《食品科学》：海南大学盛占武研究员等：淀粉样纤维-阿魏酸水凝胶的制备及其性质

多酚是一类丰富存在于水果、蔬菜、绿茶和其他天然植物产品中的化学物质。阿魏酸（(E)-3-(4-羟基-3-甲氧基苯基)丙-2-烯酸） 具有较强的生物活性， 在医药、食品领域具有潜在的应用前景 。 淀粉样纤维是蛋白质（如牛奶蛋白、鸡蛋蛋白、大豆蛋白）在低pH值（2～3）、低盐、加热（80～90 ℃）条件下形成的一种纳米长丝状蛋白，具有极大的长径比、很强的刚性和丰富的表面官能团 ，常被用于制备冷凝水凝胶的前体，广泛用于高性能和功能化食品体系的构筑 。

1、单因素试验结果

从图1可以看出，随着阿魏酸添加量、淀粉样纤维添加量、pH值的增加，负载率出现先上升后下降的趋势。当阿魏酸添加量为0.6%、淀粉样纤维质量浓度为70 g/L、pH值为5时，负载率达到峰值6.99%。由于pH值达到6.5时为淀粉样纤维的等电点，高于等电点水凝胶无法形成，所以本实验选取pH 4～6的范围。从图1c可以看出，pH值为5时负载率最高，偏高pH值的负载率普遍高于偏低的pH值。这可能由于多酚小分子在较低pH值环境中更加稳定，形成水凝胶所需的多酚量越少，导致负载率降低。

2、稳定性结果

2.1 热稳定性

对水凝胶样品进行热降解动力学分析并与阿魏酸单体做对比，通过图2看出供试样品和阿魏酸单体的降解过程遵循一级反应动力学（R2＞0.99）。如表1所示，半衰期（t1/2）随着温度的升高而降低，消除常数（k）随着温度的升高而升高，t1/2值越低、k值越高代表降解速率越快。说明阿魏酸的热稳定性随着温度的升高而降低。与阿魏酸单体相比，在90 ℃条件下样品的t1/2值升高221.17%、k值降低68.85%。说明水凝胶有效降低了阿魏酸的降解速度，提升其热稳定性。

2.2 光稳定性

图2h表明阿魏酸的降解遵循一级反应动力学（R2＞0.99）。如表2所示，与阿魏酸单体相比，在光照条件为0.35 W/m2环境中，样品的t1/2值升高125.00%、k值降低55.56%。说明淀粉样纤维-阿魏酸水凝胶可阻断或吸收大部分可见光/不可见光能量，提高了阿魏酸的光稳定性。

3、红外光谱

通过Peakfit软件去卷积拟合得到的二级结构拟合如图3所示，结构占比如表3所示。溶菌酶纤维化形成淀粉样纤维后β-折叠占比由15.53%增加到34.99%，α-螺旋占比由21.53%增加到26.33%。另外，蛋白纤维化过程暴露出更多的表面结合位点，多酚可以通过疏水作用、π-π键共轭作用、氢键作用吸附到淀粉样纤维的表面，驱动纳米原纤维超分子自组装形成负载率高、结构稳定的水凝胶。因此，蛋白纤维化后对于负载多酚更具优势。从表3可以看出，当阿魏酸添加量为0.6%时，水凝胶中β-折叠和α-螺旋结构占比均达到最高，这种结构变化有利于负载多酚，提升多酚的负载率，这与单因素试验结果一致。

4、内源荧光光谱

如图4所示，经过纤维化处理后，蛋白的最大发射波长出现红移且荧光强度明显减弱，说明溶菌酶发生了展开/重折叠形成了聚集前体状态，与之带来的空间位阻遮挡住了蛋白中色氨酸的荧光信号，这与以往研究结果一致。淀粉样纤维与阿魏酸结合形成水凝胶后，最大发射波长继续红移，荧光强度发生小幅增强，说明多酚驱动纳米丝蛋白相互缠绕形成水凝胶，蛋白中色氨酸的延伸区暴露在极性更强的环境（水相）中。水结合到淀粉样蛋白-阿魏酸混合物表面可以进一步保护水凝胶中的多酚分子。多酚添加量对内源荧光强度影响较小。

5、水凝胶结构及溶胀性能

如图5所示，阿魏酸添加量不同导致水凝胶的微观结构也有所区别，当阿魏酸添加量0.4%时（图5a、b），水凝胶表面结构松散、不均匀并存在较大的沟壑和孔洞。阿魏酸的添加量为0.6%时（图5c、d），水凝胶表面结构存在有序排列，光滑紧密，无序排列结构也相对致密，无明显断层和孔洞，表面观察到细小白色颗粒。阿魏酸添加量为0.8%（图5e、f），结构均匀紧密，存在少量微孔，但无有序排列，进一步放大后（图5f）可观察到明显的不规则空洞和白色颗粒，白色颗粒可能是负载在淀粉样纤维表面的阿魏酸经过冻干形成的。综上，0.6%阿魏酸添加量与淀粉样纤维形成的水凝胶具有规整、致密的结构，有利于保持水凝胶的强度和稳定性。

