孫閆小凡,柯悅,魏團團,李想,2,3,劉舒,2,3,任丹丹,2,3*,何云海,2,3,汪秋寬,2,3

1(大連海洋大學 食品科學與工程學院,遼寧 大連,116023) 2(遼寧省水產(chǎn)品加工及綜合利用重點實驗室,遼寧 大連,116023) 3(國家海藻加工技術(shù)研發(fā)分中心,遼寧 大連,116023)

脂質(zhì)體是一種由脂質(zhì)雙分子層包裹水相形成的閉合微型囊泡,其膜材通常由具有極性的磷脂及含有乳化特性的膽固醇、表面活性劑等組成。脂質(zhì)體一直作為細胞膜的模型而被人們研究,因為它的結(jié)構(gòu)類似于細胞膜的脂質(zhì)雙層,不同情況下所形成的脂質(zhì)體其直徑大小有所差異,較小的為幾十納米,較大的可達到幾十微米[1]。作為一種新興的封裝載體,脂質(zhì)體可包埋親水性和疏水性以及兩親性化合物,它具有優(yōu)良的生物相容性,具有兩親性,無毒性,被認為是前景廣闊、安全的一種封裝系統(tǒng)。

近年來,脂質(zhì)體在食品配方、藥物遞送等領(lǐng)域得以應(yīng)用,在化妝品領(lǐng)域也具有一定的應(yīng)用潛力。盡管脂質(zhì)體載體有許多優(yōu)點,未修飾的脂質(zhì)體仍存有一定的局限性,如穩(wěn)定性差、藥物泄漏早、停留時間短等[2]。因此,當前研究的重點是如何有效提高脂質(zhì)體在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性?？朔@個問題的一種有效方法是將生物聚合物(包括天然存在的多糖和蛋白質(zhì))沉積在脂質(zhì)體的表面上,以保持其結(jié)構(gòu)并增加其動力學和機械穩(wěn)定性[3]。

天然聚合物的使用愈來愈受到人們的重視,尤其是從甲殼類動物外骨骼、魷魚圍欄和真菌中分離出來的殼聚糖[4]。殼聚糖是一種無毒的多糖,具有很高的生物相容性,能在體內(nèi)生物降解。其在酸性介質(zhì)中帶陽離子電荷,所以通過靜電相互作用可以和脂質(zhì)體結(jié)合,在脂質(zhì)體表面形成一層保護膜以達到提高其穩(wěn)定性及生物利用度的目的。本文將從殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀、穩(wěn)定性評價、生物利用率及在食品中的應(yīng)用進行綜述,以期為殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的進一步研究提供理論依據(jù)。

1 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀及制備方法

1.1 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀

如今,殼聚糖作為一種新型表面修飾材料正漸漸成為研究熱點。殼聚糖是一種源于貝類,經(jīng)幾丁質(zhì)脫乙酰化獲得的線狀多糖,是一種常見的聚合物,具有陽離子、生物黏附性、生物相容性、可生物降解和促進吸收的特性[5]。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體即帶有正電荷的殼聚糖氨基與帶負電荷的脂質(zhì)體通過靜電相互作用及其與脂質(zhì)體的羥基相連接的氫鍵作用,使殼聚糖與脂質(zhì)體表面均勻粘連,可以延遲脂質(zhì)體包埋物的釋放,保護被包埋的物質(zhì)不與外界接觸,不發(fā)生氧化并提高脂質(zhì)體的生物利用率及貯藏穩(wěn)定性。目前,許多研究已證實殼聚糖具有改善脂質(zhì)體特性的能力。WANG等[6]制備了殼聚糖修飾的藍莓花青素脂質(zhì)體,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過殼聚糖修飾后的藍莓花青素脂質(zhì)體包封率有所提高,而且在一定條件下殼聚糖的加入可以穩(wěn)定花青素的顏色特性和負載量,這表明殼聚糖修飾脂質(zhì)體可提高其環(huán)境穩(wěn)定性。

隨著對殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究不斷深入,當今也涌現(xiàn)出了殼聚糖衍生物作為表面改良劑修飾的脂質(zhì)體。殼聚糖衍生物是經(jīng)過引入新的官能團對殼聚糖的氨基和羥基加以化學修飾的化合物,可以使其在不改變原有性質(zhì)的條件下,改良其溶解性、生物包容性及功能特性,為殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的制備和應(yīng)用領(lǐng)域提供一種新的發(fā)展思路。目前,用于修飾脂質(zhì)體的殼聚糖衍生物主要有羧甲基殼聚糖[7]、巰基化殼聚糖[8]、季銨鹽殼聚糖[9]、兩親性殼聚糖[10]等。作為一種新型的遞送載體,脂質(zhì)體的發(fā)展前景廣闊,應(yīng)用越來越廣泛。研究殼聚糖及其衍生物對脂質(zhì)體進行修飾也是一種創(chuàng)新,對脂質(zhì)體乃至穩(wěn)態(tài)化技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展都具有深遠的價值和意義。

