玉米加工副產(chǎn)物玉米皮含有豐富的玉米黃色素（MYP），其由葉黃素、玉米黃質(zhì)和隱黃素等類胡蘿卜素組成。MYP是一種功能性色素，具有重要的生理功能。然而，MYP具有高度不飽和，水溶性較差，對光、熱和食品加工條件敏感等缺點。

微膠囊化可以防止被封裝的物質(zhì)接觸外部環(huán)境，有效保護生物活性，改善被封裝物質(zhì)的物理性能和控制其釋放。目前，常用于包埋的天然生物聚合物有碳水化合物類、微生物多糖類、動物蛋白類和植物膠類。以蛋白質(zhì)-多糖組合作為壁面材料制備的微膠囊在封裝效率和穩(wěn)定性方面具有諸多優(yōu)勢。

中北大學化學與化工學院的高莉、楊俊燕、季海霞*等采用MD與不同植物蛋白（豌豆分離蛋白（PPI）、火麻蛋白（HP）、大豆分離蛋白（SPI））和SA的組合包埋MYP，研究不同組合對微膠囊產(chǎn)物的EE、粒徑、熱力學行為、結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)的影響，旨在篩選最佳壁材封裝MYP，擴大其在功能性食品工業(yè)中的應(yīng)用。

1 不同壁材對微膠囊EE和LC的影響

微膠囊的LC和EE是評價微膠囊制備性能的最重要指標，它們決定了壁材包埋芯材的潛力。如圖1所示，不同的植物基蛋白-SA作為壁材顯著影響了微膠囊的EE和LC。當PPI-SA作為壁材時，EE（43.24%）和LC（73%）均高于其他壁材。這與李楊等 的研究結(jié)果相似，以PPI和MD混合物為壁材料制備的魚油微膠囊EE達到87.71%，對魚油具有更好的保護作用。HP-SA和SPI-SA作為壁材時的EE較低，這可能是由于植物基蛋白與SA的比例或MYP和植物基蛋白-SA的比例不適合，導(dǎo)致EE降低，當MYP添加量過高時包合反應(yīng)不能完全發(fā)生，導(dǎo)致其EE和LC降低。此外，微膠囊的EE和LC與壁材密切相關(guān)，不同的壁材具有不同的成膜性能。

2 微膠囊的理化性能分析

水分質(zhì)量分數(shù)是衡量粉末產(chǎn)品穩(wěn)定性的重要指標，它與干燥效率、流動性、貯存穩(wěn)定性等有關(guān)。此外，低含水量的微膠囊不易發(fā)霉和降解，可以提高MYP的貯存穩(wěn)定性。一般來說，水分質(zhì)量分數(shù)在2%～5%之間的干燥食品具有良好的貯存穩(wěn)定性。如表1所示，不同壁材微膠囊的水分質(zhì)量分數(shù)范圍在3.82%～4.91%之間，有利于維持微膠囊在貯藏過程中的穩(wěn)定性。PPI-SA-MYP的水分質(zhì)量分數(shù)最高，為4.91%；MD-MYP的水分質(zhì)量分數(shù)最低，為3.82%。結(jié)果表明，壁材類型對微膠囊的水分質(zhì)量分數(shù)有顯著影響。微膠囊的水分質(zhì)量分數(shù)差異可能與壁材的組成成分（如多糖、蛋白質(zhì)）和水之間的親和力以及水通過壁材的擴散系數(shù)不同有關(guān)。

溶解度是評價粉狀產(chǎn)品作為食品成分的關(guān)鍵因素，因為溶解度較差的產(chǎn)品不易進行深加工，其經(jīng)濟效益較低。如表1所示，所有微膠囊的溶解度均較高（60.14%～96.74%），其中MD-MYP溶解度最高。MYP的水溶性差，而壁材的加入可以提高其溶解度。微膠囊組的高溶解度可能是由于壁面材料的高溶解性和高親水性。

