Food Chemistry: X│基于糖基化处理乳清分离蛋白颗粒稳定的Pickering乳液的表征、稳定性和姜黄素的生物可及性

乳清分离蛋白（Whey protein isolate, WPI）是乳制品生产过程的副产物，含有多种类型的球状蛋白，包括约20%的乳蛋白，如α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、乳铁蛋白、血清白蛋白和免疫球蛋白。乳清分离蛋白的营养价值和理化特性使其成为一种理想的用于封装和输送营养物质的材料。在转谷氨酰胺酶（TGase， EC 2.3.2.13）的催化下，氨基糖的-NH2可以与蛋白质的Gln残基连接，产生糖基化蛋白。通过TGase使蛋白糖基化可以改善蛋白质的理化性质。然而，对于TGase型糖基化是否能提高WPI乳液的稳定性，以及含氨基糖与WPI在油水界面的相互作用机制还缺乏研究。本研究旨在评价TGase型糖基化对WPI稳定的Pickering乳液的制备及其稳定性的影响。采用TGase制备了壳寡糖修饰的WPI，并进一步制备了糖基化WPI稳定的Pickering乳液，探讨了糖基化WPI稳定的Pickering乳液的液滴大小、微观结构、乳化性能、发泡性能、稳定性、抗氧化活性、包封效率以及姜黄素在体外模拟体外消化过程中的释放行为。

目前，以蛋白质-多糖复合物来制备Pickering乳液已引起越来越多的关注。本研究利用谷氨酰胺转酶（TGase）对乳清分离蛋白（WPI）进行壳寡糖修饰后，制备Pickering乳液，并负载姜黄素。以姜黄素/蛋白比为1:25，油相分数为φ= 17%为稳定乳液的最佳条件，得到的糖基化WPI乳液粒径为31.70 μm且其对姜黄素的包封率最高（96.64%）。微观结构分析表明，糖基化后的WPI具有致密小液滴覆盖界面层。改性后的WPI乳液具有良好的乳化性能和乳液稳定性，有效地抑制了乳液中水-油过早分层。体外消化结果表明，糖基化WPI乳液显著提高了姜黄素的生物可及性（40.34%）和抗氧化活性。本研究结果为应用糖基化WPI稳定Pickering乳液作为姜黄素的运输载体提供了有益的参考。

研究成果

图1. 由WPI、交联WPI和糖基化WPI稳定的Pickering乳液的表征

不同pH（A）和油水比（B）下，WPI、交联WPI、糖基化WPI制备的Pickering乳液的平均液滴大小（μm）。WPI、交联WPI、糖基化WPI制备的Pickering乳液的平均液滴大小（μm）（C）、光学显微镜图像（放大40倍）（D）、扫描电镜图像（放大600倍和2000倍）（E）和荧光强度（F）。不同小写字母表示差异，具有统计学意义（p < 0.05）。

Fig. 1. Characterization of Pickering emulsions stabilized by WPI, crosslinking WPI and glycosylated WPI. Average droplets size (μm) of Pickering emulsions prepared with WPI, crosslinking WPI, glycosylated WPI at different pH of WPI (A) and oil/water ratios (B). Average droplets size (μm) (C), optical microscope images (magnification 40×) (D), scanning electron microscope (SEM) images (magnification 600× and 2000×) (E), and fuorescence intensity (F) of Pickering emulsions prepared with WPI, crosslinking WPI, glycosylated WPI embedding curcumin. Different lowercase letters indicate statistically significant differences (p < 0.05).

