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IF=7.2!中国农业科学院:基于比例调控的葵花籽蛋白-磷脂界面工程及其对亚麻籽油水包油乳液中α-亚麻酸生物可及性的提升研究

  • 2026-10-12 07:13:14
IF=7.2!中国农业科学院:基于比例调控的葵花籽蛋白-磷脂界面工程及其对亚麻籽油水包油乳液中α-亚麻酸生物可及性的提升研究

图文来源:作者团队

基于比例调控的葵花籽蛋白-磷脂界面工程及其对亚麻籽油水包油乳液中α-亚麻酸生物可及性的提升研究

中国农业科学院油料作物研究所:Lei Wang(第一作者),邓乾春研究员(通讯作者)等在期刊《Journal of Future Foods》 (IF:7.2)上发表了题目为“Ratio-Dependent Engineering of Sunflower Protein–Phospholipid Interfaces in Flaxseed Oil-in-Water Emulsions: Toward Enhanced α-Linolenic Acid Bioaccessibility”的论文。

01
研究概述

植物蛋白-磷脂复合界面结构的理性设计,为乳液基食品体系中疏水性营养素的稳定化与递送提供了前景广阔的策略。本研究通过系统调控葵花籽分离蛋白(SPI)与磷脂(PL)在不同比例下共同稳定的亚麻籽油水包油乳液,旨在阐明其结构-功能-消化性能之间的内在关联。多谱学表征表明,SPI与PL的相互作用诱导了蛋白质构象的显著重排,具体表现为α-螺旋含量从27%下降至11%,同时表面疏水性显著增强。在油水界面处,特定的SPI/PL配比(尤其是1:1和1:3)促进了具有粘弹性和抗变形能力的复合界面膜形成,并显著提升了其机械强度。这些优化的界面结构使得乳液液滴尺寸显著细化(0.24–0.44μm,而单一SPI稳定乳液约为8.0μm),同时大幅提升了体系的物理稳定性。在体外模拟胃肠道消化过程中,富磷脂乳液(SPI/PL比例为1:3–1:7)表现出优异的胃部稳定性并加速了肠道脂肪水解,其游离脂肪酸释放率峰值达到81.8%,显著高于单一SPI乳液的59.1%。重要的是,在该比例范围内,增强的混合胶束形成能力与更高的脂质负载容量,使得α-亚麻酸的绝对生物可及性达到最高值(约1.35mg/g)。总体而言,本研究揭示了比例依赖的SPI-PL协同作用能够有效调控界面结构,从而为提升可持续植物基乳液递送系统中生物活性脂质的稳定性、消化率及生物可及性提供了有效策略。

02
研究背景

全球食品消费模式正在经历深刻而持续的转型。在消费者日益重视可持续健康饮食、动物福利意识增强、素食与弹性素食生活方式兴起以及各类宗教饮食限制普遍存在的驱动下,植物基食品的需求持续稳步增长。市场研究数据显示,2024年全球植物基食品市场价值达283.8亿美元,预计到2032年将增长至1769亿美元。同期,2023年全球植物蛋白市场规模为122.4亿美元,预计到2031年将达到201亿美元,年复合增长率约为6.40%。在此背景下,植物蛋白的开发与利用已成为食品科学与营养领域的研究热点。全球科研力量正日益聚焦于寻找可持续、功能性强且营养均衡的动物蛋白替代品,以满足技术与健康双重需求。葵花籽分离蛋白作为葵花籽油加工的副产物,凭借其良好的营养特性、均衡的氨基酸组成、丰富的原料来源及非转基因属性,成为植物基食品配方中极具潜力的原料,受到广泛关注。然而,SPI的实际应用常受限于其溶解性、胶体稳定性及乳化性能的不足,制约了其在复杂食品体系中的广泛应用。因此,开发有效策略以提升SPI的功能特性,实现"全天然、高功能、广适用"的目标,已成为关键研究重点。

乳液基递送系统是现代食品与制药产业的核心技术,能够实现脂溶性生物活性化合物的包埋、保护,并提升其稳定性和生物利用度。α-亚麻酸作为一种必需n-3多不饱和脂肪酸,在亚麻籽油中含量丰富,其心血管保护、抗炎及促进神经系统发育等健康功效已获广泛认可。然而,ALA分子中三个不饱和双键的存在使其极易发生氧化降解,而其强疏水性导致水溶性差、生物利用度低,严重限制了其在功能性食品和营养品中的应用。构建水包油乳液递送系统,将油相分散为微米或纳米级液滴,能有效增加比表面积并调控界面性质,从而促进胃肠道对脂溶性营养物质的消化吸收,为ALA递送提供有效策略。

