藻蓝蛋白色素稳定性及其递送体系研究进展

李奇科，高彦祥

（1 中国农业大学食品科学与营养工程学院 北京 100083 2 美国康奈尔大学食品科学系 纽约 14853）

钝顶螺旋藻（Spirulina platensis or Arthrospira platensis）在世界范围内规模化养殖，作为功能因子、药物、荧光物质的来源[1]有很大的经济和开发潜力。在其干物质中，蛋白质占55%～70%，藻胆蛋白（Phycobiliprotein）在总蛋白质中占15%～20%[2]，主要以藻蓝蛋白（Phycocyanin，PC）形式存在。藻蓝蛋白在藻类生物中是一类吸收传递光能的色素蛋白，吸收橙黄色光而表现出天然的亮蓝色，最大吸收峰在波长620 nm 左右。利用藻蓝蛋白水溶特性，将微藻细胞破碎后通过盐析、萃取或色谱法进行工业化生产，得到纯化藻蓝蛋白，蛋白纯度根据吸光度A620nm/A280nm比值划分为食品级（≥0.7）、反应级（≥3.9）和分析级（≥4.0）[3]。

1 藻蓝蛋白简介

藻蓝蛋白在微藻细胞中以组装的藻胆体（Phycobilisome，PBS）形式存在，藻胆体吸收的光能依次通过藻红蛋白（Phycoerythrin，PE）、藻蓝蛋白和别藻蓝蛋白（Allophycocyanin，APC）传递，到达反应中心光系统I 和II[4]。藻蓝蛋白二级结构以α-螺旋为主，占60%以上[5]，其高级结构由（αβ）异二聚体单元组装而成，α-亚基分子质量12～19 ku，含2 个半胱氨酸残基和2 个甲硫氨酸残基；β-亚基分子质量14～21 ku，含3 个半胱氨酸残基和5 个甲硫氨酸残基，生理条件下（αβ）3环状三聚体和（αβ）6环状六聚体为藻蓝蛋白的主要存在形式[6]。六聚体分子质量约为104 ku。αβ 亚基间通过α-螺旋介导相互作用结合，藻蓝蛋白分子构象中发色团称为藻蓝素，是一种线性四吡咯（卟啉）化合物，通过硫醚键与脱辅基蛋白链上半胱氨酸残基连接，连接位点一般在α-84、β-84 和β-155[7]，作为亲水蛋白，水分子可进一步稳定藻蓝蛋白的发色团构型，稳定发色团与半胱氨酸残基的相互作用。

藻蓝蛋白具有抗炎、抗肿瘤、抗氧化、免疫调节等多种生理功能[8-10]，其抗肺癌活性、抗黑色素瘤活性、抗结肠癌活性、抗肝癌活性已有大量研究报道[11]。工业制备食品级藻蓝蛋白，将逐步发展成为便捷且低成本的技术。将藻蓝蛋白用作功能性食品或食品配料的前景十分广阔。然而，藻蓝蛋白稳定性易受温度、pH 值、光照、离子等因素影响，对加工处理条件十分敏感，如巴氏杀菌、调酸和氧化反应易使其沉淀或解离而导致降解，蓝色失去稳定性，最终导致其在食品工业中的应用受到限制。

Kupka 等[12]通过提高体系中尿素浓度，诱导藻蓝蛋白六聚体发生单体化，直到失去其二级结构。该研究分析此过程中藻蓝素分子构型与藻蓝蛋白高级结构变化的关系，探明了藻蓝蛋白三聚体（αβ）3在解聚并部分展开后，其发色团开始失去发色作用，直至蛋白质二级结构全部丧失的过程。Ma等[13]报道天然藻蓝蛋白中β-亚基的折叠和展开经历三步可逆的构象变化，以β-亚基的重新折叠为例： 四吡咯发色团首先由螺旋构型转变为延伸构型；通过氢键和疏水相互作用，发色团以更为刚性的结构固定在β-亚基上，导致荧光出现线性增加；亚基间相对运动使两个发色团更接近或平行，发色团的荧光特性得到提升。Tong 等[14]应用3 种蛋白酶对藻蓝蛋白进行酶切，生成残基数小于63的肽段，进而分析四吡咯发色团和脱辅基蛋白间结合位点与分子构型改变对藻蓝蛋白色泽的影响。另外，在藻蓝蛋白热稳定性评价中，许多文献报道“超色现象”的发生[5，12]，即热处理开始最初几分钟吸光度增加，随后开始下降的现象。这一现象反映蛋白质结构的改变，在天然蛋白质开始变性和聚集前，其构象改变、中间亚基变性，导致芳香基团暴露和发色团位点偏移。

