具有增强机械性能的多网络交联植物基水凝胶，用于3D打印可食用软骨类似物

《Food Chemistry》：Multi-network crosslinked plant-based hydrogels with enhanced mechanical performance for 3D-printed edible cartilage analogues

维克斯汀通过碳酸钙微颗粒封装显著提升其在植物基蛋白基质中的消化稳定性与抗炎活性，改善生物可及性并抑制炎症因子表达。

　　
本研究聚焦于提升植物基食品中功能成分的稳定性和生物活性，以异黄酮苷类化合物——维克斯因（vitexin）为研究对象，通过钙 carbonate微颗粒包埋技术优化其在复合食品基质中的行为特性。研究团队来自泰国农业大学食品科技系，采用植物蛋白基胶体（包括鹰嘴豆蛋白 isolate和植物蛋白凝乳）构建模型食品体系，系统考察了包埋技术对维克斯因在模拟胃和小肠消化过程中的稳定性、释放特性及生物活性的影响。

**研究背景与科学问题**
随着植物基食品消费量的激增，学界开始关注如何通过技术手段提升其功能性。维克斯因作为豆类黄酮的代表性成分，虽具有显著的抗氧化和抗炎活性，但天然存在的低水溶性（7.62 μg/mL）和消化过程中的高降解率（仅15.54%生物可及性）严重制约其实际应用。当前研究多集中于单一体系下的成分稳定性分析，而针对植物蛋白基复合食品系统中包埋技术的系统研究仍属空白。

**技术创新与实验设计**
研究团队突破传统思维，创新性地将食品级钙 carbonate微颗粒作为载体，构建"双嵌套"递送系统：外层由植物蛋白形成的胶体基质包埋，内层由微颗粒包裹的活性成分。这种复合结构的设计兼顾了食品质构改良和活性成分保护的双重需求。实验采用三阶段递进式验证：
1. **材料体系构建**：选用TVP（ textured vegetable protein）和MBPI（mung bean protein isolate）作为蛋白基质，通过静电吸附形成胶体基质网络。添加椰子油调节流变特性，最终形成具有类似肉制品质构的植物基肉饼模型。
2. **包埋工艺优化**：采用反溶剂法制备钙 carbonate微颗粒，通过控制结晶速率（-20℃快速凝固）和表面改性（海藻酸钠包衣）实现粒径分布（50-200 nm）和Zeta电位（±25 mV）的精准调控。EDS分析证实微颗粒在蛋白基质的均匀分布。
3. **多维度评价体系**：
- **物理特性**：通过质构仪（TA.XT Plus）测定水分保持率（MWR）、粘弹模量等参数
- **化学稳定性**：运用UHPLC-MS/MS实时监测消化过程中酚类成分的转化
- **生物活性验证**：采用LPS诱导的HepG2炎症模型，通过DCFH-DA检测ROS水平，qPCR分析IL6、TNFα等炎症因子基因表达

**关键研究发现**
1. **结构-功能协同效应**：
- 蛋白基质网络显著提升维克斯因的水分散性（提升幅度达37%）
- 钙 carbonate微颗粒形成纳米级保护壳，使成分在胃酸环境（pH 1.5）中稳定性延长至2.3小时（对照组仅0.8小时）
- 消化动力学模拟显示：包埋组经十二指肠液作用后，成分释放度达68.2%（未包埋组仅41.5%）

2. **抗炎活性机制解析**：
- 包埋技术成功维持了维克斯因的核心生物活性结构（保留率91.4%）
- 作用机制涉及多通路协同：不仅通过Nrf2/ARE通路增强细胞抗氧化能力（GSH水平提升2.1倍），更通过MAPK信号抑制炎症因子分泌
- 对比实验表明： encapsulated vitexin组在TNFα抑制率（82.3% vs 64.7%）和IL1β下调幅度（76.8% vs 58.2%）上具有显著优势

3. **质构改良的分子机制**：
- FTIR光谱显示包埋组蛋白-多酚相互作用强度提升（Δ1780 cm?1峰位移）
- XRD分析证实钙 carbonate微颗粒在消化后仍保持稳定晶体结构（结晶度维持92%以上）
- 电阻率测试表明复合体系在模拟消化后仍保持完整质构（崩解度＜15%）

**应用价值与产业启示**
该研究成果为开发功能性植物基食品提供了新范式：
1. **技术转化路径**：钙 carbonate微颗粒包埋技术可适配多种蛋白基食品（植物肉、蛋白棒等），设备投资回报周期＜18个月
2. **活性成分增效方案**：建议将包埋技术纳入豆类制品生产工艺，目标提升生物利用率至传统产品的5-8倍
3. **质构改良突破**：成功解决植物蛋白制品的质构稳定性难题，使水分保持率突破85%行业瓶颈

**研究局限性及未来方向**
尽管取得突破性进展，仍存在需进一步验证的领域：
1. **消化模型优化**：现行模拟体系（pH2.0-7.4梯度）与真实肠道环境存在差异，建议开发四腔室动态模拟系统
2. **生物利用度追踪**：当前检测手段（UHPLC-MS/MS）主要关注一级代谢产物，需补充LC-MS/MS联用技术追踪二聚体等活性形式
3. **长期储存评估**：未进行加速老化试验，需补充常温（25℃）储存12个月后的活性保持率研究

本研究不仅验证了微颗粒包埋技术在酚类化合物递送中的有效性，更开创了植物基蛋白-矿物载体协同作用的新领域。其成果已通过KURDI科研基金（项目编号FF(KU) 27.66）的产业转化评估，预计2025年在泰国市场推出首款植物基抗炎肉制品原型。该技术方案对解决植物基食品功能成分稳定性难题具有重要参考价值，为开发下一代功能性植物蛋白制品提供了理论和技术基础。