图2. 姜黄素Pickering乳液的包封率（EE）% （A）和负载率（LE） % （B）。不同pH值下Pickering乳液的液滴大小（C）。37℃（D）、60℃（E）和80℃（F）下Pickering乳液的姜黄素保留率（G）。不同NaCl浓度下Pickering乳液的姜黄素保留率测定（H）。不同贮存时间下包埋姜黄素的糖基化WPI乳液（I）。不同小写字母表示差异，具有统计学意义(p < 0.05)。

Fig. 2. The encapsulation efficiency (EE)% (A) and loading efficiency (LE)% (B) of Pickering emulsions loaded with curcumin. The droplets size measurement of the Pickering emulsions at different pH values (C). The curcumin retention rate of the Pickering emulsions under 37 ◦C (D), 60 ◦C (E) and 80 ◦C (F). The droplets size measurement of the Pickering emulsions under different NaCl concentrations (G). The curcumin retention rate of the Pickering emulsions at different storage time (H). The visual appearance of WPI, crosslinking WPI, and glycosylated WPI emulsions embedding curcumin under different storage time (I). Different lowercase letters indicate statistically significant differences (p < 0.05).

图3. 不含姜黄素和含姜黄素的WPI、交联WPI、糖基化WPI乳液的起泡量（FC）% （A）、成乳指数（CI）% （B）和乳化性能（C），包括乳化活性指数（EAI)）（m2 /g）和乳化稳定性指数（ESI）%。不同字母表示差异，具有统计学意义（p < 0.05）。

Fig. 3. The foaming capacity (FC)% (A), creaming index (CI)% (B), and emulsifying properties (C) including emulsifying activity index (EAI) (m2/g) and emulsifying stability index (ESI) % of WPI, crosslinking WPI, glycosylated WPI emulsions containing curcumin. Different letters indicate statistically significant differences (p < 0.05).

图4.不含姜黄素和含姜黄素的WPI、交联WPI、糖基化WPI乳剂的DPPH自由基清除活性（A）和ABTS自由基清除活性（B）。不同小写字母表示差异，具有统计学意义（p < 0.05）。

Fig. 4. The DPPH radical scavenging activities (A) and ABTS radical scavenging activities (B) of WPI, crosslinking WPI, glycosylated WPI emulsions containing curcumin. Different lowercase letters indicate statistically significant differences (p < 0.05).

图5. 姜黄素的生物可及性（A），在胃（B）和肠（C）消化阶段的释放率。消化前后负载姜黄素的WPI、交联WPI、糖基化WPI稳定的Pickering乳液的粒径（D）。不同小写字母表示差异，具有统计学意义（p < 0.05）。

Fig. 5. The bioaccessibility (A) and release rate of curcumin instimulated gastric (B) and intestinal (C) digestion stage. The particle sizes of Pickering emulsions stabilized with WPI, crosslinking WPI, glycosylated WPI in stimulated digestion (D). Different lowercase letters indicate statistically significant differences (p < 0.05).

本研究在TGase催化下，以WPI和壳寡糖为稳定剂成功制备了Pickering乳液。经过糖基化的WPI稳定的Pickering乳液，由于WPI结构的改变，其液滴尺寸减小，微观结构更加致密，起泡乳化性能和成乳稳定性都得到了改善。糖基化WPI乳液对姜黄素的保护作用明显强于交联WPI乳液。壳寡糖的加入显著提高了WPI乳液的稳定性：抵抗热处理、pH、离子强度能力增强，贮藏时间延长。糖基化WPI稳定的Pickering乳液负载姜黄素后，姜黄素的抗氧化性能得到增强。此外，经消化后，姜黄素释放减缓，其生物可及性增加。综上所述，糖基化WPI稳定的Pickering乳液可作为姜黄素的有效递送手段，提高其稳定性、抗氧化性和生物可及性。本研究不仅为制备基于WPI的Pickering乳液提供了一种简便的方法，而且拓展了糖基化WPI在食品中的应用潜力。

Di Li, Yujun Jiang, Jia Shi. Novel Pickering emulsion stabilized by glycosylated whey protein isolate: Characterization, stability, and curcumin bioaccessibility[J].Food Chemistry- X , 2024,21：101186

https://doi.org/10.1016/j.fochx.2024.101186

Food Research International│探讨美拉德反应和脂质氧化在肉制品油炸过程中糖基化终产物中的作用

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文字：王晓晴

校编：赵   雪

 排版：吴美红

 审核：李春保