舒 心，郭 擎，高彥祥

（中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院 中國輕工業(yè)健康飲品重點實驗室 北京 100083）

自21世紀以來，心血管疾病、癌癥、糖尿病等慢性疾病的發(fā)病率一直居高不下[1]，對人類健康造成嚴重的威脅。研究發(fā)現(xiàn)，食品中的功能性成分能通過調(diào)節(jié)機體代謝過程來預防慢性疾病的發(fā)生[2]。隨著人們健康認識的不斷提高，功能食品開始受到廣泛關注，消費者們對功能因子在食品領域的開發(fā)與應用提出更高的要求。享有“固體黃金”美譽的姜黃素（Curcumin,CUR）是從姜科植物姜黃（Curcuma longa L.） 中提取的一種小分子多酚類物質[3]。大量研究表明姜黃素有抗氧化[4]、抗炎癥[5]、抗癌[6]、預防老年癡呆[7]等功效。然而，姜黃素水溶性較差[8]，在光熱條件下容易發(fā)生分解[9]，在體內(nèi)的生物利用率較低[10]。這些特點使其作為功能因子在食品中的應用受到很大限制。采用生物大分子物質對姜黃素進行包埋遞送，其水溶性、穩(wěn)定性和生物利用率得到顯著提升。以蛋白質為基礎物質構建傳遞體系，更是具有無毒、可降解、生物相容性好等突出優(yōu)點。目前，人們雖已圍繞姜黃素傳遞體系開展了大量研究，但仍缺乏對以蛋白質為基礎物質的傳遞體系，從原料選擇到構建方法再到物質間作用機理的系統(tǒng)總結與探討。本文結合近年來國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹姜黃素的理化性質，傳遞體系構建的基礎蛋白質原料、制備方法以及物質間相互作用類型。在此基礎上，總結歸納常見的以蛋白質為基礎物質的姜黃素傳遞體系類型及其應用，旨在為新型姜黃素傳遞體系的構建與應用提供理論基礎和依據(jù)。

1 姜黃素的結構與性質

從草本植物姜黃根莖中提取的姜黃色素（Curcuminoids）在常溫下為橙黃色結晶粉末，略具生姜辛辣味，主要作為天然色素和調(diào)味品應用于食品工業(yè)中[11]。商業(yè)上使用的姜黃色素主要組成為：姜黃素（77%）、脫甲氧基姜黃素（Demethoxycurcumin,17%） 和雙脫甲氧基姜黃素（Bisdemethoxycurcumin,6%）[12]。其中，姜黃素（3-甲氧基-4-羥基-苯基-1，6-庚二烯-3，5-二酮）分子式為C21H20O6，相對分子質量為368.39，是姜黃色素最主要的活性成分，屬于β-二酮功能基團的多酚化合物[13]。

姜黃素溶于乙醇、丙二醇，易溶于堿和冰醋酸溶液，不溶于水和乙醚[14]。姜黃素熔點高達183℃，具有較高的晶格能[15]。相比于無定形態(tài)，結晶態(tài)下的姜黃素在水中的溶解度更低[16]。在酸性和中性水溶液中，姜黃素主要以酮構型存在，溶解度較低（11 ng/mL pH 5.0）[16]。而在堿性環(huán)境中（pH >12），姜黃素的構型主要為烯醇式，羥基易發(fā)生去質子化，水溶性有所提高[17-18]。姜黃素的酮式與烯醇式結構見圖1。

圖1 姜黃素的酮式與烯醇式結構Fig.1 Keto and enol structure of curcumin

姜黃素的穩(wěn)定性受許多環(huán)境因素的影響。例如，姜黃素在酸性環(huán)境下較為穩(wěn)定，在中性和堿性條件下可快速分解生成阿魏酸和阿魏酰甲烷等降解產(chǎn)物，然而在強堿性條件下（pH>11.7）其穩(wěn)定性又有所提高[19-20]。T?nnesen 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在紫外或可見光照射下，姜黃素會發(fā)生快速光解并產(chǎn)生一系列降解產(chǎn)物。在熱處理過程中，姜黃素的降解速率隨著溫度的升高而加快[22]，這可能與其不穩(wěn)定的二酮結構有關[23]。有研究表明，姜黃素在水緩沖溶液（pH 7.2）中發(fā)生的分解是一種自氧化反應，降解的主產(chǎn)物是二環(huán)戊二酮衍生物[24]，這說明姜黃素自氧化機制主要是通過酚羥基脫氫形成自由基，自由基離域至共軛烯酮鏈，進而引發(fā)姜黃素降解的鏈式反應，最終形成環(huán)氧化合物[25]。抗氧化劑如抗壞血酸、沒食子酸、特丁基對苯二酚等的加入能使姜黃素的降解速率顯著放緩[26]。一些金屬（如銅、鐵、鋅等）能與姜黃素螯合，對姜黃素的穩(wěn)定性以及生物活性產(chǎn)生影響[27-28]。

