《食品科学》：中国农业大学李茉副教授等：酪蛋白胶束结构特性及其在递送领域应用的研究进展

  酪蛋白是牛、羊等哺乳动物乳汁中主要的不溶性含氮含磷蛋白质成分，其含量约占乳总蛋白的80%。酪蛋白营养价值丰富，是含有人体所必需的8种氨基酸的完全蛋白质。酪蛋白的获得途径便捷低廉，主要是通过牛奶在20 ℃、pH 4.6条件下沉淀获得。

  酪蛋白大致上可以分为4 类：ɑs1-、ɑs2-、β-和κ-酪蛋白，4种酪蛋白以疏水相互作用、氢键以及静电相互作用彼此交联，形成一种稳定的胶束聚集体。现今存在多种结构模型假说解释酪蛋白的内部结构，其中“壳层”模型被广泛接受，如图1所示。该模型指出，ɑs1-、ɑs2-及β-酪蛋白通过疏水相互作用形成较为松散的聚集体，该体系在胶体磷酸钙（CCP）与酪蛋白磷酸丝氨酸的相互作用下使得结构更稳定，同时κ-酪蛋白在酪蛋白胶束的表明产生毛发层结构，这一结构对于维持胶束的空间构象和静电稳定性有着重要作用。

  酪蛋白单体存在双亲性，能够自发形成外层亲水、内层亲脂的胶束结构，因此可将酪蛋白胶束体系用作疏水性生物活性物质的纳米载体。合理规划利用酪蛋白胶束结构的pH值、温度以及离子敏感性，可以在一定程度上完成生物活性物质的有效加载与可控释放。中国农业大学食品科学与营养工程学院的叶晶莹、吴帆、李茉*等汇总对于酪蛋白结构性质的研究、针对其结构存在的缺陷所进行的改性探索研究以及其在各种递送领域的应用，旨在揭示酪蛋白胶束体系的潜在价值，为未来酪蛋白胶束的深入应用提供参考和借鉴。

  天然的酪蛋白胶束主要存在于牛奶等哺乳动物的乳汁中，约占乳体积的10%。不一样的物种的乳汁中均含有ɑs1-、ɑs2-、β-和κ- 4种酪蛋白，但其氨基酸序列以及4种酪蛋白的组成存在一定差别，因而所产生的酪蛋白胶束的结构与大小也不完全一样。Ingham等利用小角X射线和中子散射探究了牛奶、羊奶和绵羊奶中酪蛋白胶束体系的结构特性，发现3种来源所形成的酪蛋白胶束在尺寸和内部结构上存在细微差异：山羊奶中的酪蛋白胶束平均尺寸通常显著大于牛奶或绵羊奶，且其内部结构也呈现独特的异质性和多分散性，这可能是由于山羊奶中酪蛋白组成的不同。研究之后发现天然酪蛋白胶束体系中的疏水区域和亲水区域可以分别结合亲水和疏水生物活性物质，从而对活性物质起到保护作用，酪蛋白自身的消化延迟性也能够在某些特定的程度上提高亲、疏水生物活性物质在人体中的生物可及性和生物利用度。

  为了解析天然酪蛋白胶束的结构，起初研究者利用ɑs1-、ɑs2-、β-和κ-酪蛋白4种酪蛋白单体，通过添加柠檬酸盐、磷酸盐的方式诱导蛋白质聚集，形成重组酪蛋白胶束模拟天然体系。通过改变酪蛋白的种类比例和无机或有机磷酸盐、柠檬酸盐、钙离子等的比例及添加顺序以及pH值、温度等条件可提高重组酪蛋白胶束的稳定性或封装递送生物活性物质的能力。增加κ-酪蛋白的比例相比其他酪蛋白组分能够更有效地减小重组胶束的体积，提高其均一性；柠檬酸盐及磷酸盐等盐离子需要共同加入以促进交联，同时其交联效果存在浓度依赖性。

  与天然酪蛋白胶束相比，重组酪蛋白胶束在作为活性物质递送体系方面存在一定的优势，如天然酪蛋白胶束封装活性物质时需先通过较强烈的物理、化学手段破坏胶束结构，与生物活性分子结合后再通过谷氨酰胺转氨酶（TG）（EC2.3.2.13）等交联方式强化体系的完整性，操作复杂，而重组酪蛋白胶束递送体系的形成则是在制备胶束的同时添加生物活性分子，使它们在自身的静电引力和疏水相互作用下相互聚合，通过自发的结合作用维持胶束结构稳定。Haham等将溶有VD3的乙醇溶液添加至酪蛋白酸盐溶液中，后续加入柠檬酸盐、磷酸盐、钙离子以制备封装VD3的重组酪蛋白胶束，体系中的酪蛋白与VD3自发结合后提高了其环境稳定性，后续通过临床研究也证明了VD3的生物利用度有所提高。

