蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液及其在食品領(lǐng)域研究進(jìn)展

高俊爐，韓雪兒，虎夢吉，陳海，2*，張宇昊，2*

（1.西南大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，重慶 400715；2.川渝共建特色食品重慶市重點實驗室，重慶 400715）

乳液是典型的熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng)，由2 種不混溶的液體組成。其中一種液體以微米或亞微米大小的液滴形式分散到另一種液體中，2 種液體之間的液-液界面通常由具有兩親性的表面活性劑穩(wěn)定[1]。然而在實際生產(chǎn)應(yīng)用過程中，表面活性劑穩(wěn)定的乳液乳化狀態(tài)不佳，乳化后的液滴尺寸較大，穩(wěn)定性較差[2]。Pickering乳液中的液-液界面通常由固體顆粒穩(wěn)定，與傳統(tǒng)表面活性劑穩(wěn)定的乳液相比，固體顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液具有良好的穩(wěn)定性、低毒性以及優(yōu)異的生物相容性，在食品營養(yǎng)、生物醫(yī)藥、化妝品、材料等領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用[3-4]。

蛋白質(zhì)納米籠是由蛋白質(zhì)亞基自組裝形成的中空籠狀納米結(jié)構(gòu)[5]。隨著蛋白質(zhì)納米顆粒在乳液領(lǐng)域的應(yīng)用，籠形蛋白質(zhì)因其優(yōu)良的生物降解性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及易于修飾的表面和天然的納米空腔結(jié)構(gòu)引起了研究者的廣泛關(guān)注[6]。蛋白質(zhì)納米籠的空腔為輸送各類生物活性化合物提供了渠道，其高強(qiáng)度的外殼用于保護(hù)活性化合物免受光、熱、酸、堿等環(huán)境的破壞。此外，由多亞基自組裝的蛋白質(zhì)納米籠甚至具有可逆的拆卸和重組特性，該特性為分子封裝提供了有效的途徑[7]?；诘鞍踪|(zhì)納米籠的優(yōu)點，由蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定的Pickering 乳液在食品、生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有一定的開發(fā)潛力以及廣闊的應(yīng)用前景。

本文從穩(wěn)定Pickering 乳液的固體顆粒種類、蛋白質(zhì)納米籠種類、蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定后Pickering 乳液的理化特性等方面進(jìn)行介紹，通過相關(guān)研究分析蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液的優(yōu)缺點，總結(jié)蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，旨在為后續(xù)蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液的機(jī)制探究及其在食品領(lǐng)域的深化應(yīng)用提供參考。

1 Pickering 乳液

Pickering 乳液是由固體顆粒穩(wěn)定的2 種不混溶液體的混合物。Pickering 乳液之所以穩(wěn)定，是因為油水界面上的固體顆粒堆積形成了密集的填充層，且油滴被周圍的固體顆粒高密度覆蓋，在空間上阻礙了油滴的聚結(jié)，防止分層[8]。

近年來，隨著Pickering 乳液研究的深入，越來越多的固體納米顆粒已被應(yīng)用于穩(wěn)定Pickering 乳液，其中包括無機(jī)固體納米顆粒和有機(jī)固體納米顆粒。Wang等[9]利用無機(jī)固體納米顆粒中的SiO2和TiC 穩(wěn)定Pickering 乳液用于制備微囊化相變材料；Tian 等[10]將ZnO作為固體顆粒穩(wěn)定Pickering 乳液制備抗菌生物基聚合物材料。無機(jī)固體納米顆粒作為有效的Pickering 乳液穩(wěn)定劑具備一定的抗菌能力，然而由于安全性問題，其并未在食品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前已報道的用于穩(wěn)定Pickering 乳液的有機(jī)納米顆粒包括多糖納米顆粒、蛋白質(zhì)納米顆粒等。常見的多糖納米顆粒包括淀粉[8，11]、殼聚糖[12-13]、纖維素[14-15]等。淀粉由于其優(yōu)良的生物降解性以及低成本、易于生產(chǎn)等優(yōu)點被廣泛用作穩(wěn)定劑以制備Pickering 乳液。然而，天然的淀粉顆粒疏水性較差，在乳化過程中不易吸附在油水界面[16]，故應(yīng)用受限；殼聚糖是一種線性多糖，其作為各種海洋無脊椎動物外骨骼的主要結(jié)構(gòu)成分[17]，具有良好的乳化能力和穩(wěn)定性，在制備Pickering 乳液過程中應(yīng)用較為廣泛；天然纖維素是一種親水性多糖，缺乏良好的乳化能力[18]。