1.2 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的制備方法

目前,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體與傳統(tǒng)脂質(zhì)體的制備方法相同,隨著近些年的發(fā)展,脂質(zhì)體的制備方法也愈來愈成熟。根據(jù)脂質(zhì)體所包埋物質(zhì)的理化性質(zhì)差異,可以選擇其合適的制備方法。常用的制備殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體方法主要有乙醇注入法、薄膜超聲法、逆向蒸發(fā)法等。

1.2.1 乙醇注入法

乙醇注入法是將磷脂、膽固醇和被包埋生物活性成分充分溶解于乙醇溶劑中,然后將其慢慢注入到水或磷酸鹽緩沖溶液等水合介質(zhì)中,通過加熱和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇,再經(jīng)過簡單過濾即可獲得粗脂質(zhì)體。然后向脂質(zhì)體中加入等體積的殼聚糖溶液即可制備成殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。此方法具有操作簡便,不會影響被包裹物質(zhì)活性的優(yōu)勢,但脂質(zhì)在乙醇溶液中溶解性差從而會降低脂質(zhì)的分散性,而且脂質(zhì)體有不均勻分布的現(xiàn)象。程銘等[11]運用大豆卵磷脂采取乙醇注入法制備了殼聚糖修飾植物甾醇脂質(zhì)體,研究結(jié)果表明經(jīng)0.3 mg/mL殼聚糖溶液修飾后的脂質(zhì)體效果最好,且經(jīng)胃腸模擬實驗發(fā)現(xiàn),殼聚糖修飾后的植物甾醇脂質(zhì)體表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。此方法溶劑廉價易獲得,反應(yīng)條件溫和,但易產(chǎn)生乙醇旋蒸不完全的問題且實驗用時較長。

1.2.2 薄膜超聲法

薄膜超聲法是脂質(zhì)體傳統(tǒng)制備方法中薄膜法和超聲法的聯(lián)合使用,是將被包埋物質(zhì)、膽固醇和磷脂及表面活性劑等溶于有機溶劑(氯仿、甲醇等)中,使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在真空和加熱中蒸出有機溶劑,容器內(nèi)壁會形成一層薄膜,加入緩沖液溶解再進行二次旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)直至形成薄膜,隨后進行探針超聲處理即可得到脂質(zhì)體。將殼聚糖溶液逐滴加入等體積脂質(zhì)體中并進行超聲處理可獲得殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。這種方法在水化過程中,脂質(zhì)會發(fā)生溶脹,一層層被洗脫,所以形成的脂質(zhì)體多為多層,包裹在脂膜中的水相容積只占總?cè)莘e的極小部分,大概是5%～10%。因此,薄膜超聲法不是很適合對水溶性藥物的包覆,而對脂溶性藥物,其包裹率甚至可高達100%,粒徑較大[12]。ALOMRANI等[5]通過薄膜超聲法制備了殼聚糖修飾的負載5-氟尿嘧啶的柔性脂質(zhì)體并對其表征,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體粒徑是194 nm,包封率高達61%。

1.2.3 逆相蒸發(fā)法

逆相蒸發(fā)法是將膜材溶解于氯仿、乙醚等有機溶劑中,進行短時間超聲獲得混合物,選擇合適溫度進行旋蒸至形成一層薄膜,并將其薄膜溶解在乙醚溶劑中,另將被包埋物質(zhì)溶解在緩沖溶液中。然后將二者按照適合的比例混合,再經(jīng)超聲獲得脂質(zhì)體懸浮液。逆相蒸發(fā)法是在脂質(zhì)體制備工藝上的新進步,因其可制備具有高含水空間-脂質(zhì)比率的脂質(zhì)體,并具有捕獲大百分比含水物質(zhì)的能力[13]。因此,此方法適用于包裹水溶性的生物活性物質(zhì)。趙振剛等[14]采用上述方法制備了殼聚糖包埋甜菜紅素納米脂質(zhì)體,通過單因素和正交實驗優(yōu)化得到最佳制備工藝,其所得脂質(zhì)體的甜菜紅素包封率可達到42.67%。

