果胶/酪蛋白酸钠复合运载体系的构建及对番茄红素的控释机理

番茄红素是一种极具开发前景的脂溶性功能成分，具有多种生理活性。然而，番茄红素的加工稳定性差、生物利用度低。目前，国内外大多通过单一的大分子载体来构建运载体系，从而实现对脂溶性食品功能因子的负载与控制释放。如利用一些大分子食品原料（大豆分离蛋白、糊化玉米淀粉等）作为载体，制备微胶囊、纳米乳状液和纳米脂质体等对功能成分进行包埋和装载，借助这些特殊的载体系统实现活性物质在体内的运输。

安徽大学生命科学学院，安徽省生态工程与生物技术重点实验室的王擎宇、王梦遥、陈 蕾*等人 构建负载番茄红素的果胶/酪蛋白酸钠复合运载体系，研究番茄红素的添加量对番茄红素的封装效率；通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）、热重分析（TGA）、差示扫描量热（DSC）仪对三元复合物纳米粒子进行表征，分析复合物的粒径分布、化学结构和表观形态；构建体外模拟胃、肠道消化模型，以包埋率和装载量为指标，研究番茄红素在不同pH值和不同浓度消化道模拟液（模拟胃液、肠液）中的释放行为，测定番茄红素的释放效率，同时对番茄红素的胃肠道控制释放机制进行初步探讨。

1、果胶/酪蛋白酸钠复合运载体系的构建结果

在番茄红素/二元复合物的质量比例为10%的条件下，根据各样品在471 nm波长处的吸光度计算果胶/酪蛋白酸钠质量比为10%、20%、30%、40%时对番茄红素的包埋率，分别为95.74%、96.37%、93.63%、93.15%，果胶/酪蛋白酸钠质量比为20%时，二元复合物对番茄红素的包埋率最高。

在果胶 / 酪蛋白酸钠质量比为 20% 的条件下，根据各样品在 471 nm 波长处的吸光度计算获得当负载率为 4% 、 8% 、 10% 、 12% 、 16% 时二元复合物对番茄红素的包埋率分别为 85.30% 、 96.93% 、 93.09% 、 79.70% 、 84.68% ，结果表明，当负载率即番茄红素 / 二元复合物为 8% 时，二元复合物对番茄红素的包埋率最高。

2、粒径、多分散性指数（PDI）分析结果

果胶/酪蛋白酸钠质量比为20%时，复合物粒径和PDI最小，果胶/酪蛋白酸钠/番茄红素负载包埋效果较好。

3、TEM观察结果

在TEM下可清晰地看到球状纳米级果胶/酪蛋白酸钠二元复合物和番茄红素-果胶/酪蛋白酸钠三元复合物已经形成，对比结果可知，包埋番茄红素对复合物粒径大小几乎没有影响，这种现象表明果胶和酪蛋白酸钠之间并不是简单的物理混合，而是形成一种球形核壳结构，这种核壳结构可以有效包埋番茄红素，使疏水的番茄红素通过这种运载方式变为可溶于水的状态。

4、FT-IR分析结果

在番茄红素FT-IR曲线中，3 420 cm－1是水蒸气的特征吸收峰，3 039 cm－1处是＝C－H伸缩振动吸收峰，2 970 cm－1处是不对称甲基振动吸收峰，2 856 cm－1为甲基和亚甲基的伸缩振动峰，这说明有甲基、亚甲基的存在，1 627 cm－1处的峰是由C＝C的伸缩振动产生，13 82 cm－1处的峰是由甲基的弯曲振动产生，960 cm－1处是反式单烯双取代的R1HC＝CR2H（反式）摇摆振动吸收峰。

在酪蛋白酸钠FT-IR曲线中，3 316 cm－1处的吸收峰主要是N－H的伸缩振动和部分O－H的伸缩振动叠加后的宽峰，2 962 cm－1处的吸收峰为C－H的伸缩振动引起，1 656 cm－1处的吸收峰为酰胺I带－C＝O的伸缩振动引起，1 537 cm－1处的吸收峰为酰胺II带C－N的伸缩振动和N－H的弯曲振动引起，1 450 cm－1为C－H的弯曲变形振动吸收峰，1 242、1 083 cm－1处为C－O的伸缩振动。

在果胶FT-IR曲线中，3 500 cm－1处强而宽的吸收峰是由于O－H伸缩振动引起的，另一处弱吸收峰（2 937 cm－1）是C－H伸缩振动引起的。在1 645 cm－1处的吸收峰是由于O－H的弯曲振动引起的。在1 151、1 024 cm－1处的吸收峰为呋喃糖的特征吸收峰。在1 741 cm－1处有典型的糖醛酸的特征吸收峰。

在果胶/酪蛋白酸钠二元复合物FT-IR曲线中，保留了酪蛋白酸钠的C－H伸缩振动引起的2 962 cm－1处的吸收峰，而酪蛋白酸钠1 083 cm－1处的C－O的伸缩振动和果胶1 024 cm－1处的呋喃糖的特征吸收峰消失。酪蛋白酸钠1 656 cm－1处酰胺I带－C＝O的伸缩振动、1 537 cm－1处的酰胺II带C－N的伸缩振动和果胶1 645 cm－1处O－H的弯曲振动引起的吸收峰，在果胶/酪蛋白酸钠二元复合物中形成了一个较宽的峰（1 500～1 700 cm－1），且峰强度更高，表明酪蛋白酸钠和果胶相互作用形成了相对稳定的果胶/酪蛋白酸钠二元复合物，而不是简单的物理混合。