目前，常見的蛋白質(zhì)納米顆粒包括植物來源的玉米醇溶蛋白[19]、大豆分離蛋白[20]、動物來源的明膠[21]、乳清蛋白[22]等。玉米醇溶蛋白顆粒的高疏水性質(zhì)可以在一定程度上穩(wěn)定油包水（water-in-oil，W/O）乳液；大豆分離蛋白是大豆中主要存在的蛋白，大量研究表明，大豆分離蛋白是優(yōu)良的乳液穩(wěn)定材料，大豆顆粒的兩親性可有效穩(wěn)定水包油（oil-in-water，O/W）乳液，使其擴(kuò)散并吸附在油滴界面[23]；明膠是膠原蛋白在酸、堿、酶、高溫等不同環(huán)境條件下的變性產(chǎn)物。膠原蛋白通常存在于動物產(chǎn)品及其副產(chǎn)品中，因其良好的膠凝性能，理論上適合于制備穩(wěn)定Pickering 乳液的固體顆粒。然而，由于明膠具有較強(qiáng)的親水性和熱溶解性，在實際生產(chǎn)中難以得到可以穩(wěn)定Pickering 乳液的明膠納米顆粒[24]；源自牛奶的乳清蛋白分離物（whey protein isolate，WPI）具有優(yōu)異的乳化性、起泡性和高生物利用度。目前WPI 在穩(wěn)定Pickering 乳液方面的應(yīng)用研究分為兩類：一是將WPI 制備成乳清蛋白微凝膠（whey protein microgel，WPM），并研究其在Pickering 乳液方面的穩(wěn)定性及剛性，有研究表明，由WPM 穩(wěn)定的Pickering 乳液均展現(xiàn)出延緩脂質(zhì)消化的特性，在減少人體熱量攝入方面具有較高的潛力，且相比于高濃度的WPM，低濃度的WPM 具有較佳的界面特性，由低濃度WPM 穩(wěn)定的Pickering 乳液體現(xiàn)出更優(yōu)的穩(wěn)定性[22]；二是將乳清蛋白與分子/離子交聯(lián)形成復(fù)合顆粒用于Pickering 乳液的穩(wěn)定探究，Yi 等[25]將Ca2+與WPI交聯(lián)制備出球形WPI 納米顆粒用于高內(nèi)相乳液的穩(wěn)定以及β-胡蘿卜素的遞送，研究顯示，利用Ca2+誘導(dǎo)的WPI 納米顆粒能夠成功制備出具有高穩(wěn)定性的高內(nèi)相乳液，且該乳液顯著提高了β-胡蘿卜素的化學(xué)穩(wěn)定性及生物利用率。綜上，蛋白質(zhì)納米顆粒在提高乳液穩(wěn)定性、提高生物活性成分利用率等方面具有一定的潛力。

2 蛋白質(zhì)納米籠

2.1 蛋白質(zhì)納米籠的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

蛋白質(zhì)納米籠是一類具有中空內(nèi)部和多孔壁的新型蛋白質(zhì)基納米結(jié)構(gòu)，通常由多個蛋白質(zhì)亞基組成，這些亞基自組裝形成尺寸為12～100 nm 的中空籠狀結(jié)構(gòu)[26]。蛋白質(zhì)納米籠的結(jié)構(gòu)具有3 個不同的表面：外表面、內(nèi)表面以及亞基之間的界面。外表面可以引入特定的基團(tuán)或配體以賦予蛋白質(zhì)納米籠所需的性質(zhì)，例如使食品功能活性分子或者藥物能夠精確到達(dá)至對應(yīng)位置的靶向功能等；內(nèi)表面環(huán)繞著內(nèi)腔，形成了一個密封室，通常用于限制所封裝的分子，并與外部環(huán)境物理隔離；亞基之間的界面在蛋白質(zhì)納米籠的組裝中起著重要作用。相鄰亞基之間的排列和界面中涉及的相互作用直接影響到最終納米籠結(jié)構(gòu)的形態(tài)和穩(wěn)定性[27]。

