大黃魚卵分離蛋白乳液的構筑及其體外消化規律

王笑涵，姜 卉，吳海濤，張志慧，崔浩哲，于佳卉，楊 賀，唐 越

（大連工業大學食品學院，國家海洋食品工程技術研究中心，遼寧 大連 116034）

脂溶性營養物質是指一類能夠溶解在脂肪中，進而被人體攝入、消化、吸收的物質。常見的脂溶性營養物質包括維生素類、類胡蘿卜素類、黃酮類、多酚類、多不飽和脂肪酸類等[1]。β-胡蘿卜素是一種存在于黃色或橘色水果或蔬菜中的天然脂溶性活性物質，可作為天然色素、抗氧化劑、VA原等[2]。β-胡蘿卜素猝滅單線態氧和滅活自由基的能力在預防特定的癌癥、心血管疾病、黃斑退化癥、白內障和提高免疫反應中可發揮較大作用[3]。然而，其存在水溶性差、易氧化降解、生物利用度低等缺點，這極大地限制了其在食品領域的應用。為了保護這類脂溶性活性物質，常見的方法是利用水包油型乳液體系對其進行包埋。水包油型乳液體系主要通過一種或多種乳化劑實現油相和水相的均化，乳化劑可吸附到油滴的表面，起到降低界面張力并阻止液滴將聚集的作用。Yuan Yuan等[4]采用高壓均質法制備了穩定的基于Tween系列β-胡蘿卜素納米乳液。Silva等[5]利用分散-蒸發法制備β-胡蘿卜素納米顆粒，其穩定性好，不易分層。

在大多數乳液輸送體系中，包埋活性成分的載體主要是植物蛋白。然而，以魚類分離蛋白為載體構筑活性成分輸送體系的研究還鮮有報道。大黃魚（Pseudosciaena crocea）是中國海水養殖排名第一的魚類，其中富含多種長鏈不飽和脂肪酸和蛋白質[6]。大黃魚主要分布在我國東海和南海，魚卵約占魚體總質量的20%。然而，除了一些魚卵加工成魚子醬或飼料外，其余均未被利用，造成了極大的資源浪費[7]。目前，國內外有關大黃魚卵的研究主要集中在魚卵的孵化、化學組成分析等方面[11]，大黃魚卵蛋白資源開發利用的相關研究卻鮮有報道。

活性成分的釋放直接關系著乳液輸送體系的生物學效價。近年來，體外胃腸道（gastrointestinal tract，GIT）模型作為研究乳液系統中活性成分釋放特性的工具模型備受關注。GIT模型中脂質的消化是一種動態且復雜的現象，涉及許多不同的內源性和外源性分子。通常，口腔液中的黏蛋白可結合脂質表面的乳化劑并改變其表面性質和聚集狀態[8]。胃液和小腸液內的胃蛋白酶和脂肪酶可水解脂質形成游離脂肪酸[9]。隨后，脂質消化物與小腸液中的膽汁鹽相互作用，將游離脂肪酸轉運到小腸上皮細胞中，進而被人體吸收[10]。

本研究的目的為開發一種大黃魚卵分離蛋白（Pseudosciaena crocearoe protein isolate，PRPI）乳化劑，用于構建β-胡蘿卜素輸送體系并提高β-胡蘿卜素的生物利用度。通過GIT模型，研究在消化過程中乳液特性的變化、游離脂肪酸的釋放情況、β-胡蘿卜素的保留率以及生物利用度，為水產魚類蛋白源乳化劑的脂溶性活性物質輸送系統的建立提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮大黃魚卵產自山東青島；玉米油 山東西王食品有限公司；β-胡蘿卜素、異硫氰酸熒光素（fluorescein isothiocyanate，FITC）、胃蛋白酶（250 U/mg）、豬脂肪酶（100～500 U/mg）、豬膽汁鹽 美國Sigma-Aldrich公司；人工唾液 上海源葉生物科技有限責任公司；尼羅紅 生工生物工程（上海）股份有限公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 儀器與設備