目前，人們已圍繞著姜黃素的分離純化、理化性質、生理功效等方面展開了大量研究。如何實現(xiàn)姜黃素的穩(wěn)態(tài)化遞送，使其達到期望的生物學效應，是突破其在功能食品中的應用局限性所亟需解決的問題。大量研究證明，蛋白質能與姜黃素相互作用形成復合物，姜黃素的水溶性、穩(wěn)定性與生物利用率顯著提高[29-30]。選擇合適的蛋白原料及制備方法對獲得具有理想功能特性的姜黃素傳遞體系而言尤為關鍵。

2 蛋白質種類

許多來源于食品的蛋白質都可以作為傳遞體系的基礎物質，例如酪蛋白、乳清蛋白、明膠、大豆蛋白、玉米醇溶蛋白等（表1）。不同來源蛋白質的氨基酸種類、數(shù)量、排列順序不同，造成蛋白質分子質量、分子構象、帶電性、親疏水性、物質間相互作用、化學反應活性的差異。根據(jù)蛋白質的來源，可以將其分為動物源蛋白質與植物源蛋白質兩大類。

表1 常用于構建傳遞體系的蛋白質分子主要性質Table 1 Main properties of protein molecules commonly used to construct delivery systems

2.1 動物源蛋白

2.1.1 酪蛋白 酪蛋白（Casein）約占牛奶中總蛋白含量的80%，由αS1-、αS2-、β-和κ-酪蛋白4 種蛋白單體組成[39]。酪蛋白構型較為靈活且無序，會根據(jù)環(huán)境條件的變化調(diào)整其結構[40]。此外，由于酪蛋白二級或三級結構的缺乏，其對熱處理的敏感性較低[41]。酪蛋白是兩親性蛋白質，在水溶液中，酪蛋白和膠體磷酸鈣發(fā)生自組裝形成穩(wěn)定的膠體聚集物，稱為酪蛋白膠束，直徑在50～300 nm 范圍[42]。這些膠束能夠在其內(nèi)部溶解疏水性成分如姜黃素、類胡蘿卜素、油溶性維生素等，可以作為疏水性物質的傳遞體系。酪蛋白酸鹽（Caseinate）是酸沉法獲得的酪蛋白膠束經(jīng)中和、干燥后獲得的產(chǎn)物[43]，具有良好的水溶性、乳化性、發(fā)泡性和包封性能，目前已得到了廣泛地應用[44]。

2.1.2 乳清蛋白 乳清蛋白（Whey protein）是從牛奶中分離出的一大類球蛋白的總稱，其含量約占牛奶總蛋白的20%，主要由β-乳球蛋白 （β-Lactoglobulin）、α-乳清蛋白（α-Lactalbumin）、免疫球蛋白 （Immunoglobulins） 和血清白蛋白（Serum albumin）組成[45]。當將乳清蛋白加熱到變性溫度（Td）以上后，球蛋白結構趨于舒展，原先位于蛋白內(nèi)部的活性氨基酸側鏈和非極性基團暴露，進而能促進蛋白與疏水活性物質的結合。同時，蛋白之間的適度交聯(lián)聚集能形成一定的網(wǎng)狀結構，可用于姜黃素的包埋傳遞[46]，或用于提高特定結構的穩(wěn)定性[47-48]。需要注意的是，蛋白變性聚集的程度受環(huán)境條件（pH 值、加熱溫度、離子強度）以及蛋白濃度的影響，過度的聚集可能會導致其穩(wěn)定性下降[49]。

2.1.3 明膠 明膠（Gelatin）是從動物（例如豬、?；螋~）膠原蛋白中提取的、應用最廣泛的蛋白質之一[50]。由于制備方法的不同，明膠可以分為A、B 兩種類型。A 型明膠由膠原蛋白酸水解獲得（pI 7～9），B 型明膠由膠原蛋白經(jīng)堿處理獲得 （pI 4.7～5.5）[51]。從結構上看，明膠分子含有重復的Gly-XY 三聯(lián)序列，其中X 和Y 主要為脯氨酸和羥脯氨酸[52]。明膠在相對較高的溫度下以一種靈活的無序（隨機螺旋）狀態(tài)存在。當溫度降低至臨界溫度以下時，明膠分子構型轉變?yōu)槁菪龖B(tài)。當濃度高于臨界交疊濃度時，明膠分子還能形成具有三重螺旋結構的熱可逆型凝膠[53]。除可在食品中用作增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑外，明膠分子還可通過疏水相互作用、靜電相互作用、氫鍵等非共價相互作用與疏水性小分子物質結合[54]，形成具有一定功能特性的結構（如凝膠、涂層等），用于營養(yǎng)物質的包埋與傳遞[52，55]。