2 殼聚糖雙層修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀

近年來,隨著脂質(zhì)體在食品領(lǐng)域中研究的深入,殼聚糖逐層修飾脂質(zhì)體也掀起了研究熱潮。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),殼聚糖單層修飾的脂質(zhì)體與修飾層的結(jié)合力較弱,其貯存穩(wěn)定性并不理想,但是通過逐層修飾制備的殼聚糖包覆脂質(zhì)體可以減少磷脂的氧化損傷和水解反應(yīng)。另外,磷脂和殼聚糖之間可以形成靜電橋,能夠最大限度地降低磷脂雙層的滲透性,從而提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。與殼聚糖單層修飾脂質(zhì)體相比,雙層修飾是指使帶正電荷的殼聚糖與帶負電荷的其他高分子物質(zhì)通過靜電相互作用相結(jié)合,形成聚電解質(zhì)復(fù)合物共同黏附在脂質(zhì)體表面,從而獲得更好的修飾效果。目前,殼聚糖與葉酸、藻酸鹽、果膠、蛋白等生物大分子物質(zhì)結(jié)合制備雙層修飾脂質(zhì)體的研究頗多。具體研究內(nèi)容見表1。

表1 殼聚糖雙層修飾脂質(zhì)體的研究Table 1 Studies on chitosan-coated liposomes

3 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的穩(wěn)定性評價

殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體成功制備以后,通常需對其物理穩(wěn)定性及化學穩(wěn)定性進行評價。物理穩(wěn)定性評價指標一般包括包封率、平均粒徑、Zeta電位、形態(tài)學觀察等?；瘜W穩(wěn)定性一般是指在不同溫度、不同光照條件下,對貯藏過程中脂質(zhì)體穩(wěn)定性的評價。

3.1 包封率

包封率是評價脂質(zhì)體內(nèi)在質(zhì)量的一個重要指標,反映了被包埋生物活性物質(zhì)在脂質(zhì)體中的存留能力,包封率的大小直接反映脂質(zhì)體質(zhì)量的好壞[23]。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的評價將包封率作為主要評價指標,經(jīng)殼聚糖進行修飾后,脂質(zhì)體包封率有所提高,可以防止被包埋物質(zhì)的泄露,改善其穩(wěn)定性,使其具有較佳的質(zhì)量。

脂質(zhì)體的包封率受殼聚糖質(zhì)量濃度影響,通常隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加,脂質(zhì)體的包封率也會提高。WANG等[24]制備了不同質(zhì)量濃度殼聚糖修飾的載有肉桂醛的脂質(zhì)體,研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖質(zhì)量濃度增加至2 mg/mL時,脂質(zhì)體的包封率隨著殼聚糖質(zhì)量濃度增加而增加,當殼聚糖質(zhì)量濃度為4 mg/mL時包封率最高。ZHOU等[25]采取乙醇注入法在40 ℃下真空蒸發(fā),超聲處理5 min,制備了不同質(zhì)量濃度殼聚糖涂層的毛蕊花糖苷脂質(zhì)體,結(jié)果表明在殼聚糖涂層后,脂質(zhì)體包封率從81.06%增加至88.10%其中經(jīng)2 mg/mL的殼聚糖涂層脂質(zhì)體包封率最高,證實了經(jīng)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體包封率有所提高,也說明殼聚糖濃度會影響脂質(zhì)體的包封率。

此外,殼聚糖的修飾時間和修飾溫度也會影響殼聚糖與脂質(zhì)體的包覆程度,對脂質(zhì)體包封率產(chǎn)生影響。常影等[26]運用殼聚糖對桑椹花色苷納米脂質(zhì)體進行修飾,并進行單因素實驗研究,結(jié)果表明當殼聚糖用量0.15%(質(zhì)量分數(shù))、修飾時間6.0 h、修飾溫度40 ℃時,脂質(zhì)體的包封率最大,可高達86.22%,這表明修飾時間及修飾溫度會影響殼聚糖與脂質(zhì)體之間的黏附和結(jié)合,從而對脂質(zhì)體的包封率造成影響。

3.2 平均粒徑

平均粒徑反映的是所制備的脂質(zhì)體大小程度,可以憑借其大小對脂質(zhì)體進行分類,亦可以判定該脂質(zhì)體是否為納米級脂質(zhì)體,是評價整個脂質(zhì)體系統(tǒng)穩(wěn)定性和溶解度的重要指標。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體因其殼聚糖通過靜電作用的修飾,附著在脂質(zhì)體表面會形成額外的一層殼聚糖涂層,進而導(dǎo)致脂質(zhì)體粒徑的增加。

