玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物的制备方法、结构表征及其...

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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-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

孙翠霞，宋镜如，方亚鹏*

（上海交通大学农业与生物学院，上海 200240）

摘要：玉米醇溶蛋白是从玉米黄粉中提取得到的一种天然植物蛋白质，具有非致敏性、独特的自组装特性和良好的生物相容性，是公认为安全的食品级原料。基于玉米醇溶蛋白在不同溶剂体系中的溶解特性，可构建多种方法用于制备玉米醇溶蛋白纳米颗粒，该颗粒常用作生物活性物质的传递载体和乳液的颗粒稳定剂。玉米醇溶蛋白与多糖之间通过静电、疏水与氢键作用形成的纳米复合物可协同增强乳液稳定性，提高生物活性物质的包埋率、负载量及生物利用度。本文综述了玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物的不同制备方法、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与技术支撑。

关键词：玉米醇溶蛋白;纳米复合物;制备方法;结构表征;功能特性

玉米醇溶蛋白作为玉米中主要的贮藏蛋白[1]，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（generally regarded as safe，GRAS）食品级原料[2-3]。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[4]，平均粒径约为50～200 nm[5]，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[6]。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[7]。20世纪初，Ramsden等[8]发现不溶性固体细粉对液滴的变形和聚集起到阻碍作用，可以形成较为稳定的乳液。随后，Pickering[9]对该乳液体系进行了深入研究。由此，由固体颗粒代替乳化剂而稳定的乳液被命名为Pickering乳液[10]，同时，由固体颗粒通过界面作用阻止乳液液滴聚结的机制称为Pickering稳定[11]。然而，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。多糖是多分散性大分子，亲水性强，其分子链上含有大量的活泼基团，如氨基、羧基等，其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[12]。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。本文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。

1 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     

图 1 液-液分散法制备玉米醇溶蛋白纳米颗粒图示[14]
Fig. 1 Principle of the liquid-liquid dispersion process to produce zein nanoparticles[14]

反溶剂沉淀（anti-solvent precipitation，ASP）法，又称液-液分散法或相分离法[13]，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[14]。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[15]。

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）[16]。Li Hao等[17]采用ASP法制备玉米醇溶蛋白和可溶性大豆多糖纳米复合物，粒径约为200 nm，多分散指数低于0.2，在pH 2.0～8.0时不产生沉淀，该纳米复合物可作为食品生物活性分子的递送载体。Li Juan等[18]通过ASP法制备玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶复合纳米颗粒，当玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶质量比为1∶1.5时体系最稳定，在pH 3.0～9.0的范围内具有较高的电位（-32.8 mV）。此外，研究表明，将ASP法和热处理工艺组合，可制备颗粒粒径更小、分布更均匀的球形玉米醇溶蛋白纳米颗粒[19]。ASP法制备纳米复合物因其操作简单而得到广泛应用。然而，ASP法在制备过程中需要使用大量乙醇，且在反溶剂后又将乙醇去除，该过程增加了制备成本，不利于工业化生产。

     

图 2 玉米醇溶蛋白-多糖纳米复合物壳-核结构形成图示[16]
Fig. 2 Schematic illustration of the fabrication of hydrophilichydrophobic core-shell microparticles using gel-network-restricted antisolvent precipitation[16]

1.2 反溶剂共沉淀法

大部分多糖主要通过醇沉法制备，故很难溶于乙醇水溶液。然而研究表明，部分多糖可溶于一定浓度的乙醇水溶液，如藻酸丙二醇酯、透明质酸等。因此，可构建反溶剂共沉淀（anti-solvent co-precipitation，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。Sun Cuixia等[20]采用ASCP法制备玉米醇溶蛋白和藻酸丙二醇酯不同质量比（20∶1、10∶1、5∶1、2∶1和1∶1）的纳米复合物，结果表明玉米醇溶蛋白与藻酸丙二醇酯之间发生静电相互作用，玉米醇溶蛋白的二级结构改变，复合物热稳定性提高。Chen Shuai等[21]利用ASCP法将玉米醇溶蛋白和透明质酸在不同质量比（100∶5、100∶10、100∶15、100∶20、100∶25和100∶30）下复合，在静电引力作用下，二者形成了小粒径（181.5 nm）且带负电荷的透明质酸络合物。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。