2.2 植物源蛋白

2.2.1 玉米醇溶蛋白 玉米醇溶蛋白（Zein）是一種從玉米中提取的天然混合蛋白，由α-（含量70%～85%）、β-（含量1%～5%）、γ-（含量10%～20%）和δ-（含量1%～5%）型玉米醇溶蛋白組成[56]。玉米醇溶蛋白是一種疏水性蛋白，其中含有大量的非極性氨基酸（亮氨酸、丙氨酸和脯氨酸），約占玉米醇溶蛋白中氨基酸總含量的50%[57]。玉米醇溶蛋白雖在水中溶解性較差，但可溶于乙醇-水、丙酮-水或堿性（pH>11.5）水溶液中[58]。研究表明，通過改變?nèi)軇┑某煞峙c極性，可誘導玉米醇溶蛋白發(fā)生從α-螺旋到β-折疊的構象轉變，疏水相互作用將驅動玉米醇溶蛋白分子以反平行的β-折疊形式排列形成長條帶狀，長條帶狀的玉米醇溶蛋白卷曲成環(huán)或線圈狀并不斷堆積、環(huán)繞、生長，形成玉米醇溶蛋白顆粒（圖2）[59]。玉米醇溶蛋白的自主裝能使其形成具有不同功能特性的結構，例如薄膜、納米顆粒、纖維和膠束等。試驗證明，一些疏水性活性物質，如姜黃素、槲皮素等包埋在玉米醇溶蛋白膠體顆粒中，可以提高活性物質的穩(wěn)定性及生物利用率[60]。

圖2 玉米醇溶蛋白自組裝機理[59]Fig.2 Mechanism for zein self-assembly[59]

2.2.2 大豆分離蛋白 大豆分離蛋白（Soy protein isolate，SPI） 是由脫脂大豆粉去除大部分非蛋白質成分、脂肪和碳水化合物而獲得的純化大豆蛋白，其蛋白質含量在90%以上[61]。根據(jù)沉降系數(shù)的不同，SPI 又可分為2S、7S、11S 和15S 4 類[62]。在這4 種蛋白中，7S 球蛋白（β-Conglycinin）和11S球蛋白（Glycinin）占SPI 總含量的80%以上[63]。SPI除具有成本低、來源廣和營養(yǎng)價值高等優(yōu)勢外，還表現(xiàn)出許多良好的功能特性。例如，在熱或酸誘導下，球蛋白構象發(fā)生變化，表面疏水性增加，進而表現(xiàn)出高度的聚集性和良好的膠凝性[38，64]。經(jīng)改性處理后的SPI 具有良好的乳化性能[38，65-66]。SPI 顆粒還能與白藜蘆醇[67]、姜黃素[68]、β-胡蘿卜素[69]等疏水性功能因子復合，以提高其在水中的溶解度、穩(wěn)定性以及生物利用率。

3 傳遞體系的構建方法

3.1 自上而下法

工業(yè)中廣泛應用的自上而下法是通過研磨、粉碎、均質等方式來減小大顆粒（固體或液體）尺寸的一系列制備方法的總稱。這些方法主要依靠設備對物質以及物質和物質間的強烈剪切、撞擊、擠壓作用使顆粒破碎。常見的自上而下法包括高壓均質、微射流、研磨法、超聲法等（圖3）[70]。

圖3 傳遞體系制備常用方法（自上而下）[70]Fig.3 Comnon methods for preparation of delivery systems （top-down）[70]

3.1.1 高壓均質法 高壓均質是制備乳液時常用的一種方法。均質過程中，物料在高壓下通過均質閥并以極高流速噴出，撞擊碰撞環(huán)。高壓產(chǎn)生的強烈剪切、撞擊、空穴作用使物料達到細化和均質的效果。Silva 等[71]以乳清分離蛋白為乳化劑，中鏈甘油三酯（Medium chain triglycerides，MCT）作為溶解姜黃素的油相，采用高壓均質法制備了包埋有姜黃素的O/W 型納米乳液。與游離姜黃素相比，納米乳液傳遞體系中姜黃素在Caco-2 細胞中的抗氧化活性提高了8.5 倍。高壓均質后獲得的液滴性質受均質條件（均質壓力、均質次數(shù)）、油水界面張力、乳化劑類型、濃度等因素的影響。Ma 等[72]采用高壓均質法，以不同油相（MCT、菜籽油和亞麻籽油）和不同乳化劑（吐溫-80、卵磷脂、乳清分離蛋白和阿拉伯膠）制備負載姜黃素的納米乳液，探究乳化劑類型、乳化劑濃度、油相類型、姜黃素溶解方法（加熱、超聲、微波處理）對乳液理化性質（姜黃素含量、粒徑、電位、物理穩(wěn)定性）和貯存穩(wěn)定性的影響。結果表明，經(jīng)超聲處理后姜黃素在MCT 中溶解度最高，采用MCT 和吐溫-80 制備的姜黃素納米乳液穩(wěn)定性最好。