  目前已有研究对重组酪蛋白胶束在无乳糖、无过敏原乳品以及婴幼儿食品领域的应用前景做出展望，但现今大多数的研究工作大多分布在在以酪蛋白酸钠或酸性酪蛋白酸钠为原料进行的实验室规模的生产，在将其推广至工业生产之前，需要仔细考虑制备重组酪蛋白胶束所用的各类试剂所带来的生产所带来的成本、制备酪蛋白酸钠过程产生的废液等对环境的污染问题。

  β-酪蛋白是一种高度两亲性的钙敏感性磷蛋白，具有含5 个磷酸丝氨酸基团的高极性、带负电荷的N端结构域和高度非极性的C端结构域；其具有一定的柔性开放结构，在低浓度条件下以无序而水合的单体结构存在于体系中，超过临界胶束水平（质量分数0.05%）后在疏水相互作用和静电斥力的作用下能够自发形成胶束结构。β-酪蛋白胶束的直径约在20～30 nm左右，由于亲水基团N端在外，C端在内所形成的疏水性核心的存在，学者们认为它们在酚酸类疏水生物活性物质的纳米包封方面具有很强的潜力。

  与酪蛋白胶束体系依赖κ-酪蛋白作为稳定剂不同，纯β-酪蛋白胶束体系的稳定性较差，受温度、pH值以及离子浓度等因素影响有明显的自缔合行为。温度上升（25～55 ℃）会使得β-酪蛋白单体聚合为胶束的平衡向聚合物转移，使得胶束粒径增大，而温度降低（25～5 ℃）也会导致体系中β-酪蛋白单体的数量增多；当pH值由自然值趋近于pI（pH 7～5）时，β-酪蛋白表面的静电斥力逐渐减弱至消失，使得β-酪蛋白胶束聚集，钙离子释放，胶束粒径增大直至沉淀聚集，而pH值的逐步降低使得β-酪蛋白表面带正电荷，静电斥力增大，胶束粒径减小；适当浓度的钙离子、磷酸根等离子能够最终靠与β-酪蛋白中的氨基酸配体结合稳定胶束结构，但当体系内存在过高浓度的离子时则会打破β-酪蛋白单体与胶束聚合物之间的温度依赖性平衡，使静电斥力下降，最后导致胶束聚集沉淀。

  当前学者研究之后发现牛酪蛋白胶束体系中的β-酪蛋白在整个胶束体系中存在两种结合类型：1）通过CCP纳米团簇结构与酪蛋白胶束结合；2）仅通过疏水相互作用结合。调节温度至4 ℃以下将导致酪蛋白胶束体系外的游离酪蛋白数量增多，该部分的主要成分即为疏水结合的β-酪蛋白。β-酪蛋白的去除使得胶束结构松散，粒径增大，抵抗乙醇、螯合剂乙二醇二二胺四乙酸的稳定性提高，同时β-酪蛋白的脱除也使得原酪蛋白胶束内部疏水结合位点暴露，其对疏水生物活性分子的结合负载能力也随之提高。从酪蛋白胶束中脱除β-酪蛋白的现象是可逆的，其程度能够最终靠对游离β-酪蛋白进行不可逆分离（如超速离心等分离手段）和随后的重复冷却操作从而增强，50%左右的β-酪蛋白能够最终靠上述过程被去除，未来可继续改进β-酪蛋白脱除方法，降低生产所带来的成本，以制备具有高效疏水活性物质负载能力的酪蛋白胶束载体，同时可获取高纯度β-酪蛋白原料产品。

  加工环境条件（如pH值、温度、离子强度、钙及多价离子浓度及处理方法等）会影响酪蛋白胶束的结构与性质，进而影响其稳定性。为提升体系稳定性以及拓展其应用，可利用高压、超声与均质等物理手段破坏胶束结构，暴露疏水域以促进其与生物活性物质的结合；或采用糖基化、交联或酰化等化学改性技术增强酪蛋白胶束在多变环境下的稳定性，优化生物活性物质的包埋效果，提高生物利用度。