对于藻蓝蛋白的应用，Nourmohammadi 等[15]尝试利用海藻酸盐和乳清蛋白包埋钝顶螺旋藻（Arthrospira platensis），将之作为功能成分和色素加入脱脂酸乳中。壁材间通过静电相互作用实现对钝顶螺旋藻的有效包埋，并在模拟胃肠道消化中实现全部释放，提高了生物可利用度，有利于乳酸菌在人体肠道中定植。Dev 等[16]将卡拉胶和藻蓝蛋白结合，制备一种止血凝胶。此种水凝胶显示均匀分布的大孔结构，具有良好的生物相容性，允许营养物质在伤口愈合部位的转运和气体交换，从而促进细胞增殖与伤口愈合。此外，如表1所示，还有大量报道将藻蓝蛋白或作为其原料的钝顶螺旋藻加入食品基质，藻蓝蛋白其天然的蓝色赋予产品纯净的色泽以及一定的抗氧化特性。尽管如此，对藻蓝蛋白功能特性和着色潜力的应用开发仍需继续，藻蓝蛋白的色素稳定性仍有优化空间。面对目前全球快速增长的天然色素市场，藻蓝蛋白已有大量专利，在医学领域的应用也得到较快发展[17]。在此背景下，开发基于藻蓝蛋白的蓝色色素及其作为活性成分的递送体系，具有广阔的应用前景。

考参献文[18]2016[19]2019[20]2019[21]2020[15]2020[22]2020[23]2005[24]2018[25]2020[26]2017强理使失乳现果光总例案型典的用应中品食在藻旋螺顶钝及白蛋蓝藻1表Representative applying examples of phycocyanin and Spirulina platensis in food products Table 1 /白蛋蓝藻它其性特品产质基品食量加添质物生源来质物生/白蛋蓝藻剂定稳质性及子离，铁良改地，质调色色蓝-酸嗜种（接乳菌灭藻旋螺顶钝（Arthrospira藻旋螺顶钝升提性活菌生，益化球乳酸嗜和菌杆乳0.3%～0.8%）platensis）菌，生升提地质乳，酸调色色蓝-乳酵发脂脱白蛋蓝藻（Arthrospira藻旋螺顶钝效增性活2%～8%）platensis存保光，避升提性活化氧抗-乳炼售市白蛋蓝藻PUPCCC 410.株离分藻腥鱼肥110 d 达期衰半白蛋蓝藻度0.1%纯5（Anabaena fertilissima PUPC-3.28 CC 410.5）损下理处温高，超调色色蓝-乳脂脱白蛋蓝藻LLC-10 / CAQ-株离分藻珠念脂脱较分得试测官，感限有0.12%（Nostoc sp.LLC-10 / CAQ-15升提）15实，可化强养，营调色色绿蓝清、乳钠酸藻海乳酵发脂脱藻旋螺顶钝（Arthrospira藻旋螺顶钝效蔽掩味异类，藻送递藻微80温、吐白蛋0.5%）platensis好升提性活化氧，抗调色色蓝-、乳油、奶糖、蔗乳2.5%白蛋蓝藻LEB-52株离分藻旋螺顶钝粉1.1度纯（Arthrospira platensis LEB-52）避需白蛋敏，光调色色蓝亮-糖糖、软糖、硬糖软0.36%白蛋蓝藻（Arthrospira藻旋螺顶钝装包衣1.52度纯）platensis调色色蓝亮藻、海精糊芽麦糖、蔗物取提藻海蛋蓝藻化囊微（Arthrospira藻旋螺顶钝钠酸1%～5%白）platensis升提性活化氧，抗化强养营-粉、米质胶子前车藻旋螺顶钝（Arthrospira藻旋螺顶钝1%～15%）platensis及性活化氧，抗调色色绿蓝-油、黄糖、蔗粉面藻旋螺顶钝F&M-C256株离分藻旋螺顶钝升提量含酚2%～6%（Arthrospira platensis F&M -C256）品产标目干化强养营酪发白蛋蓝藻乳酵乳炼色蓝乳脂脱色蓝酵发藻旋螺乳淋淇冰色蓝果糖色蓝冻果色蓝意化强养营面利大曲化强养营奇别类品食制乳及乳品品饮冻冷，品制可可制力克巧果糖及品粮及食粮品制食品食烤焙

考参它其性特品产质基品食献文剂定稳[27]2019化氧，抗良改地，质调色色绿蓝糖、蔗钠化氯、植T55粉麦小用升提量含质白蛋及性活油[28]2019升提性活化氧抗酚育、生钠化氯物、植粉、面团面[29]2019性活化氧抗及菌，抑化强养营粉、淀钠化氯糜肉升提[30]2019升提量含酚总及性活化氧抗-液酵发菌杆乳物通物酸油鱼植）1表（续/白蛋蓝藻量加添质物生源来质物/生白蛋蓝藻品产标目别类品食质性及藻旋螺顶钝F&M-C256株离分藻旋螺顶钝饼化强养营2%～6%（Arthrospira platensis F&M -干）C256 6%白蛋蓝藻F&M-C256株离分藻旋螺顶钝面化强养营1.5度纯（Arthrospira platensis F&M -片包）C256藻旋螺顶钝（Arthrospira藻旋螺顶钝饼堡汉肉鱼其及产水0.5%～1.5%platensis）品制藻旋螺顶钝F&M-C256株离分藻旋螺顶钝料饮菌生益料饮5%（Arthrospira platensis F&M -）C256