殼聚糖質(zhì)量濃度影響脂質(zhì)體粒徑大小,較高的殼聚糖含量會導(dǎo)致較大的脂質(zhì)體粒徑增加。隨著殼聚糖從0.5 mg/mL增加至12 mg/mL,聚合物包覆脂質(zhì)體的粒徑增加,形成更厚的包衣層[4]。殼聚糖質(zhì)量濃度過高會導(dǎo)致殼聚糖在緩沖液中發(fā)生絮凝,殼聚糖保護涂層會產(chǎn)生部分解離的問題,因此選擇適宜質(zhì)量濃度的殼聚糖作為表面活性劑尤為重要。WANG等[6]制備了殼聚糖修飾的藍莓花青素脂質(zhì)體,未經(jīng)修飾的藍莓花青素脂質(zhì)體粒徑為191.373 nm,經(jīng)殼聚糖用量0.05%(質(zhì)量分數(shù))修飾后粒徑達242.650 nm,經(jīng)殼聚糖用量0.3%(質(zhì)量分數(shù))修飾后粒徑高達312.416 nm。

另外,殼聚糖的分子質(zhì)量高低也會影響脂質(zhì)體粒徑大小。TAI等[27]采用薄膜水合法經(jīng)高壓均質(zhì)制得不同分子質(zhì)量殼聚糖載姜黃素脂質(zhì)體,研究發(fā)現(xiàn)姜黃素脂質(zhì)體的粒徑隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加而增加,且高分子質(zhì)量殼聚糖修飾后脂質(zhì)體粒徑增加更多。通常情況下,脂質(zhì)體平均粒徑愈小,脂質(zhì)體的穩(wěn)定性愈佳。但并不能單單憑借殼聚糖修飾后脂質(zhì)體粒徑的增加就判定脂質(zhì)體的穩(wěn)定性變差,應(yīng)結(jié)合其他評價指標共同評價。

3.3 Zeta電位

Zeta電位是一種輔助評價脂質(zhì)體穩(wěn)定性的指標,是代表粒子表面電荷的參數(shù)。有研究發(fā)現(xiàn),Zeta電位在±(0～10) mV之間表明脂質(zhì)體極其不穩(wěn)定,在±(20～30) mV之間表明脂質(zhì)體穩(wěn)定性相對較好。其絕對值越大,表明脂質(zhì)體表面攜帶的電荷越多,囊泡之間的排斥力越強,從而可以避免脂質(zhì)體之間出現(xiàn)聚集和粘連現(xiàn)象,脂質(zhì)體穩(wěn)定性越好。

脂質(zhì)體經(jīng)殼聚糖修飾后,Zeta電位會由原來的負電位變成正電位,這是因為殼聚糖的正鏈通過靜電相互作用吸附在膜表面,逐漸飽和,因此負電荷被中和,脂質(zhì)體的Zeta電位變?yōu)檎?。RAN等[28]使用殼聚糖對可食用酚酸和谷胱甘肽共同包封脂質(zhì)體加以修飾,研究發(fā)現(xiàn)未經(jīng)修飾脂質(zhì)體Zeta電位為-49.60 mV,修飾后Zeta電位變?yōu)?7.73 mV,表明該脂質(zhì)體Zeta電位由負轉(zhuǎn)為正。且經(jīng)殼聚糖修飾脂質(zhì)體后,Zeta電位絕對值也會增大。KATOUZIAN等[29]通過響應(yīng)面法優(yōu)化和制備殼聚糖包被的橄欖葉提取物納米脂質(zhì)體,在添加殼聚糖之前可能由于磷脂的磷酸基團脂質(zhì)體帶負電荷,Zeta電位為-25.5 mV,經(jīng)殼聚糖包覆后,表面電荷發(fā)生變化,Zeta電位變?yōu)?1.9 mV,其絕對值增加因此脂質(zhì)體穩(wěn)定性也有所提高。

除此之外,在添加殼聚糖涂層工藝中,隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加,Zeta電位也會變得更高,直到其恒定,此時表明脂質(zhì)體的表面被殼聚糖完全覆蓋達到飽和。SARABANDI等[30]研制了殼聚糖修飾的負載亞麻籽肽級分的納米脂質(zhì)體,其中殼聚糖修飾前Zeta電位為-18.61 mV,經(jīng)不同質(zhì)量濃度殼聚糖涂層后,電位值變?yōu)檎登译S著殼聚糖質(zhì)量濃度增加而提高,直至殼聚糖質(zhì)量濃度從6 mg/mL增至8 mg/mL后,Zeta電位無明顯變化,這表明殼聚糖質(zhì)量濃度能夠影響Zeta電位大小。

