玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物的制备方法、结构表征及其功能特性研究进展

玉米醇溶蛋白作为玉米中主要的贮藏蛋白，具有非致敏性、良好的成膜性和生物降解性，被视为公认安全的(GRAS)食品级原料。玉米醇溶蛋白分子中含有50%以上非极性氨基酸，基于非共价相互作用，通过分子组装可形成规则的玉米醇溶蛋白纳米颗粒，平均粒径约为50～200 nm，常作为生物活性物质的递送载体用于生物活性物质的控释。

此外，由于玉米醇溶蛋白兼具亲水和亲油特性，常用于制备Pickering乳液。由于单一玉米醇溶蛋白纳米颗粒具有较强疏水性，其制备的Pickering乳液呈明显分层现象，在食品领域中的应用受到限制。多糖与蛋白质之间通过静电、疏水与氢键作用形成的复合物可协同增强乳液稳定性。因此，对玉米醇溶蛋白和多糖纳米复合物开展系统、深入的探究具有重要意义。

上海交通大学农业与生物学院的孙翠霞、宋镜如和方亚鹏*综述了玉米醇溶蛋白与多糖纳米复合物的制备方法、 颗粒特性表征手段、颗粒特性影响因素及其功能特性，旨在为玉米醇溶蛋白和多糖纳米复合物的构建及其在食 品领域中的应用提供理论依据。

一、玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物的制备方法

1.1 反溶剂沉淀法

反溶剂沉淀(ASP)法，又称液-液分散法或相分离法，常用于制备玉米醇溶蛋白纳米颗粒，制备原理如图1所示，边搅拌边将去离子水滴入玉米醇溶蛋白乙醇水溶液(70%～80%)中，该过程使体系中乙醇浓度降低，玉米醇溶蛋白溶解度随之降低，结合分子自组装特性，分子发生聚集形成颗粒。玉米醇溶蛋白与多糖复合物的形成过程与单一玉米醇溶蛋白纳米颗粒相似，即将含玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液反溶剂至多糖溶液中，由于玉米醇溶蛋白具有高疏水性通常形成核，多糖由于强亲水性形成壳，故通过ASP法常形成具有壳-核结构的玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物。

此外，在一定实验条件下，玉米醇溶蛋白也可形成疏水性外壳。以水凝胶微粒为例，如图2所示，玉米醇溶蛋白在亲水核周围形成疏水性壳，水凝胶微粒从最初透明色(图2a)到壳形成后变得完全不透明(图2b)，该现象可由激光共聚焦染色结果证实(图2c)。

1.2 反溶剂共沉淀法

可构建反溶剂共沉淀(ASCP)法用于制备玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物。与ASP法(图3b)不同，ASCP法(图3a)要求多糖能溶解在含有玉米醇溶蛋白的乙醇水溶液中，然后按照一定体积比将其滴入去离子水中，形成玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物。与ASP法相比，ASCP法基于多糖可溶于乙醇水溶液的特性拓展了玉米醇溶蛋白与多糖的研究范围，且制备的玉米醇溶蛋白-多糖复合物具有更好的贮藏稳定性，显著提高了对多酚类生物活性物质的包埋率和负载量。然而，ASCP法仍需要使用大量乙醇，存在易燃易爆的潜在危害。

1.3溶剂蒸发法

溶剂蒸发法是通过旋转蒸发去除玉米醇溶蛋白和多糖复合体系中的乙醇，使体系极性发生变化，进而诱导玉米醇溶蛋白发生自组装，形成稳定的纳米复合物。溶剂蒸发法制备玉米醇溶蛋白-多糖复合物仍需使用大量乙醇，且制备的复合物粒径较大，贮藏稳定性较差。