3.1.2 微射流法 微射流法是指將預形成的粗乳液經(jīng)高壓裝置泵入均質器的兩個狹窄通道中，兩股流體以高速相互碰撞，產(chǎn)生強烈的湍流、應力、剪切、空穴作用，形成細化乳液的均質方法。采用微射流技術可以制備出粒徑小、穩(wěn)定性好的顆粒，在姜黃素傳遞體系應用中有巨大的潛力。Wei 等[73]以玉米醇溶蛋白（Zein）和海藻酸丙二醇酯（PGA）為基礎物質，采用熱處理-高壓微射流-溶劑蒸發(fā)法制備了負載有姜黃素的二元復合物顆粒。經(jīng)熱（75 ℃，30 min）與微射流（100 MPa，循環(huán)2 次）處理后獲得的顆粒在不同環(huán)境應力（pH 值、離子強度、光和熱）和儲存條件（37 ℃和55 ℃）下表現(xiàn)出最佳的穩(wěn)定效果。同樣，采用微射流法獲得的顆粒的理化性質及其穩(wěn)定性也受均質條件（壓力、循環(huán)次數(shù)）、乳化劑類型、濃度的影響。Raviadaran 等[74]以棕櫚油為油相溶解姜黃素，以吐溫-80 為乳化劑，采用微射流法成功制備了O/W 型納米乳液，并采用響應面法對微射流參數(shù)（壓力、循環(huán)次數(shù)和乳化劑濃度）進行優(yōu)化。試驗結果表明，在乳化劑質量分數(shù)為1%，微射流參數(shù)350 bar，循環(huán)5 次的條件下，獲得的姜黃素微乳液穩(wěn)定性最好。

目前，自上而下法已廣泛應用于乳液的研究與加工中。對于水溶性差的姜黃素而言，乳液傳遞體系有巨大的應用潛力：一是因為姜黃素在油相中有較好的分散性；二是因為蛋白質分子具有兩親性，可以單獨地或者與其它分子相互作用后作為乳化劑來穩(wěn)定乳液。然而，自上而下法的能耗較大，設備運行維護成本較高，制備精度較低，其在工業(yè)中的應用仍具有一定的局限性。

3.2 自下而上法

自下而上法是在環(huán)境因子如pH 值、離子強度或溫度等的誘導下，分子間實現(xiàn)自組裝或共組裝，進而形成傳遞體系的一系列方法的統(tǒng)稱。姜黃素傳遞體系構建時常用的自下而上技術有反溶劑沉淀法、pH 驅動法、復凝聚法、噴霧干燥法等。

3.2.1 反溶劑沉淀法 使用反溶劑沉淀法構建傳遞體系主要依賴于溶劑-反溶劑比例的變化[75]。在此過程中，大分子蛋白和姜黃素首先需要在合適的溶劑中充分溶解混合，然后通過改變?nèi)軇l件形成反溶劑，使蛋白和姜黃素的溶解度降低，誘導組分間自發(fā)地結合[76]。反溶劑沉淀法操作較為簡單，成本較低，可用于大規(guī)模生產(chǎn)[76]。通過反溶劑沉淀法制備傳遞體系需要保證形成的復合物單體之間有足夠強的斥力，防止其發(fā)生聚集。在某些情況下，可以通過加入聚合物或表面活性劑使其吸附至顆粒表面，以提高體系的穩(wěn)定性。Hasankhan等[77]采用兩步反溶劑沉淀制備了玉米醇溶蛋白-姜黃素-乙基纖維素復合納米顆粒。當玉米醇溶蛋白-姜黃素-乙基纖維素體積分數(shù)分別為0.16%，0.01%，0.045%且乙醇-水-乙酸乙酯溶劑用量分別為31.25%，62.5%，6.25%時獲得的復合顆粒物理穩(wěn)定性最佳。與單獨用玉米醇溶蛋白負載姜黃素相比，乙基纖維素的加入使復合顆粒展現(xiàn)出更好的pH 穩(wěn)定性，姜黃素的抗氧化活性顯著提高。

3.2.2 復凝聚法 采用復凝聚法構建傳遞體系的驅動力是反應介質中帶電生物大分子之間的靜電相互作用[78]。除此之外，范德華力、疏水相互作用以及分子間氫鍵也在凝聚過程中起到重要作用[79]。在食品傳遞體系中，復凝聚法所采用的原料多為蛋白、多糖等天然高分子聚合物，通過兩種或多種帶相反電荷物質互作進而形成復合物[80]。例如，Huang 等[81]以溶菌酶（Lysozyme，LYS）和κ-卡拉膠（κ-Carrageenan，CRG）為原料，采用復凝聚法在酸性條件下制備了LYS-CRG 復合物，并對姜黃素進行包埋。研究表明，在pH=4.0、mLYS∶mCRG=2∶1、CUR 質量濃度為7.5 mg/L 條件下制備出的LYS-CUR-CRG 復合物中姜黃素的包埋率與負載量分別達到了96.2%和2.31%。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）結果顯示，復合物各組分間存在氫鍵和靜電相互作用。在此傳遞體中，姜黃素的抗氧化活性與光熱穩(wěn)定性均顯著提高。采用復凝聚法構建食品傳遞體系具有操作簡單、成本低、封裝效率高等突出優(yōu)勢。然而，復凝聚法形成的復合物尺寸較難控制，對環(huán)境條件變化敏感，易發(fā)生團簇聚集等局限仍有待突破。