  高压处理能修饰酪蛋白胶束结构，是因为酪蛋白胶束中存在的非共价作用对高压敏感。此过程受工艺条件（压力水平、时长、释放速度、温度及设备）和体系组成（pH值、离子强度、蛋白质浓度）双重影响，其中所施加压力的水平决定了高压诱导的酪蛋白胶束解离与破坏的可逆性。在低压条件下，酪蛋白胶束结构的收到损害的程度随压力增加而增大，但当压力撤除后，松散的胶束能够重新恢复为类似初始结构的形态，这说明在低压条件下酪蛋白胶束的结构解离是可逆的。然而，当压力高于临界值时，酪蛋白胶束的结构可能会发生不可逆的解离。Knudsen等运用原位光散射测量技术表征酪蛋白胶束，根据结果得出酪蛋白胶束（200 nm）在高于300 MPa的压力下会分解产生3 nm的颗粒，其最大有可能是酪蛋白单体或小的低聚物。

  高静水压（HHP）处理已被证明对天然酪蛋白的包封能力和乳化能力有显著有益影响，它能通过解离CCP进而有效分解天然酪蛋白的胶束结构，大幅度的提升了其乳化活性和包封效率。Mao Mengqi等通过500 MPa的HHP处理使得负载槲皮素的酪蛋白纳米乳液的包埋率从48.9%提高至近80%。在一定的高压处理下，牛奶中酪蛋白胶束的流体动力学直径减小、浊度降低、黏度增加，酪蛋白胶束水化作用增加，CCP略有增溶，这些性质的改变可能是由于在高压环境中酪蛋白分子间的相互作用以及酪蛋白分子与CCP的相互作用减弱，使得胶束体系松散，创造了生物活性小分子进入胶束的有利机会，有利于拓展酪蛋白基产品的绿色应用前景。

  超声波处理、脉冲电场及均质处理等技术也因其高效性和便捷性被应用于食品制造业中。尽管这一些方法在酪蛋白领域的应用相对有限，但已有研究探索了它们对酪蛋白胶束结构及其功能特性的影响。这3种技术的原理均在于破坏了食品基质的原本结构，增强了与外界物质结合的可能性，并在外力的促使下使其体系更均匀稳定。Yang Min等选择了有着非常丰富药理活性的大黄素作为被递送物质，通过超声辅助探究酪蛋白胶束与大黄素的相互结合与模拟递送，研究证明超声不仅促进了酪蛋白与大黄素间的相互作用，减小了胶束体积，还提升了纳米颗粒的抗氧化能力及纳米颗粒中大黄素在模拟肠胃环境中的缓释效果。Middendorf等则利用脉冲电场技术结合热处理手段向酪蛋白体系中引入β-胡萝卜素，相比传统加热法，对β-胡萝卜素的包封效率明显提高约56%。Benzaria等通过300 MPa的超高压结合均质（UHPH）手段处理磷酸酪蛋白胶束，实现了胶束尺寸的减小和表面积的增加，并通过荧光光谱发现UHPH处理后酪蛋白与姜黄素间亲和力增强，重要的是，UHPH处理后的磷酸酪蛋白-姜黄素复合物展现出对胃蛋白酶的抗性，但能被胰酶降解，为在体内实现控制释放及保护生物活性分子提供了新思路。

  总而言之，在施加适当物理场条件下，酪蛋白胶束的自然结构瓦解，生物活性小分子进入胶束内部，且通过非共价键增强与酪蛋白间的作用，形成更稳定的小粒径纳米颗粒，提高整个体系的负载能力，此外，改性后的复合物在肠胃体系中也能呈现出一定的缓释效果。这些物理方法绿色便捷但成本比较高，因此就需要选择合适的参数从而获得最好的效果，而对于物理方法处理后胶束体系的环境稳定性及安全性研究也值得深入探讨

  天然酪蛋白作为纳米胶束的壁材存在等电点易沉淀的缺陷，因而限制了其在胃等酸性环境的应用。为解决此问题，学者们利用美拉德反应，将拥有非常良好水溶性的多糖与酪蛋白接枝，生成酪蛋白-多糖接枝物，从而改善酪蛋白胶束在酸性条件下溶解性差的问题。该反应通过热处理促使多糖的游离醛基与酪蛋白赖氨酸残基的ε-氨基结合，以此来实现糖类在酪蛋白表面的接枝，明显提升了酪蛋白胶束的溶解性、乳化性和热稳定性。接枝效果可通过电泳定性分析，并结合邻苯二甲醛法量化游离氨基减少量进而精确评估。此方法有效改善了酪蛋白胶束的功能特性，拓宽了其应用范围。