1.4 pH值循环法

pH值循环法是基于玉米醇溶蛋白可溶于pH 11.3～12.7的碱性水溶液这一溶解特性，将玉米醇溶蛋白溶于pH 7.0的去离子水中，然后用NaOH溶液调pH值至12.5，再用HCl溶液调节使pH值至7.0。在pH值由碱性变至中性的过程中，玉米醇溶蛋白的溶解度逐渐降低，结合生物大分子自组装行为，形成玉米醇溶蛋白纳米颗粒。D-葡萄糖酸-δ-内酯(D-glucose-δ-lactone，GDL)在水解过程中可缓慢释放葡萄糖酸，逐渐降低溶液的pH值。故与HCl酸化的pH值循环法(图4a)相比，采用GDL酸化(图4b)制备的玉米醇溶蛋白胶体颗粒粒径更小、分布更均匀。与ASP、ASCP和溶剂蒸发法对比，pH值循环法可有效避免乙醇带来潜在的易燃易爆等安全隐患问题，操作工艺简单，适于工业化生产。

1.5其他方法

此外，一些新兴方法如连续双通道微流化法、超临界流体技术等也可用于制备玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物。研究表明，使用连续双通道微流化方法将溶剂相的玉米醇溶蛋白乙醇溶液与反溶剂相的酪蛋白水溶液在高速条件下相互撞击，产生强烈的剪切、湍流和空化力，确保两相的充分混合和溶解，可连续形成蛋白纳米颗粒。

二、颗粒特性表征

玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物颗粒特性主要包括粒径、多分散指数、浊度、zeta-电位、微观形貌等。这些理化特性可通过光谱技术、光散射技术、显微技术等进行单一表征或组合表征，如图5所示。对于纳米复合物的粒径及分布常用静态光散射(SLS)、动态光散射(DLS)、X射线小角散射等手段进行表征。采用ASP法制备的玉米醇溶蛋白纳米颗粒往往为球状结构，但是通过简单地改变沉淀介质的黏度也可产生非球形颗粒。单一表征手段无法清晰地观察到多糖的微观形貌，这可能是由于多糖通常没有规则的几何形状。因此，学者们更倾向于将几种技术组合进行观察。通过DLS测量和SEM观察证实阿拉伯胶和海藻酸钠这两种阴离子多糖被涂附在玉米醇溶蛋白表面上，而不是玉米醇溶蛋白被包埋在多糖的聚合物网络中。

玉米醇溶蛋白和魔芋胶二元复合体系中，单一魔芋胶呈线状结构(图6a)，玉米醇溶蛋白为不均一的球形结构(图6b)，将两者复合，可观察到玉米醇溶蛋白球形聚集体分布在魔芋胶线性缠绕形成的网络结构中(图6c)。聚几酸内酯、玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶复合后的SEM结果显示，该三元组分形成的支架是有双峰分布的球状结构。虽然不同类型的透明质酸在其微观结构上显示出明显差异，如絮状木屑、棉纤维、树枝 和长丝网状等，但是当它们分别与玉米醇溶蛋白复合后均呈球状。单一藻酸丙二醇酯呈现细丝状的网络结构(图7a)，当与玉米醇溶蛋白球形纳米颗粒(图7b)复合后，藻酸丙二醇酯“分枝”结构表面吸附大量的玉米醇溶蛋白球状颗粒(图7c)。然而，AFM难以观察到单一藻酸丙二醇酯的微观形貌。

三、影响颗粒特性的因素

3.1 多糖类型

不同多糖对复合物粒径产生重要影响。在pH 4.0条件下，单一玉米醇溶蛋白粒径为(173.40±2.16)nm，zeta-电位为(27.40±1.27)mV，多糖的添加可使颗粒粒径显著增加。

3.2 蛋白与多糖的混合比例

多数研究结果表明，随着多糖浓度的增加，玉米醇溶蛋白和多糖复合物往往呈现更窄的粒径分布，这可能是由于两者形成了壳-核结构。

3.3 环境因素

玉米醇溶蛋白与多糖复合物的特性也与环境因素有关，如pH值、离子强度和温度等。当体系pH值接近玉米醇溶蛋白的等电点时，zeta-电位趋近于零。此时，玉米醇溶蛋白和多糖的相互作用以氢键和疏水作用为主。