3.2.3 pH 驅動法 pH 驅動法（也稱為pH 循環(huán)法或pH 變化法），是通過將體系的pH 值從中性調(diào)節(jié)至極酸/極堿條件后再調(diào)回中性；或將極酸和極堿性溶液混合后最終調(diào)節(jié)體系達到中性，在pH值變化的過程中誘導分子結構的變化以及分子間發(fā)生相互作用的一種方法。姜黃素在水溶液中的溶解性有較高的pH 值依賴性，短時間內(nèi)強堿性處理可使姜黃素可發(fā)生去質子化，溶解度顯著增加[82]。當?shù)鞍踪|暴露在極堿性條件下時，其構象舒展并仍保持相對完整。因此，通過調(diào)整環(huán)境pH值，能促進姜黃素與蛋白質的結合。當pH 值重新調(diào)整為中性時，最初形成的姜黃素蛋白復合物可能會發(fā)生結構重排，形成更緊湊的結構[83]。采用pH 循環(huán)法制備復合物的方法簡單、能耗低、無有機試劑污染風險，有廣泛的應用前景。Guo 等[84]以豌豆分離蛋白（PPI）和3 種帶電性不同的乳化劑【鼠李糖脂（Rha）、茶皂素（TS）、月桂酰精氨酸乙酯鹽酸鹽（ELA）】為原料，采用pH 驅動法制備了負載姜黃素（Cur）的納米復合物。疏水相互作用、氫鍵以及靜電相互作用在復合物的形成過程中起到了重要的作用。PPI 與Rha 在質量比為1∶3 下獲得的復合物PPI-Cur-Rha1：3 對姜黃素的包埋率達93.69%，復合物對姜黃素展現(xiàn)出了最佳的光熱保護和緩釋效果。

3.2.4 噴霧干燥法 噴霧干燥是一種成本低、易獲取、能夠實現(xiàn)連續(xù)加工進行大批量生產(chǎn)的微膠囊技術[85]。如圖4所示，含有生物活性物質的懸浮液經(jīng)噴嘴霧化形成細小液滴。在干燥室內(nèi)，霧化液滴中的溶劑被連續(xù)流動的干燥熱氣帶走并迅速蒸發(fā)，形成的微球顆粒從氣流中分離收集在容器中[86]。通過噴霧干燥得到的顆粒直徑在10～50 μm之間，顆粒性質可通過控制流速、溶質濃度、溫度、壓力、霧化方式等參數(shù)來進行調(diào)整[87-88]。Chen 等[89]通過噴霧干燥法制備了姜黃素-大豆分離蛋白微膠囊顆粒。X-射線衍射結果表明，復合物微膠囊中姜黃素呈非結晶態(tài)。與游離姜黃素相比，復合顆粒中姜黃素具有更強的抗人肝癌HepG2 細胞增殖效果和抗氧化活性。類似的，Yang 等[90]采用噴霧干燥技術成功構建了乳鐵蛋白（LF）-燕麥葡聚糖（OG）-姜黃素（Cur）三元復合物。通過噴霧干燥技術，姜黃素可負載到乳鐵蛋白（LF）-燕麥葡聚糖（OG）中形成非晶態(tài)的三元復合物。與自主裝法相比，噴霧干燥法可以強化LF、OG 和Cur 之間的相互作用，形成的復合物粒徑更小、濁度更低、乳化性更強。

圖4 噴霧干燥示意圖[86]Fig.4 Schematic diagram of spray drying[86]

4 物質間的作用類型

傳遞體系中的各組分間（蛋白質分子、姜黃素及其它分子）存在各種形式的相互作用，以保證體系結構的完整、穩(wěn)定。而物質間相互作用的大小、強弱又會受環(huán)境條件如pH 值、離子強度、溫度和溶劑類型的影響。為提高包埋效率和傳遞體系的穩(wěn)定性，需要對體系中各組分間的相互作用特性及其影響因素有一定的了解。