2 藻蓝蛋白色素的应用

食物中蓝色给人新鲜清凉的印象，而自然界中蓝色物质的稀缺性使藻蓝蛋白成为食品工业中天然蓝色来源的有限选择之一[31]。人工养殖藻类使获取藻蓝蛋白提取物变得经济而便利。在一步培养法、两步培养法的基础上，Chentir 等[2]通过施以环境压力改变代谢物质积累，减少生物消耗，使藻蓝蛋白产量达230.1 mg/g 干物质，实现较大的提升。目前，我国允许在食品中添加的蓝色素有人工合成的靛蓝和亮蓝（及其色淀），以及天然来源的栀子蓝和藻蓝（藻蓝蛋白）[32]。此外，某些花青素在一定条件下也可作为食品的蓝色着色剂使用。

在水中或磷酸盐缓冲液中，纯化藻蓝蛋白难以长时间保持稳定状态，随着藻蓝蛋白亚基的不断解聚，聚集形式从（αβ）6六聚体转变为（αβ）3三聚体，再转变为（αβ）单体。当原有藻蓝蛋白解离形成动态平衡后，混合物的量子产率（藻蓝蛋白在光能输送中吸收和传导的光能量子与荧光激发相关，用于评价纯化藻蓝蛋白的变性情况）降低到原有的50%[33]。当其低浓度（＜30 mmol/L）溶于稀磷酸盐缓冲液时，（αβ）单体占主导地位，松散的结构使发色团以较高的构象自由度存在，基于其共轭平面的荧光量子产率降低，导致体系的吸光度不断降低[12，34]，呈现出“漂白”的现象。Gustiningtyas等[35]引入三聚磷酸钠，使藻蓝蛋白与水溶性壳聚糖（壳寡糖）在pH 7 介质中实现分子交联，筛选出藻蓝蛋白与壳寡糖以质量比3∶4 结合时具有最小粒径和最高的热稳定性，在50°C 条件下保温90 min 仍无明显色泽变化。Selig 等[36]通过与多糖的结合提高藻蓝蛋白色泽稳定性，评估甜菜果胶、瓜尔豆胶和可溶性大豆多糖对藻蓝蛋白热稳定性和蛋白酶处理中水解稳定性的增强作用。以柠檬酸盐缓冲液为介质，在搅拌条件下实现藻蓝蛋白与多糖的结合，研究表明甜菜果胶稳定的藻蓝蛋白颗粒具有较大的Zeta 电位，这一体系的加工后色差值△E 最小，在热处理和蛋白酶处理中有更好的稳定性。

在此基础上，Zhang 等[37]利用乳清蛋白在pH 3 介质中转为透明的特性，分析乳清蛋白提高藻蓝蛋白酸稳定性的能力，并进一步评价乳清蛋白中α-乳白蛋白、β-乳球蛋白、牛血清白蛋白、免疫球蛋白和糖巨肽提高藻蓝蛋白热稳定性的能力，结果表明：天然且完整的乳清蛋白对藻蓝蛋白提供最佳的保护作用，以10%乳清蛋白稳定的3%藻蓝蛋白体系具有在酸性饮料中应用的潜力，但其缺陷在于无法将藻蓝蛋白热稳定性提至食品工业生产应用水平。在80 °C 条件下，受热后的藻蓝蛋白亮度减弱，颜色开始变绿。另外，Zhang 等[38]还使用高静压技术促进藻蓝蛋白与乳清蛋白、卡拉胶结合，研究表明：经450 MPa 和600 MPa 高静压处理后，藻蓝蛋白-乳清蛋白和藻蓝蛋白-卡拉胶体系的分子结构、荧光特性发生变化，在酸性到中性介质中的稳定性均得到改善，热稳定性增强，藻蓝蛋白在光照下贮藏稳定性显著提高。进一步研究发现：当乳清蛋白以0.1%质量分数加入同等含量的藻蓝蛋白时，乳清蛋白对于藻蓝蛋白体系的护色效果最为显著。经夏日伊萨卡的阳光直射5 d 后，含有0.1%乳清蛋白的藻蓝蛋白分散体系保留了最多的蓝色色调[39]。