3.4 形態(tài)學觀察

形態(tài)學觀察主要是通過透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡等對殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體進行微觀形態(tài)研究,可以更加直觀地觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和樣貌,亦可觀測到殼聚糖修飾后脂質(zhì)體是否仍然分布均勻,是否發(fā)生聚集、出現(xiàn)粘連。

3.5 貯藏穩(wěn)定性

貯藏穩(wěn)定性是指將脂質(zhì)體的懸浮液在不同溫度下(4、25、37 ℃)及不同光照條件下(避光或不避光)貯存數(shù)周,貯存期間觀察脂質(zhì)體形態(tài)變化,通過測量脂質(zhì)體的包封率、聚合物分散性指數(shù)、Zeta電位、平均粒徑等指標對脂質(zhì)體的穩(wěn)定性進行評價。

經(jīng)脂質(zhì)體包被后的生物活性物質(zhì)在穩(wěn)定性、溶解性等方面有所改善,但其在熱力學穩(wěn)定性方面仍有待提高。脂質(zhì)體仍存有在貯藏和運輸過程中因環(huán)境變化所產(chǎn)生的包埋材料泄露、發(fā)生聚集和融合、脂類氧化和水解等現(xiàn)象,因此有必要利用殼聚糖等生物大分子對脂質(zhì)體進行修飾,以提高其動力學性質(zhì)、保持結(jié)構(gòu)和活性不變及增加機械穩(wěn)定性。鄭景霞[31]通過乙醇注入法選取殼聚糖、果膠-殼聚糖逐層對β-胡蘿卜素-薏苡仁油復(fù)合脂質(zhì)體的表面加以修飾,制得單層修飾脂質(zhì)體和雙層修飾脂質(zhì)體,將其置于4 ℃和25 ℃下避光貯存10周進行貯藏穩(wěn)定性研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),在相同的貯存環(huán)境條件下,殼聚糖單層修飾及果膠-殼聚糖雙層修飾后的脂質(zhì)體中β-胡蘿卜素的保留率都較初始脂質(zhì)體高,證實了殼聚糖的表面修飾可以提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。JIAO等[32]選取殼聚糖制備了維生素C和葉酸的共負載脂質(zhì)體,經(jīng)暴露在高水平太陽紫外線輻射陽光下貯存40 d,結(jié)果顯示,殼聚糖修飾脂質(zhì)體的維生素C和葉酸的保留率較原始脂質(zhì)體高約5%,證明了殼聚糖涂層可以提高包裹在脂質(zhì)體中活性成分的穩(wěn)定性,減少內(nèi)容物的泄露。

4 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的生物利用率

近幾年來,隨著脂質(zhì)體封裝技術(shù)的不斷成熟,對其生物利用率的研究也愈來愈深入,生物利用率較低會限制生物活性成分在某些領(lǐng)域的研究、應(yīng)用及發(fā)展。其中pH、胰脂肪酶和膽汁鹽對胃腸道的破壞是脂質(zhì)體遞送系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn),目前已有研究證明運用殼聚糖等大分子聚合物包被脂質(zhì)體可使其泄露影響最小化。采用殼聚糖對脂質(zhì)體加以修飾后,脂質(zhì)體表面會形成一層保護膜,可以增強脂質(zhì)體芯材的運載和保護能力,具有一定的緩釋效果,能夠提高其生物利用率。此外,殼聚糖本身具有的黏附性可以促進脂質(zhì)體內(nèi)容物的腸道吸收。殼聚糖也具有抑制脂質(zhì)消化的能力,從而達到提高脂質(zhì)體生物利用率的目的。

目前,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體生物利用率的研究主要由細胞實驗、動物實驗和體外胃腸模擬消化模型等組成。

