負載甘草素的玉米醇溶蛋白/果膠納米顆粒:表征、穩定性及其在燉羊肉中降低β-咔啉含量的應用
《Food Hydrocolloids》:Galangin-loaded zein/pectin Nanoparticles: Characterization, stability, and application for
β-carboline mitigation in braised lamb
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時間:2026年02月27日
來源:Food Hydrocolloids 12.4
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姜黃素負載的zein/pectin納米顆粒(ZGP-NPs)有效抑制肉制品中β-卡巴oline生成,包封效率達96.07%,載藥量7.93%,在鹽鹵模型和鹵煮羊肉中抑菌率10.58%-68.30%,機制涉及醛類前體捕獲、自由基清除及直接結合作用。
陳橋春|陳圓圓|周倩|王明福
深圳大學高等研究院,中國深圳市518060
摘要
香蘭素(Gal)是一種普遍存在于高良姜中的疏水性黃酮類化合物,對異環胺的β-咔啉類化合物的形成具有顯著的抑制作用。然而,其較差的水溶性限制了其在基于水的食品系統(如燉肉)中的應用。為了解決這個問題,研究人員設計了負載香蘭素的玉米醇溶蛋白/果膠納米顆粒(ZGP-NPs),以結合香蘭素和果膠對異環胺形成的抑制作用,同時提高香蘭素在水中的分散性。通過優化制備工藝,該納米顆粒在香蘭素濃度為2 mg/mL時實現了高達96.07%的包封效率和7.93%的負載量。微觀結構和理化表征表明包封成功,得到了平均粒徑為123.42 nm的均勻球形顆粒。ZGP-NPs在不同化學和物理條件下表現出良好的穩定性。在鹽溶液模型和燉羊肉實驗中,ZGP-NPs顯著抑制了β-咔啉的形成,在鹽溶液模型中減少了35.43–68.30%(游離型)的β-咔啉,在燉羊肉中減少了10.58–28.24%(游離型)和31.72–55.22%(游離型+結合型)的β-咔啉。機制研究表明,ZGP-NPs可能通過捕獲醛類(β-咔啉的前體)、清除自由基以及直接結合β-咔啉來抑制其生成。這項工作展示了一種利用多酚包封納米顆粒來減輕有害化合物的新策略,為提高肉類安全性提供了一種新穎、高效且經濟的方法。
引言
異環胺(HAs)是一類在高溫加工過程中食品中形成的典型有害化合物(Li, Yang, Lu等人,2023)。其中,β-咔啉類化合物(包括9H-吡啶[3,4-b]吲哚(norharman)和1-甲基-9H-吡啶[3,4-b]吲哚(harman))由于其致突變性和引發神經損傷的能力而被視為潛在的健康危害(Gibis, 2016; L. Zhang等人,2023)。它們通常在富含蛋白質的食品(尤其是調味肉類)的熱加工過程中產生,是主要的HAs類別。我們之前的研究表明,β-咔啉類化合物在燉羊肉(Chen等人,2024)、燉豬肚(Lu等人,2025)和燉肉(Wang, Dong等人,2024)中含量較高。它們也是熏香腸(Yang等人,2020)和植物基漢堡產品(Deng等人,2022)中檢測到的主要HAs成分。據報道,人體每日攝入量可能達到norharman 4 μg/kg體重和harman 1 μg/kg體重(Herraiz, 2004)。
香料在肉類加工中廣泛用于提升風味,其中含有大量植物化學物質,這些物質在癌癥化學預防和化療中顯示出潛在作用(Sharma等人,2024)。值得注意的是,含香料的黃酮類化合物已被證實能有效抑制HAs的形成并調節HAs引起的細胞毒性(Deng等人,2023; Lee等人,2020)。香蘭素(Gal),也稱為3,5,7-三羥基黃酮,是高良姜中的主要疏水性黃酮(Das等人,2020)。我們之前的研究證明,香蘭素具有強抗氧化活性,并對β-咔啉的形成有顯著抑制作用(Chen等人,2024; Zhao等人,2020)。然而,其較差的水溶性限制了其在基于水的食品系統(如中國傳統燉肉)中的效果。因此,提高香蘭素的溶解性和分散性對于增強其在水基食品系統中的應用及其對β-咔啉的抑制潛力至關重要。