除与多糖和蛋白结合外，有研究使用十二烷基硫酸钠胶束稳定藻蓝蛋白的蓝色色泽[40]。对其稳定机制的分析表明：十二烷基硫酸钠通过疏水作用结合于胶束内部，稳定藻蓝蛋白中占据主导的螺旋结构，从而稳定藻蓝蛋白的非质子化（蓝色）形式，防止其在低pH 值下转变为质子化（绿色）形式。然而，十二烷基硫酸钠未被列入食品添加剂使用标准中，且形成胶束所需十二烷基硫酸钠浓度使食品带有去污剂的味道，使消费者难以接受。在Marie 等[41]发表的专利中，描述了使用水/油/水三重乳液结构实现对藻蓝蛋白的递送，此项应用虽可保持内水相中色素的相对稳定，但缺陷在于需要大量的封装材料，导致终产品中藻蓝蛋白占比非常低。此外，这种蓝色递送体系不具备良好的透明度，限制其在水基食品中的应用。同样，Batista 等[42]报道：藻蓝蛋白与叶黄素被分别添加在水包油乳液中的水相与油相中，其稳定的分散状态和抗氧化特性在高脂食品中有较大应用价值，如蛋黄酱。

3 藻蓝蛋白在纳米递送体系中的应用

3.1 小分子物质稳态藻蓝蛋白

如前文所述，为保护藻蓝蛋白所具有的抗炎、抗肿瘤、抗氧化、免疫调节等生理功能，可添加小分子提高其口服生物可利用度。表2列出近年出现的小分子稳定藻蓝蛋白典型案例。藻蓝蛋白作为一种酸性蛋白质，等电点约为3.4，易在胃肠道消化过程中发生聚集和降解。对此，有研究表明小分子糖类具有维持稳定的作用，如蔗糖和海藻糖，这与其维持蛋白质的天然高级结构和发色团的稳定有关[43]。“优先排除理论”[44-45]认为：分散体系中双糖作为藻蓝蛋白的共溶质，其对藻蓝蛋白的热保护效果不是由于其本身与藻蓝蛋白的相互作用，而取决于蛋白质与含有双糖的溶剂间发生的诱导修饰，其结果是系统自由能的增加，该条件有利于蛋白质维持折叠状态[46]。同时有观点认为小分子物质的添加导致的水分活度变化，也是影响藻蓝蛋白稳定性的原因之一[47]。

Faieta 等[43]通过分光光度法和圆二色谱分析不同浓度蔗糖和海藻糖对藻蓝蛋白热稳定性的影响。藻蓝蛋白为热不稳定蛋白质，在恒定温度下色泽损失随时间的延长而增加，随着溶质浓度的增加而减少。在热稳定性实验和模拟食品加工的热处理中，同一浓度的蔗糖比海藻糖具有更好的热稳定效果。Antelo 等[48]研究发现在体系中添加10%～50%山梨糖醇，可在巴氏杀菌条件下提供良好的藻蓝蛋白热稳定性。在以聚环氧乙烷 （OCH2-CH2）n对藻蓝蛋白实现静电纺丝保护后，Braga 等[49]向体系中添加50%山梨糖醇和20%葡萄糖，明显延长了热处理中藻蓝蛋白的半衰期。

为分析不同类型糖类对藻蓝蛋白的护色效果，Martelli 等[50]通过分析不同浓度的葡萄糖、果糖、蔗糖、乳糖和麦芽糖对藻蓝蛋白的护色能力，判断糖类对藻蓝蛋白的护色效果与其最终添加浓度有关，而糖的种类对藻蓝蛋白护色效果影响较小。具体而言，当糖类含量超过40%时，体系对藻蓝蛋白有较好的稳定作用，而相同浓度的不同糖类对藻蓝蛋白的稳定程度没有明显区别。对此，可将糖类稳定的藻蓝蛋白溶液用于工业生产，可单独使用或与红花黄复配形成绿色体系，在80°C条件下加热30 min 仍可保持良好的热稳定性。其制约因素在于，在生产加工过程中需维持原有高糖体系，此条件限制了藻蓝蛋白糖浆在食品工业中的应用范围。

此外，藻蓝蛋白体系长期储藏过程中需要控制微生物生长，添加防腐剂可维持藻蓝蛋白的稳定性。Kannaujiya 等[51]研究低温到高温环境中藻蓝蛋白在不同种类防腐剂（苯甲酸、柠檬酸、蔗糖、抗坏血酸和氯化钙） 中保温30 d 的热动力学稳定性，筛选出苯甲酸对藻蓝蛋白有良好的护色和稳定作用，使藻蓝蛋白体系在4°C 保存30 d 后仍可工业应用。

3.2 接枝改性稳态藻蓝蛋白

除在藻蓝蛋白体系中添加小分子糖外，也可通过改性手段提高藻蓝蛋白稳定性，通过对天然蛋白质进行必要的修饰，改变其理化性质，使之在营养特性和功能特性上符合进一步的加工需求。蛋白质改性方式主要分为物理改性、化学改性、酶法改性和基因工程改性等，其中物理改性以加热、机械挤压、外加电场、超声处理等操作为主要手段，其优势在于操作成本较低，并避免了有机物质的添加[54-55]。物理改性使得蛋白质结构发生变化，内部基团暴露，对于改善特定蛋白质的稳定性具有良好的效果，然而，藻蓝蛋白热稳定性差，在巴氏杀菌条件下即可发生变性和颜色漂白，仅通过物理方式对其改性的研究尚未见报道。