  Sun Xianbao等通过美拉德反应制备酪蛋白-麦芽糊精接枝物并包埋原花青素形成纳米颗粒，在某些特定的程度上提高了原花青素的抗氧化活性及热稳定性，还实现了原花青素的缓释，增强了其生物利用度。Gumus等则通过干法美拉德反应将酪蛋白与葡聚糖接枝并稳定包埋含叶黄素的乳液，该乳液在酸性环境下展现出更强的稳定性，归因于葡聚糖接枝增大了酪蛋白分子间的空间位阻与静电斥力，抑制了油滴聚结；此外，体外胃肠模拟实验根据结果得出该改性乳液能有效抵御胃蛋白酶消化，这可能归因于多糖的不易消化性，因此多糖的接枝有效地拓宽了酪蛋白在胃肠给药系统的应用前景。Qiu Jiahuan等进一步通过干法美拉德反应制备酪蛋白-卡拉胶纳米微粒以用于辣椒红色素的包埋，与卡拉胶的接枝明显提高了酪蛋白的溶解性与乳化性能，并有效保护了辣椒红色素免受外界坏因影响，同时展现出在模拟胃肠液中的缓释特性，为色素的稳定输送提供了新策略。

  由此可见，经美拉德反应接枝多糖后的酪蛋白，无论是以胶束形式包封活性物质制备纳米颗粒，还是利用其界面特性制备水包油乳液负载活性成分，均可在不同程度上改善活性成分的环境敏感性，亦可提高活性物质的生物利用度。但有必要注意一下的是，尽管美拉德反应已被证明对于酪蛋白胶束的环境稳定性改善效果明显，但产生有害副产物的风险也使得接枝条件的优化及产物安全性的评估相当必要。

  天然酪蛋白胶束的结构易受到外界环境影响而解离，因而选择适当的交联剂强化酪蛋白分子间的连接也是一种有效方法。目前工业上最常用的交联剂为戊二醛，它的作用在于连接蛋白质的赖氨酸残基以形成高分子质量聚合物。Latha等以酪蛋白为基质、戊二醛为交联剂，制备了一种能够可控释放茶碱的球型纳米颗粒，其药物负载率达80%，并且因为交联的存在，消化受到抑制，能够初步实现茶碱在肠道的缓释。但是戊二醛等化学交联剂因其毒性从而限制了在食品领域的应用。

  京尼平是栀子果实提取物栀子苷经β-葡聚糖苷酶水解、分离、提纯所获得的环烯醚萜类化合物，它是一种性质稳定的天然交联剂，它的作用机理在于与蛋白中的ε-氨基结合强化蛋白质间的连接，且经证明京尼平不仅毒性低，而且具有抗氧化、消炎、抗癌等有益效用，因此适用于构建稳定的酪蛋白胶束递送体系。Wang Pengjie等利用京尼平共价交联酪蛋白，制备出了稳定性明显提升的酪蛋白胶束乳液。显微镜观察显示，京尼平交联有很大效果预防了油滴絮凝，增强了乳液的抗乳化稳定性。Li Mo等则通过调控京尼平浓度，制备了不同交联程度负载柚皮素的β-酪蛋白胶束，揭示了交联程度与体系稳定性及柚皮素缓释性能的密切关系，进一步证实了京尼平交联在提升酪蛋白胶束体系性能中的显著作用。

  与传统的化学交联相比，更加绿色健康的酶法交联也逐渐被学者们探索研究。酶促交联法指的是利用特定酶类（如TG）的催化作用促进酪蛋白分子间的共价交联，从而使结构更紧密。这种方法更加温和且环保，并且避免了化学试剂的引入，更符合食品制造业对安全性和环保性的高要求。TG作为一种酰基转移酶，能催化蛋白质中谷氨酰胺残基的γ-甲酰（供体）与ε-氨基（受体）之间酰基的转移，因而能够在一定程度上促进蛋白质分子间的交联反应。研究表明，TG诱导的酪蛋白胶束内部交联显著改善了其溶解度、乳化能力、泡沫稳定性、凝胶特性及热稳定性等功能特性。Li Mo等则用微生物谷氨酰胺转氨酶（mTG）诱导结合柚皮素的β-酪蛋白胶束的内部交联，后续验证发现酶促交联对于β-酪蛋白的粒径、内部结构的影响较小，但显著抑制了蛋白在胃肠道模拟消化体系中的水解，并且减缓了其中柚皮素的释放速率，为未来制备β-酪蛋白基控释纳米载体提供了有效方法。

  酶法改性以高效可控、绿色温和的优势被应用于酪蛋白胶束的交联改性，在实验室规模上已取得一定的成果，但展望未来的工业化生产，酶纯化的时间、资金成本、酶自身稳定性差的缺陷都限制了其在大规模生产上的应用，未来多种改性方法的联用也亟需进一步探索。