4.1 細胞實驗

細胞實驗是指通過選取和人體細胞形態(tài)相似、細胞極性相同的細胞作為細胞模型來研究脂質(zhì)體的腸道通透性和轉(zhuǎn)運機制,從而得出脂質(zhì)體的生物利用率。CUI等[33]利用殼聚糖通過薄膜超聲法制備了3種殼聚糖納米脂質(zhì)體,分別為未被包埋脂質(zhì)體、殼聚糖包埋脂質(zhì)體、海藻酸鈉-殼聚糖包埋脂質(zhì)體,并通過與人腸上皮細胞形態(tài)非常相似的Caco-2細胞單層模型比較了3種脂質(zhì)體的腸道吸收和轉(zhuǎn)運特性。研究結(jié)果表明,與未被包埋脂質(zhì)體相比,殼聚糖和海藻酸鈉-殼聚糖包埋脂質(zhì)體減少了納米脂質(zhì)體在消化道中被蛋白酶的降解,有效提高了人體消化系統(tǒng)的吸收效果。且海藻酸鈉-殼聚糖包埋脂質(zhì)體在Caco-2細胞中表現(xiàn)出更好的細胞攝取性和轉(zhuǎn)運特性,這表明可通過其載體靶向介導(dǎo)途徑提高生物利用率,以擴展功能性食品領(lǐng)域的應(yīng)用。

4.2 動物實驗

動物實驗是指選用與人類有共性的動物作為實驗對象,通過口服或灌胃給藥進行藥代動力學研究來評估其口服生物利用度,從而計算出脂質(zhì)體生物利用度。WANG等[34]制備了用殼聚糖修飾的無膽固醇脂質(zhì)體來封裝黃體酮,通過動態(tài)透析技術(shù)對其在胃腸液中的體外釋放行為進行研究,并對大鼠口服給藥進行藥代動力學研究以評估口服生物利用度。試驗結(jié)果表明,不含膽固醇的殼聚糖修飾脂質(zhì)體可以保護黃體酮在胃腸道中的降解,另外與黃體酮軟膠囊和未經(jīng)修飾的黃體酮脂質(zhì)體相比,殼聚糖修飾后脂質(zhì)體的相對生物利用度更高,分別提高了6.03倍和2.08倍。這可能是由于殼聚糖的黏附性及殼聚糖殼的保護作用促進黃體酮的腸道吸收,從而提高黃體酮的生物利用度。

4.3 體外胃腸模擬消化模型

體外胃腸模擬消化模型是脂質(zhì)體通過配置模擬胃液、模擬腸液,在體外進行消化的過程,是評估脂質(zhì)體生物利用度的主要途徑。HASAN等[35]制備了負載姜黃素的納米脂質(zhì)體和殼聚糖涂層納米脂質(zhì)體,并通過胃腸道體外消化模擬實驗研究脂質(zhì)體系統(tǒng)內(nèi)包裹姜黃素的釋放動力學。研究發(fā)現(xiàn),可能由于殼聚糖具有抑制脂質(zhì)消化的能力,與未涂層的納米脂質(zhì)體相比,尤其是在模擬胃液中殼聚糖涂層后納米脂質(zhì)體中姜黃素的釋放更穩(wěn)定且更持久,結(jié)果證明殼聚糖修飾可以提高姜黃素脂質(zhì)體的生物利用度。

由于脂質(zhì)體技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體對生物利用率評價的研究愈來愈多,大多以體外胃腸模擬消化模型及動物體內(nèi)藥代動力學研究為主。但由于人體體內(nèi)的吸收、分布、消化、代謝是一個周期長且極其復(fù)雜的過程,因此對殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的生物利用率仍有待進一步深入研究。

5 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體在食品中的應(yīng)用

脂質(zhì)體因具有良好的靶向性,目前在藥物遞送領(lǐng)域研究較為成熟。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體可以包覆并運載具有功能性的營養(yǎng)成分,且具有增強黏附性及滲透性、提高生物利用度的優(yōu)勢,因此在食品領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。目前,人們在食品級脂質(zhì)體中主要研究了包埋脂類、包埋蛋白質(zhì)、包埋抗氧化劑、包埋維生素和天然色素等方面應(yīng)用。

5.1 包埋脂類

脂類是一種容易受光照、氧氣等環(huán)境影響而發(fā)生氧化和水解反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降的不穩(wěn)定化合物。常見的脂類如魚油中的不飽和脂肪酸、精油、植物油等,其在貯存和運輸過程中容易發(fā)生降解和酸敗。