蛋白質(zhì)納米籠具有許多優(yōu)點[7]：（1）具有可用于小分子負(fù)載的固有內(nèi)腔，蛋白質(zhì)殼充當(dāng)界面膜，將生物活性化合物與外部環(huán)境分離，有效防止生物活性化合物受到環(huán)境中光、熱、pH 值等的影響；（2）尺寸較小的載體有利于遞送目標(biāo)化合物，大多數(shù)籠狀蛋白的大小為5～100 nm，這為生物活性物質(zhì)的有效運送提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；（3）與其他物質(zhì)相比，蛋白質(zhì)納米籠顆粒表現(xiàn)出較為均勻的尺寸分布，可以通過基因工程的方式進(jìn)行高效的生產(chǎn)和改性；（4） 蛋白質(zhì)納米籠具有良好的分散性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、生物相容性以及生物可降解性，在生物醫(yī)學(xué)、食品領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。目前，許多生物活性分子如原花青素[28]、姜黃素[29]等已被成功封裝于各種蛋白質(zhì)納米籠中，用于改善生物活性分子的性能，提高其穩(wěn)定性。綜上，蛋白質(zhì)納米籠在食品營養(yǎng)物質(zhì)的遞送中發(fā)揮了重要的作用。

2.2 蛋白質(zhì)納米籠的種類

蛋白質(zhì)納米籠分為人工設(shè)計蛋白質(zhì)納米籠和天然蛋白質(zhì)納米籠。人工設(shè)計蛋白質(zhì)納米籠的方法主要包括對天然蛋白質(zhì)納米籠的重新設(shè)計以及自下而上人工組裝蛋白質(zhì)納米籠。天然蛋白質(zhì)納米籠的重新設(shè)計主要通過對蛋白質(zhì)界面-界面之間的關(guān)鍵氨基酸進(jìn)行修飾和替換，從而改變蛋白質(zhì)亞基的相互作用，實現(xiàn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控。自下而上組裝蛋白質(zhì)納米籠的構(gòu)建策略通常為選擇合適的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基元，利用計算機(jī)輔助設(shè)計、蛋白質(zhì)融合等策略，使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)基元按照某種對稱性自下而上組裝，構(gòu)建蛋白質(zhì)納米籠。目前，由于蛋白質(zhì)納米籠的分子組裝受多界面相互作用和結(jié)構(gòu)對稱性等復(fù)雜因素的影響，通過自下而上的策略構(gòu)建蛋白質(zhì)納米籠仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。

天然蛋白質(zhì)納米籠源自于各類天然動植物產(chǎn)品，蛋白質(zhì)納米籠內(nèi)腔裝載物質(zhì)的功能引起了學(xué)者們對于納米籠封裝的興趣。目前研究較為廣泛的蛋白質(zhì)納米籠包括熱休克蛋白（heat shock proteins，HSPs）、丙酮酸脫氫酶、DNA 結(jié)合蛋白（DNA -binding proteins，Dps）、包膜蛋白、鐵蛋白等，以上蛋白均在食品營養(yǎng)包埋及遞送等方面展現(xiàn)出較大潛力。表1 總結(jié)了蛋白質(zhì)納米籠的特性。

表1 蛋白質(zhì)納米籠特性總結(jié)Table 1 Summary of protein nanocage properties

2.2.1 熱休克蛋白納米籠

熱休克蛋白（HSPs）是一類主要存在于細(xì)菌、植物和動物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)，部分來源于食物。HSPs 通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的折疊結(jié)構(gòu)，能夠在環(huán)境和細(xì)胞壓力下進(jìn)行表達(dá)，其具有10～110 kDa 的廣泛分子量，并可根據(jù)其分子量分為不同的組，包括小熱休克蛋白、HSP60、HSP70、HSP90 和HSP110[35]。