PandaPLUS+2000高壓均質機 意大利基伊埃尼魯索爾維有限公司；Zetasizer3000HSA激光粒度儀 英國馬爾文儀器公司；SP8激光共聚焦顯微鏡 德國徠卡有限公司；T18高速分散機、RT15恒溫搖床 德國IKA儀器設備公司；UV2100紫外分光光度計 上海尤尼柯儀器有限公司；Infinite M200多功能酶標儀 中國濟南來寶生物科技有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器中國鞏義市予華儀器有限責任公司；HH-3A三孔三溫水浴鍋 中國常州市中貝儀器有限公司；AB2004-N電子分析天平 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 PRPI的提取

參照Osborne[12]的方法，并稍加修改。將20 g大黃魚卵凍干粉與400 mL濃度為0.6 mol/L的NaCl溶液混合，并在室溫下攪拌3 h。將得到的混合溶液11 000×g離心15 min，取上清液透析48 h。將蛋白質溶液在-40～-35 ℃真空冷凍干燥72 h，獲得PRPI。

1.3.2 PRPI乳液的制備

參照Tang Yue等[13]乳液制備的方法，稍加改動。將PRPI分散在10 mmol/L、pH 8的磷酸鹽緩沖液中以獲得5 mg/mL的蛋白質溶液。將β-胡蘿卜素加入玉米油中（5 mg/mL），在20 kHz、50 ℃條件下超聲加熱20 min，以獲得含有β-胡蘿卜素的油相。將蛋白質水相和油相以98∶2的體積比混合，并在10 000 r/min高速分散2 min得到PRPI粗乳液，將其在12 000 psi下高壓均質循環5 次得到PRPI乳液。以Tween 20為乳化劑制備的乳液體系為對照組。向乳液中添加終質量分數0.02%的疊氮化鈉以避免微生物的生長，并在室溫下避光貯存。

1.3.3 PRPI乳液貯存穩定性的考察

將制備的PRPI乳液在室溫下避光貯存0、1、4、7、14 d，采用激光粒度儀測定乳液的平均粒徑、Zeta電位變化并觀察乳液的外觀形態。平均粒徑測試前，所有樣品先用去離子水或pH值為7的緩沖液稀釋100 倍以防止多重光散射效應。測試參數水相溶液折射率為1.33，測試溫度25 ℃，每個樣品平行測定3 次，取平均值。

1.3.4 模擬消化道的構建

在Tangsrianugul等[14]的研究方法基礎上稍加修改，構建體外模擬GIT模型，該模型由口腔、胃、小腸3 個階段的模擬消化道組成，以此模擬乳液在體內的消化過程。在整個實驗過程中，所有溶液和分散體的溫度保持在37 ℃，采用1 mol/L NaOH或HCl溶液調節樣品的pH值。

模擬口腔消化階段：取在37 ℃條件下預熱的20 mL乳液樣品與20 mL人工唾液混合，調節pH值為6.8，并在37 ℃、100 r/min條件下恒溫搖動10 min以模擬口腔消化。

模擬胃消化階段：將2 g NaCl與7 mL HCl溶于1 L蒸餾水以制備模擬胃液。將預熱至37 ℃的20 mL口腔消化后的液體與20 mL含胃蛋白酶（3.2 mg/mL）的模擬胃液混合，調節pH值至2.5。在37 ℃、100 r/min條件下恒溫搖動2 h以模擬胃消化。

模擬小腸消化階段：將5.5 g CaCl2與32.9 g NaCl溶于1 L蒸餾水中制備模擬小腸液[15]。取30 mL胃消化后的液體于100 mL燒杯中，于37 ℃恒溫加熱磁力攪拌器中以100 r/min勻速攪拌并調節pH值至7.0。向樣品中加入1.5 mL的模擬小腸液和3.5 mL的膽汁鹽（53.6 mg/mL），再次調節pH值至7.0。最后，向此體系中加入2.5 mL的脂肪酶溶液（24 mg/mL），通過在2 h內向樣品中滴加0.02 mol/L的NaOH溶液使體系的pH值保持在7.0，以模擬小腸消化。