脂質(zhì)體應(yīng)用于對脂類物質(zhì)的包裹已成為近年來的研究熱點,采用殼聚糖對脂質(zhì)體進行修飾可以進一步提升對脂類的保護作用。有研究發(fā)現(xiàn),殼聚糖和脂質(zhì)雙層之間的靜電相互作用和弱疏水力能夠抑制脂質(zhì)分子的流動性并維護脂質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)完整性[36],從而減慢脂質(zhì)氧化過程使其能實現(xiàn)安全遞送和控制釋放,同時還能掩蓋脂類不良的氣味。ESLAMIAN等[37]采用殼聚糖-奇亞籽膠復(fù)合涂層制備了負載月桂精油的脂質(zhì)體,解決了精油不良氣味的問題,穩(wěn)定性也得以提高,并將其應(yīng)用于鵪鶉魚片中,以延長鵪鶉魚片在貯存過程中的保質(zhì)期。此外,也有研究發(fā)現(xiàn)可將脂質(zhì)體技術(shù)應(yīng)用于魚油中以減少脂質(zhì)氧化。HOSSEINI等[38]采用殼聚糖和明膠混合物對負載魚油中ω-3 PUFA濃縮物的納米脂質(zhì)體進行涂層修飾,能夠減緩ω-3 PUFA濃縮物的氧化反應(yīng),擴展了功能性食品應(yīng)用的研究領(lǐng)域。

5.2 包埋蛋白質(zhì)

如今,人們研究發(fā)現(xiàn)一些食品中的蛋白質(zhì)可以對食品的質(zhì)構(gòu)、感官評價等產(chǎn)生很大影響,另外部分蛋白質(zhì)如食品蛋白水解物也具有多種生物活性,但由于其易被水解、穩(wěn)定性低、含有苦味或腥味等劣勢導(dǎo)致在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到限制。

脂質(zhì)體包裹蛋白質(zhì)和多肽等是食品級脂質(zhì)體的一個重要研究方向[39]。經(jīng)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體包覆蛋白質(zhì)能夠更好地提高其穩(wěn)定性,防止其受胃腸道蛋白酶水解的影響導(dǎo)致活性喪失,亦可降低某些蛋白質(zhì)的不良氣味,已有研究將其應(yīng)用于食品蛋白水解物中。MA等[40]通過酶解制備了牡蠣蛋白水解物,將其制備成殼聚糖涂層納米脂質(zhì)體,殼聚糖涂層減緩了納米脂質(zhì)體的釋放速度,增加牡蠣蛋白水解物的抗氧化活性保留率,解決其風味差、穩(wěn)定性低的問題,開拓了功能性食品中蛋白質(zhì)水解物的應(yīng)用。另外,有研究發(fā)現(xiàn)可將脂質(zhì)體包埋蛋白質(zhì)技術(shù)應(yīng)用于干酪生產(chǎn)中。CUI等[41]研制出殼聚糖包覆的乳鏈菌肽-二氧化硅脂質(zhì)體,將其應(yīng)用于切達干酪中研究脂質(zhì)體對單核細胞增生李斯特菌的抗菌作用,研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體對李斯特菌具有持續(xù)的抗菌活性,且不會影響奶酪的感官特性,這表明殼聚糖涂層的乳鏈菌肽-二氧化硅脂質(zhì)體有潛力成為一種用于奶酪保存的活性抗菌劑。除此之外,殼聚糖修飾脂質(zhì)體技術(shù)也可應(yīng)用于植物蛋白。郝靜等[42]制備了殼聚糖涂層的核桃多肽脂質(zhì)體,通過單因素實驗獲得最佳生產(chǎn)工藝,使核桃多肽的貯藏穩(wěn)定性和生物利用度得以提升,為核桃粕的精深加工應(yīng)用提供進一步的技術(shù)基礎(chǔ)。

5.3 包埋抗氧化劑

在食品生產(chǎn)工業(yè)中抗氧化劑的應(yīng)用非常廣泛,但不同種類的食品對其要求也不相同。由于抗氧化劑性質(zhì)不穩(wěn)定,易受光照、溫度、氧氣、pH值等環(huán)境影響被破壞導(dǎo)致活性降低甚至喪失。因此采用脂質(zhì)體等穩(wěn)態(tài)化技術(shù)封裝抗氧化劑可以提高穩(wěn)定性,延長產(chǎn)品貨架期,防止過氧化過程發(fā)生,使抗氧化活性得以保留。