5、DSC分析结果

可以看到番茄红素在174 ℃有一个短暂尖锐的晶体熔融峰，表明番茄红素以晶体形式存在。果胶/酪蛋白酸钠二元复合物在200 ℃之前没有熔融峰，制备的负载番茄红素的果胶/酪蛋白酸钠三元复合物的DSC图谱中没有出现番茄红素晶体熔融峰，再次说明番茄红素以无定形形式存在于粉末颗粒中，表明果胶/酪蛋白酸钠-番茄红素复合物的形成。

6、TGA结果

番茄红素在70 ℃附近有一个很小的质量损失区域，主要是由于水分受热挥发形成；在175 ℃附近的质量损失区域，是由于番茄红素的分解形成。同样地，果胶/酪蛋白酸钠二元复合物在180 ℃前的质量损失区域，主要是由于水分受热挥发；第二质量损失区域是由于果胶/酪蛋白酸钠二元复合物的分解，从220 ℃开始。负载番茄红素的果胶/酪蛋白酸钠三元复合物与果胶/酪蛋白酸钠二元复合物相比，其在第一质量损失区域呈现一种缓慢的质量损失状态，这主要是因为果胶/酪蛋白酸钠二元复合物空腔中包合的番茄红素使负载番茄红素的果胶/酪蛋白酸钠三元复合物在180 ℃之前的质量损失过程减弱，同时这种现象一直持续到果胶/酪蛋白酸钠二元复合物的热降解阶段。第二质量损失区域对应负载番茄红素的果胶/酪蛋白酸钠三元复合物的热分解，其温度由番茄红素的174 ℃和果胶/酪蛋白酸钠二元复合物的220 ℃上升到250 ℃。

7、胃肠道释放模拟分析结果

在胃液模拟中，计算获得在0、0.5、1.0、2.0、4.0 h时复合运载体对番茄红素的释放率分别为8.94%、16.67%、30.60%、26.90%、20.21%。人体消化过程中胃排空时间一般为2～4 h，其中液体为5～10 min，若复合运载体包埋番茄红素以溶液的形式进入胃，那么其停留的时间将是很短的。实验表明，在0～4 h的整个过程中，复合运载体释放番茄红素的量很少，释放速率较为缓慢；在0.5～1.0 h时，复合运载体释放番茄红素的量在逐渐变大，释放速率也在逐渐加快，在1 h时达到峰值，然后释放率逐渐下降；在4 h时，复合运载体仍保留部分番茄红素未释放，说明所构建的果胶/酪蛋白酸钠复合运载体能够在胃消化过程中控制释放番茄红素，让更多的番茄红素进入小肠被人体吸收。

在0～1 h时，复合运载体释放番茄红素的量在逐渐变大，释放速率也在逐渐加快，在1～2 h存在一个峰值，然后释放率逐渐下降。对于此现象，提出一种假设：果胶/酪蛋白酸钠复合运载体对番茄红素的包埋是一个动态过程，即运载体在吸收番茄红素的同时伴随着番茄红素的释放，当向果胶/酪蛋白酸钠溶液中投入番茄红素时吸收量远大于释放量，随着时间延长，吸收率与释放率达到动态平衡，果胶/酪蛋白酸钠复合运载体对番茄红素实现包埋；当负载着番茄红素的果胶/酪蛋白酸钠进入模拟胃液时，酪蛋白酸钠部分分解，由于果胶作为屏障抑制胃液条件下蛋白质的酶降解，使释放量率略高于吸收量（0～1 h），保持番茄红素的低释放状态；达到峰值（释放速率等于吸收速率，释放速率有下降趋势，吸收速率有上升趋势）后，随着时间延长，释放量又低于吸收量，最后趋于平衡，推测原因可能是胃蛋白酶对酪蛋白酸钠的消化作用与果胶对酪蛋白酸钠的保护作用趋于平衡后，果胶/酪蛋白酸钠复合物又保持一个相对稳定的状态，使得核壳结构内部空间相对稳定，而且呈现一种不饱和的状态，于是对核壳结构外不溶于水相的番茄红素吸收量增大，从而出现释放曲线后半段释放率下降的现象。

结 论

本研究通过静电聚合的方法构建果胶/酪蛋白酸钠聚电解质复合纳米粒子，实现了对番茄红素的负载和包埋，当果胶和酪蛋白酸钠的质量比为20%、番茄红素负载率为8%时包埋效果最佳，包埋率达到96.93%，此时复合物粒径和PDI最小，表观形态良好。FT-IR、DSC、TGA结果表明负载番茄红素的果胶/酪蛋白酸钠复合物已经形成，而且显著提高了番茄红素的稳定性。体外胃肠道模拟实验结果说明果胶/酪蛋白酸钠复合运载体系能够控制释放番茄红素，使番茄红素在胃消化过程中较少地释放出来，而更多地进入肠道释放，同时推测果胶/酪蛋白酸钠复合运载体对番茄红素的包埋和控释是一个动态过程。本研究为番茄红素的高效利用提供依据，拓宽了其在食品工业上的应用范围。

本文《果胶/酪蛋白酸钠复合运载体系的构建及对番茄红素的控释机理》来源于《食品科学》2020年41卷19期83-89页，作者：王擎宇，王梦遥，黄慧敏，蒋云，董会彬，陈蕾。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20191021-227。

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修改/编辑：袁艺；责任编辑：张睿梅

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