     

图 3 玉米醇溶蛋白-海藻酸丙二醇酯纳米复合物的制备示意图[20]
Fig. 3 Schematic diagrams of the anti-solvent co-precipitation method and the anti-solvent precipitation method[20]

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。Wei Yang等[22]采用乳化蒸发法，在45 ℃下水浴加热25 min，降低玉米醇溶蛋白和藻酸丙二醇酯复合体系中乙醇和乙酸乙酯浓度，然后用100 mL蒸馏水稀释，制备得到的二元纳米复合物粒径约为900 nm，对β-胡萝卜素的包埋能力显著提高。Dai Lei等[23]使用旋转蒸发仪蒸发玉米醇溶蛋白和藻酸丙二醇酯体系中乙醇，诱导复合颗粒的自发形成。该结果表明通过旋转蒸发获得的玉米醇溶蛋白和多糖的二元复合物能有效稳定Pickering乳液。研究还指出，复合物粒径与其浓度呈正相关，使用溶剂蒸发法使玉米醇溶蛋白质量浓度增加，粒径变大，纳米复合物浓度越高易引起颗粒黏连[24]。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[25]，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。Pan Kang等[26]采用pH值循环法制备稳定的玉米醇溶蛋白纳米复合物。然而，使用HCl溶液酸化时，由于滴定过程中氢离子分散不均匀，易使蛋白质颗粒发生聚集。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[27]。Sun Cuixia等[28]通过pH值循环法制备了玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯二元纳米复合物和玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯-酪蛋白酸钠三元纳米复合物，可用于稳定含油量为80%的高内相Pickering乳液。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。

     

图 4 pH值循环法制备玉米醇溶蛋白-酪蛋白酸钠纳米复合物示意图[27]
Fig. 4 Schematic illustration of the structures of zein-NaCas mixtures at pH 12.5 and after acidification to pH 7.5 using HCl or D-glucose-δ-lactone[27]

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[29]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[30]。

2 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。

     

图 5 纳米复合物表征方法示意图
Fig. 5 Schematic representation of the nanocomposite characterization method

对于纳米复合物的粒径及分布常用静态光散射（static light scattering，SLS）、动态光散射（dynamic light scattering，DLS）、X射线小角散射等手段进行表征。DLS常用于测定含有相对较小颗粒（粒径不大于400 nm）的悬浮液粒径分布，SLS常用于测定含有较大颗粒（粒径大于400 nm）悬浮液的粒径分布。扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）、透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）和原子力显微镜（atomic force microscope，AFM）常用于观察玉米醇溶蛋白与多糖复合物的微观结构。SEM原理是基于样品表面与电子束的相互作用，通过探测后向散射电子或二次电子使样品成像，SEM样品成像之前需要进行干燥，且背景电导率低，使用之前需要进行喷金处理，样品结构可能会发生改变[31]。TEM的原理是根据不同原子的电子密度，样品中电子被吸收、散射或反射，穿过的电子被放大因而可以观察微观形貌[32]。由于多糖的电子密度差，有时TEM无法清晰表征其形貌，需要进行染色处理[33]。AFM可在恒定环境如空气和液体中进行纳米形貌测试，它通过测试样品表面和旋臂之间的力来表征食品三维结构[34]。AFM与其他扫描探针显微镜相比，可提供单个蛋白质的颗粒信息，如精确的纳米尺度扫描、表面地形图、粗糙度等[35]。应该指出的是，AFM成像是采用脱水干燥后的样品，因此AFM图像反映的尺寸与胶体分散液中进行的DLS测量值可能不同。

冲刺组成员自己预估技术需求、资源供给。每一次迭代的小组绩效为组员个人最高绩效。同时，要求每一次迭代过程，组员间重要的沟通信息，记录在展板上；冲刺结束后将组员记录汇总起来，交流心得后，方才开始下一轮冲刺。

玉米醇溶蛋白在乙醇水溶液中以聚集体形式存在。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[36]。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。Wang Lei等[19]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。