為了解決這一挑戰,納米包封技術被提出作為一種有效策略,以提高食品中疏水性生物活性化合物的溶解性、穩定性和生物利用度(He等人,2023; Rezaei等人,2019)。已經開發了多種納米載體,包括納米顆粒、納米凝膠、納米乳液和納米脂質體等。其中,通過反溶劑沉淀法制備的玉米醇溶蛋白/果膠核殼納米顆粒得到了廣泛研究,因為這種成熟的方法可以直接、高效且可行地穩定疏水性生物活性化合物并提高其生物利用度,無需昂貴的設備或額外的乳化劑,也不會增加安全性風險(Caicedo Chacon等人,2023)。玉米醇溶蛋白是一種常用的生物聚合物,由于其顯著的疏水性,能夠有效包封疏水性多酚;而果膠主要通過疏水相互作用吸附在玉米醇溶蛋白表面,從而增強納米顆粒的穩定性(Chen, Zhou等人,2025; Huang, Liu等人,2019; Mariano等人,2024)。此外,玉米醇溶蛋白本身具有抗氧化活性,且不含HAs的前體氨基酸(Zhang等人,2011),同時果膠和香蘭素都被證明能有效抑制HAs的形成(Yang等人,2021; Zhao等人,2020; Chen, Zhang等人,2025)。然而,大多數關于這類納米載體的研究主要集中在體外或體內的靶向遞送上,以改善生物活性化合物的生物利用度,而它們在食品加工中的應用,特別是減少有害化合物的形成方面,仍鮮有探索。
因此,我們制備了負載香蘭素的玉米醇溶蛋白/果膠納米顆粒(ZGP-NPs),并對其微觀結構、理化性質和加工穩定性進行了系統表征。在模型系統和燉羊肉中評估了它們對β-咔啉形成的抑制效果,并進一步研究了其作用機制。這項工作展示了負載疏水性黃酮類化合物的納米顆粒的新應用,可以有效結合和增強這些成分的利用,為減少加工肉類中的有害化合物提供了一種新穎且經濟的方法。
材料與化學品
來自柑橘皮的果膠(半乳糖醛酸含量≥74.0%,干基)和ABTS [2,2′-偶氮雙(3-乙基苯并噻唑-6-磺酸)二銨鹽]購自Sigma-Aldrich(德國達姆施塔特)。玉米醇溶蛋白購自Aladdin Bio-Chem Technology Co., Ltd.(中國上海)。香蘭素(含量≥78.0%)購自Chemfaces(中國武漢)。norharman和harman的標準品(純度≥98%)購自CATO Research Chemicals Inc.(美國尤金)。甲醛(濃度10 mg/mL)
玉米醇溶蛋白與香蘭素之間的分子相互作用
熒光光譜是評估蛋白質-多酚相互作用和闡明蛋白質構象的重要工具(Liu等人,2023)。由于酪氨酸殘基的存在,玉米醇溶蛋白具有內在熒光性(Yang等人,2024)。如圖1B所示,在沒有香蘭素的情況下,玉米醇溶蛋白顯示出強烈的熒光信號。然而,隨著香蘭素濃度的增加(10-100 μg/mL),其熒光強度顯著減弱,甚至在較高濃度下幾乎完全熄滅
結論
總之,香蘭素成功被包封到玉米醇溶蛋白/果膠納米顆粒中,形成了ZGP-NPs,在各種加工條件下表現出優異的穩定性。當應用于基于醬油的鹽溶液模型系統和實際的燉羊肉系統中時,ZGP-NPs有效抑制了模型系統和實際燉羊肉中游離β-咔啉的形成,以及燉羊肉中的游離和總β-咔啉。初步的機制研究表明,ZGP-NPs可能
CRediT作者貢獻聲明
陳橋春:撰寫 – 審稿與編輯,撰寫 – 原稿,實驗研究,數據分析。陳圓圓:方法學設計,數據分析。周倩:項目監督,項目管理。王明福:撰寫 – 審稿與編輯,項目監督,資金獲取,概念構思。
利益沖突聲明
作者聲明沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
本工作得到了國家重點研發計劃(2021YFD2100103)和深圳科技計劃(ZDSYS20220117155800001)的支持。
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