4.1 非共價相互作用

4.1.1 疏水相互作用 傳遞體系中主要涉及的非共價相互作用有疏水相互作用、靜電相互作用、氫鍵等。其中，疏水相互作用是一種中等范圍的、相對較強的作用力類型[91]。在以蛋白質為基礎物質構建的姜黃素傳遞體系中，疏水相互作用在決定蛋白分子構象、物質間相互作用等方面起著重要作用。在水溶液中，疏水相互作用表現(xiàn)為非極性基團之間的相互吸引。因此，疏水相互作用能使許多蛋白折疊成緊湊的球狀結構，以減少非極性基團與水之間的接觸[92]，并促進蛋白或多糖等生物大分子物質暴露在水相中的非極性基團間發(fā)生聚集[93]。此外，疏水活性物質在熵驅動下會自發(fā)地與蛋白質表面的疏水區(qū)域結合[83]。大量的試驗研究表明，姜黃素和蛋白質之間的結合主要是通過疏水相互作用實現(xiàn)的[94-95]。疏水相互作用的強度取決于水與非極性基團之間的界面張力以及非極性區(qū)域暴露于水的表面積，界面張力或暴露表面積越高則疏水相互作用越強。pH 值、離子強度、溫度或溶劑的變化會改變接觸水的非極性基團的數(shù)量，也會通過促進生物大分子物質構象的變化進而對疏水相互作用效果產(chǎn)生影響[96]。

4.1.2 靜電相互作用 靜電相互作用主要發(fā)生在帶電荷或部分帶電荷的生物聚合物之間。生物大分子的許多官能團在適當?shù)臈l件能發(fā)生電離。對蛋白質而言，當環(huán)境pH 值低于蛋白質的等電點（pI）時，由于氨基基團的質子化程度高，羧基的離解程度低，蛋白質帶正電；當環(huán)境pH 值高于等電點時，羧基的高度解離和氨基基團的低質子化使蛋白質帶負電[97]。靜電相互作用在姜黃素傳遞體系的構建和穩(wěn)定方面起著重要的作用。Mirpoor等[98]以β-乳球蛋白與海藻酸鈉為原料，通過兩者在酸性條件下的靜電吸引，成功制備了包埋有姜黃素的納米復合物，復合物對姜黃素展現(xiàn)出了良好的保護緩釋效果。靜電相互作用的強弱受相互作用物質間的電荷特性（如物質帶電正負性、電荷密度）以及物質所處環(huán)境的性質（如pH 值、離子強度和溶劑極性） 等因素的影響?？梢酝ㄟ^調(diào)整pH 值、離子組成、溶劑組成等方式，調(diào)整傳遞體系物質間的靜電相互作用效果，提高體系的穩(wěn)定性，對姜黃素起到更好的保護效果。

4.1.3 氫鍵 氫鍵是帶正電氫原子和帶負電原子之間的一種短程、定向的相互作用[99]。氫鍵在穩(wěn)定生物大分子物質如蛋白、多糖的分子內(nèi)結構以及不同分子間形成的氫鍵中發(fā)揮著重要作用[31，100]。研究證明，傳遞體系中蛋白分子與姜黃素間存在有氫鍵相互作用[101-102]。氫鍵效果會受溫度、溶劑極性等因素的影響[103-104]。溫度升高，系統(tǒng)熱能增加，氫鍵作用減弱[31]。溶劑極性增加，物質間氫鍵相互作用加強[105]。

4.2 共價相互作用

傳遞體系的各組分間除了存在非共價相互作用外，共價相互作用也起到了重要作用。共價鍵的形成可以通過特定的化學、物理或酶處理來實現(xiàn)。例如，蛋白質和多糖在一定條件下（pH 值、相對濕度、溫度、時間）能發(fā)生美拉德反應生成蛋白質-多糖復合物[106]。一些化學物質（例如京尼平、戊二醛）和酶類（如轉谷氨酰胺酶、漆酶）也可以促進生物大分子物質之間產(chǎn)生共價交聯(lián)[31]。在一定情況下，分子之間交聯(lián)可提高以蛋白質為基礎物質的姜黃素傳遞體系結構穩(wěn)定性以及傳遞體系對姜黃素的保護效果。Feng 等[107]以卵清蛋白和葡聚糖為原料，采用美拉德反應制備蛋白-多糖復合物，并將復合物熱處理后形成的納米凝膠用于姜黃素的負載傳遞，使其生物利用率顯著提高。

5 基于蛋白質的姜黃素傳遞體系類型

5.1 基于蛋白質的納米顆粒

納米顆粒傳遞體系是采用食品級原料制備獲得的納米顆粒對生物活性成分進行包埋和遞送，從而實現(xiàn)對活性成分控釋的傳遞體系[108]。以蛋白質為原料制備納米顆粒是姜黃素傳遞體系中研究最為廣泛的類型之一（表2）。Chen 等[109]以經(jīng)過熱處理的大豆分離蛋白為原料制備了姜黃素-大豆分離蛋白復合物。大豆分離蛋白經(jīng)適當熱處理可提高復合物中姜黃素的包埋率和溶解度。并且在25 ℃中性條件下，游離姜黃素在4 h 內(nèi)降解率為80%，而相同條件下復合顆粒中姜黃素的保留率高達90%。