HSPs 可作為蛋白質(zhì)納米籠載體應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。siRNA 是一類能有效抑制人體腫瘤細(xì)胞增殖的RNA，如何將siRNA 有效地定向傳遞到腫瘤細(xì)胞用于抑制其增殖是一個巨大的挑戰(zhàn)。在各種納米載體中，蛋白質(zhì)納米籠因其獨特的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)引起了廣泛關(guān)注。目前大多數(shù)報道的用于傳遞siRNA 的蛋白質(zhì)納米籠是基于病毒衣殼蛋白設(shè)計而成，長期使用可能會引起人體細(xì)胞的突變并致癌。Guan 等[30]基于基因工程方法開發(fā)了一種由小熱休克蛋白（HSP16.5）納米籠構(gòu)成的新型siRNA 遞送系統(tǒng)，HSPs 納米籠可以將siRNA濃縮成穩(wěn)定的復(fù)合物，保護(hù)其免受人體降解，并通過HSPs 納米籠的運輸，將siRNA 精準(zhǔn)遞送到人體腫瘤細(xì)胞中發(fā)揮作用。

2.2.2 丙酮酸脫氫酶納米籠

丙酮酸脫氫酶是一種大型多酶復(fù)合物，在糖酵解代謝途徑中，丙酮酸脫氫酶復(fù)合物催化丙酮酸氧化脫羧為乙酰輔酶A（acetyl Coenzyme A，CoA），可用于檸檬酸循環(huán)。丙酮酸脫氫酶復(fù)合物由丙酮酸脫羧酶（pyruvate decarboxylase，E1）、二氫硫辛酰基乙?；D(zhuǎn)基酶（dihydrolipoyl acyltransferase，E2）和二氫硫辛酰胺脫氫酶（dihydrolipoamide dehydrogenase，E3）組成。其中E2 亞基的結(jié)構(gòu)作為丙酮酸脫氫酶復(fù)合物的核心與E1 和E3 的外周亞基非共價結(jié)合[7]。E2 蛋白組分自組裝產(chǎn)生具有二十面體對稱性的同質(zhì)60 亞基十二面體納米籠結(jié)構(gòu)，E2 支架的外徑和內(nèi)徑分別為24 m 和18 nm，具有12 個5 nm 的孔[31]。

2.2.3 DNA 結(jié)合蛋白質(zhì)納米籠（Dps）

Dps 來自于微生物，可用于保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激作用[7]。Dps 是一種鐵儲存蛋白，屬于鐵蛋白家族。Dps 蛋白結(jié)構(gòu)由12 個相同的亞基組成，這些亞基通過23 點對稱的方式自組裝形成籠狀結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)。Dps 具有鐵氧化酶活性，其內(nèi)腔可以積聚氧化鐵，將環(huán)境中有毒的亞鐵離子轉(zhuǎn)化為無害的鐵納米粒子。與真核鐵蛋白相比，Dps 與Fe2+的結(jié)合親和力高200～2 500 倍[36]。

Dps 能夠穿過腎小球濾過屏障并進(jìn)入腎近端小管，將腎臟端的毒性物質(zhì)封裝，具有一定治療腎臟類疾病的潛力[32]。Dps 內(nèi)腔可用于裝載如具有過氧化物酶樣活性的細(xì)胞色素C 等活性物質(zhì)，以增強(qiáng)其抗氧化催化活性，使其具有作為納米催化反應(yīng)器的潛力[37]。

