基于食品液態(tài)體系的功能因子靶向傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建及其釋放研究

徐捍山 ，鄭波 ，李琳 ，3，陳玲 ，3

（1.東莞理工學(xué)院化學(xué)工程與能源技術(shù)學(xué)院，廣東東莞 523000）（2.華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510640）（3.廣東省天然產(chǎn)物綠色加工與產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510640）

功能食品除了具有一般食品皆具備的營(yíng)養(yǎng)功能和感官功能（色、香、味）外，還具有一般食品所沒(méi)有或不強(qiáng)調(diào)的調(diào)節(jié)人體生理活性的功能[1,2]。而功能因子是功能食品的物質(zhì)基礎(chǔ)，主要包括多肽及蛋白質(zhì)、益生菌、抗氧化劑、多不飽和脂肪酸、膳食纖維、低聚糖、糖醇等[3,4]。要實(shí)現(xiàn)功能因子的生理功能，需要依靠一定的載體材料加工成功能食品，被人體服用后能在相應(yīng)的部位被吸收利用。對(duì)于食品功能因子傳輸體系，其載體材料不僅要抵御食品加工儲(chǔ)藏過(guò)程中的各種侵?jǐn)_，又要避免活性功能物質(zhì)在上消化道中失活[5,6]。

目前，前人的研究對(duì)功能因子的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和生物利用性均有涉及，但研究?jī)H僅涉及其中一個(gè)方面，還未能將兩者進(jìn)行綜合考慮。功能因子的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和控制釋放是通過(guò)一定的微囊化控釋傳輸系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。微丸微囊化控釋傳輸系統(tǒng)由于其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，已成為一種很有潛力的倍受關(guān)注的控釋傳輸系統(tǒng)。淀粉作為一種天然多糖高分子化合物，具有來(lái)源豐富、價(jià)廉、可再生不枯竭、可生物降解和生物相容性好等優(yōu)點(diǎn)，常被改性后用來(lái)作為微囊載體材料。根據(jù)淀粉的消化速率和程度，淀粉通常被分為快消化淀粉（RDS）、慢消化淀粉（SDS）和抗消化淀粉（RS）三部分[7]。其中，抗消化淀粉在上消化道中不被消化，而在結(jié)腸中能被微生物菌群降解，產(chǎn)生短鏈脂肪酸，維持腸道健康[8]。醋酸酯淀粉是利用化學(xué)改性得到的一種具有糊化溫度低、粘度高、不易凝沉和儲(chǔ)存穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)的抗消化淀粉，是一種理想的用作活性功能物質(zhì)傳輸?shù)妮d體材料[9]。

因此，本研究以醋酸酯抗消化淀粉作為薄膜包衣載體材料，以5-氨基水楊酸作為模型功能因子，通過(guò)對(duì)薄膜包衣工藝的調(diào)整，構(gòu)建醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸，考察醋酸酯抗消化淀粉成膜工藝對(duì)功能因子在液態(tài)食品儲(chǔ)藏過(guò)程及模擬人體消化道環(huán)境中的控釋行為的影響規(guī)律及微丸表面醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣膜層的形貌變化，為篩選適合液態(tài)食品體系的功能因子控釋傳輸載體材料及控釋傳輸系統(tǒng)的構(gòu)建奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

醋酸酯淀粉，實(shí)驗(yàn)室自制，取代度DS=1.9；藥用淀粉，藥用級(jí)，佛山市華昊華豐淀粉有限公司；微晶纖維素，藥用級(jí)，佛山市華昊華豐淀粉有限公司；5-氨基水楊酸，藥用級(jí)，武漢遠(yuǎn)城科技發(fā)展有限公司；全脂滅菌純牛乳，食品級(jí)，內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

擠出-滾圓制粒機(jī)（Mini-250），深圳信宜特科技有限公司；流化包衣機(jī)（Mini-XYT），深圳信宜特科技有限公司；電子分析天平（BS210S），德國(guó)Sartorius公司；智能藥物溶出儀（RCZ-8B），天津天大天發(fā)科技有限公司；溶出儀自動(dòng)取樣器（RCZ-8C），天津天大天發(fā)科技有限公司；紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)（UV-2102PC），尤尼柯（上海）儀器公司；掃描電子顯微鏡（EVO18），德國(guó)Zeiss公司；恒溫磁力攪拌器（85-2），常州澳華儀器有限公司。