如图6a所示，在21°处有一个宽峰，表明样品为非晶态。阿魏酸添加量的变化不影响峰位置，但影响峰强度，峰位置代表了结晶度大小，而峰强度与分子间排列的紧密程度呈正比，这表明阿魏酸添加量的改变不会改变水凝胶的结晶度，当阿魏酸添加量为0.6%时峰强度最大，说明此时形成的水凝胶分子间排列最为紧密。这与红外光谱、扫描电镜结果相互验证。

如图6b所示，阿魏酸添加量小于0.6%时，随着添加量的增大，凝胶点的出现更早，凝胶形成的更快，这时阿魏酸添加量与水凝胶的形成速率呈正相关，说明阿魏酸添加量的增加可以加快驱动淀粉样纤维形成水凝胶。当阿魏酸添加量大于0.6%时，如图6c所示，G’和G”未出现交叉点，根据宏观凝胶已经形成推测开始测量前已经达到凝胶点。结合单因素试验结果，凝胶形成过快不利于负载率的提高。凝胶体系稳定后的G’对应强度顺序为：0.6%组（1 655.50 Pa）＞0.7%组（1 205.43 Pa）＞0.8%组（551.06 Pa）＞0.5%组（440.88 Pa）＞0.4%组（280.26 Pa），G′越大代表水凝胶机械强度越大，这与X射线衍射结果一致。如图6d所示，0.4%组（186%）＞0.5%组（177%）＞0.8%组（170%）＞0.7%组（166%）＞0.6%组（160%），与流变学结果相反，说明水凝胶G’越大，溶胀能力越差。溶胀能力往往与分子间交联程度相关，交联程度越高，阻碍了水分子的扩散和渗透，溶胀能力减弱，低溶胀率可以延长活性物质的释放时间，这说明当阿魏酸添加量为0.6%时，水凝胶具有最低的溶胀率和良好的缓释潜能。

6、体外模拟消化

通过体外模拟胃液、肠液考察水凝胶样品的消化性能，结果如图7所示，0～60 min为胃液消化段，60～180 min为肠液消化段。阿魏酸添加量为0.6%时，在模拟胃液中释放率最低为25.55%，而阿魏酸的添加量增加至0.8%时，在胃液中释放率最大达41.61%，这可能是因为其中过量阿魏酸通过氢键结合在水凝胶表面，在酸性条件下迅速释放，不利于活性物质的保护。在整个模拟消化过程中，阿魏酸添加量为0.4%时，释放率最高为75.54%，这可能是因为其结构松散，溶胀率高，肠液体快速的扩散至水凝胶内部，促进活性物质的释放 。而阿魏酸添加量在0.6%时，在肠液消化过程中释放率较高，说明水凝胶在胃液中可以有效保护活性物质进入肠液后释放，一方面是由于水凝胶结构致密而稳定，抵御胃液的水解和溶胀 ，另外一方面是由于阿魏酸小分子在较低pH值环境中更加稳定，水的结合保护了水凝胶中的活性物质 ，进入肠液后pH值升高，阿魏酸小分子开始活跃迅速释放。淀粉样纤维-阿魏酸水凝胶具有良好的缓释能力。

结 论

将溶菌酶在酸性（pH 2）、加热（90 ℃）条件下纤维化改性形成淀粉样纤维作为蛋白载体，与阿魏酸自组装制备淀粉样纤维-阿魏酸水凝胶。当pH 5、淀粉样纤维添加量70 g/L、阿魏酸添加量0.6%时，阿魏酸的负载率达到最大（6.99%），较Hu Bing等研究结果（4.00%）提高了74.75%。此时水凝胶具有良好的光热稳定性、规整、致密的结构和最佳的凝胶性能，在体外模拟消化实验中表现出最佳的缓释能力。主要是由于溶菌酶纤维化形成淀粉样纤维后蛋白结构发生明显变化，β-折叠和α-螺旋占比分别增加了125.31%和22.29%，β-折叠的增加有利于结合多酚小分子形成稳定的水凝胶，提高多酚负载率；α-螺旋的增加有利于增加水凝胶分子间排列的紧密程度，提高水凝胶机械强度和缓释能力。综上所述，淀粉样纤维是一种极具潜力的蛋白载体，制备方法简单，可在多酚的递送体系构建方面发挥优势。本研究制备的淀粉样纤维-阿魏酸水凝胶对阿魏酸具有良好的负载和保护能力，有效提高了阿魏酸的稳定性和缓释能力。

本文《淀粉样纤维-阿魏酸水凝胶的制备及其性质》2022年43卷18期38-46页，作者：佘明汉，郑丽丽，艾斌凌，杨 旸，郑晓燕，校 导，蒋志国*，盛占武*。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20211112-159。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

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Food Science of Animal Products（ISSN: 2958-4124, e-ISSN : 2958-3780）是一本国际同行评议、开放获取的期刊，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心主办，中国食品杂志社《食品科学》编辑团队运营，属于食品科学与技术学科，旨在报道动物源食品领域最新研究成果，涉及肉、水产、乳、蛋、动物内脏、食用昆虫等原料，研究内容包括食物原料品质、加工特性，营养成分、活性物质与人类健康的关系，产品风味及感官特性，加工或烹饪中有害物质的控制，产品保鲜、贮藏与包装，微生物及发酵，非法药物残留及食品安全检测，真实性鉴别，细胞培育肉，法规标准等。

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