主要采用BA楼控控制的方式，通过硬接点的形式接入DDC模块实现，要了解风机盘管控制原理。风机盘管的电气设计情况（见图2）不同于通常的动力设备，风机盘管的功率较小，一般不单独设置控制箱，电气设计类似照明设计，单独设置回路，且同时并接多个风机盘管设备，设置的数量与回路功率有关，只要保持功率在合理范围内即可。

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）[37]。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[38]。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[39]。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[20]。

2.3.1 核心机构分析 研究机构象征着相关的研究成果的生产、创造和扩散源领域，对其进行可视化分析可以评估的科研实力及其对影响，为学科布局、机构合作科研人员进修以及人才引进提供参考依据[10]。通过检索得到的期刊进行整理、统计得到图4。

     

图 6 玉米醇溶蛋白-魔芋胶复合物TEM图[37]
Fig. 6 Transmission electron microscopic images of konjac, zein, and zein-konjac nanocomposites[37]

     

图 7 玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯复合物SEM图[39]
Fig. 7 Scanning electron microscopic images of propylene glycol alginate, zein, and zein-propylene glycol alginate nanocomposites[39]

3 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[40]。Chang Chao等[41]对比果胶、羧甲基纤维素（carboxy methyl cellulose，CMC）、阿拉伯胶与玉米醇溶蛋白和酪蛋白酸钠（sodium caseinate，NaCas）形成的三元复合物后发现，当玉米醇溶蛋白和酪蛋白酸钠浓度相同时，果胶层的粒径明显大于CMC和阿拉伯胶，因此可以推测，颗粒大小的差异主要归因于多糖层的厚度。不同多糖产生的络合作用不同，果胶-NaCas-玉米醇溶蛋白纳米复合物加热后粒径明显减小，而CMC-NaCas-玉米醇溶蛋白纳米复合物粒径基本保持不变，这可能是由于加热前果胶分子质量较大，分子链较长，加热过程中由于玉米醇溶蛋白的变性和果胶的吸附作用，形成了结构更致密的纳米颗粒[41]。多糖层的组成会影响玉米醇溶蛋白与多糖之间的静电或空间斥力从而影响颗粒稳定性。Huang Xiaoxia等[42]使用高电荷密度的藻酸盐和低电荷密度的果胶组合，在玉米醇溶蛋白纳米颗粒表面形成多糖壳，结果显示30%（质量分数，下同）海藻酸盐-70%果胶在pH 6.5时颗粒稳定性最高，而100%的果胶在pH 3.0时颗粒稳定性最高。这说明通过改变多糖壳的组成，可以调整纳米复合物在不同pH值条件下的稳定性，但该现象的机理还有待进一步探究。

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。Li Shuqin等[43]制备并表征了茶多糖-玉米醇溶蛋白-紫杉醇纳米复合物，结果表明，当茶多糖质量分数为0.2%，紫杉醇、玉米醇溶蛋白质量比为1∶10时，该颗粒呈球形，粒径为165 nm。Ni Xuewen等[37]探究了玉米醇溶蛋白和魔芋胶在不同复合比例下的稳定性、微观结构和流变特性，结果表明，随着玉米醇溶蛋白浓度增加，二元复合物粒径在97.47～164.27 nm范围内，表明该复合物聚集程度不同，分布不均匀，随着魔芋胶浓度增加，粒径变化速度降低。研究显示，玉米醇溶蛋白和玉米纤维胶组成的纳米复合物，当质量比为2∶1时粒径最小，为（309.40±2.48）nm，说明玉米纤维胶吸附玉米醇溶蛋白表面[40]。Liu Fuguo等[44]采用乙醇诱导法将藻酸丙二醇酯和玉米醇溶蛋白制备新型复合水凝胶，该复合水凝胶的强度和弹性随着玉米醇溶蛋白浓度的增加而降低，当藻酸丙二醇酯/玉米醇溶蛋白质量比为5∶1、pH 3.5时具有较强的弹性和致密的结构，体外模拟胃肠道实验结果表明该凝胶对姜黄素具有较强的控释作用。