乳液的稳定性与功能性能主要取决于乳化剂在油水界面形成的界面层的结构与性质,这一复杂现象涉及界面化学、胶体科学和软物质物理。蛋白质乳化剂主要通过其固有的两亲性质实现稳定作用,通过界面吸附、展开与重排,提供静电斥力与粘弹性界面网络。磷脂作为生物膜的关键结构成分,是一类具有独特两亲结构的天然低分子量表面活性剂。其分子结构由亲水性磷酸基团头部和疏水性脂肪酸尾部组成,能够实现快速界面吸附、有效降低界面张力并产生空间稳定效应。然而,单一乳化剂稳定的乳液体系存在固有局限:蛋白质稳定的乳液常对环境压力(如pH变化、离子强度、热处理)敏感,易发生聚集或相分离;而磷脂稳定的乳液则可能因界面膜黏度低、机械强度不足而出现奥斯特瓦尔德熟化与聚结现象,其乳化效率高度依赖于磷脂组成。因此,以适宜比例复合蛋白质与磷脂,有望产生协同稳定效应,构建多组分、层级化的复合界面结构。此类界面可整合蛋白质的网络形成能力与磷脂的高表面活性及致密分子排布,从而获得具有增强物理稳定性、可调控脂质消化行为及提升包埋生物活性物质生物可及性的乳液体系。

已有研究表明,调整豌豆蛋白与磷脂酰胆碱的比例可显著改变界面厚度与粗糙度,从而改善O/W乳液的氧化稳定性。类似地,乳清蛋白与乳脂肪球膜磷脂的相互作用能够改变WP的二级与三级结构,促进致密界面层形成,提升体外胃肠道模拟中的乳化性能、物理稳定性与脂质消化效率。此外,乳清蛋白与磷脂的共吸附可改善乳液分散性与稳定性,同时实现磷虾油中EPA和DHA等功能脂质的高效体外与体内递送。类似的协同效应在其他蛋白-磷脂体系(如大豆分离蛋白-磷脂酰胆碱、酪蛋白-卵磷脂共稳定乳液)中亦有报道,这些体系均表现出增强的物理、化学及氧化稳定性,并改善了脂质消化行为。尽管已有这些进展,针对SPI-PL复合体系的系统性研究仍显不足。特别是对其分子相互作用机制、比例依赖性界面组装行为,以及由此对脂质消化与营养素(尤其是ALA)递送效率的调控机制,尚缺乏全面理解。若干关键科学问题仍未解决,包括SPI-PL复合的分子基础、组分比例对复合界面结构与性质的影响,以及此类界面调控脂质水解动力学与ALA生物可及性的内在机制。

03
研究方法与结论

本研究采用多尺度、机制导向的研究策略,旨在阐明SPI-PL复合乳液作为高效ALA递送系统的结构-功能-消化关系。具体目标包括:(1)利用荧光光谱、圆二色光谱与傅里叶变换红外光谱在分子水平阐明SPI-PL相互作用;(2)以富含ALA的亚麻籽油为油相,构建SPI-PL复合物共稳定的O/W乳液,通过界面吸附动力学、粒径与ζ电位分析及稳定性评估,系统表征其界面性质、乳化性能与物理稳定性;(3)结合体外模拟胃肠道消化模型、共聚焦激光扫描显微镜与气相色谱技术,评估乳液的消化归宿,重点探究脂质水解动力学与混合胶束相中ALA的生物可及性。通过这种集成研究路径,本研究旨在建立一个连接分子相互作用、界面结构与营养功能的综合机制框架,从而为高效、可调控且可持续的植物基营养素递送系统的理性设计提供理论基础与技术指导。

本研究表明,通过SPI与PL协同稳定亚麻籽油水包油乳液,可有效同步提升植物基脂质递送系统的理化稳定性与ALA生物可及性。通过系统调控SPI/PL比例,能够实现对界面组装行为的精确调控,从而优化界面性质、减小液滴尺寸、增强乳液稳定性,并促进脂质消化及ALA的胶束增溶。值得注意的是,特定比例(尤其是1:3和1:7)的SPI-PL乳液展现出最高的ALA生物可及性,突显了乳化剂组成与协同界面相互作用在调控营养素递送效率中的关键作用。这些改善是通过分子、界面及胶体层面的多级协同机制实现的,包括蛋白质构象重排、复合界面膜形成、液滴尺寸细化以及消化过程中混合胶束脂质负载能力的增强。总体而言,本研究为植物蛋白-PL复合乳液的理性设计提供了机制认知与实践指导,从而拓展了可持续植物基体系在功能性食品与营养制剂中的应用前景。未来研究可聚焦于进一步优化粒径分布与界面膜结构,应对液滴均一性与界面厚度控制等技术挑战,并探索物理场诱导的SPI结构修饰,以进一步提升其在具有高稳定性与高生物可及性的乳液体系中的应用性能。

04
创新点

(1)SPI-PL之间的相互作用会改变蛋白质的结构,从而提高其溶解度和分散性。

(2)比例为1:1和1:3的SPI–PL混合物能形成更具粘弹性且更稳定的界面膜。

(3)较高的磷脂含量会降低乳滴的大小,从而提高乳液的稳定性。

(4)高PL乳剂在胃中仍能保持稳定,并能促进脂质水解至 81.8%。

(5)SPI–PL(比例为1:3、1:7)能最大程度地提高ALA 的生物可利用性,在胶束中其含量可达到约1.35毫克/克。

05
图文赏析

原文链接:

https://doi.org/10.1016/j.jfutfo.2025.12.011

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翻译:杜润峰

编辑:科研小助

审核:杨静

专家指导:张丽霞

供稿团队:花生资源挖掘与品质调控创新团队

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