1.3 醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸液態(tài)食品傳輸體系的構(gòu)建

1.3.1 荷載功能因子丸芯的制備

以5-氨基水楊酸為模型功能因子，稱(chēng)取一定量的5-氨基水楊酸、微晶纖維素和藥用淀粉（其中，微晶纖維素和藥用淀粉的比例為3:1），混合均勻。加入物料重量1.7倍的蒸餾水，使物料粘合，具有一定的可塑性。選擇孔徑為0.7 mm的孔板，物料放入到擠出圓筒，在50 r/min的轉(zhuǎn)速下將物料擠出推進(jìn)并通過(guò)孔板，獲得圓柱狀條形物，然后放入滾圓裝置，在500～700 r/min的轉(zhuǎn)速下將條形物打斷，并在300 r/min的轉(zhuǎn)速下滾成圓球。在擠出滾圓過(guò)程中，開(kāi)啟冷卻裝置，保持系統(tǒng)溫度在 5～10 ℃下，最大限度的保持功能因子的活性。制備好的丸芯，置于 45 ℃烘箱中，烘干24 h后，按實(shí)驗(yàn)要求過(guò)篩，得到一定大小的丸芯。

1.3.2 醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸液態(tài)食品傳輸體系的構(gòu)建

將一定量的醋酸酯抗消化淀粉溶于適合的有機(jī)溶劑中，配制成醋酸酯抗消化淀粉濃度為 4%的溶液，添加占醋酸酯抗消化淀粉干基重量20%的三乙酸甘油酯，磁力攪拌8 h。在風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1500～1800 r/min、物料溫度25～29 ℃、進(jìn)風(fēng)溫度40～4 ℃、流化壓力和霧化壓力為 0.01～0.1 MPa和包衣液進(jìn)樣流速為 5～7 r/min的條件下，對(duì)上述制備好的丸芯進(jìn)行包衣制備微丸。然后稱(chēng)取1.000 g制備好的微丸投入100 g新鮮發(fā)酵的酸奶中，攪拌均勻，置于4 ℃下儲(chǔ)藏。

1.4 醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸的性質(zhì)測(cè)定

1.4.1 5-氨基水楊酸測(cè)定方法的建立

1.4.1.1 最大吸收波長(zhǎng)的確定

采用紫外分光光度法，稱(chēng)取適量的5-氨基水楊酸（5-ASA），分別用pH=1.2的鹽酸溶液、pH=6.8的磷酸鹽緩沖液和 pH=7.0的磷酸緩沖液溶解，然后定容至50 mL，搖勻后分別進(jìn)行紫外掃描，得到5-ASA在pH=1.2的鹽酸溶液、pH=6.8的磷酸鹽緩沖液和pH=7.0的磷酸緩沖液中的最大吸收波長(zhǎng)分別為302 nm、330 nm和329 nm。

1.4.1.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別用pH=1.2的鹽酸溶液、pH=6.8的磷酸鹽緩沖液和 pH=7.0的磷酸緩沖液配制系列濃度為：0.000015 g/mL、0.00002 g/mL、0.000025 g/mL、0.00003 g/mL、0.000035 g/mL、0.00004 g/mL和0.000045 g/mL的5-ASA標(biāo)準(zhǔn)溶液。以pH=1.2的鹽酸溶液、pH=6.8的磷酸鹽緩沖液和pH=7.0的磷酸緩沖液為空白對(duì)照，分別在波長(zhǎng)為302 nm、330 nm和329 nm波長(zhǎng)處測(cè)定不同濃度的5-ASA標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度A，以5-ASA的濃度C與吸光度A的關(guān)系曲線，用最小二乘法進(jìn)行線性回歸，得到人工胃液、人工小腸液和人工結(jié)腸液中5-ASA的濃度C與吸光度A的關(guān)系：

1.4.2 在酸奶儲(chǔ)藏期間的釋放行為

將儲(chǔ)藏一定時(shí)間的酸奶中的醋酸酯淀粉薄膜包衣微丸取出，用蒸餾水洗凈。用一定量的 pH=1.2的鹽酸溶液浸泡、研磨、充分溶解和過(guò)濾，將濾液定容至100 mL的容量瓶中，稀釋50倍，測(cè)定5-ASA在302 nm波長(zhǎng)下的吸光度A，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算得到微丸中功能因子的殘留量。累積釋放率計(jì)算如下：

1.4.3 在酸奶儲(chǔ)藏期間表面形貌的變化

將儲(chǔ)藏一定時(shí)間的酸奶中的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸取出，用蒸餾水洗凈，在45 ℃下干燥12 h。將微丸固定于樣品臺(tái)上噴金處理，并在真空條件（10-5kPa）下利用SEM進(jìn)行觀察，拍攝具有代表性的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸的表面形貌照片?

