大连工业大学周大勇教授团队：提高维生素D3的生物可及性：通过婴幼儿体外消化模型揭示大豆分离蛋白与维生素D3结合中的疏水相互作用

成果介绍

在婴幼儿成长发育的黄金时期，维生素D₃（VD₃）的功能至关重要，它对于促进骨骼健康和增强免疫功能具有不可替代的作用。然而，VD₃的疏水性质在很大程度上限制了其在胃肠道中的溶解度，进而影响了其生物可及性，这对婴幼儿群体尤其具有挑战性。鉴于此，本研究采用了一种创新的食品加工技术——动态高压微流化（DHPM），对大豆分离蛋白（SPI）进行结构性修饰，以制备能够高效封装VD3的纳米粒子。本研究旨在模拟婴幼儿的体外消化环境，探究SPI-VD₃纳米粒子对VD₃生物可及性的增强效果，以期为婴幼儿营养产品的配方设计提供科学依据。

本研究通过DHPM技术在不同压力水平（0, 40, 80, 120 MPa）下处理SPI，制备SPI-VD₃纳米粒子。通过荧光光谱、分子对接和分子动力学模拟等技术，分析了SPI-VD₃纳米粒子的结合亲和力、表面疏水性以及在模拟婴幼儿消化过程中的行为。此外，构建了模拟婴幼儿胃肠道的体外消化模型，评估了SPI-VD₃纳米粒子在消化过程中的微结构变化、二级和三级结构变化、消化度以及VD₃的生物可及性。

研究发现，DHPM处理显著提高了SPI-VD₃纳米粒子的包封效率和载药量，特别是在80 MPa压力下，包封效率从12.9%提升至67.4%。SPI-VD₃纳米粒子在模拟婴幼儿消化过程中表现出较高的VD₃生物可及性，其中80 MPa处理的纳米粒子达到了74.4%的生物可及性。分子模拟结果表明，疏水作用和氢键作用是SPI与VD₃结合的主要作用力，这有助于在消化过程中保护VD₃并促进其与胆汁盐胶束的相互作用。将SPI-VD₃纳米粒子应用于酸奶中，可以显著提高VD₃的生物可及性，这为开发新型功能性婴幼儿食品提供了科学依据。

本项研究在理论层面深化了对维生素D₃（VD₃）生物可及性增强机制的科学认知，并在应用层面为婴幼儿营养辅食产品的研发开辟了崭新的路径。通过动态高压微流化（DHPM）技术所制备的大豆分离蛋白-维生素D₃（SPI-VD₃）纳米粒子，为应对婴幼儿营养辅食领域中VD₃的溶解度与吸收率问题，提出了一种创新且高效的解决方案。该策略不仅优化了VD₃的生物可及性，而且通过提升其在婴幼儿消化系统中的稳定性与释放效率，为保障婴幼儿维生素D₃的充足摄入及促进其健康成长提供了坚实的科学支撑。

图文赏析

图 1 荧光光谱分析：(A) 不同压力下SPI与VD₃相互作用的荧光光谱；在 0、2、4、8、10、16 μg/mL VD₃ 存在下，分别在 （B）0 MPa、（C）40 MPa、（D）80 MPa和 （E）120 MPa下压力 SPI 的荧光光谱；(F) Stern-Volmer猝灭曲线；(G) 双对数回归猝灭曲线

图 2 分子对接模拟：(A, B) 大豆 7S 蛋白-VD₃ 纳米颗粒的分子对接模拟分析.配体的 2D 和 3D 相互作用图；(C) SPI-VD3纳米粒子的MM-GBSA结合自由能分析

图 3 分子动力学模拟：（A, B）蛋白质和配体相对于蛋白质的随时间变化的均方根偏差（RMSDs），蛋白质的均方根偏差以蓝色表示，而 VD₃ 的均方根偏差以红色表示；（C, D）蛋白质的均方根波动（RMSFs）表示模拟过程中单个氨基酸的波动；（E, F）蛋白质-配体接触直方图说明了 100-ns 模拟过程中的所有相互作用类型；(G) DHPM处理后SPI表面疏水性变化

图 4 微观结构观察：DHPM预处理的SPI-VD3纳米粒子在体外消化阶段的共聚焦显微镜图像

图 5 二级结构与荧光特性分析：(A, D) 消化前SPI-VD3纳米粒子的二级结构含量和荧光光谱；(B, E) 胃蛋白酶消化后的二级结构含量和荧光光谱；(C, F) 胃蛋白酶和胰酶消化后的二级结构含量和荧光光谱

图 6 消化过程与生物可及性分析：(A) SPI-VD₃纳米粒子消化过程的示意图；(B, C) 不同DHPM条件下SPI-VD₃纳米粒子在体外婴幼儿模拟消化过程中的蛋白质消化率和水解度；(D, E) 纳米粒子和酸奶中VD₃的生物可及性