θ可以反映微膠囊的流動性，θ越小表示流動性越好。θ小于30°表示流動性很好，θ在30°～45°之間表示流動性較好，θ在45°～60°之間表示流動性一般，大于60°則表示流動性很差。如表1所示，微膠囊的θ在42.35°～45.12°范圍內(nèi)，表明這些微膠囊具有良好的流動性。以上結(jié)果表明，壁材類型對微膠囊的物理性能有顯著影響。

3 微膠囊的結(jié)構(gòu)表征

3.1 粒徑和Zeta電位分析

粒徑是評價微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要參數(shù)。顆粒粒徑越小，封裝的生物活性化合物就越容易釋放。如圖2所示，各微膠囊的粒徑范圍為222.32～645.40 nm，壁面材料對粒徑的影響顯著（P＜0.05）。微膠囊的粒徑與壁面材料的分子尺寸有關(guān)。不同的壁面材料與微膠囊混合具有不同的結(jié)構(gòu)和相互作用力，進一步影響了微膠囊的粒徑。在3 種復(fù)合壁材制備的微膠囊中，PPI-SA-MYP的微膠囊粒徑最小，說明PPI-SA-MYP復(fù)合物形成的微膠囊結(jié)構(gòu)較小。由此可見，PPI-SA具有良好的微膠囊封裝能力。

Zeta電位是反映顆粒在溶液中穩(wěn)定性的一個重要參數(shù)。Zeta電位絕對值越高表明粒子間產(chǎn)生了較強的相互作用力，使粒子在溶液中保持穩(wěn)定。不同壁材的Zeta電位范圍在-47.91～-96.68 mV，表明所有微膠囊在溶液中均具有良好的均勻性和分散性。

3.2 微膠囊的FT-IR分析

紅外光譜可用于分析微膠囊中是否引入了新的官能團和化學鍵。如圖3a所示，與單獨MYP和MD紅外光譜相比，MD-MYP在2 930 cm -1 處CH 2 的不對稱彎曲振動峰變?nèi)酰辉? 460 cm -1 處的吸收峰為—OH伸縮振動，此處峰強度變小表明MYP和MD之間產(chǎn)生靜電相互作用并形成了新的氫鍵，兩處特征峰包封后減弱，表明與苯環(huán)有一定程度的疏水和氫鍵相互作用。MD-MYP在1 029 cm -1 附近產(chǎn)生了更尖銳、更強的吸收峰，代表亞甲基中C—O的拉伸振動。

如圖3b所示，與單獨PPI、SA和MYP的紅外光譜相比，PPI-SA-MYP在3 730 cm-1處氫鍵的—OH拉伸振動峰明顯變?nèi)酰砻鱌PI、SA和MYP之間存在氫鍵和疏水相互作用。此外，PPI-SA-MYP在3 070 cm-1附近表示C—H拉伸的寬峰強度比PPI、SA和MYP弱，表明所有配合物中都存在—CH。與SA紅外光譜相比，PPI-SA-MYP在1 730 cm-1處表示C＝O拉伸振動的特征峰值變?nèi)酰砻靼l(fā)生了靜電相互作用且包埋形成微膠囊。1 040 cm-1處的峰為CH2面外變形彎曲，表明在復(fù)雜凝聚物形成過程中發(fā)生靜電相互作用。

如圖3c所示，與單獨HP、SA和MYP的紅外光譜相比，HP-SA-MYP在3 730 cm -1 處氫鍵的—OH拉伸振動峰明顯變尖銳，此為MYP和SA的標志峰，變尖銳表明MYP和SA發(fā)生一定程度的疏水和氫鍵相互作用且包埋成功。2 930 cm -1 處為SA的C—H拉伸特征峰，該特征峰變寬變?nèi)醣砻髟谖⒛z囊形成過程中SA發(fā)生了結(jié)構(gòu)變化。1 650 cm -1 處HP的酰胺I、II、III帶特征峰消失，表明HP與SA發(fā)生相互作用形成微膠囊。