在化学改性中，通过化学试剂对蛋白质结构进行修饰，从分子改性角度可将化学改性分为酸碱改性、甲基化、乙酰化、磷酸化、糖基化等手段[54-56]。针对藻蓝蛋白在低浓度下（＜10-6mol/L）容易从三聚体分解为单体，发生降解的特点，有研究利用甲醛或戊二醛介导藻蓝蛋白亚基之间交联，增加藻蓝蛋白的光稳定性，如Munawaroh 等[57]的研究结果表明，使用甲醛对藻蓝蛋白的化学改性可有针对性地提高其对黄光的稳定性。此外，为稳定藻蓝蛋白的三级和四级结构，Fukui 等[58]使用DSP 交联剂修饰藻蓝蛋白分子中的赖氨酸残基，使氨基交联，以维持藻蓝蛋白的高级结构，通过此种方式提高藻蓝蛋白的化学稳定性，使之在尿素存在下褪色、漂白现象明显改善，且在尿素经透析脱除后可基本恢复原有显色。Martelli 等[50]使用丙酮醛介导藻蓝蛋白分子内部的共价结合，交联稳定蛋白质高级结构，从而提升藻蓝蛋白的热稳定性，使之在pH 7 环境中玻璃化转变温度Tm 值从57.5°C 提高到62.8°C，其中丙酮醛为蜂蜜中抗菌的主要功能成分[59-60]，具有对食用蛋白质进行改性应用的潜力。

除用上述交联剂对藻蓝蛋白进行化学改性外，糖基化反应也成为化学改性中一种重要手段，如催化还原糖的羰基与藻蓝蛋白的氨基发生美拉德反应，从而提高其热稳定性。在糖基化过程中，干热接枝法一般使用蛋白质和糖的冻干混合物在一定温度和湿度下直接反应[61]，其接枝反应虽较为彻底，但较难控制反应进程，易造成过度褐变；湿热接枝法将蛋白质和糖的混合物在液体环境中加热，然后通过迅速降低温度来终止反应，此方法在接枝过程中有更好的可控性，然而反应效率不如干热接枝[62-63]。近年来发展的超高压接枝法是糖基化的一种补充方法。在Zheng 等[64]的研究中，超高压处理促使藻蓝蛋白分子形变、暴露糖基化位点，显著加快了糖基化进程。此研究发现，当糖基化接枝材料为葡聚糖20 000 时，在反应温度为84°C 条件下，以340 MPa 压力处理15 min 为最佳复合改性工艺，改善了藻蓝蛋白功能特性。

3.3 生物大分子稳态藻蓝蛋白

除上述添加小分子和对藻蓝蛋白进行接枝改性提高藻蓝蛋白稳定性外，更为广泛的研究聚焦在利用多糖或蛋白质结合稳定藻蓝蛋白，例如淀粉[65]、果胶[36]和乳清蛋白[37]等，呈现出以生物大分子与藻蓝蛋白结合而成的纳米颗粒。表3对大分子物质稳定藻蓝蛋白的典型案例进行汇总归纳。在较宽pH 值范围，藻蓝蛋白表面带有负电，易凭借静电作用、疏水作用和氢键等分子间作用力与大分子结合，形成均匀分散的纳米颗粒，藻蓝蛋白稳定性因而提高，经人体摄入消化后，其生物可利用度同样得到提高。

献文考参[35]2020[36]2018[71]2020[37]2020[65]2020[38]2021[39]2020例案型典的白蛋蓝藻定稳质物子分大3表Representative stabilizing examples of phycocyanin by macromolecules子分大果效定稳用作互相间子分剂定稳子分大/%量加添藻使糖寡，壳理处90 min，50 ℃热经用作电静0.1寡（壳糖聚壳性溶水降下值化变度色白蛋蓝用作联交钠酸磷聚三）糖20在白蛋蓝藻使合结的胶果菜甜用作水疏2胶果菜甜提性定稳中理处热，50 ℃/65 ℃min-2胶尔瓜升提性定稳中化消酶白蛋，在升-2糖多豆大性溶可喷在白蛋蓝藻于助有精糊芽麦加添-5～10精糊芽麦温口（入泽色色蓝持保后水复燥干雾）65～75 ℃度温口，出170 ℃度使白蛋清，乳理处20 min，80 ℃热经用作电静0.5～10白蛋清乳稳白蛋，使低降值化变度色白蛋蓝藻用作水疏10白蛋清蛋淀沉凝絮生产，不散分定-10白蛋豆豌67.58%达可高最，以联交胀溶过通粉淀用作电静0.7铃马于源别（分粉淀交于在存定稳白蛋蓝藻使率埋包的用作水疏、木米、玉蕉、香薯间之链晶非的粉淀联）果包、面薯蓝藻使封包的胶拉卡ι-或白蛋清乳用作水疏0.1白蛋清乳自5 d和理处热，90 ℃150 s在白蛋用作电静0.25胶拉卡ι-高提性定稳的下射照光然最果效定稳时0.1%在量含白蛋清乳用作电静0.05～1白蛋清乳蛋蓝藻，将护保的构结级二过，通佳2 d后延长时解降光的白）。4.0（≥级析）、分3.9（≥级应）、反0.7（≥级品食为分划Table 3 量加添白蛋蓝藻质性及粉白蛋蓝0.075%藻1.33度纯粉白蛋蓝藻液取提白蛋蓝藻2%4.3%量含液取提白蛋蓝藻0.8度纯粉白蛋蓝藻液取提白蛋蓝0.2%藻0.3%量含液取提白蛋蓝藻粉白蛋蓝藻0.1%1.79度纯粉白蛋蓝藻粉白蛋蓝藻0.1%＞2.8度纯粉白蛋蓝藻粉白蛋蓝藻0.1%＞4.0度纯粉白蛋蓝藻般，一值比/A280 nm A620 nm度光吸料源来白蛋蓝藻（Spirulina 藻旋螺顶钝platensis）藻旋螺顶钝）（Arthrospira platensis（Arthrospi-藻旋螺顶钝）ra platensis藻旋螺顶钝（Arthrospira platensis）（Spirulina藻旋螺顶钝platensis）（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis原白蛋蓝藻用所”指度：“纯注