1.4.4 在體外模擬消化道環(huán)境中的釋放行為

將儲(chǔ)藏一定時(shí)間的酸奶中的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸取出，用蒸餾水洗凈，置于200 mL溶出介質(zhì)中，在水浴溫度為37 ℃，攪拌轉(zhuǎn)速100 r/min的條件下進(jìn)行模擬。依據(jù)人體胃腸道中食物轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間，微丸在模擬人體消化道中活性物質(zhì)釋放的考察時(shí)間分別設(shè)置為：人工胃液2 h，人工小腸液6 h，人工結(jié)腸液40 h，每次更換溶出介質(zhì)在5 min中內(nèi)完成。并在設(shè)定時(shí)間1 h、2 h、4 h、6 h、8 h、10 h、12 h、16 h、20 h、24 h、30 h、36 h、42 h和48 h進(jìn)行取樣，取樣體積為5 mL，測(cè)定其在相應(yīng)波長(zhǎng)下的吸光度A。

1.4.5 在體外模擬消化道環(huán)境中表面形貌變化

將儲(chǔ)藏一定時(shí)間的酸奶中的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸取出，用蒸餾水洗凈。放入溶出儀的溶出杯中，加入200 mL模擬人工胃液，2 h后更換溶出介質(zhì)為模擬人工小腸液，再過(guò)6 h后更換溶出介質(zhì)為模擬人工結(jié)腸液，水浴溫度為37 ℃，攪拌槳轉(zhuǎn)速為100 r/min。根據(jù)食物在人體消化道中的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，分別在2 h、8 h、24 h和48 h對(duì)醋酸酯淀粉膜包衣微丸進(jìn)行取樣。取樣后的微丸，用蒸餾水沖洗干凈，吸去表面的水分，在45 ℃下烘干12 h。

將上述的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸經(jīng)噴金處理，固定于樣品臺(tái)上，在真空條件下利用 SEM 進(jìn)行觀察，拍攝具有代表性的薄膜包衣微丸的表面形貌照片?

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2013軟件建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，檢驗(yàn)水準(zhǔn)取p=0.05，所有數(shù)據(jù)均以±sd表示,并采用origin 8.5作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸奶儲(chǔ)藏期間醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸的穩(wěn)定性

圖1 醋酸酯抗消化淀粉包衣增重對(duì)功能因子在酸奶儲(chǔ)藏期間泄漏量的影響Fig.1 Effect of coating thickness on the 5-ASA release from RSA coated microparticles during yoghourt storage

由圖1中數(shù)據(jù)對(duì)比可知，隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的增加，功能因子的泄漏量逐漸增加。在相同的儲(chǔ)藏時(shí)間下，醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣增重越大，功能因子的泄漏量越低。這是由于酸奶中的乳酸菌、酸、水與醋酸酯抗消化淀粉薄膜中淀粉分子相互作用引起的。且隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，醋酸酯抗消化淀粉薄膜的降解程度逐漸增大，淀粉分子鏈發(fā)生重排，導(dǎo)致醋酸酯抗消化淀粉薄膜剛性增大，容易發(fā)生脆化[10,11]。當(dāng)包衣厚度為9.94%，其第22 d泄漏量幾乎為0。因此對(duì)包衣厚度為9.94%微丸通過(guò)掃描電鏡進(jìn)行表面形貌觀察。

2.2 酸奶儲(chǔ)藏期間醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸表面形貌的變化

圖2 包衣增重為9.94%醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸經(jīng)過(guò)不同儲(chǔ)藏時(shí)間后表面形貌變化Fig.2 The surface of RSA coated microparticles with coating thickness of 9.94% during yoghourt storage

由圖2可知，酸奶儲(chǔ)藏1 d后，包衣厚度為9.94%的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸表面仍然完整，與未儲(chǔ)藏的微丸表面形貌相似。

由于包衣增重為9.94%，丸芯外的醋酸酯抗消化淀粉包衣厚且致密，在后續(xù)的酸奶浸泡儲(chǔ)藏過(guò)程中，薄膜包衣微丸的表面形貌并無(wú)變化，微丸浸泡7 d后也沒(méi)有裂痕或破損出現(xiàn)，與未浸泡的微丸表面相似。當(dāng)儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)到13 d后，微丸表面僅有少量裂痕出現(xiàn)。儲(chǔ)藏19 d后，微丸表面形貌與儲(chǔ)藏13 d后的相近。因此，包衣厚度為9.94%的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸在酸奶儲(chǔ)藏過(guò)程中，功能因子基本不泄漏。

2.3 醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸在體外模擬消化道環(huán)境中的釋放行為