目前,脂質(zhì)體包埋抗氧化劑在食品領(lǐng)域中應(yīng)用比較成熟,也是研究的一個重要方向。經(jīng)殼聚糖涂層的抗氧化劑脂質(zhì)體效果更加顯著,有望成為一種潛在的新型抗氧化遞送系統(tǒng)。SEBAALY等[43]利用不同分子質(zhì)量的殼聚糖修飾丁香酚脂質(zhì)體,與傳統(tǒng)脂質(zhì)體相比,殼聚糖修飾后脂質(zhì)體內(nèi)丁香酚的負載率提升,抗氧化活性更高,尤其是經(jīng)高分子質(zhì)量殼聚糖修飾后效果更佳。ZHAO等[44]制備了負載輔酶Q10和α-硫酸鋅的殼聚糖包覆脂質(zhì)體,與未經(jīng)殼聚糖修飾脂質(zhì)體相比其具有顯著的抗氧化活性。GIBIS等[45]通過高壓均質(zhì)法制得殼聚糖涂層包被葡萄籽多酚脂質(zhì)體,研究表明可以通過殼聚糖涂層來減少脂質(zhì)體中葡萄籽多酚的釋放,使其抗氧化活性得以保留。因此,使用殼聚糖涂層脂質(zhì)體可以成為在食品工業(yè)中制備天然強效抗氧化劑的潛在方法。

5.4 包埋維生素和天然色素

維生素是維持人類正常生理功能的一種有機化合物,是生物必需的營養(yǎng)物質(zhì)。近些年,對包含維生素的食品研發(fā)和應(yīng)用逐漸成為新潮流趨勢。但其穩(wěn)定性較差,易受外界環(huán)境影響而發(fā)生分解,因此有必要通過一些穩(wěn)態(tài)化技術(shù)來提高其理化穩(wěn)定性和生物利用率。利用殼聚糖膜表面修飾的脂質(zhì)體包埋維生素,可以達到此效果,以推動維生素在食品行業(yè)中應(yīng)用的深入研究。RABELO等[46]通過熔融乳化法制得殼聚糖涂層維生素D納米脂質(zhì)體,且經(jīng)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體在25 ℃下可穩(wěn)定保持60 d,并且沒有發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體內(nèi)維生素D的泄露。這表明殼聚糖修飾脂質(zhì)體有望成為穩(wěn)定維生素的新策略。

在自然界的植物中存在著含量豐富且健康的天然色素,因其具有顏色、無毒無害,同時具有多種生理活性如抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、降血脂等,近年來通常作為著色劑和抗氧化劑添加到食品中,以延長產(chǎn)品的貨架期。但由于色素不穩(wěn)定、生物利用率低、不易被人體吸收等原因,因此人們采用殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體對其包埋以提高生物利用度和穩(wěn)定性。CUOMO等[47]對殼聚糖涂層包覆姜黃素脂質(zhì)體進行了體外消化研究,發(fā)現(xiàn)其在小腸吸收效果最好,提高了姜黃素的生物利用度。

5.5 其他應(yīng)用

除此之外,還有一些將殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體經(jīng)噴霧干燥制成脂質(zhì)體粉末在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。GüLTEKIN-?ZGüVEN等[48]利用殼聚糖修飾含有黑桑提取物脂質(zhì)體并將其噴霧干燥制成脂質(zhì)體粉末添加到黑巧克力當中,以保護黑巧克力中的花青素含量,通過改變精煉溫度和pH值使其含量最高達76.8%。此研究說明殼聚糖涂層脂質(zhì)體在功能性巧克力生產(chǎn)工業(yè)中具有一定潛力。AKGüN等[49]制備了殼聚糖涂層酸櫻桃提取物脂質(zhì)體粉末將其摻入到攪拌型酸奶中,降低了酸奶的脫水收縮性,酸櫻桃提取物在貯藏期間也受到保護,提高了其穩(wěn)定性。

6 展望

殼聚糖具有較好的生物相容性、可降解和吸收特性、生物黏附性等優(yōu)勢,可以作為生物聚合物對脂質(zhì)體進行修飾制備成殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。近些年,在食品領(lǐng)域中,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體在包覆脂類、蛋白質(zhì)、抗氧化劑、維生素和天然色素等方面具有深遠意義,在藥物遞送領(lǐng)域的研究也受到了愈來愈多科研人員的關(guān)注。目前,人們已經(jīng)通過改變殼聚糖的濃度、分子質(zhì)量以及采用殼聚糖和其他物質(zhì)逐層修飾等方法使脂質(zhì)體獲得更高的理化穩(wěn)定性和生物利用率。盡管如此,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體仍存在貯藏期間性質(zhì)不穩(wěn)定、內(nèi)容物發(fā)生泄露、釋放時間早等問題,因此應(yīng)進一步深入研究如何通過更簡便且廉價、耗時短的制備方法制備出粒徑更小、理化穩(wěn)定性和生物利用率更高且不容易泄露、不易發(fā)生聚集的殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。