1.3.5 模擬體外消化過程中乳液特性的變化

1.3.5.1 模擬體外消化過程中PRPI乳液粒徑及Zeta電位的變化

測定經模擬消化后各階段2 種乳液體系平均粒徑及Zeta電位的變化，測定方法同1.3.3節。

1.3.5.2 模擬體外消化過程中PRPI乳液微觀結構的變化

根據Gumus等[16]報道的方法，采用激光共聚焦顯微鏡對經模擬消化各階段的乳液體系的微觀結構進行觀察。采用FITC和尼羅紅作為熒光探針分別標記魚皮明膠以及玉米油，FITC的激發/發射波長為488 nm/535 nm，尼羅紅的激發/發射波長為561 nm/670 nm。分別取初始乳液以及模擬消化后各階段的樣品50 μL，加入2 μL尼羅紅溶液（10 mg/mL甲醇）和2 μL FITC溶液（10 mg/mL二甲基亞砜）并充分混勻。取5 μL染色后的樣品置于載玻片中央，立即蓋上蓋玻片后，使用×63油鏡的激光共聚焦顯微鏡觀察各樣品的微觀形貌。

1.3.6 模擬體外消化過程中PRPI乳液β-胡蘿卜素保留率的測定

根據Yuan Yuan等[17]的方法并稍加修改。將200 μL樣品與2.5 mL乙醇-正己烷（2∶3，V/V）混合，振蕩10 s后，收集上層正己烷相。再向剩余水相中加入1.5 mL正己烷，重復收集3 次，將收集物定容至10 mL。使用紫外分光光度計測定波長450 nm處溶液的吸光度，以β-胡蘿卜素的質量濃度（X）為橫坐標，吸光度（Y）為縱坐標繪制標準曲線，得到線性回歸方程Y=0.078 2X＋0.046 9，R2=0.999，按式（1）計算β-胡蘿卜素保留率：

式中：C為經過不同消化階段的乳液中β-胡蘿卜素質量濃度/（mg/mL）；C0為初始乳液β-胡蘿卜素質量濃度/（mg/mL）。

1.3.7 模擬體外消化后β-胡蘿卜素生物利用度的測定

取經過模擬小腸消化后液體，4 ℃、8 000 r/min離心30 min，上清液即為溶解后β-胡蘿卜素的膠束部分。采用1.3.6節方法計算膠束部分的β-胡蘿卜素含量，按式（2）計算生物利用度：

式中：C1為膠束部分β-胡蘿卜素質量濃度/（mg/mL）；C0為初始乳液β-胡蘿卜素質量濃度/（mg/mL）。

1.4 數據處理

2 結果與分析

2.1 貯存時間對PRPI乳液穩定性的影響

圖1 PRPI乳液分別在室溫貯存1～14 d的平均粒徑（A）、Zeta電位（B）和外觀形態（C）Fig.1 Average particle size (A), zeta potential (B) and appearance (C) of β-carotene-loaded emulsions stored at room temperature for 1–14 d

如圖1所示，在貯存14 d中，隨著貯存時間的延長，PRPI乳液的平均粒徑從（257.02±7.73） nm上升至（259.67±7.51） nm（P＞0.05）（圖1A）。隨著貯存時間的延長，PRPI乳液中液滴間相互碰撞的概率變大，使得液滴發生聚集，乳液的粒徑略有增大[18]。Zeta電位是檢測乳液穩定性常用的一個指標，乳液Zeta電位絕對值越大，體系中顆粒間電荷的相互排斥作用較強，顆粒不易聚集，則乳液穩定性較好[19]。PRPI乳液隨著貯存時間的延長Zeta電位從（-29.50±0.17） mV上升（-12.34±2.30） mV（P＜0.05）（圖1B）。這說明PRPI乳液中顆粒間相互作用較弱，顆粒間發生一定程度的聚合。PRPI乳液在貯存過程中Zeta電位的絕對值發生顯著的降低，而平均粒徑卻沒有顯著的變化，這可能是由于稀釋過程對乳液粒徑產生的影響。乳液體系的貯存穩定性還可以通過其外觀形態在貯存過程中的變化判斷。若乳液不出現分層現象，說明其有良好的貯存穩定性；若乳液發生溢油、破乳等分層現象，則說明其貯存穩定性不佳[20]。由圖1C可知，PRPI乳液在貯存14 d后均呈現出狀態均勻的淡黃色液體，未出現分層現象。因此，雖然乳液在貯存過程中Zeta電位絕對值減小，有聚集的趨勢，但其平均粒徑沒有顯著變化，并且乳液沒有出現分層現象，故PRPI乳液有良好的貯存穩定性。

2.2 體外模擬消化過程中PRPI乳液粒徑的變化

圖2 PRPI和Tween 20乳液體外模擬消化過程中的粒徑變化Fig.2 Changes in average particle size of PRPI or Tween 20-stabilized emulsions during in vitro simulated digestion

