大豆蛋白分离物通过预热诱导的结构重排调控芸香苷的释放效率

《Food and Bioproducts Processing》：Modulation of Rutin Delivery Efficiency by Soy Protein Isolate via Preheating-Induced Structural Rearrangement

　　

肖旭|王婷|王江北|刘静|凌彦东|赵菊阳|张娜

哈尔滨商业大学旅游与烹饪学院，中国黑龙江省哈尔滨市150028

摘要

芸香苷是一种具有生理和药理活性的疏水性黄酮类化合物，但其低生物利用度限制了其应用。本研究探讨了预热（50-100°C）对芸香苷-大豆蛋白分离物（R-SPI）复合物结构和理化性质的影响。结果表明，尤其是在90和100°C下的热处理显著提高了芸香苷在R-SPI复合物中的包封效率（EE）、溶解度和生物可利用性。结构分析显示，预热处理增加了SPI的α-螺旋含量和疏水基团的暴露程度，从而通过疏水相互作用（静态淬灭）增强了其对芸香苷的包封能力。重要的是，体外消化实验表明，消化产物的荧光强度、芸香苷的生物可利用性和其EE之间存在显著正相关，证实了有效的包封和特定的消化转化行为共同作用，是提高芸香苷生物效力的关键机制。这些发现凸显了SPI作为提高芸香苷生物可利用性和扩展其在各个领域应用的有效载体的潜力。

引言

芸香苷是一种具有生物活性的黄酮类化合物，以其在芬顿反应中的抗氧化作用及其对低密度脂蛋白氧化的抑制作用而闻名，同时还具有抗菌、抗炎、抗氧化、抗过敏等多种生理活性（Farha等，2022年；Wani等，2023年）。此外，研究还表明芸香苷在治疗癌症、糖尿病、高血压、阿尔茨海默病和高胆固醇等慢性疾病方面具有药理益处（Al-Dhabi等，2015年；Zielińska等，2025年）。尽管具有潜在的健康益处，但由于芸香苷的生物利用度低，其在实际应用中并未得到广泛推广，相关功能产品也很少。造成这一限制的主要因素是其在肠道吸收前在胃环境中部分降解（Acevedo-Fani等，2021年）。此外，一部分芸香苷未经改变直接到达结肠，在那里被肠道微生物群酶转化为多种酚酸。结肠微生物群表现出多样的去糖基化活性，释放出苷元，这些苷元会迅速降解为更简单的酚类化合物（Rechner等，2004年）。这种在胃肠道中的广泛降解从根本上限制了可吸收的完整芸香苷的数量。因此，需要通过包封来保护芸香苷免受胃中的过早降解，并提高其在小肠中的渗透性，从而促进吸收。由于在吸收部位的溶解化是肠道摄取的动力（Premathilaka等，2022年），因此提高芸香苷的水溶性被认为是提高其整体生物可利用性和系统可用性的关键第一步（Yuan等，2024年）。为了解决这些问题，已经开发了多种包封系统，包括磷脂（Hashemzadeh等，2023年）、环糊精（H. Li等，2024年）、纳米颗粒（Yuan等，2022年；Meng等，2021年；Yu等，2026年）和乳液（Karaca等，2023年）。

在这些方法中，使用纳米颗粒进行包封显示出提高疏水性生物活性化合物水溶性的显著潜力（Liu等，2022年；Nishimoto-Sauceda等，2022年；Zhang等，2025年；Jing等，2023年）。与其他生物大分子或纳米颗粒相比，基于蛋白质的载体因其出色的生物相容性、高营养价值以及在可持续性、经济性方面的易获取性而受到广泛关注，尤其是植物源蛋白质载体，因其符合素食者的需求而更具吸引力。最近的研究表明，植物源蛋白质纳米复合材料能有效提高难溶性生物活性物质的溶解度、稳定性和生物活性。大豆蛋白成本低廉、易于获取且营养价值高，目前被认为是理想的包封体系载体（Chen等，2022年；Hu等，2023年；Lin等，2022年）。此外，SPI肽链中丰富的疏水氨基酸使其能够与生物活性化合物（尤其是疏水性化合物）形成稳定的复合物，这从理论上使其成为构建高效递送系统的理想载体。

生物活性化合物的水溶性受到其与蛋白质形成非共价复合物能力的影响，尤其是通过氢键和疏水力的作用。例如，Xu等（2024年）发现大麻籽球蛋白通过氢键和范德华力与大麻素A（CA）形成了稳定的复合物，显著提高了CA的水溶性，体现了蛋白质作为亲脂性活性成分天然递送载体的作用。虽然自组装操作简单，但其效果往往受到蛋白质紧凑天然构象中疏水氨基酸残基隔离的限制。相比之下，预热处理可以诱导蛋白质展开，从而暴露出原本被隐藏的结合位点，增强结合能力。Liao等（2022年）研究表明，在100°C下用槲皮素处理膳食蛋白（乳清蛋白分离物、酪蛋白钠和SPI）会导致结构展开和疏水氨基酸残基的暴露，使得槲皮素的溶解度明显高于在30°C处理的样品。同样，我们之前的研究（Zhao, Yuan等，2024年）在SPI-儿茶素体系中证实，随着预热温度的升高，疏水相互作用逐渐增强，在70°C时达到了93.71%的儿茶素包封效率和最高的水溶性。总体而言，预热诱导的蛋白质展开是一种简单、高效且环保的提高多酚溶解度的策略。然而，尚不清楚预热条件是否会进一步促进芸香苷与SPI之间的相互作用，从而提高芸香苷的水溶性。需要进一步研究来澄清这一点。

基于此，本研究旨在探讨预热处理对芸香苷水溶性的影响，探索复合载体的结构和理化性质变化，并讨论相互作用机制，为制备具有优异生物利用性的R-SPI复合物奠定理论基础。

部分摘要

材料

芸香苷（纯度>98%）购自安徽合肥博美生物有限公司。脱脂大豆片购自哈尔滨宇 King 植物蛋白有限公司。所有其他试剂均为分析级，实验过程中使用蒸馏水。

大豆蛋白分离物的制备

根据Zhao, Yuan等（2024年）的方法，采用碱提取（pH 7.8）和等电点（pI 4.5）下的酸沉淀法从脱脂大豆片中收集SPI。

芸香苷的包封效率（EE）和释放度（LA）分析

为了获得芸香苷的最大吸收波长，采用了NaNO?-Al(NO?)?-NaOH比色法。所得到的芸香苷-铝复合物在500 nm处显示出最大吸收，因此选定为检测波长（图S1A）。在4-24 μg/mL范围内获得了线性校准曲线（图S1B），得到方程式y = 0.0347x + 0.0171（R2 = 0.9996）。

EE是包封效率的关键指标，而LA直接量化了载体的

结论

在本研究中，我们通过不同温度下的预处理构建了R-SPI复合物作为芸香苷的递送载体。SPI的二级结构在预热处理后从无序状态转变为有序状态。同时，三级结构分析确认预热处理导致SPI肽链展开，形成了更稳定的结合系统。展开的SPI与芸香苷的结合遵循静态荧光淬灭机制。

CRediT作者贡献声明

凌彦东：撰写 – 审稿与编辑，软件处理。刘静：撰写 – 审稿与编辑，软件处理。王江北：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，实验研究。王婷：撰写 – 审稿与编辑，数据可视化，实验研究。肖旭：撰写 – 初始稿件，方法学设计，数据整理。张娜：验证，项目管理，资源协调。赵菊阳：撰写 – 审稿与编辑，项目管理，方法学设计，资金获取，概念构思。

作者声明无潜在的利益冲突。