2.2.4 包膜蛋白納米籠

包膜蛋白屬于囊蛋白家族，是由單個原聚體重復(fù)自組裝成二十面體殼狀結(jié)構(gòu)而形成的納米隔室，其具有天然的內(nèi)腔可用于封裝各類分子。原聚體結(jié)構(gòu)的決定性基因與HK97 噬菌體中主要衣殼蛋白的GP5 基因同源，原聚體的結(jié)構(gòu)中有3 個保守結(jié)構(gòu)域，第一個是包含幾個α-螺旋和β-褶皺片的外圍域，第二個是包含幾個α-螺旋和β-褶皺片并形成5 倍對稱軸的軸向域，第三個是細(xì)長環(huán)。原聚體的結(jié)構(gòu)對于包膜蛋白的組裝十分重要，并且決定了整個復(fù)合體的對稱性[38]。包膜蛋白可細(xì)分為3 種結(jié)構(gòu)，一是在海棲熱袍菌（Thermotoga maritima，T.maritima）中發(fā)現(xiàn)的最小類型包膜蛋白，由60 個相同的單體（約31 kDa）組成，這些單體形成23～24 nm 寬的籠狀結(jié)構(gòu)，具有22 nm 內(nèi)徑的空腔；二是在黃嘌呤黏球菌（Myxococcus xanthus，M.xanthus）中發(fā)現(xiàn)的由180 份相同的原聚體組成的包膜蛋白，原聚體由12 個五聚體和20 個六聚體組成，占據(jù)二十面體的頂點和面，形成近似球形的結(jié)構(gòu)；三是來自耐熱類芽孢桿菌（Quasibacillus thermotolerans，Q.thermotolerans）最大的包膜蛋白，由240 個相同亞基自組裝形成的寬42 nm 的二十面體籠殼[33]。

2.2.5 鐵蛋白納米籠

鐵蛋白的生物學(xué)功能是充當(dāng)鐵儲存蛋白，調(diào)節(jié)人體鐵的水平并限制氧化應(yīng)激作用。鐵蛋白由24 個具有八面體對稱性的亞基組成，其外徑和內(nèi)徑分別為12 nm和8 nm[34]。空的鐵蛋白外殼通常被稱為脫鐵蛋白，由于生物鐵儲存作用，其適用于診斷成像的造影劑的靶向輸送以及各類營養(yǎng)物質(zhì)的包埋。此外，鐵蛋白含有14 個離子交換孔，其中8 個是親水性三重通道，用于鐵離子的進(jìn)入，6 個是疏水性四重通道?？紫兜亩鄻有杂行Т龠M(jìn)多種治療分子、營養(yǎng)物質(zhì)的運輸與遞送，為鐵蛋白納米籠在生物醫(yī)學(xué)、食品等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供了一定的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)[31]。鐵蛋白納米籠的結(jié)構(gòu)較為堅固，它們可以承受高達(dá)80 ℃的溫度10 min，pH 值范圍為3.0～10.0，并可暴露于高濃度變性劑中[39]。同時，鐵蛋白可以從植物和動物組織中提取，也可以通過高產(chǎn)的工程菌株獲得。豐富的鐵蛋白納米籠來源使其在蛋白質(zhì)納米籠領(lǐng)域的應(yīng)用較為廣泛。

基于鐵蛋白納米籠優(yōu)異的穩(wěn)定性和生物相容性，其在封裝生物活性營養(yǎng)素方面得到了廣泛的應(yīng)用。黃芩苷是一類具有優(yōu)異抗氧化性能和營養(yǎng)價值的活性物質(zhì)，但其較低的生物利用度和溶解度限制了其在食品營養(yǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用。苜蓿鐵蛋白納米籠是一種新型植物鐵蛋白，Sun 等[40]利用鐵蛋白納米籠的特性，將水溶性殼聚糖和黃芩苷納米顆粒封裝于鐵蛋白納米籠模擬胃腸道消化中黃芩苷的釋放，結(jié)果表明，一個脫鐵蛋白籠可以包封52 分子黃芩苷，殼聚糖-鐵蛋白-黃芩苷蛋白納米籠延長了模擬胃腸道消化中黃芩苷的釋放時間且包封于鐵蛋白的黃芩苷在細(xì)胞運輸中效率更高，體現(xiàn)了鐵蛋白納米籠在提高不溶性生物活性分子的生物利用度方面具有潛在的應(yīng)用前景。目前，由于鐵蛋白獨特的籠形結(jié)構(gòu)和自組裝特性，使鐵蛋白納米籠內(nèi)部空腔可以實現(xiàn)姜黃素、胡蘿卜素、花青素等各種脂溶性、水溶性小分子的裝載，并有效提高生物活性成分的穩(wěn)定性和細(xì)胞吸收效率。蛋白質(zhì)納米籠結(jié)構(gòu)見圖1 所示。