Lemos 等[65]利用不同来源的淀粉包埋藻蓝蛋白，发现其被包封在交联淀粉的非晶链之间，淀粉交联促进了溶胀水凝胶网络的形成，起到一定的缓释作用，并通过动物实验验证了藻蓝蛋白的抗炎特性以及藻蓝蛋白-淀粉复合物的缓释特性。Selig 等[36]对甜菜果胶、瓜尔豆胶和可溶性大豆多糖对藻蓝蛋白热降解和蛋白酶水解的保护能力进行评估，在藻蓝蛋白体系中添加甜菜果胶，该阴离子亲水胶体在加热时出现负电荷，负电荷在藻蓝蛋白表面的富集，增强了藻蓝蛋白的热稳定性，并减缓了其在蛋白酶作用下的水解进程。

Braga 等[49]尝试将藻蓝蛋白与聚环氧乙烷混合，利用聚环氧乙烷的成纤维特性制备针对藻蓝蛋白的静电纺丝。正极纺丝针头内径0.45 mm，距负极铝收集器125 mm，电位24.3 kV，通过安装在针头上的泵将溶液的流速保持在2.5 μL/min。此项研究得到平均直径为295 nm 的静电纺丝，在不同温度下，藻蓝蛋白降解的半衰期延长1 倍，热稳定性得到显著提升。Schmatz 等[66]尝试用静电喷雾，利用聚乙烯醇对藻蓝蛋白进行封装，并维持其稳定，使用11%聚乙烯醇稳定3%藻蓝蛋白得到最优的效果，其喷嘴内径0.45 mm，电位20 kV，进料流速设置为50 μL/h。此条件下制备的藻蓝蛋白颗粒平均粒径为395 nm，其封装率约为75.1%，且在ABTS 自由基清除实验和DPPH 自由基清除实验中均有良好表现。

除纳米尺度构建藻蓝蛋白递送体系外，也可采用海藻酸盐对藻蓝蛋白进行微囊化，如Pradeep等[67]将海藻酸钠与藻蓝蛋白以1∶1 质量比混合，自注射泵中以30 μL/min 的流速挤入2%氯化钙溶液中，得到冻干后的平均粒径为1.05 mm 的藻蓝蛋白-海藻酸盐微球，该微球表现出良好的热稳定性，提高了藻蓝蛋白作为功能因子的贮藏期限，提供了一个高载封装藻蓝蛋白的方法。Yan 等[68]通过上述方法制备藻蓝蛋白-海藻酸盐微球，将产品置于2.0%的壳聚糖溶液中保温孵育，得到冻干粒径为1.03 mm 的藻蓝蛋白-海藻酸盐-壳聚糖微球，相对原有二元微球（1.81 mm）粒径减小，原因在于内部疏松的藻蓝蛋白-海藻酸盐微球与壳聚糖作用后，内部结构趋向紧密。三元复合结构表现出更好的热稳定性和酸稳定性，而在弱碱性条件下会迅速释放藻蓝蛋白，表现出良好的控释能力。