  酰化反应是一种向酪蛋白赖氨酸残基上引入乙酸酐、琥珀酸酐的改性途径。酰化反应能够增加酪蛋白所带的电荷，降低pI值，提升分子间静电斥力，从而显著改善其在酸性和Ca2+环境下的溶解性。酪蛋白分子中天然含有磷酸基团，在酪蛋白分子上人工添加或脱去磷酸基团也会对酪蛋白的物理化学性质产生一定的影响。经磷酸化后，酪蛋白所带的负电荷增多，pI降低，溶解性得到一定的改善。Antuma等也指出，酪蛋白中的磷酸基团对酪蛋白胶束结构完整性至关重要，脱磷酸化会使得胶束体积增大，水合能力变弱，不利于胶束体系的形成与稳定。然而，当前酰化、磷酸化酪蛋白胶束的应用研究较少，是未来有待探索的方向。

  表1概述了改性酪蛋白胶束在递送稳定性差的食品成分与生物活性物质方面的最新应用进展

  电子显微镜技术包括透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM），其目的是将胶束化结构可视化，通过一系列分析和解释所得图片，阐释酪蛋白胶束结构的外观特征以及在外界条件变更后的结构变化。

  SEM通过发射高能电子束逐点扫描样品，激发光束和物质相互作用后收集物理信号，经过放大和成像处理，最终表征出样品的微观形貌。Serna-Hernandez等利用SEM技术分析了400、500、600 MPa高压处理下的酪蛋白胶束体系的粒度分布、平均直径等参数，根据结果得出高压处理的酪蛋白胶束呈现3种不同的现象：破碎、聚集和形状改变（图2）。然而常规SEM要求所观察的样品不含水分，但样品在干燥预处理过程中易发生结构变化，导致最终观察到的样品结构并非其在自然状态下的结构，而冷冻扫描电镜技术（cryo-SEM）能够对含水（或溶剂）的样品进行成像和分析，且不需要复杂的前处理步骤，更易实现对于液态样品（如乳液、囊泡等）及不耐电子束损伤样品微观形貌的观察，更加适用于酪蛋白胶束体系的结构精密测定。Kamigaki等将高压冷冻技术和cryo-SEM技术结合，观察牛乳和奶油中的酪蛋白胶束结构，发现该方式能够较好地观察到原料奶以及奶油中酪蛋白胶束的天然状态，这是常规的化学固定以及液氮快速冷冻法所难以做到的。

  TEM的原理在于利用加速聚集的电子束穿透非常薄的样品，电子与样品中的原子碰撞而改变方向，由此产生立体角散射，后续通过电磁透镜聚焦、放大，最终成像展现样品的微观结构。Knudsen等使用cryo-TEM技术观察了未经处理和压力处理后脱脂牛奶中的酪蛋白胶束结构，结果显示中等高压的处理（150～300 MPa）有利于形成大量直径为20～50 nm的小胶束，同时存在小部分直径超过200 nm的表面光滑呈球形的大胶束，这原因是在加压条件下酪蛋白在疏水相互作用的驱动下二次吸附在胶束表面，从而获得了更为稳定的体系；且经TEM图像证明压力修饰后的酪蛋白胶束亚结构及游离钙离子水平与未处理样品相似。

  通过处理分析由小角中子散射光谱（SANS）、小角X射线散射光谱（SAXS）、静态光散射光谱（SLS）、动态光散射光谱（DLS）等技术所获得的散射光信号数据，能够获悉关于酪蛋白胶束的内部结构信息。

  SANS技术是一种表征纳米、微米级物质特征结构的重要方式，辅以中子的强穿透性和同位素辨识等特性，其在大分子结构表征等领域发挥着独特的作用。目前运用SANS研究酪蛋白胶束的报道多集中于天然条件下的酪蛋白胶束、亚胶束结构分析以及在外界条件变更（肠胃消化、高压处理）下牛奶中酪蛋白胶束的结构性质改变，消化的进行会导致酪蛋白胶束内部结构网络的疏松化，而高压处理会使得胶束结构向“亚胶束”结构转变。

  X射线穿透试样后，在靠近入射光束附近2°～5°内会产生散射现象，SAXS是指通过收集该范围内粒子的散射图像从而进行结构分析的技术。Ingham等将SAXS用于探究牛奶、山羊和绵羊奶中酪蛋白胶束的纳米级结构及其差异，通过计算分析发现，尽管各品种的酪蛋白胶束结构大小和密度存在一定的差异，但在原子水平上，各类乳产品中的蛋白质结构及其中的CCP结构相似。Takagi等利用原位SAXS方法研究了10～40 ℃温度范围内酪蛋白胶束内部结构的温度依赖性行为，发现随着温度的升高，酪蛋白胶束中的水分释放，体系疏水性增强，CCP从体系中释放开来，这些结构变化在冷却过程也逐渐恢复，这说明了酪蛋白胶束内部结构的温度敏感性及热可逆性。

