行的。虽然这些传统方法适用于形成简单的复合物，但由于聚集和链构象控制不足，它们对纳米结构的可调性有限（Doshi et al., 2024）。通过反溶剂法制备的复合材料通常需要额外的试剂，试剂的选择显著影响颗粒形态（Peng, Jin, Zhou, Ren, & Li, 2020）。尽管pH变化已被证明能够以环保的方式实现大豆蛋白质的结构重组和纳米化，但在pH变化过程中同时引入多糖是否也能诱导协同的纳米组装，以及生物聚合物的碱性解离行为如何影响它们的相互作用途径和最终纳米结构，目前仍不清楚。
为了解决这一难题，本研究提出了一种不同于传统方法的解离导向组装策略。利用三种阴离子多糖（SA、CS和PE）的碱性解离特性作为可编程的预状态，以调节其在pH变化下的后续共组装。通过结合浊度分析、等温滴定量热法（ITC）、荧光光谱、流变学和X射线光电子能谱（XPS），建立了多糖特性与pH变化纳米组装之间的结构-功能关系。此外，优化后的复合材料用于姜黄素的纳米包封，并通过体外消化模型验证了其稳定性、控制释放能力和肠道靶向潜力。这项工作为制备蛋白质-多糖纳米载体提供了机制上的见解，为开发定制的食品级纳米递送系统提供了理论指导。
材料
大豆β-凝集素（7S）是根据Nagano、Hirotsuka、Mori、Kohyama和Nishinari（1992）提出的方法，使用脱脂大豆粉（中国山东宇旺工业商贸有限公司）制备的。冻干7S的蛋白质含量约为87.9%（干基），采用Dumas法测定，氮转换因子为6.25。海藻酸钠（SA，分子量140–150 kDa，CAS编号9005-38-3）、果胶（酯化度≥65%，CAS编号9000-69-5）和卡拉胶（CAS编号……）
大豆β-凝集素和三种多糖的碱性解离行为
在极端碱性条件（pH 12.0）下，生物聚合物的初始状态为后续组装奠定了基础。图1显示了7S和三种多糖的pH依赖性物理化学变化。总体而言，7S亚基的聚集行为对溶剂环境非常敏感，亚基的暴露程度差异最终会改变其等电点（pI）和电荷分布（Lakemond, de Jongh, Hessing, Gruppen, & Voragen, 2000）。7S的pI发生了变化……结论
本研究提出了一种解离导向的共组装策略，利用多糖的碱性解离行为来调节它们在pH变化下与大豆β-凝集素（7S）的共组装。海藻酸钠（SA）具有中等电荷，并能在碱性条件下解离成短链，通过与7S的焓驱动、特异性相互作用促进了均匀且稳定的纳米颗粒（85.76纳米）的形成。相比之下，高电荷的……
CRediT作者贡献声明
朱文文：撰写——初稿、方法学、实验设计、数据管理。张炯：方法学、数据分析、数据管理。唐传和：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、方法学、概念构思。利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了中国国家自然科学基金（项目编号：32172343）的支持。