圖1 蛋白質(zhì)納米籠結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of protein nanocages

3 蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液

由于蛋白質(zhì)顆粒在構(gòu)象中的多功能性，蛋白質(zhì)長期以來被認(rèn)為是制備Pickering 乳液的優(yōu)秀天然原料。蛋白質(zhì)不僅可以通過在液滴之間形成保護(hù)層穩(wěn)定乳液，還可利用油滴間的排斥和靜電相互作用來穩(wěn)定乳液，其良好的界面特性和乳化活性成為穩(wěn)定Pickering乳液的優(yōu)勢[41]。蛋白質(zhì)納米顆粒穩(wěn)定Pickering 乳液的能力主要取決于其形狀、尺寸、顆粒濃度、表面潤濕性等特性。

目前已開發(fā)出許多不同形狀的蛋白質(zhì)納米顆粒用于穩(wěn)定Pickering 乳液，包括球形納米顆粒、納米纖維、納米管、納米凝膠、板狀納米顆粒和納米籠[26]。不同形狀的納米顆粒，具有不同的顆粒密度、解吸能力以及相鄰顆粒之間的毛細(xì)管力，顆粒形狀決定顆粒的潤濕性行為及其與相鄰顆粒之間的相互作用，在一定程度上影響乳液的穩(wěn)定性[42]?；\形蛋白質(zhì)因為其外殼具有較強(qiáng)的酸堿穩(wěn)定性以及良好的可逆自組裝特性，在各類形狀的蛋白質(zhì)納米顆粒中脫穎而出。

傳統(tǒng)乳液中乙醇的加入可以調(diào)節(jié)乳液的流變特性、口感并提高營養(yǎng)活性成分在乳液中的溶解度，然而乙醇會導(dǎo)致乳液連續(xù)相的物理性質(zhì)如黏度、表面張力、密度等發(fā)生一系列的非線性變化，大多數(shù)乳液在乙醇的存在下并不穩(wěn)定[43]。南瓜籽蛋白納米顆粒是一類從脫脂南瓜籽粉中提取出的蛋白，其作為固體顆粒穩(wěn)定劑，可以有效提高Pickering 乳液的穩(wěn)定性與乙醇耐受性。一方面，南瓜籽蛋白納米顆粒的高度親脂性及較小的靜電排斥更易吸附在油滴表面，增加乳液空間層厚度，提高乳液穩(wěn)定性；另一方面，乙醇的加入不會改變南瓜籽蛋白納米顆粒的構(gòu)象和穩(wěn)定性，納米顆粒界面處較高的堆積密度足以使納米顆粒在分散的液滴周圍產(chǎn)生屏障，從而獲得對乙醇具有高耐受性的乳液，經(jīng)南瓜籽蛋白納米顆粒穩(wěn)定的Pickering 乳液中乙醇與水的體積比最高可達(dá)到9∶1，并在室溫條件下穩(wěn)定60 d 左右[44]。

鐵蛋白可作為微粒乳化劑與不同油相結(jié)合制備穩(wěn)定的Pickering 乳液，并且隨著鐵蛋白濃度的增加，液滴的平均直徑降低，乳化效果更好。經(jīng)鐵蛋白乳化后的液滴可通過內(nèi)徑小于液滴直徑的毛細(xì)管，該特性使其在食品營養(yǎng)封裝領(lǐng)域應(yīng)用方面具有一定的潛力[45]。然而乳液在實際封裝過程中，共溶劑的加入或乳液液滴向極性相同相轉(zhuǎn)移的過程均會導(dǎo)致乳液的穩(wěn)定性下降。目前解決該問題的有效方法主要是，開發(fā)新型的生物納米顆粒-聚合物雜化材料用于穩(wěn)定乳液。在鐵蛋白籠表面利用2-二甲基馬來酰亞胺-N-乙基丙烯酰胺共聚物[2-（dimethyl maleinimido）-N-ethylacrylamide，DMIAAm] 裝飾并通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合，形成對極性-非極性界面具有較高親和力的鐵蛋白-DMIAAm 聚合物，其在低濃度下也能非常有效地穩(wěn)定乳液，并且Pickering 乳液可通過交聯(lián)自組裝的蛋白質(zhì)-聚合物材料提高其在封裝過程中的穩(wěn)定性[46]。