  DLS是利用溶液中微粒发生布朗运动，使干涉光通过该溶液后向各个方向发生散射，散射光强随时间在平均光强附近发生随机涨落，在一定角度下能够获得光强随时间变化的自相关函数，进而推算出颗粒粒径及分布等信息的一种技术。SLS与DLS不同，其测量的是平均散射光强，其结果受浓度和散射角度影响。该技术利用相干光照射高分子溶液，通过散射光强反映分子质量、构象、浓度、散射角及折光指数增量等参数特性。通过多角度、多浓度测量并根据公式外推，可表征高分子材料的聚集态结构，非常适合于蛋白质单体或聚集体的研究。de Kruif等探究了pH 7磷酸钠缓冲液（25 mmol/L）体系中的β-酪蛋白在温度改变下的DLS和SLS光散射行为，在低温条件下β-酪蛋白主要以单体形式存在，随着温度的升高，β-酪蛋白开始形成胶束，且该过程具有浓度、温度依赖性；DLS结果表现出酪蛋白胶束的扩散存在两种弛豫模式：粒径为12 nm的小分子β-酪蛋白胶束引起的快速弛豫和因胶束多分散性产生的慢速弛豫。通过SLS获得了β-酪蛋白胶束的分子质量，进一步计算得到胶束化数，经通过热力学模型拟合后发现预测的胶束化数与实验结果良好吻合。

  几种散射技术的联用能够更好地观察和分析蛋白质等大分子聚合体的内部结构信息。Ossowski等利用SANS、DLS和SLS技术和cryo-TEM技术进一步研究了酪蛋白胶体亚结构组成中的关键组分κ-和β-酪蛋白的自缔合行为。根据结果得出，κ-酪蛋白在室温（25 ℃）条件下搅拌后具有形成淀粉样原纤维的趋势，且β-酪蛋白的添加具有抑制原纤维形成的能力

  多酚类生物活性物质因其卓越的体内抗炎、抗氧化以及维护肠道稳态等益处引起广泛关注。但一些多酚类物质在直接口服时存在水溶性、吸收率及生物利用率低以及物理化学稳定性差等缺陷，因而需要采取保护的方法护送疏水性生物活性物质到达靶向部位被人们的身体吸收。酪蛋白及酪蛋白胶束的结构功能使其可被应用于制备纳米颗粒、乳液、水凝胶等，在食品、药品递送体系领域具有广阔的应用前景

  纳米颗粒是直径在1～100 nm范围内的颗粒，因具有微小的尺寸、良好的生物相容性和可控的释放特性，近年来在食品和制药工业中作为生物活性物质的递送载体而非常关注。这些递送体系利用具有自组装性能的纳米级载体封装并传递生物活性物质，旨在通过主动内吞作用提升其肠道吸收效率或实现特异性靶向递送以增强其功能效果。

  酪蛋白凭借独特的双亲性和自组装能力，能够自发形成纳米级胶束结构，有效结合疏水物质。通过调整环境pH值、温度等条件，能控制其自组装过程，进而实现物质的包埋、递送和靶向缓释。天然酪蛋白胶束与生物活性物质的结合主要是通过压力处理及pH值变化实现：在压力处理下，酪蛋白与疏水生物活性物质的疏水结构域在疏水相互作用下自发结合产生稳定的包埋体系，而由pH值下降（7.0～6.0）介导的酪蛋白胶束的聚集也能够使疏水生物活性物质被封装在聚集态酪蛋白胶束中；重组酪蛋白胶束的包埋则是通过在胶束制备过程中加入疏水生物活性物质，使其与酪蛋白酸盐在疏水相互作用下自发结合从而完成。

  VD3、β-胡萝卜素等脂溶性维生素以及叶酸等水溶性维生素均能在重组酪蛋白胶束的制备过程中添加而被包埋，从而获得性质稳定的酪蛋白-维生素纳米颗粒。所获得的重组酪蛋白纳米颗粒经验证能够为维生素在紫外线诱导下的降解和超高压均质下的分解提供某些特定的程度的保护作用。Ghayour等以酪蛋白酸钠为原料，制备了平均粒径为66.2 nm的重组酪蛋白胶束（r-CMs），并成功与姜黄素、槲皮素结合，形成纳米颗粒。DLS结果为姜黄素的负载并未改变r-CMs的平均粒径（66.3 nm）；而与槲皮素的结合明显地增加了胶束尺寸（249.2 nm），这原因是槲皮素与酪蛋白酸钠的亲和力更强，因而形成了更大尺寸的复合物，后续的荧光结果也证实了这一点；槲皮素和姜黄素与酪蛋白胶束的结合主要是通过疏水相互作用及静态猝灭实现，这一体系提高了其中疏水酚类的物理化学稳定性和水溶性，对于两种酚类物质的包封率也均高于90%；在经过MCF-7人乳腺癌细胞实验后发现，消化后负载多酚的重组酪蛋白胶束可提升MCF-7细胞的活性，对于疾病的治疗具有积极效果。