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。Huang Xiaoxia等[42]研究了pH值对复合物粒径、电荷和稳定性的影响，发现在pH 3.0～5.0时颗粒粒径相对较小，在pH 6.0～6.5范围内有所增加，在pH 7.0时再次降低。采用玉米醇溶蛋白和藻酸丙二醇酯二元复合物稳定Pickering乳液时，在高酸条件下（pH 2.5），乳液仍然保持稳定;中性偏酸条件下（pH 6.0），乳液液滴尺寸略有增加，但体系仍保持均匀[45]。此外，离子强度也影响纳米复合物稳定性。有研究显示，Ca2+含量越高，颗粒尺寸越大，表面正电荷越低[46]。热处理是制备具有更小尺寸和更均匀分布纳米颗粒的常用方法。Wang Lei等[19]在70 ℃下热处理玉米醇溶蛋白纳米颗粒，粒径由443.30 nm降至185.50 nm，将此热处理后的玉米醇溶蛋白与阿拉伯胶和海藻酸钠通过静电引力复合可形成更加稳定的纳米复合物。

4 功能特性应用研究4.1 生物活性物质递送载体

多酚类生物活性物质如白藜芦醇、姜黄素、槲皮素等因其较强的抗氧化性而得到广泛关注。然而多酚类化合物难溶于水，且易发生光、热和氧降解，生物利用度低[47]。研究显示，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[48]。玉米醇溶蛋白与不同种类多糖形成的纳米复合物对生物活性物质的包埋率和负载量如表1所示。Chen Shuai等[39]构建了玉米醇溶蛋白-透明质酸纳米复合物作为姜黄素的递送载体，与单一玉米醇溶蛋白纳米颗粒相比，姜黄素的包埋率由72.18%提高至95.03%，姜黄素在模拟胃肠道消化实验中表现出较好的抗光降解稳定性和控释特性。Dai Lei等[49]发现，鼠李糖酯的存在显著提高了玉米醇溶蛋白对姜黄素的包埋率，由17.64%提高至98.05%。当姜黄素和玉米醇溶蛋白的质量比为1∶10时，二元复合物最稳定，姜黄素的包埋率达95.90%[50]。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[51]。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。Li Hao等[17]研究表明，可溶性大豆多糖的添加显著提高了玉米醇溶蛋白对槲皮素的包埋率和光降解稳定性，且没有影响其自由基清除能力。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[52]。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[53]。

分别对1号、3号和6号试样的拉伸断口进行SEM扫描，分析断裂形式，验证以上结果．用JSM-6490LV型钨灯丝扫描电子显微镜进行断口扫描分析，并对某些区域进行能谱分析，分析结果如图6所示．

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[54]，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。Dai Lei等[55]的研究结果表明，单一玉米醇溶蛋白对姜黄素的包埋率为21%，玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯二元复合物对其的包埋率为67%，玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯-鼠李糖酯三元复合物对其的包埋率为92%，而玉米醇溶蛋白-藻酸丙二醇酯-卵磷脂对其的包埋率为97%，尤其在姜黄素处于高质量浓度（125 mg/mL）时，三元复合物对姜黄素的包埋率明显高于二元复合物。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[56]。

表 1 玉米醇溶蛋白和多糖纳米复合物对生物活性物质的包埋效率
Table 1 Encapsulation efficiency of zein and polysaccharide nanocomposites for bioactive substances

     

多糖 生物活性物质 粒径/nm 包埋率/% 负载率/% 参考文献透明质酸 姜黄素 140.37±3.45 95.03±2.11 3.66±0.37 [39]鼠李糖酯 姜黄素 98.48±0.15 2.94±0.01 [49]阿拉伯胶 姜黄素 83.36±0.90 95.90 [50]果胶 姜黄素 250.20±7.30 91.80±1.10 [15]透明质酸 槲皮素 93.56±3.22 3.89±0.36 [21]可溶性大豆多糖 槲皮素 210.90±1.40 82.50±1.50 [17]黄芪胶 藏花醛 91.55±3.35 9.97±0.41 [57]

     

图 8 游离岩藻黄素和封装后岩藻黄素在不同模拟消化阶段（胃、十二指肠、空肠和回肠）的释放速率[53]
Fig. 8 Release rates of free fucoxanthin and encapsulated fucoxanthin at different simulated digestion stages (stomach, duodenum, jejunum, and ileum)[53]