表面電荷對Pickering 乳液的穩(wěn)定性至關(guān)重要，表面電荷量的降低會導(dǎo)致液滴間的靜電排斥力增加，從而引發(fā)廣泛的絮凝和凝結(jié)，降低Pickering 乳液的穩(wěn)定性。E2 蛋白質(zhì)納米籠可通過吸附在兩種不混溶液相的界面來穩(wěn)定Pickering 乳液[47]，吸附在界面上的E2 蛋白質(zhì)納米籠能有效控制乳液液滴的表面電荷并使其在pH 4.0～8.0、儲存溫度高達(dá)50 ℃時仍表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，該理化特性進(jìn)一步證實了蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液的潛力。

4 蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

鐵蛋白是自然界中普遍存在的蛋白質(zhì)，天然的納米空腔結(jié)構(gòu)可以儲存豐富的鐵離子。一般而言，天然全鐵蛋白（Holoferritin）中鐵含量約為3 000 Fe3+/ferritin。最近，本課題組通過鐵離子脅迫大腸桿菌，可以高效地合成Holoferritin，且每分子鐵蛋白的鐵含量約為2 500 Fe3+/ferritin[48]?；贖oloferritin 豐富的鐵離子含量，Holoferritin 已經(jīng)成為一種潛在的天然補鐵制劑。而且，Holoferritin 具有均一的納米尺度，其蛋白質(zhì)外殼具有獨特的兩親性，作為一種Pickering 納米顆粒，可用于補鐵基功能性乳液的制備[49]。此外，鐵蛋白天然的納米籠形結(jié)構(gòu)，還可以封裝其他多種礦物元素。例如，Zhu 等[50]提出了一種基于鐵蛋白納米籠和酪蛋白磷酸肽（casein phosphopeptides，CPP）的新型鈣輸送策略，利用鐵蛋白的籠狀構(gòu)象和CPP 的鈣結(jié)合能力制備了一種具有pH 響應(yīng)可逆自組裝的鐵蛋白-CPP 復(fù)合物（ferritin-casein phosphopeptides，F(xiàn)C），通過FC 與鈣的進(jìn)一步結(jié)合，制備FC-鈣復(fù)合材料（ferritin-casein phosphopeptides-calcium，F(xiàn)CC） 用于鈣的儲存與輸送。研究結(jié)果表明，鈣含量相同時，F(xiàn)CC 的鈣裝載能力明顯高于單獨使用的鐵蛋白和CPP，且FCC 作為運輸載體可以延長磷酸鈣的沉淀時間，以更持續(xù)的方式釋放鈣，提高鈣的生物利用度。因此，基于鐵蛋白納米籠封裝各種礦物元素的能力以及天然的納米尺度和兩親性的蛋白質(zhì)外殼，蛋白質(zhì)納米籠在礦物元素基功能性乳液構(gòu)建方面展現(xiàn)出一定的應(yīng)用前景。