  此外，还有许多研究报道了具有自组装性的β-酪蛋白胶束对花色苷、白藜芦醇、没食子酸、柚皮素等多酚类物质的稳定包封作用。然而，目前的研究大多分布在在体外消化后的稳定性和释放率方面，已有相当数量的文献证明应用酪蛋白胶束递送各类疏水性生物活性物质可提升包封率、环境稳定性及抗氧化性能，且在体外模拟消化后其缓释效果也较为显著，但利用细胞模型或动物模型评价吸收效果与功效的研究尚且不足，还要进一步验证酪蛋白胶束在体内的靶向递送效果。

  酪蛋白酸钠是食品制造业领域十分常见的食品级乳化剂，其可以在乳液液滴界面上形成球状稳定膜，以保护新形成的液滴免受外界杂质、内部絮凝和聚结的影响。天然的酪蛋白及其胶束体系也因优异的乳化稳定性和高表面活性被应用于乳液制备中从而稳定油滴、防止絮凝，并且进行生物活性物质的递送。酪蛋白的添加使乳液体系减少了对于化学表面活性剂或脂肪的需要量，以更加绿色健康的方式稳定乳液体系，从而在未来的食品、化妆品领域为广大购买的人提供了更为安全的选择。

  Zhang Yixin等探究了在不同pH值（2、4、6、8、10）、高温（80 ℃）加热不同时间（15、30、45、60、75、90 min）、不同离子强度（0～500 mmol/L）和不同贮存时间（5、10、15、20、25 d）条件下水包油酪蛋白酸钠纳米乳液包埋β-胡萝卜素的物理稳定性。实验结果为，在包埋β-胡萝卜素后最终制成了平均粒径在32 nm左右的纳米乳液，尽管与β-胡萝卜素的结合未改善酪蛋白酸钠在pI下容易聚集的问题，但纳米乳液在碱性条件下的稳定性得到提高；此外，即使在80 ℃加热90 min及在较高离子强度（100～500 mmol/L）的处理下，纳米乳液仍表现出较好的物理稳定性；通过体外消化模拟实验，进一步观察到乳液液滴在口腔、胃及肠道消化阶段的形态特性发生显著变化：在胃相消化阶段乳液液滴高度聚集，表面负电荷量一下子就下降，而在进入肠相阶段后液滴粒径减小，表面电荷量增加，这可能是由于消化体系中pH值、酶、胆盐等成分的存在对纳米乳液的稳定性造成影响，这些发现也为构建β-胡萝卜素及其他亲脂生物活性物质的递送体系提供了参考。

  酪蛋白基Pickering乳液体系凭借其卓越的生物相容性和负载能力，也展现出广泛的应用前景。Zhang Bingyan等通过咖啡酸-酪蛋白共价复合物稳定了负载姜黄素的Pickering乳液，并与未添加该复合物的纯乳液进行了对比。研究结果为，在28 d的贮藏期内，Pickering乳液的平均粒径稳定在2.5 μm左右，且姜黄素保留率始终保持在80%以上；在体外消化过程中，由咖啡酸-酪蛋白共价复合物稳定的负载姜黄素的Pickering乳液展现出最小的液滴粒径变化，表明其抗聚集性能优异，乳液稳定性最佳；且在胃相及肠相阶段，Pickering乳液中姜黄素的释放显示出良好的缓释效果，且最终其生物可及性达到60%，是纯乳液的近3 倍。这一发现充分证明了酪蛋白作为Pickering乳液稳定剂及生物活性物质递送载体的巨大潜力。

  酪蛋白基乳液因其优越的热稳定性及氧化稳定性被认为是食品制造业中递送疏水生物活性物质的有效载体，但在某些条件下的不稳定性仍然限制了它的进一步应用，例如在环境pH值接近酪蛋白pI时，酪蛋白的聚集就会导致乳液液滴的不稳定。因而选择通过物理、化学方法修饰酪蛋白基乳液以提高其环境稳定性或与其他蛋白或乳化剂复配以优化乳液配方都有助于生产更为稳定的乳液体系。

  水凝胶是水溶性聚合物组成的三维网络，其结构中含有大量的水分。在食品制造业中，具有两亲性的酪蛋白也可以通过共价交联、聚集、胶凝形成类似的内部疏水多孔结构，并且由于酪蛋白自身的无毒性及良好的生物相容性，酪蛋白水凝胶可成为递送生物活性物质的有效载体。目前诱导酪蛋白水凝胶体系形成的主要方法有化学交联法和酶促交联法等。

