基于麦醇溶蛋白递送体系研究进展_佟臻.pdf

佟臻，高彦祥.基于麦醇溶蛋白递送体系研究进展 J.食品工业科技，2023，44（14）：448456.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022090083TONG Zhen,GAO Yanxiang.Research Progress Based on Gliadin Delivery SystemsJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(14):448456.(in Chinese with English abstract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022090083 专题综述 基于麦醇溶蛋白递送体系研究进展基于麦醇溶蛋白递送体系研究进展佟臻，高彦祥*（中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）摘要：麦醇溶蛋白，作为从小麦中提取得到的醇溶谷蛋白，因其良好的生物相容性、疏水性、微极性、胶黏性以及修饰和增强功能成分释放的能力，使其成为众多功能成分的潜在载体。本文对麦醇溶蛋白的结构、麦醇溶蛋白基载体的制备方法（反溶剂沉淀法、pH 循环法、溶剂蒸发法、静电喷雾法、非静电络合法）及其在各类功能成分（抗氧化剂、酶、维生素、抗生素）递送中应用进行综述，并对不同制备方法的优缺点进行比较，以期为不同应用需求下麦醇溶蛋白递送体系的制备、拓展、开发以及为麦醇溶蛋白递送体系在食品、医药、生物骨架等方面的应用提供理论基础。关键词：麦醇溶蛋白，递送体系，抗氧化剂，维生素，酶本文网刊:中图分类号：TS202.3 文献标识码：A 文章编号：10020306（2023）14044809DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022090083ResearchProgressBasedonGliadinDeliverySystemsTONGZhen，GAOYanxiang*（College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,Beijing 100083,China）Abstract：Gliadins,as prolamins extracted from wheat,have become potential promising carriers of multitudinousfunctional components due to their excellent biocompatibility,hydrophobicity,micropolarity,tackiness and ability tomodify and enhance the release of functional components.This paper reviews the structure of gliadin,the preparationmethods of gliadin-based carriers (antisolvent precipitation methods,pH-cycle methods,solvent evaporation methods,electrospraying methods,non-electrostatic complexation methods)and their applications in the delivery of a wide range offunctional components(antioxidants,enzymes,vitamins,antibiotics),further more compares the corresponding advantagesand disadvantages of each,in the hope of providing a theoretical basis for the preparation,expansion and development ofgliadin delivery systems under different application requirements,as well as the applications of gliadin delivery systems infood,medicine,biological skeleton,etc.Keywords：gliadin；delivery system；antioxidant；vitamin；enzyme 蛋白质的两亲性、可生物降解性和可代谢性使其十分适用于功能成分的特异性结合和靶向递送1。相较于动物蛋白的免疫原性以及被动物传染病污染的风险2，而从天然植物中提取的植物蛋白，包括豆类蛋白、醇溶谷蛋白等，则可以克服上述动物蛋白的限制3。根据联合国粮食及农业组织作物前景与粮食形势统计数据，截至 2021 年，小麦在全球谷物产量和贸易量中排名第二4。麦醇溶蛋白是小麦蛋白的主要成分，占小麦总蛋白质含量 45%50%5，其不溶于水、稀盐溶液、稀酸和稀碱溶液以及无水乙醇，除极端 pH 条件下，麦醇溶蛋白仅溶于 60%90%（v/v）的乙醇水溶液，较强的疏水性是由于麦醇溶蛋白中的二硫键的存在和疏水相互作用导致肽链呈折叠形式6。麦醇溶蛋白具有良好的生物相容性、疏水性、微极性、胶黏性及修饰、增强和靶向功能成分释放的能力，这些性质使其在功能成分递送中发挥着关键作用，除此之外，其来源广、成本低的特性也促使其广泛应用于食品、制药、生物骨架和功能成分递送等方面7。本文总结了麦醇溶蛋白的结构、麦醇溶蛋白的 收稿日期：20220908 作者简介：佟臻（1997）女，博士研究生，研究方向：天然产物与功能食品，E-mail：。*通信作者：高彦祥（1961），男，博士，教授，研究方向：食品配料与功能食品，E-mail：。