除了作為人體礦物元素補充劑，蛋白質(zhì)納米籠還可以作為納米載體封裝和遞送生物活性化合物。許多生物活性化合物，對人類健康具有一定益處，同時攝入兩種或多種生物活性化合物可以在促進(jìn)人類健康方面發(fā)揮協(xié)同作用[51]。在簡單Pickering 乳液體系中，親水性生物活性化合物包封在油包水（W/O） 乳液的水滴中，疏水性生物活性物質(zhì)則被封裝在水包油（O/W）乳液的油滴中。傳統(tǒng)的Pickering 乳液無法同時封裝兩種不同類型（親水性和疏水性）的生物活性化合物。因此，開發(fā)一種新型的可同時封裝兩種不同類型的生物活性化合物，并發(fā)揮其協(xié)同作用的雙腔室雙乳液系統(tǒng)至關(guān)重要。將親水分子封裝進(jìn)蛋白質(zhì)納米籠的核心，疏水分子封裝在乳液的油相中，這種分隔系統(tǒng)可保護(hù)納米籠中的親水分子在人體胃腸道消化過程中免受物理和化學(xué)方式降解，順利到達(dá)體內(nèi)的作用部位[52]。例如，胰脂肪酶可以被裝載到蛋白質(zhì)納米籠空腔中，乳液液滴表面含有其底物甘油三酯，通過蛋白質(zhì)納米籠表面的特定識別位點可以將胰脂肪酶精準(zhǔn)遞送到對應(yīng)部位，當(dāng)胰脂肪酶從蛋白質(zhì)納米籠中釋放出來時，其可以發(fā)揮作用并消化乳液油滴中的甘油三酯，幫助早產(chǎn)兒和胰腺外分泌功能不全或慢性胰腺炎患者獲得生命活動所必需的營養(yǎng)[1]。

Chen 等[53]利用蝦鐵蛋白開發(fā)了一種雙腔室Pickering 乳液系統(tǒng)，用于親水和疏水生物活性化合物的共包封。將綠原酸作為親水分子模型包裹在蝦鐵蛋白納米籠腔中，β-胡蘿卜素作為疏水分子模型封裝在油滴中，通過液滴尺寸分布、微觀結(jié)構(gòu)、生物活性化合物保留率等指標(biāo)分析該雙腔室模型的可行性。試驗結(jié)果表明，蝦鐵蛋白納米籠能夠吸附在油水界面并形成穩(wěn)定的O/W 型Pickering 乳液，液滴大小取決于油水比和蝦鐵蛋白濃度，并且在乳化過程中鐵蛋白納米籠的殼狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較佳。兩種生物活性化合物的成功共包封提高了生物活性化合物儲存穩(wěn)定性，蝦鐵蛋白納米籠穩(wěn)定的雙腔室Pickering 乳液系統(tǒng)在食品生物活性化合物或藥物的共遞送方面具有巨大潛力。

5 結(jié)語

食品中的許多生物活性化合物如多酚、胡蘿卜素等具有良好的生理功能，有益于人體健康。然而由于物理化學(xué)性質(zhì)的差異，生物活性化合物在人體消化吸收過程中會產(chǎn)生一定的障礙，限制了生物活性物質(zhì)在人體中的應(yīng)用。蛋白質(zhì)納米籠由于其獨特的結(jié)構(gòu)以及功能特性，在Pickering 乳液領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，蛋白質(zhì)納米籠能夠有效隔絕外部環(huán)境對其封裝的生物活性物質(zhì)的干擾，并精確運輸?shù)饺梭w所需部位。然而，目前蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液仍存在一些問題：（1）目前常見的蛋白質(zhì)納米籠具有較強(qiáng)的親水性，單獨用于穩(wěn)定Pickering 乳液效果較差，通常需要進(jìn)行進(jìn)一步的物理改性、化學(xué)修飾或與多糖等物質(zhì)復(fù)配形成復(fù)合物從而提高其乳化能力以及乳液的穩(wěn)定性；（2）在實際應(yīng)用過程中，由于蛋白質(zhì)納米籠的合成成本較高，目前還未創(chuàng)新出有效的途徑實現(xiàn)蛋白質(zhì)納米籠的高效合成，難以在工業(yè)生產(chǎn)中為功能性乳液的構(gòu)建提供原料基礎(chǔ)。

本文綜述了常見的用于穩(wěn)定Pickering 乳液的有機(jī)及無機(jī)固體顆粒類型、蛋白質(zhì)納米籠種類、蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定后Pickering 乳液的理化性質(zhì)及其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用，總結(jié)了蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering 乳液的研究現(xiàn)狀。未來，對于各種蛋白質(zhì)納米籠穩(wěn)定Pickering乳液的方法、穩(wěn)定機(jī)理、在各個領(lǐng)域的應(yīng)用以及目前存在問題的解決方案仍有待學(xué)者們進(jìn)一步探索。