  化学交联法是指通过引入交联剂（如戊二醛等）与酪蛋白分子中的反应基团（如氨基、羧基等）结合而形成共价键，从而构建出水凝胶的三维网络结构。Song Fei等首次使用京尼平交联质量分数8.0%酪蛋白溶液，制备了一种新型水凝胶材料。随着京尼平用量的增加，凝胶时间缩短，凝胶强度增加，且根据京尼平添加量的不同，所得酪蛋白水凝胶在模拟胃肠道条件下的溶胀和药物释放特性也不同，根据结果得出京尼平交联酪蛋白水凝胶可用作蛋白质药物传递的合适载体。

  酶促交联法是指利用温和且环保的酶类催化酪蛋白分子间的共价交联，从而形成结构紧密的水凝胶网络结构。已有研究应用TG诱导大豆分离蛋白形成水凝胶结构，成为有效的益生菌递送体系。TG在诱导酪蛋白的快速凝胶化方面也很有效，且制成的酪蛋白凝胶的凝胶速率和水凝胶强度与添加的酶含量、活性以及反应温度直接相关。Nascimento等采用TG对充分水合的酪蛋白胶束溶液进行交联处理，后加入肉豆蔻果实提取物使之分散于酪蛋白胶束网络中，最后添加葡萄糖酸-δ-内酯酸化促进胶凝。TG处理促使酪蛋白胶束尺寸减小，酪蛋白聚合程度增加，蛋白质结构更紧密，以此来降低了肉豆蔻提取物的释放速率，达到缓释效果。而肉豆蔻提取物的存在降低了水凝胶的弹性并增加了水凝胶的孔径。这些发现可以在未来应用于肉豆蔻提取物等富含生物活性成分的物质在肠道环境中递送的研究。

  酪蛋白作为具有高营养价值的蛋白质，在食品制造业中占了重要地位。近年来，科研人员深入探索了酪蛋白胶束体系的组成、结构与功能特性，并已取得显著进展。当前研究聚焦于优化酪蛋白胶束性质和功能，克服其固有缺陷，以拓展在包埋、乳液、凝胶等领域的应用。本文综述了现有酪蛋白胶束的种类、改性策略、研究方法及应用实例。尽管酪蛋白胶束作为纳米载体在生物活性成分传递方面已经取得重要进展，但这一领域的研究仍存在诸多空白与挑战，亟待深入探索与完善。未来酪蛋白胶束体系在功能性成分领域的研究方向应包括但不限于以下方面：1）深入研究酪蛋白胶束体系成分（如β-、κ-酪蛋白）的有效改性方式及其作为生物活性递送载体的潜力；2）借助细胞与动物模型，评估酪蛋白胶束体系中生物活性成分的体内吸收利用度与功能活性；3）开发不一样的生物活性成分-酪蛋白胶束封装体系，验证其作为功能性食品成分的应用可行性，开发具有靶向性、缓释性和环境响应性的多功能递送体系；4）深入研究酪蛋白胶束与活性成分之间的相互作用机制及在体内的吸收机制，为优化递送体系、强化输送效果提供理论依照；5）探索酪蛋白胶束在递送特定微生物或代谢产物中的应用，以开发基于肠道微生物调控的新型治疗策略。

  李茉副教授，中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授，硕士生导师。中国食品科学技术学会果蔬加工技术分会委员，中国农学会农产品贮藏加工分会委员。先后主持国家重点研发计划子课题、西藏阿里地区科技计划项目、中国博士后科学基金特别资助(站中)项目等国家级和省部级科研项目5 项、中国农业大学对口支援科研联合基金1 ，以第一/通信作者发表论文12 篇，获授权专利9 项，参编著作2 部。

  本文《酪蛋白胶束结构特性及其在递送领域应用的研究进展》来源于《食品科学》2025年46卷第12期379-390页，作者：叶晶莹，吴帆，张兆月，温馨，倪元颖，李茉。DOI:10.7506/spkx1214-124。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

  实习编辑：李雄；责任编辑：张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

  为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新，加速科研成果向实际生产力的转化，助力产业实现高质量、可持续发展，由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社将与江西农业大学、江西科技师范大学、 南昌师范学院、 家禽遗传改良江西省重点实验室 共同举办的“ 2025年动物源食品科学与人类健康国际研讨会 ”，将于 2025年10月25-26日 在 中国 江西 南昌 召开。

  北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2025年10月16-18日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第113 届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。