如圖3d所示，與單獨SPI、SA和MYP的紅外光譜相比，SPI-SA-MYP在3 720 cm-1處特征峰變強，顯示出更強的氫鍵；在3 445 cm-1處對應(yīng)—OH拉伸的特征峰消失，表明MYP包埋進微膠囊中。1 755 cm-1處的特征峰對應(yīng)酰胺I帶的C＝O，表明微膠囊中存在MYP和SA。1 633 cm-1處對應(yīng)酰胺I帶的C—O拉伸振動，是蛋白質(zhì)的特征峰。上述結(jié)果證明了SPI的存在以及蛋白質(zhì)與多糖相互作用誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化。

這些被削弱的峰證實各壁材包埋進MYP形成了微膠囊，而沒有新的峰形成意味著核心和殼層材料之間產(chǎn)生的是物理相互作用，與SA的絡(luò)合發(fā)生在蛋白質(zhì)的表面疏水結(jié)構(gòu)域。此外，與MYP相比，微膠囊的吸收峰更尖銳，表明更多的MYP被封裝在壁材中。綜上所述，MYP成功封裝在不同的生物聚合物基質(zhì)中。

3.3 微膠囊的表觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)分析

如圖4所示，從外觀上看，MYP微膠囊為淺黃色粉狀體，顏色較為均勻，無異味。SEM結(jié)果顯示MYP微膠囊具有不同結(jié)構(gòu)，無任何裂紋，這可能與MYP和壁材之間的相互作用有關(guān)。此外，微膠囊均出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，這可能是MYP的存在所致。由于細胞壁成分的不同，微膠囊的表面微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，用植物基蛋白-多糖制備的微膠囊呈玻璃狀、不規(guī)則結(jié)構(gòu)，且表面存在凹痕、結(jié)構(gòu)粗糙，這很大程度上與干燥和冷卻過程中的收縮不均勻有關(guān)；也可能由于在微膠囊化混合物的預(yù)凍融過程中形成了冰晶并進一步經(jīng)歷了水蒸氣的升華，形成不規(guī)則多孔孔隙。在預(yù)凍階段形成的冰晶破壞了原冰晶，引起溶質(zhì)聚合，導(dǎo)致不同壁材的結(jié)構(gòu)變化。微膠囊在冷凍干燥過程中的水升華速率也受到壁面材料的影響，導(dǎo)致了不同微膠囊之間的形貌差異，這些變化破壞了材料的原始結(jié)構(gòu)。以上結(jié)果與馮志強等通過冷凍干燥方法獲得微膠囊的研究結(jié)果類似。

3.4 微膠囊的TGA

如圖5a所示，MYP微膠囊在連續(xù)加熱下質(zhì)量不斷損失，與單獨的MYP相比，MYP微膠囊使其熱穩(wěn)定性提高，且微膠囊的熱性能在很大程度上取決于壁面的組成，PPI/HP/SPI-SA-MYP的熱性能變化曲線趨勢相同。PPI/HP/SPI-SA-MYP的熱降解過程主要有兩個階段：第1階段在30～95 ℃，質(zhì)量損失約為4.50%；第2階段在95～500 ℃，PPI/HP/SPI-SA-MYP的質(zhì)量損失分別為77.02%、80.38%和76.88%。最后大約有15.72%、12.26%和15.52%的剩余材料在高達800 ℃時不能蒸發(fā)。而MDMYP熱降解過程的第1階段在30～93 ℃，其質(zhì)量損失為6.1%，第2階段在150～400 ℃，質(zhì)量損失為74.64%，剩余11.59%在800 ℃時不能蒸發(fā)。微膠囊的第1次質(zhì)量損失主要是微膠囊中游離水的蒸發(fā)造成，PPI/HP/SPI-SAMYP比MD-MYP組質(zhì)量損失小，可能的原因是植物基蛋白-多糖具有更高的熱阻，導(dǎo)致傳熱速度變慢。這表明植物基蛋白-多糖壁材具有良好的熱穩(wěn)定性，可以滿足食品的一般加工條件。第2階段的質(zhì)量損失嚴重，主要是由于壁材和MYP的質(zhì)量損失，化學鍵斷裂，產(chǎn)生CO2和H2O等中間體。