藻蓝蛋白的稳定性也可通过其它技术手段予以改善。Manconi 等[69]在大豆卵磷脂和胆固醇成膜的基础上，使用黄原胶将藻蓝蛋白稳定于脂质体中，并用壳聚糖实现进一步包封，得到最高可达68%的包埋率，脂质体具有均匀良好的分散性和肠道黏附性。Yagoubi 等[70]采用固体脂质纳米颗粒和纳米脂质体对藻蓝蛋白进行包埋，在油相（单硬脂酸甘油酯、双硬脂酸甘油酯、中链甘油三酯）和水相（吐温80、Poloxamer 188）中添加藻蓝蛋白，通过不同的油水相内容物组合，在超声辅助的高剪切均质下形成粒径最小可达88.45 nm 的纳米颗粒，最高可达69.25%的包埋率和9.88 mg/g 的负载量，在后续颗粒表征中不出现藻蓝蛋白峰，说明该载体对藻蓝蛋白实现了包埋。基于脂质的包埋，有助于在特定环境下提高藻蓝蛋白的稳定性和生理活性。目前虽有多种方式用于藻蓝蛋白稳态和递送，但尚未见其在食品工业中广泛应用，其原因在于未能平衡藻蓝蛋白稳定性提升与食品工业加工条件限制、食品添加剂的使用和用量等因素的关系，且在巴氏杀菌条件下，藻蓝蛋白失色、漂白现象仍难以避免。

3.4 藻蓝蛋白在医学领域中的应用

除保健功能外，藻蓝蛋白在医学领域因其特殊的性质而得到广泛应用。如表4所示，在针对癌细胞的药物递送中，藻蓝蛋白既可被包埋并递送进入癌细胞，经光动力学治疗引发癌细胞凋亡和自噬；也可配合顺铂、磁性颗粒等传统抗癌药物，提升其引发的芬顿反应程度[72]，从而杀灭癌细胞；也可仅作为一种荧光蛋白，组装形成稳定的药物递送载体，使纳米颗粒在体液运输中稳定且不引起溶血、排异等反应。Al-Malki[73]采用血浆中含量最高的人血清白蛋白包埋藻蓝蛋白，此二元纳米颗粒表现出可观的抗氧化潜力和自由基清除能力，其针对肝癌和乳腺癌的抗增殖和促凋亡能力也在体外实验中得到体现。此外，藻蓝蛋白在纳米颗粒到达靶向器官以及提高生物可利用度方面发挥关键的作用。Cheng 等[74]设计了一种由藻蓝蛋白修饰的生物素-壳寡糖-二硫代二丙酸结构，用于负载姜黄素，在4 ℃环境中将上述颗粒与藻蓝蛋白结合，通过生物素与藻蓝蛋白间的相互作用以及带正电荷的壳寡糖和带负电荷的藻蓝蛋白之间的静电作用，实现藻蓝蛋白的稳定接枝。姜黄素位于由壳寡糖与藻蓝蛋白形成的空腔中，壳寡糖与姜黄素之间形成的二硫键赋予此载体氧化-还原敏感性，使药物响应肿瘤细胞中高浓度谷胱甘肽而释放，具有针对肿瘤部位实现靶向运输的潜力。

考参献文[89]2017[90]2018[91]2018[92]2019[74]2019[93]2020[94]2020[95]2021例案型典的域领送递物药在粒颗白蛋蓝藻4表Representative examples of phycocyanin nanoparticles applied in drug delivery Table 4 加添白蛋蓝藻果效用应围范用应用作互相料材合结质性及量体配过，通埋包的白蛋蓝藻对现实糖聚壳基甲羧递物药症癌向靶联交CaCl2糖聚壳基甲羧0.04%～0.2%表因基殖增其调，下送递向靶现实胞HeLa 细CD59sp 对送长生胞细癌制，抑达表因基亡凋调，上达化催光外红近经粒颗米纳铁化氧性磁的饰修白蛋蓝藻治症癌学力动光合结价共颗米纳铁化氧性磁8%效制抑的癌腺乳鼠小对了强，加基由自氧性活量大生产疗粒性毒的胞细织组常正对见未，而果的粒颗米纳白蛋白清血牛孔多了变，改入加的白蛋蓝藻送递物药量载大键氢白蛋白清血牛孔多0.1%，”型袋“口的小更寸尺为变转型球由其，使态形及构结维纤样粉淀制抑用作水疏粒颗米纳力能载运物药的粒颗米纳了加增成形PLGA的胺酰经神载负的封包糖聚壳由了定稳白蛋蓝藻疗治炎皮性敏过-颗糖聚壳—PLGA 0.05%，用作炎消挥，发力能释缓的后药施皮表在其升，提粒颗粒程进化质角快加效附吸的中环循液血在其止，防构结束胶定稳白蛋蓝藻递物药症癌向靶用作电静胶糖寡壳—素物生0.1%胞细癌肺小非对现实构结壳的感敏原还-化氧其，以应送束送递物药向靶的A549（S.菌球链形变对生产合结的粒颗米纳胶蜂与白蛋蓝藻制抑菌病致齿龋-粒颗米纳胶蜂6.25%～12.50%少减时同达表因基膜菌其制，抑果效制抑同协）的mutan齿龋防，预性毒的胞细维纤成龈牙对态线单生产粒颗化，杂下发激光见可处620 nm长波在治症癌学力动光合结价共颗米纳硅物生孔介0.2%定，稳用作除清的好良有RAW264.7胞细癌腺乳人对氧疗粒4.17度纯效功疗治学力动光其升，提白蛋蓝藻了霉，阿送递向靶2+的Mn与素霉阿了现实胞细癌种多对针效增疗化向靶应反胺酰粒颗米纳白蛋丝蚕0.06%反顿芬活激化2+催Mn，经O2 H2生产并长生胞细癌制抑素合结效增应反联级基由自化催白蛋蓝，藻应4.0）。（≥级析3.9）、分（≥级应0.7）、反（≥级品食为分划般，一值比/A280 nm A620 nm度光吸料原源来白蛋蓝藻（Spirulina 藻旋螺顶钝platensis）-（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis（Spirulina藻旋螺顶钝）platensis白蛋蓝藻用所”指度：“纯注