蛋白質能對姜黃素起到包埋保護的效果。然而，單獨采用蛋白荷載功能因子時，其穩(wěn)定性受pH 值、溫度、離子強度等影響較大。因此，人們通常會用多糖、乳化劑等物質來穩(wěn)定蛋白，同時提高傳遞體系對姜黃素的保護效果（表2）。例如，Guo等[110]通過鈣離子（Ca2+）的誘導，制備了負載姜黃素的豌豆分離蛋白-高甲氧基果膠復合物 （PPI-CUR-HMP-Ca2+），并探究了不同濃度的Ca2+對復合物性質和形成機理的影響。Zeta 電位和FTIR表明，靜電相互作用是Ca2+橋形成的主要作用力。Ca2+濃度對納米復合物的粒徑和形貌均有影響。當鈣離子濃度達24 mmol/L 時，復合物中CUR 包埋率最高為97.33%，CUR 對紫外光和熱脅迫的穩(wěn)定性也明顯提高。然而，過高濃度的Ca2+會導致姜黃素從復合物中解離并處于結晶狀態(tài)使其穩(wěn)定性降低。PPI-CUR-HMP-Ca2+復合物能延緩CUR 在胃腸道中的釋放，提高其生物利用率。

5.2 基于蛋白質的乳狀液

除納米顆粒外，乳液體系也常被用于荷載姜黃素（表2）。乳液由兩種及以上不混溶的液體（通常是油和水）組成[117]。傳統(tǒng)乳液中通常會加入乳化劑，其吸附在油水界面上可降低不相溶液體間的界面張力，進而使得乳液在一定時間內(nèi)保持動力學穩(wěn)定，防止儲存過程中液滴的聚集。食品工業(yè)中常用的乳化劑有天然和人工表面活性劑、蛋白質、磷脂和多糖等[82]。Kharat 等[118]分別用酪蛋白酸鈉、吐溫-80、皂樹皂苷、阿拉伯膠4 種乳化劑制備了姜黃素在油相中的O/W 乳液。貯藏試驗結果顯示，不同類型乳化劑的乳液中姜黃素的降解程度依次為：皂甙>>阿拉伯膠≈酪蛋白酸鈉≈吐溫-80。蛋白型乳化劑酪蛋白酸鈉制備出的乳液（中性pH）液滴尺寸更小、物理化學穩(wěn)定更性好。

獻文考[98][111][112][113][114][115][116]參用應的系體遞傳素黃姜物礎基為質白蛋以2表Applications of protein-based delivery systems for curcumin Table 2 果效用應型類用作互相法方備制的著顯有具解降導誘熱的素黃姜；對98%達率埋包素黃姜用作互相電靜聚凝復內(nèi)（12 h象現(xiàn)釋緩到察觀中驗試化消液腸胃擬；模果效護保）78.5%為黃姜中粒顆合復比素黃姜離游；與98.05%達率埋包素黃姜、鍵、氫用作互相電靜淀沉劑溶反射照外（紫性定穩(wěn)），光30 min理處熱（95 ℃性定穩(wěn)熱的素用作互相水疏倍2.76和倍5.89了高提別）分90 min后120 min理處熱；80 ℃性定穩(wěn)理物的好良有具粒顆合復用作互相水、疏鍵氫法動驅pH）（7.86%素黃姜離游）比（64.79%率留保素黃姜中粒顆合復）（6 ～ 8值pH的高較）和（2 ～ 3值pH低；較倍8.2了高提性定穩(wěn)集聚抗的好良出現(xiàn)表粒顆合，復下存貯光避4 ℃，經(jīng)99.9%達率埋包的中相油液乳在素黃姜水、疏用作互相電靜均壓高-聚凝復3%為僅率解降的后40 d用作互相質界的密致成形圍周滴液在能粒顆合復糖聚殼-白蛋溶醇麥-高-淀沉劑溶反更和性彈黏的高更有具液乳得，使寸尺滴液的小較和層面質均散分速率速化氧的素黃姜緩減；可性定穩(wěn)結聚抗的好擬模。在性定穩(wěn)熱和性水、持能性械機的好良有具膠凝合復用作互相價、共鍵氫聯(lián)交學化好良有素黃姜對膠凝水合復糖聚殼-白蛋清，乳中化消液胃果效釋緩了到起時化消液腸擬模在，并用作護保的性定穩(wěn)藏儲其后化膠、凝充填經(jīng)素黃姜的中粒顆肪脂體固-聯(lián)交致熱高提著顯料原建構鈉酸藻、海白蛋球乳β-脂糖李、鼠白蛋溶醇米玉白蛋溶醇米、玉白蛋清乳、糖多豆大性溶、可白蛋酪MCT米、玉糖聚、殼白蛋溶醇麥油平尼、京糖聚、殼白蛋清乳脂硬、三膠原、黃白蛋清乳、吐油籽樹巴、巴酯油甘酸-80盤-60、司溫。道報未中系體遞傳型類粒顆米納粒顆米納粒顆米納液乳O/W液乳O/W膠凝水合混型充填膠凝獻文示”表：“-注