圖5b為微商熱重（DTG）曲線。PPI/HP/SPI-SA-MYP在216 ℃和324 ℃處出現(xiàn)吸熱峰，而MD-MYP在109 ℃和313 ℃處出現(xiàn)吸熱峰。這表明微膠囊化對吸熱峰向更高溫度的置換有影響，可能與壁材料對芯材的保護作用有關(guān)。其中，PPI/HP/SPISA-MYP的初始分解溫度高于MD-MYP，表明其熱穩(wěn)定性更好。另外，MYP的特征分解峰在微膠囊中完全消失，表明MYP在微膠囊中以無定形形式存在。這是由于微膠囊中的無定形聚合物鏈主要以結(jié)晶形式存在，有利于提高MYP的溶解度。

4 微膠囊的抗氧化活性分析

如圖6a所示，未經(jīng)包埋的MYP組以及不同壁材微膠囊的DPPH自由基清除率都與MYP劑量呈正相關(guān)，且無明顯減弱，表明MYP微膠囊化沒有影響MYP的DPPH自由基清除能力。經(jīng)計算，半數(shù)抑制濃度（half maximal inhibitory concentration，IC 50 ）從大到小分別為SPI-SAMYP＞HP-SA-MYP＞MYP＞MD-MYP＞PPI-SA-MYP＞VC，IC 50 越小表明抗氧化性能力越強，除陽性對照VC外，PPI-SA-MYP的抗氧化能力最高。可能是因為不同壁材包埋形成的微膠囊表面積不同，而與反應(yīng)溶液接觸面積不同所致，比表面積越大，與反應(yīng)液接觸面積越大，導(dǎo)致DPPH自由基清除能力越強。

如圖6b所示，未經(jīng)包埋的MYP組以及不同壁材微膠囊的ABTS陽離子自由基清除率都與MYP的劑量呈正相關(guān)，表明MYP的ABTS陽離子自由基清除能力在包封后得以保留。當MYP質(zhì)量濃度為256 μg/mL時，各組的IC 50 從小到大分別為VC＜SPI-SA-MYP＜HP-SA-MYP＜PPI-SAMYP＜MD-MYP＜MYP，SPI-SA-MYP的抗氧化能力最高。由于微膠囊的溶解度增強，MYP中酚羥基的可用性得到改善，微膠囊將作為電子供體（捕獲自由基）增強芯材的抗氧化活性，另外一種原因可能是壁材中不飽和雙鍵結(jié)構(gòu)對芯材的保護作用。

如圖6c所示，未經(jīng)包埋的MYP組以及不同壁材微膠囊的FRAP與MYP劑量呈正相關(guān)，表明MYP的FRAP在包封后得以保留。當MYP質(zhì)量濃度為256 μg/mL時，各組的IC50從小到大分別為HP-SA-MYP＜PPI-SA-MYP＜SPISA-MYP＜MD-MYP＜VC＜MYP。微膠囊比游離的MYP具有更強的體外抗氧化能力。這一結(jié)果可能與蛋白-多糖壁材本身也具有抗氧化活性有關(guān)，表明微膠囊對MYP的封裝有效。

5 體外模擬消化分析結(jié)果

微膠囊的形態(tài)、粒徑分布和包封效率均影響胃腸道MYP的釋放。圖7a顯示了MYP從不同基質(zhì)中釋放的曲線。在胃消化過程中MYP釋放緩慢，MYP、MD-MYP、PPI-SA-MYP、HP-SA-MYP和SPI-SA-MYP的平均釋放率分別為1.3%、4.64%、2.34%、5.08%和3.53%，在胃消化過程中釋放緩慢可能是由于胃蛋白酶和胃酸只水解了部分壁材，這與Su Ya等關(guān)于蓮籽蛋白基質(zhì)的研究結(jié)果一致。相比之下，SIF中MYP的釋放速率遠快于SGF，這可能是由于隨著pH值的增加，蛋白質(zhì)中的羧酸基團開始電離，靜電排斥力增加，導(dǎo)致聚合物結(jié)構(gòu)松動。此外，pH值和離子強度的變化改變了顆粒之間的靜電相互作用，也影響其穩(wěn)定性。在腸消化過程中，MYP、MD-MYP、PPI-SA-MYP、HP-SA-MYP和SPI-SA-MYP組的MYP釋放率分別增加至3.13%、11.91%、5.65%、18.25%和11.56%。核心材料的釋放受到各種因素的影響，包括溫度、pH值、機械破壞和擴散。因此，即使在穩(wěn)定的環(huán)境（pH 7.4）中，由于物理振蕩和酶消化的影響，MYP的保留率也逐漸降低。綜上，微膠囊在人體胃液中具有較好的穩(wěn)定性，可較好地保護MYP，同時也具有很好的腸道靶向釋放性，在腸液中可靶向釋放MYP，進而使其在腸道中得到吸收利用并發(fā)揮生理作用。