水包油乳液在消化過程中平均粒徑的變化可影響其包埋的脂溶性營養物質的吸收釋放情況。如圖2所示，PRPI乳液在模擬消化的過程中平均粒徑呈先增大后減小的趨勢。經過模擬口腔液消化之后，PRPI乳液的粒徑相比于初始乳液的粒徑升高了22.50 nm（P＞0.05）。這主要是因為模擬唾液中的鹽離子和黏蛋白對乳液結構的影響。黏蛋白與油滴的相互作用會引起橋接或排斥絮凝[21]。經過模擬胃液消化后，PRPI乳液的粒徑顯著增加（P＜0.05）。這可能是因為胃液中的胃蛋白酶會水解部分外層的PRPI，使得部分油滴暴露出來并發生聚集[22]。模擬小腸液消化后，PRPI乳液粒徑降低到（3 654.36±527.91） nm，與模擬胃消化后的粒徑相比顯著降低（P＜0.05）。在小腸消化過程中，膽汁鹽可逐漸取代界面處的PRPI，使脂肪酶進入乳液內部，促進油滴的分解[23]。膽汁鹽能夠吸附形成一個新的乳化界面，從而減小了液滴的粒徑。然而，對照組Tween 20乳液經模擬口腔和胃消化后，兩者的平均粒徑無顯著性差異（P＞0.05），隨后經模擬小腸消化后，其粒徑有顯著升高（P＜0.05）。這與Zhang Ruojie等[24]報道的結果一致，Tween 20乳液在小腸消化后具有較高的粒徑，主要因為其是由未消化的脂質、混合膠束以及脂質消化后剩余的不溶性鈣鹽組成。

2.3 體外模擬消化過程中PRPI乳液電位的變化

圖3 PRPI和Tween 20乳液體外模擬消化過程中的Zeta電位變化Fig.3 Changes in zeta potential of PRPI or Tween 20-stabilized emulsions during in vitro simulated digestion

在模擬消化過程中，只有在營養素與消化液無限接近的情況下，才能打破相間的能量壁壘達到釋放營養物質的目的。Zeta電位可以評價乳液中能量壁壘的變化，可通過分析能量障礙判斷對包埋物生物利用度的影響[25]。如圖3所示，在體外模擬消化過程中，2 種乳液體系的Zeta電位絕對值的變化趨勢相似，均呈先減小后增大的趨勢。乳液在體外模擬消化過程中Zeta電位變化與平均粒徑相對應。在模擬胃液消化后，PRPI乳液和Tween 20乳液的Zeta電位分別為（-8.60±0.75）mV和（-7.40±0.95）mV，均呈現出一個較低的負電位值，這主要是由于胃液中的極低pH值引起的液滴表面電荷性質的變化[26]。另外，經模擬胃液消化后的PRPI乳液其離子強度相對較高，這可能會降低液滴之間的靜電排斥力，導致電位降低。在模擬小腸液消化后，2 種乳液體系的Zeta電位絕對值均顯著增加（P＜0.05）。小腸液中的陰離子物質（如膽汁鹽）會吸附在油滴表面，使乳液的Zeta電位絕對值增大。

2.4 體外模擬消化過程中PRPI乳液微觀結構的變化

為了觀察乳液體系在消化過程中微觀結構的變化，通過熒光染色的方法觀察蛋白和油脂的變化情況[27]。經激光掃描共聚焦顯微鏡觀察（圖4），2 種乳液體系微觀結構的變化與平均粒徑的結果相對應，初始乳液體系可觀察到大小均一的紅色油滴均勻的分散在水相中，這表明初始乳液體系狀態穩定，沒有出現絮凝。經模擬口腔液消化后，2 種乳液體系紅色液滴僅有輕微的聚集，但相較于初始乳液變化不明顯。經模擬胃液消化后，PRPI乳液的油滴發生大范圍的聚集。經模擬小腸液消化后，PRPI油滴聚集程度變小，說明其油脂發生水解，內部的活性成分開始暴露出來，進而可被人體吸收。然而，Tween 20乳液經小腸液消化后，油滴才開始聚集，說明在小腸階段PRPI乳液外層的Tween 20才開始發生水解，而內部的活性成分還沒有暴露，這也可能是其β-胡蘿卜素生物利用度較低的原因。