近年來，傳統(tǒng)乳液使用小分子表面活性劑（LWSFs） 的安全問題引發(fā)了消費者們的關注[119]，無LWSFs 的食品乳液將更貼合消費者的需求。除了食品安全問題外，乳液通常對環(huán)境變化較為敏感，如加熱、冷卻、極端pH 值和鹽濃度等都可能導致其理化穩(wěn)定性降低。面對復雜多樣的食品體系，傳統(tǒng)乳化劑在某些情況下常常難以達到較好的穩(wěn)定效果。為解決這些問題，以Pickering 乳液為代表的新型乳液的研究不斷興起。Pickering 乳液是一種以顆粒穩(wěn)定的乳液，通過膠體顆粒在相界面上的吸附作用形成單層或多層膜從而使乳液達到穩(wěn)定狀態(tài)[120]。Araiza-Calahorra 等[121]用自上而下法制備了由乳清蛋白納米凝膠顆粒穩(wěn)定的Pickering 乳液并作為包埋遞呈姜黃素的載體。結果表明，臨界質量分數(shù)為1.0%的乳清蛋白可在Pickering 乳液液滴表面形成單顆粒層，界面處間隙尺寸極小 （約30 nm），姜黃素能較好保留在Pickering 乳液中而不會擴散釋至外層介質中。

5.3 基于蛋白質的微凝膠

利用食品級生物大分子的凝膠特性，通過鏈間的相互交聯(lián)構建具有一定三維網(wǎng)絡空間結構的微凝膠體系（通常為0.1～1 000 μm）[122]，可以起到改善疏水活性成分溶解性，提高理化穩(wěn)定性和生物利用率的效果。根據(jù)三維網(wǎng)絡中分散介質的不同，微凝膠可以分為氣凝膠、有機凝膠和水凝膠[123]。許多種類的物質和結構都能被納入微凝膠傳遞體系當中（圖5）。負載生物活性物質微凝膠的制備首先需要使活性成分與生物大分子物質形成復合顆粒，再通過改變?nèi)芤夯颦h(huán)境條件使復合顆粒交聯(lián)形成微凝膠[124]。因此在顆粒形成步驟中，疏水性生物活性物質須先溶解在脂滴或其它疏水載體中。Brito-Oliveira 等[125]以棕櫚硬脂為脂相，吐溫-80 和司盤-80 為表面活性劑，制備了負載姜黃素的固體脂質顆粒，并將其填充在大豆分離蛋白-黃原膠-CaCl2復合物中，獲得了乳液填充凝膠。姜黃素在最初的15 d 內(nèi)有很高的穩(wěn)定性，而在之后的儲存過程中逐漸降解。姜黃素的降解可能與凝膠結構的潰解，硬度和持水性下降有關。Alavi等[126]用負載有姜黃素的乳清蛋白聚集體與κ-卡拉膠制備出冷固型混合水凝膠。凝膠具有很高的姜黃素負載能力，還能減緩姜黃素在上消化道的釋放和降解速率，適用于生物活性物質的結腸定位輸送。

圖5 可被納入微凝膠體系中的多種物質[124]Fig.5 Various kinds of substances that can be incorporated into microgel[124]

6 總結與展望

目前，姜黃素主要是作為天然色素和調(diào)味品應用于食品工業(yè)中。隨著人們對健康的重視度越來越高，功能性食品越來越受市場青睞，消費者對“固體黃金”姜黃素在食品領域的應用提出了更高的要求。我國作為全球姜黃素的主要供應國之一，資源豐富，價格低廉，有著明顯的優(yōu)勢。然而姜黃素存在的水溶性差、光熱易分解、生物利用率低等問題限制了其作為食品中功能活性物質的開發(fā)利用。蛋白質作為一種人體所需的營養(yǎng)物質來源廣泛，且具有可分解、無毒害的特點。以蛋白為活性物質載體對姜黃素進行包埋保護、穩(wěn)定、緩釋大大拓寬了其應用范圍。

目前，傳遞體系在食品工業(yè)中的應用還處于初期探索階段。尋找新型材料及制備方法，構建具有新型或改進功能特性的蛋白基傳遞體系仍將是該研究領域的重點。此外，每種傳遞體系的組成、結構、理化功能性質各有不同，傳遞體系與食品基質中其它組分之間的關系、對活性物質在體內(nèi)代謝和生理效應的影響還有待闡明。應根據(jù)實際情況選擇合適的傳遞體系，以保證其在食品加工、儲存或使用過程的穩(wěn)定性，使活性物質的功能實現(xiàn)最大化。相信未來在經(jīng)濟、環(huán)保、營養(yǎng)、多功能型食品發(fā)展趨勢推動下，食品領域中以蛋白質為基礎物質構建的傳遞體系會有更多的研究與應用。