如圖7b所示，與MYP組（9.65%）相比，微囊化處理使MYP的生物可及性顯著增加，MD-MYP、PPI-SAMYP、HP-SA-MYP、SPI-SA-MYP的生物可及性分別為37.87%、20.59%、48.87%、37.28%。結(jié)果表明，MD、PPI-SA、HP-SA和SPI-SA可以作為疏水性營養(yǎng)素的載體，增強其體外釋放的效果。

6 微膠囊對ARPE-19細胞活力的影響

如圖8所示，MYP質(zhì)量濃度在375～1 500 μg/mL范圍內(nèi)變化時，MYP、MD-MYP和PPI-SA-MYP組的細胞存活率分別從97.65%、99.75%和95.98%降低至91.82%、93.19%和89.84%，證明其對ARPE-19細胞無明顯的細胞毒性，具有良好的生物安全性；而HP-SA-MYP和SPISA-MYP組的細胞存活率分別從99.50%和99.38%降低至96.19%和90.91%，當MYP質(zhì)量濃度為1 312.5、1 500 μg/mL時，HP-SA-MYP和SPI-SA-MYP組的細胞存活率分別降至54.93%、22.10%和20.57%和21.56%。因此，在后續(xù)實驗中選擇1 125 μg/mL作為MYP的質(zhì)量濃度。

7 微膠囊對ARPE-19細胞氧化損傷的保護作用

在視網(wǎng)膜疾病進展過程中，細胞氧化應(yīng)激和氧張力（缺氧）的靶標記分子上調(diào)較高是視網(wǎng)膜血管生成的主要原因。氧化應(yīng)激導(dǎo)致的視網(wǎng)膜血管生成以及內(nèi)源性、外源性因素導(dǎo)致的缺氧會破壞視網(wǎng)膜的正常細胞功能。因此，ARPE-19細胞中氧化應(yīng)激和缺氧被認為是視網(wǎng)膜疾病進展的主要病理生理機制 。H 2 O 2 是引起脂質(zhì)過氧化的主要原因之一，可誘導(dǎo)細胞凋亡。如圖9a所示，H 2 O 2 對ARPE-19細胞的細胞毒性呈作用時間和濃度依賴性，特別是當H 2 O 2 濃度為1 000 μmol/L條件下共培養(yǎng)3 h后細胞存活率降至53.12%，表明此H 2 O 2 濃度對ARPE-19細胞有較強毒性。因此，以1 000 μmol/L H 2 O 2 培養(yǎng)3 h為條件建立ARPE-19細胞氧化損傷模型，進行后續(xù)實驗。

如圖9b所示，MYP和微膠囊均能有效抑制H2O2對ARPE-19細胞的氧化損傷作用，減少細胞死亡。MYP、MD-MYP、PPI-SA-MYP、HP-SA-MYP和SPI-SA-MYP組的細胞存活率從對照組的34.03%分別提高至49.10%、79.77%、51.09%、48.24%和38.65%。其中MD-MYP、PPI-SA-MYP、HP-SA-MYP可顯著抑制H2O2對ARPE-19細胞的氧化損傷作用。微膠囊通過囊壁對囊芯物進行包裹，既可以實現(xiàn)有效成分的保護及緩慢釋放，又可以降低藥物的毒性。