圖4 PRPI和Tween 20乳液體外模擬消化過程中的微觀形態Fig.4 Micromorphology of PRPI or Tween 20-stabilized emulsions during in vitro simulated digestion

2.5 體外模擬消化過程中PRPI乳液β-胡蘿卜素保留率的變化

圖5 PRPI和Tween 20乳液體外模擬消化過程中的β-胡蘿卜素保留率Fig.5 Retention rates of β-carotene in PRPI or Tween 20-stabilized emulsions during in vitro simulated digestion

在經過各個模擬消化階段的過程中，2 種乳液體系的β-胡蘿卜素均有不同程度的損失。如圖5所示，經模擬口腔液消化后，PRPI乳液的β-胡蘿卜素保留率幾乎沒有發生變化，但Tween 20乳液的β-胡蘿卜素保留率卻降低了6.96%（P＜0.05）。經模擬胃液消化后，PRPI乳液及Tween 20乳液的β-胡蘿卜素保留率分別降低為（83.77±3.81）%、（65.13±3.01）%，在此階段，PRPI可以明顯地展現出活性成分的保護效果。最后經小腸液消化后，PRPI乳液的β-胡蘿卜素保留率高達（81.64±2.72）%，說明經過小腸液消化后PRPI乳液的β-胡蘿卜素基本沒有損失；但是，Tween 20乳液的β-胡蘿卜素保留率卻僅為（13.00±1.53）%。在模擬體外消化的過程中，β-胡蘿卜素會受到各種環境因素的影響，如離子強度、pH值等[28]，而蛋白質外殼在一定程度上能夠起到保護油滴的作用，PRPI具有一定的抗氧化特性，可抑制化學降解反應，同時，蛋白質可能與β-胡蘿卜素形成復合物，保護β-胡蘿卜素免于降解[29]。因此，與Tween 20乳液相比，PRPI乳液經模擬消化后仍有較高的β-胡蘿卜素保留率。

2.6 PRPI乳液中β-胡蘿卜素的生物利用度分析

圖6 PRPI和Tween 20乳液的β-胡蘿卜素生物利用度Fig.6 Bioavailability of β-carotene-loaded emulsions stabilized with PRPI or Tween 20 during in vitro simulated digestion

在小腸消化階段，由于載體油的水解，包埋在乳液中的營養物質會被釋放，并溶解在膽汁鹽膠束中，進而被小腸吸收[28]。通過測定膠束相和小腸消化液中β-胡蘿卜素的含量，確定不同的乳化劑對β-胡蘿卜素生物利用度的影響，結果如圖6所示。PRPI乳液和Tween 20乳液中β-胡蘿卜素的生物利用度分別為（93.13±3.59）%、（69.81±8.65）%，表明以PRPI為乳化劑構筑的乳液體系經模擬體外消化后其包埋的脂溶性活性物質仍有較高的生物利用度。有研究表明，乳液中的油脂、膽鹽等可與原有乳化劑發生競爭性取代，吸附于乳滴表面，從而影響脂溶性活性物質膠束的形成[30]。PRPI作為乳化劑，在消化過程中可被消化液包含的各種消化酶酶解形成多肽，減小了界面層的厚度，更易于發生競爭吸附，被油脂、膽鹽等替換，因而提高了PRPI乳液的β-胡蘿卜素生物利用度。

3 結 論

本研究以高壓均質的方法制備PRPI乳液，發現其在貯存14 d后乳液仍有良好的貯存穩定性。以乳液的平均粒徑、Zeta電位、β-胡蘿卜素的保留率及生物利用度為指標，探究PRPI乳液在模擬體外消化過程中的變化規律，并以Tween 20乳液作為對照。消化過程中PRPI乳液在口腔階段保持穩定，到達胃階段后蛋白外層開始水解，經小腸消化后油脂開始水解，β-胡蘿卜素暴露出來，從而可被人體所吸收。PRPI乳液具有較高的β-胡蘿卜保留率及生物利用度。因此，本研究以PRPI為乳化劑構筑的乳液輸送體系能夠較好地包埋β-胡蘿卜素，并對β-胡蘿卜素的遞送和保護起到積極作用。上述研究為今后水產蛋白源乳液輸送體系的設計及脂溶性營養物質體內生物利用度的提升提供良好借鑒，并為脂溶性營養物質在體內的控制釋放研究提供了良好的基礎。