第 44 卷 第 14 期食品工业科技Vol.44 No.142023 年 7 月Science and Technology of Food IndustryJul.2023 制备方法以及麦醇溶蛋白作为功能成分载体在不同功能成分递送体系构建中的应用，以期为拓展麦醇溶蛋白基递送体系提供一定的理论依据，推动麦醇溶蛋白基递送体系的深入研究。1麦醇溶蛋白结构麦醇溶蛋白为分子量约为 3080 kDa 的单体小分子球状蛋白，主体由分子内氢键、二硫键、范德华力以及疏水相互作用等作用力连结的单一多肽链构成8。麦醇溶蛋白包含两个主要结构域：富含谷氨酰胺和脯氨酸的中心疏水区域（CS）以及包围中心疏水结构域且富含疏水氨基酸的末端疏水部分（T）9。按照低 pH 条件下的电泳迁移率可将麦醇溶蛋白分成四组带：-麦醇溶蛋白（25%，2535 kDa）、-麦醇溶蛋白（30%，3035 kDa）、-麦醇溶蛋白（30%，3540 kDa）和-麦醇溶蛋白（15%，5570 kDa）10。电泳迁移率并不完全反映蛋白质特性，以氨基酸序列和氨基酸组成对麦醇溶蛋白进行分析，可将其分为三种类型：/-麦醇溶蛋白、-麦醇溶蛋白、-麦醇溶蛋白11。其中/-麦醇溶蛋白和-麦醇溶蛋白由于具有长碳-TS 链和短氨基-TS 链而具有高度两亲性；而-麦醇溶蛋白则由 CS 占据-麦醇溶蛋白结构的90%95%且具有短碳-TS 链和短氨基-TS 链12，由于-麦醇溶蛋白具有比/-麦醇溶蛋白和-麦醇溶蛋白更少的疏水表面，因而-麦醇溶蛋白是麦醇溶蛋白中疏水性最弱的13。由于-麦醇溶蛋白没有半胱氨酸残基，因此不存在二硫键，故被称为贫硫醇溶蛋白；对应的/-麦醇溶蛋白和-麦醇溶蛋白被称为富硫醇溶蛋白14。/-麦醇溶蛋白通常包含一个由 20 个氨基酸残基组成的多肽，一个由 5 个氨基酸残基组成的 N 端区域，一个由 110130 个氨基酸残基组成的重复区域和一个由 140160 个氨基酸残基组成的 C 端区域15。重复区域主要由富含谷氨酰胺、脯氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸的重复单元组成，/-麦醇溶蛋白的重复单元是 PFP（Q）3-616。-麦醇溶蛋白包含一个由19 个氨基酸残基组成的多肽、一个 12 个氨基酸残基的 N 端区域、一个由 80160 个氨基酸残基组成的重复区域和一个由 140150 个氨基酸残基组成的C 端区域15。-麦醇溶蛋白重复区域的典型重复单元是（PFPQ）1-2（PQQ）1-216。-麦醇溶蛋白包含一个由 19 个氨基酸残基组成的多肽、一个 11 个氨基酸残基的 N 端区域、一个由约 238 个氨基酸残基组成的重复区域和一个由 12 个氨基酸残基组成的 C 端区域33。按照分子量的不同可将-麦醇溶蛋白分为 1A-麦醇溶蛋白、1B-麦醇溶蛋白和 1D-麦醇溶蛋白。1A-麦醇溶蛋白和 1D-麦醇溶蛋白的重复区域具有类似的重复单元 PF（PQQ）1-2PQ2；1B-麦醇溶蛋白的重复单元略有不同：FP（Q）2-416。-麦醇溶蛋白的特点是谷氨酰胺、脯氨酸和苯丙氨酸含量最高，这些氨基酸总和可占总氨基酸含量的80%左右17。2麦醇溶蛋白基载体制备方法目前，麦醇溶蛋白基递送体系以麦醇溶蛋白纳米颗粒或由麦醇溶蛋白纳米颗粒制备得到的 Pickering乳液为主，因此在麦醇溶蛋白基载体制备方法中主要介绍纳米颗粒的制备方法。2.1反溶剂沉淀法目前最主流的制备麦醇溶蛋白纳米颗粒的方法是反溶剂沉淀法，这种方法是基于蛋白质的脱溶（纳米沉淀）现象。首先，将蛋白和功能成分溶解在有机相（醇/水）中；其次，在各种混合条件（例如，涡流搅拌、超声处理和均质化）下，在溶液中注入 pH 远离等电点的水等反溶剂；最后，体系中的有机相可通过旋转蒸发或冷冻干燥除去，如图 1 所示18。纳米颗粒的形成主要是通过氢键、静电相互作用和疏水相互作用。有机相的组成会影响形成的纳米颗粒的平均尺寸，一般来说，有机相为乙醇/水制备得到的颗粒比丙醇/水得到纳米颗粒的平均尺寸更小19。通过反溶剂沉淀法诱导的单一蛋白纳米颗粒由于较低的 Zeta电位因而有聚集和形成大的团聚体的趋势20。为了优化单一蛋白纳米颗粒性质，可通过添加两种或多种水不溶性成分（例如，蛋白质、脂质和多糖）使用反溶 Desolvation processHydrophobicproteinDesolvatingagentDrugProtein solvent solution图 1 反溶剂沉淀法制备蛋白纳米颗粒18Fig.1 Preparation of protein nanoparticles by antisolvent precipitation methods18 第 44 卷 第 14 期佟臻，等：基于麦醇溶蛋白递送体系研究进展 449 剂沉淀法制备复合纳米颗粒。在这些情况下，这些方法可分为逐步反溶剂沉淀法和反溶剂共沉淀法21。在逐步反溶剂沉淀过程中，将成分溶液逐步注入反溶剂中，纳米颗粒在第一个反溶剂沉淀步骤中自发形成，然后其他成分在随后的反溶剂沉淀步骤中自发附着到预先制备的纳米粒子上。在反溶剂共沉淀过程中，各成分溶解在同一溶液中，而后将具有多组分成分的溶液注入反溶剂中，其中多组分成分自发地同时形成复合的纳米颗粒。与逐步反溶剂沉淀法相比，反溶剂共沉淀法产生的纳米颗粒粒径更小，表面更粗糙，浊度更低，包埋率更高22。反溶剂沉淀法有许多明显的优点，如操作过程简单，稳定性高，包埋率高、可制备得到粒径较小的纳米颗粒，并且能够通过调整制备条件控制纳米颗粒粒径大小。然而反溶剂沉淀法也存在一些不足：一方面反溶剂后溶剂中低比例有机溶剂使得有机溶剂较难去除，使用旋转蒸发或冷冻干燥又会导致一定程度上纳米颗粒的聚集；另一方面反溶剂沉淀法制备出的纳米颗粒浓度较低，在工业生产应用上有明显的局限性；除此之外，该方法只适用于受脱溶过程影响较小或被转运蛋白稀释的蛋白质23。2.2pH 循环法pH 循环法是一种基于不同 pH 下疏水麦醇溶蛋白的不同溶解度制备疏水麦醇溶蛋白纳米颗粒的有效方法。首先，将蛋白和功能成