四、功能特性应用研究

4.1 生物活性物质递送载体

玉米醇溶蛋白纳米颗粒作为白藜芦醇的递送载体可提高其生物利用度。基于玉米醇溶蛋白纳米颗粒的递送载体对疏水性化合物具有增溶和保护作用，如包埋在其中的姜黄素表现出更高的抗氧化活性和清除自由基能力。槲皮素是一种天然黄酮醇，具有抗癌、抗肿瘤、提高人体免疫力等作用，但由于其稳定性较差，在食品领域表现出较低的口服生物利用度，故其应用受到限制。玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶复合物包埋薄荷油后没有显著改变颗粒尺寸和体系稳定性，且在pH 2.0～8.0下薄荷油呈可持续释放。大量研究表明，被纳米复合物包埋后的营养素比游离营养素具有更高的生物利用度，以玉米醇溶蛋白和酪蛋白酸钠二元复合物负载岩藻黄素为例，如图8所示，在体外模拟胃肠道环境中，包埋后的岩藻黄素比游离岩藻黄素具有更高的生物利用度。

与具有壳-核结构的玉米醇溶蛋白-多糖二元复合物对比，蛋白质、多糖与乳化剂三者通过静电吸附、疏水作用、空间位阻等相互作用形成的三元复合物能够提高纳米复合物稳定性，在包埋、保护和递送疏水性营养物质方面具有更广泛的应用前景。羧甲基壳聚糖-茶多酚-玉米醇溶蛋白三元纳米复合物可作为一种新型递送载体用与包埋与保护β-胡萝卜素。

4.2颗粒稳定剂

固体颗粒可不可逆的吸附在油滴表面形成物理屏障用与增强Pickering乳液的氧化稳定性。玉米醇溶蛋白纳米颗粒可吸附在油-水界面上用于制备Pickering乳液，但因其固有的聚集倾向不能有效地稳定油-水界面，且水相浑浊，易分层，在食品体系中的应用受限。以玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶二元复合物为例，其激光共聚焦扫描显微镜结果如图9所示，油相采用尼罗红染色，纳米复合物采用尼罗蓝染色，蓝色(图9a)和红色(图9b)荧光场分别代表油相和纳米复合物，可见红色纳米复合物吸附在绿色球形油滴表面(图9c)，这说明玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶二元复合物可吸附在油滴表面形成稳定的界面结构。

玉米醇溶蛋白与甜菜果胶通过静电沉积形成的纳米复合物，由于空间位阻和疏水作用的增强，明显提高了Pickering乳液的稳定性。玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸钠纳米复合物也可用于稳定Pickering乳液，在较宽pH值范围内和一定离子强度下，该复合物稳定的乳液具有更高的离心稳定性。玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯-酪蛋白酸钠三元复合物可用于制备含油量达80%的高内相Pickering乳液，在食品行业具有广阔的应用前景。

结 语

根据玉米醇溶蛋白的溶解特性，可采用多种方法制备基于玉米醇溶蛋白的复合纳米颗粒，如在体积分数55%～90%乙醇溶液中，常采用ASP法、ASCP法和溶剂蒸发法；在pH 11.3～12.7范围内的碱溶液体系中，可采用pH值循环法，包括HCl酸化、GDL酸化和具有降低pH值作用的生物大分子酸化。玉米醇溶蛋白还可溶于一定浓度的醋酸水溶液，因此，依据其溶解特性，可构建新的方法用于制备玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物。

玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物颗粒特性主要包括粒径、多分散指数、浊度、zeta-电位、微观形貌等，易受多糖种类、混合比例、环境因素的影响。与单一玉米醇溶蛋白纳米颗粒相比，玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物不仅可显著增加生物活性物质的理化稳定性，提高其生物利用度，而且可用作颗粒稳定剂用于制备高内相Pickering乳液。未来研究还需建立复合胶体颗粒特性和Pickering乳液稳定性关键指标的评价体系，阐明其Pickering乳液的稳定机理，同时系统、深入探究高内相Pickering乳液对生物活性物质的稳态作用，为Pickering乳液作为新型功能因子传递载体在食品工业中的应用提供理论基础。

本文《玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物的制备方法、结构表征及其功能特性研究进展》来源于《食品科学》2020年41卷9期323-331页，作者：孙翠霞，宋镜如，方亚鹏 。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190411-153。

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修改/编辑：袁月；责任编辑：张睿梅

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