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[58]。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[59]，且水相浑浊[7]，易分层，在食品体系中的应用受限。玉米醇溶蛋白与多糖通过非共价作用形成的纳米复合物可用于稳定Pickering乳液，表现出较强的储存稳定性和较好的乳化指数[58]。Ostwald熟化描述了一种非均匀结构随时间流逝所发生的变化：溶质原子由小尺寸颗粒周围向大尺寸颗粒周围扩散，导致小颗粒溶解和大颗粒长大[60]。已有研究表明，利用壳聚糖、阿拉伯胶、果胶、酪蛋白酸钠等生物聚合物降低玉米醇溶蛋白的疏水性，在玉米醇溶蛋白与多糖浓度比例适宜的情况下，纳米复合物的三相接触角接近90°，制备的Pickering乳液在较广的pH值范围内具有较好的稳定性，这可能是因为玉米醇溶蛋白和多糖复合物在油滴表面形成吸附层，为油滴的聚集和Ostwald熟化提供了致密的屏障[61]。以玉米醇溶蛋白和阿拉伯胶二元复合物为例[62]，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[13]。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[63]。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[28]。

     

图 9 玉米醇溶蛋白-阿拉伯胶复合物稳定的Pickering乳液激光共聚焦扫描显微镜图[62]
Fig. 9 Confocal laser scanning microscope images of Pickering emulsions at 50% oil fraction stabilized by zein-gum arabic complexes at their equal mass ratio[62]

5 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。

该激光氧分析仪是利用1台发射器/接收器，彼此可反向安装，去测量通过瞄准线路径的气体平均体积分数，测量原理是红外单线吸收光谱法。

参考文献：

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Progress in Preparation Methods, Structural Characterization and Functional Properties of Zein-Polysaccharide Nanocomposites

SUN Cuixia, SONG Jingru, FANG Yapeng*
(School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China)

Abstract: As a natural plant protein extracted from corn gluten meal, zein is non-allergenic protein, and has unique self-assembly characteristics and good biocompatibility. It is generally recognized as safe food-grade ingredient. Based on the solubility of zein in different solvents, a variety of methods have been developed to fabricate zein nanoparticles.Such particles are widely used as delivery vehicles for bioactive compounds and as particulate stabilizers for emulsions.Nanocomposites of zein and polysaccharides formed by electrostatic, hydrophobic and hydrogen bonding can synergistically enhance emulsion stability, which will increase encapsulation efficiency, loading capacity and bioavailability of bioactive compounds. In the current article, we review the different methods used to prepare zein-polysaccharide nanocomposites, the techniques for their structural characterization, the factors affecting particle properties, and their functional properties. The aim is to provide a theoretical basis for the development of new fabrication methods for zein-based nanocomposites, and at the same time, offer technical support for the application of zein-polysaccharide nanocomposites in the food industry.

Keywords: zein; nanocomposites; preparation methods; structural characterization; functional properties

DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190411-153

中图分类号：TS201.7

文献标志码：A

文章编号：1002-6630（2020）09-0323-09

引文格式：

孙翠霞, 宋镜如, 方亚鹏. 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[J]. 食品科学,2020, 41(9): 323-331. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190411-153. http://www.spkx.net.cn

SUN Cuixia, SONG Jingru, FANG Yapeng. Progress in preparation methods, structural characterization and functional properties of zein-polysaccharide nanocomposites[J]. Food Science, 2020, 41(9): 323-331. (in Chinese with English abstract)DOI:10.7506/spkx1002-6630-20190411-153. http://www.spkx.net.cn

收稿日期：2019-04-11

基金项目：上海市科委科技创新行动计划重大项目（18JC1410801）;上海市科学技术委员会“扬帆计划”项目（19YF1422400）;上海交通大学“新进青年教师启动计划”项目（18X100040057）

第一作者简介：孙翠霞（1987—）（ORCID: 0000-0002-4301-1506），女，助理研究员，博士，研究方向为植物蛋白质结构解析与功能特性。E-mail: cxsunphd@sjtu.edu.cn

*通信作者简介：方亚鹏（1977—）（ORCID: 0000-0003-3411-7648），男，教授，博士，研究方向为食品胶体科学。E-mail: ypfang@sjtu.edu.cn