圖3為酸奶儲(chǔ)藏不同時(shí)間后，不同包衣厚度的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸在模擬人體消化道中的釋放情況。

由圖3結(jié)果可知，酸奶儲(chǔ)藏時(shí)間越久，相同包衣厚度的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸在進(jìn)入人體消化道環(huán)境中，功能因子的釋放量越大。在相同的儲(chǔ)藏時(shí)間下，功能因子在胃腸道中的累積釋放率，隨著包衣厚度的增加而逐漸下降。

2.4 醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸在體外模擬消化道環(huán)境中表面形貌的變化

圖5 酸奶儲(chǔ)藏7 d后包衣增重為9.94%醋酸酯抗消化薄膜包衣微丸在模擬人體消化道環(huán)境中形貌變化Fig.5 The surface of RSA film coated microparticles in GI tract after storing in yoghourt for seven days (with coating thickness of 9.94%)

圖6 酸奶儲(chǔ)藏13 d后包衣增重為9.94%醋酸酯抗消化薄膜包衣微丸在模擬人體消化道環(huán)境中形貌變化Fig.6 The surface of RSA film coated microparticles in GI tract after storing in yoghourt for thirteen days (with coating thickness of 9.94%)

圖7 酸奶儲(chǔ)藏19 d后包衣增重為9.94%醋酸酯抗消化薄膜包衣微丸在模擬人體消化道環(huán)境中形貌變化Fig.7 The surface of RSA film coated microparticles in GI tract after storing in yoghourt for nineteen days (with coating thickness of 9.94%)

圖4至圖7為酸奶儲(chǔ)藏不同時(shí)間后，包衣增重為9.94%的醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸在模擬人體消化道環(huán)境中浸泡不同時(shí)間的表面形貌。由于包衣膜層較厚，酸奶儲(chǔ)藏1 d后，包衣增重為9.94%的醋酸酯抗消化薄膜包衣微丸在模擬胃液中浸泡2 h后，微丸表面并無(wú)破損，當(dāng)微丸繼續(xù)在模擬小腸液中浸泡6 h后，微丸表面的包衣膜層仍然完整。隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加，微丸的表面形貌逐漸出現(xiàn)孔洞，因此，功能因子的釋放較小。在酸奶中浸泡儲(chǔ)藏了7 d后，包衣增重為9.94%的醋酸酯抗消化薄膜包衣微丸在后續(xù)模擬消化道環(huán)境中的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，微丸的表面形貌變化與儲(chǔ)藏1 d的相似。當(dāng)酸奶儲(chǔ)藏13 d后，包衣增重為9.94%的醋酸酯抗消化薄膜包衣微丸在模擬胃液中浸泡2 h后，其表面有細(xì)小的裂痕，隨著運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間的增加，微丸表面的裂痕變大，但表面的包衣膜層并沒(méi)有出現(xiàn)松脫，丸芯與周?chē)哪M消化液接觸程度有限，功能因子釋放量不大。酸奶儲(chǔ)藏19 d后，包衣增重為9.94%的醋酸酯抗消化薄膜包衣微丸在模擬胃液中浸泡2 h后，其表面已有破損。當(dāng)微丸繼續(xù)在模擬小腸液和人工結(jié)腸液中浸泡后，微丸表面的破損程度增大，丸芯中的功能因子得以均勻地釋放出來(lái)。

3 結(jié)論

本研究探討了不同包衣厚度的醋酸酯淀粉薄膜包衣微丸在酸奶中儲(chǔ)藏過(guò)程以及后續(xù)的體外模擬人體消化道運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中功能因子的釋放規(guī)律及微丸表面包衣膜層的微觀形貌變化。在相同的儲(chǔ)藏時(shí)間下，包衣厚度越大，微丸表面包衣膜層越完好，越能有效阻止功能因子的釋放；當(dāng)醋酸酯抗消化淀粉包衣增重達(dá)到9.94%時(shí)，其中的功能因子在儲(chǔ)藏22 d不釋放；加大包衣厚度，醋酸酯抗消化淀粉薄膜包衣微丸能有效抵御液態(tài)食品體系的侵蝕；同時(shí)，在酸奶中儲(chǔ)藏不同時(shí)間后，不同包衣厚度的微丸在模擬消化道中運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的表面形貌變化與其釋放情況相符；醋酸酯淀粉薄膜在酸奶儲(chǔ)藏過(guò)程和體外模擬人體消化道環(huán)境中展現(xiàn)了良好的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和結(jié)腸靶向性。本研究的結(jié)果為液態(tài)食品體系中功能因子生理功能的提高提供了新途徑，也為淀粉的高附加值利用提供了新思路。