結(jié)論

本研究分別以MD及植物蛋白（PPI、HP、SPI）和SA為壁材，用超聲法、復(fù)凝聚法與冷凍干燥法結(jié)合制備MYP微膠囊，探討了不同壁材對MYP微膠囊特性的影響。PPI-SA-MYP的包埋效果優(yōu)于其他壁材，不同的壁材顯著影響微膠囊的EE和LC。TGA結(jié)果表明，微膠囊化可以提高MYP的熱穩(wěn)定性，可以滿足一般食品加工的要求。FT-IR結(jié)果表明MYP成功地包裹在壁材中，保證了提取物的保護效果。通過SEM觀察發(fā)現(xiàn)，4 種微膠囊均具有良好的表面形貌。體外抗氧化結(jié)果顯示，微膠囊化較好地保留了MYP的抗氧化能力，且其抗氧化能力呈濃度依賴性增長。MYP經(jīng)微膠囊化后可以實現(xiàn)在腸道中靶向釋放，提高MYP的釋放速率。不同微膠囊的MYP質(zhì)量濃度在375～1 125 μg/mL范圍內(nèi)對ARPE-19細胞無明顯細胞毒性，且有效抑制H2O2對細胞ARPE-19的氧化損傷作用，其中MD-MYP抑制效果最明顯。研究結(jié)果顯示，微膠囊依據(jù)壁材的不同所體現(xiàn)的活性有所不同，而PPI-SA因其在EE、LC、粒徑、流動性等方面的優(yōu)勢，在食品工業(yè)中可能具有更大應(yīng)用潛力。本研究可為開發(fā)MYP微膠囊作為功能性食品提供更多的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。今后應(yīng)進一步開展MYP微膠囊在食品中控釋的研究。

作者簡介

通信作者

季海霞，講師，博士， 研究方向為中藥藥效物質(zhì)挖掘和中藥活性成分藥理靶點鉤釣等方面。

第一作者

高莉，副教授，博士，研究方向為天然產(chǎn)物的提純及其在食品、醫(yī)藥領(lǐng)域中的應(yīng)用、分子生物學與生物材料、納米生物效應(yīng)與安全性。

本文《 植物蛋白基玉米黃色素微膠囊的制備及性能評價 》來源于 《食品科學》2025年46卷第 5 期 65 - 74 頁，作者： 高 莉，楊俊燕，趙英虎，季海霞*，陳佳慧，郝 媛，石 英，郝 瑞 。 DOI: 10.7506/spkx1002-6630-20240424-223。點擊下方 閱讀原文 即可查看文章相關(guān)信息。

實習編輯；云南師范大學生命科學學院 母朵銀；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)。

為貫徹落實《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面推進美麗中國建設(shè)的意見》《關(guān)于建設(shè)美麗中國先行區(qū)的實施意見》和“健康中國2030”國家戰(zhàn)略，全面加強農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境保護，推進美麗鄉(xiāng)村建設(shè)，加快農(nóng)產(chǎn)品加工與儲運產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實現(xiàn)食品產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)方式、技術(shù)創(chuàng)新、環(huán)境保護等方面的全面升級。由 中國工程院主辦， 中國工程院環(huán)境與輕紡工程學部、北京食品科學研究院、湖南省農(nóng)業(yè)科學院承辦， 國際食品科技聯(lián)盟（IUFoST）、國際谷物科技協(xié)會（ICC）、湖南省食品科學技術(shù)學會、洞庭實驗室、湖南省農(nóng)產(chǎn)品加工與質(zhì)量安全研究所、中國食品雜志社、中國工程院Engineering編輯部、湖南大學、湖南農(nóng)業(yè)大學、中南林業(yè)科技大學、長沙理工大學、湘潭大學、湖南中醫(yī)藥大學協(xié)辦的“ 2025年中國工程院工程科技學術(shù)研討會—推進美麗鄉(xiāng)村建設(shè)-加快農(nóng)產(chǎn)品加工與儲運產(chǎn)業(yè)發(fā)展暨第十二屆食品科學國際年會”，將于2025年8月8-10日在中國 湖南 長沙召開。

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