另外，藻蓝蛋白作为一种光反应蛋白，其在光遗传学研究中的巨大潜力逐渐得到发掘。自2006年科学家Deisseroth 提出“光遗传学”理论[75]以来，在神经科学领域，通过光控技术实现对人体细胞的微电流调控，指出了一个解决现有疑难杂症的可行方向[76]。涉及藻蓝蛋白的光遗传学研究鲜有报道，Zhao 等[7]对其进行初步探索，制备并将平均粒径为5 nm 的金纳米颗粒结合到两亲性聚合物中[77]，由两亲性聚合物包被的金纳米颗粒通过疏水相互作用与藻蓝蛋白以类似于“榫卯”的形态连接，此结构在琼脂糖凝胶电泳中仍可保持稳定。此研究有利于将金纳米颗粒在生物催化[78-79]、纳米传感和生物医学，如标记、成像、示踪、治疗等功能[80-81]与藻蓝蛋白的独特光学特性充分结合。利用藻蓝蛋白合成银纳米颗粒的手段则更为简便，这是由于藻蓝蛋白在光照条件下使电子由基态转变为激发态，发生能级跃迁的电子在环境中使硝酸银（AgNO3）发生还原反应，从而形成藻蓝蛋白介导的银纳米颗粒[82]。银纳米颗粒可充分发挥其优势，表现出对革兰氏阳性和阴性细菌的广谱抗菌活性，通过体内外实验均验证了其优异的抗肿瘤特性[83]。

将藻胆蛋白结合到荧光探针的应用已得到较快发展，随着与之对应的荧光激活、免疫分析等领域的快速发展，将藻红蛋白、别藻蓝蛋白应用到荧光探针的研究专利不断涌现[33，84]。然而，藻蓝蛋白作为藻胆蛋白中的一种，所得专利数量较同一分支下的上述两种蛋白相差甚远[17]，其原因在于其应用稳定性未得到根本性提升[85]。尽管如此，为利用藻蓝蛋白独特的荧光特性，也可将之同特定的识别元素（如生物素、抗体和链霉亲和素）结合用作诊断探针[43，74]。Sun 等[86]先使用甲醛稳定藻蓝蛋白（αβ）3三聚体结构，抑制其在较低浓度或较严苛的加热条件下发生降解，然后，通过戊二醛使之与R-藻红蛋白结合，藻蓝蛋白与藻红蛋白表现出高度的能量耦合并保持稳定，可应用于免疫测定中的荧光探针。Singh 等[87]对藻蓝蛋白进行提取优化，并在25°C 条件下研究其对红细胞、白细胞、血小板、淋巴细胞基因组DNA 染色的可能性，判断出藻蓝蛋白可部分替代溴化乙锭，用于免疫学分析和DNA 染色。Zhao[88]将藻蓝蛋白与包埋有竹红菌乙素的明胶纳米颗粒连接，其中藻蓝蛋白被吸附在纳米颗粒表面，与不直接接触的竹红菌乙素发生以偶极-偶极相互作用主导的能量转移。该体系以藻蓝蛋白为反应指示剂，明确了竹红菌乙素的光诱导损伤与氧自由基产生和氧气供给的关系。

4 展望

藻蓝蛋白为食品工业中稀缺的天然蓝色色素资源，应充分发挥其在食品工业中的应用潜力。为保持藻蓝蛋白在人体内的生理活性，目前研究主要通过构建纳米颗粒递送藻蓝蛋白来提高其生物可利用度。然而，尚需进一步研发出稳定性好、负载率高、缓释性优的藻蓝蛋白递送体系，从而拓展其在保健食品乃至药品领域中的应用范围。本文总结了实现藻蓝蛋白稳态的途径并提供了相应的实例，目前，藻蓝蛋白的实际应用中，最大瓶颈在于其结构保持和色泽稳定。可喜的是，不断有新的藻蓝蛋白稳态方案和手段出现，相信在我国“2035年远景目标”的指引下，假以时日，定位于生命健康重点领域的藻蓝蛋白将有更广阔的发展空间，藻蓝蛋白将以其特殊的色泽和功能活性在食品领域中获得更广泛的应用。