磷脂對脂質(zhì)體性能的影響評析

宋范范，章紹兵，田少君

(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，鄭州 450001)

脂質(zhì)體是由脂類兩親性物質(zhì)如磷脂組成具有類細胞膜結(jié)構(gòu)的一個閉合類球狀囊泡，由一層或多層磷脂包裹而成，在模擬生物膜、藥物載體、反應(yīng)微環(huán)境中都有廣泛的應(yīng)用[1-2]。脂質(zhì)體具有生物相容性和緩釋等特點，是一種有發(fā)展前景的載體輸送體系。脂質(zhì)體一般由磷脂、膽固醇組成。作為兩親性物質(zhì)，磷脂具有較好的表面活性和生物相容性，這使其在功能性食品、藥品和化妝品領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價值以及廣闊的發(fā)展前景，尤其是在載體輸送體系的研究和應(yīng)用方面。自Bangham等[3]發(fā)現(xiàn)磷脂在水中可自發(fā)形成脂質(zhì)體后，學(xué)者們已將磷脂作為脂質(zhì)體最重要和研究最多的膜材。然而，磷脂來源、種類及組成復(fù)雜多樣，不同的磷脂表現(xiàn)不同的理化特性，且每種磷脂的親水基團種類、脂肪酸鏈長度和飽和度又有很大不同[4]，在一定程度上雖然為脂質(zhì)體的制備提供了豐富的磷脂來源，但同時也可能會對脂質(zhì)體的一些理化特性指標(biāo)和穩(wěn)定性造成影響，甚至對脂質(zhì)體的功能性質(zhì)產(chǎn)生影響。此外，磷脂脂肪酸鏈的氧化和水解也會對脂質(zhì)體的性能造成影響[5]。因此，有必要了解磷脂對脂質(zhì)體性能的影響情況，這對脂質(zhì)體的應(yīng)用至關(guān)重要。

1 脂質(zhì)體的性能及評價指標(biāo)

脂質(zhì)體是由親水性的極性頭部和疏水性的非極性尾部構(gòu)成[6]，作為載體使用時，親水性芯材被包裹在親水性的腔隙內(nèi)部，疏水性芯材會嵌在雙層脂質(zhì)膜中間，兩親性物質(zhì)根據(jù)與脂質(zhì)體親和力的大小嵌在水相和油脂相中間[7]，單層脂質(zhì)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 單層脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)示意圖[8]

脂質(zhì)體性能評價指標(biāo)一般包括理化特性和穩(wěn)定性兩個方面。脂質(zhì)體的理化特性指標(biāo)包括包封率、載量、微觀結(jié)構(gòu)、平均粒徑、Zeta電位等[9-10]。脂質(zhì)體的穩(wěn)定性主要包括消化穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性，這關(guān)系到脂質(zhì)體的品質(zhì)、毒理學(xué)性質(zhì)及生物有效利用率，是影響脂質(zhì)體儲存和應(yīng)用的重要因素。

2 磷脂對脂質(zhì)體性能的影響

2.1 磷脂來源對脂質(zhì)體性能的影響

較有實用價值的天然磷脂是大豆卵磷脂和蛋黃卵磷脂[11]，但這類磷脂純度很難控制，在使用和儲存期間穩(wěn)定性差，容易分解成溶血磷脂，并有可能產(chǎn)生細胞毒性。Wang等[12]研究了脂質(zhì)體的載運能力和不同來源的卵磷脂的關(guān)系。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蛋黃卵磷脂的包封率高于大豆卵磷脂，且前者的泄漏率較低，因此蛋黃卵磷脂具有更高的藥物載運能力。此外，大豆卵磷脂中的不飽和脂肪酸含量高于蛋黃卵磷脂，故利用大豆卵磷脂作原料時，脂質(zhì)體的質(zhì)量會受到影響[13]。除大豆卵磷脂和蛋黃卵磷脂外，從牛奶中獲取的乳脂球膜磷脂也可作為脂質(zhì)體的膜材，該磷脂的生物相容性更好，但這種磷脂價格較高。劉瑋琳[5]以大豆磷脂和乳脂球膜磷脂為原料制備了粗脂質(zhì)體，并對脂質(zhì)體的性能進行了比較。結(jié)果表明，乳脂球膜磷脂制備的脂質(zhì)體在胃腸道消化過程中能夠更好地保持膜結(jié)構(gòu)的完整性。

除天然磷脂外，可以通過純化技術(shù)、合成技術(shù)或改性技術(shù)[14]對磷脂進行純化、合成及結(jié)構(gòu)調(diào)整等[15]，使其滿足脂質(zhì)體的性能需要。這類磷脂純度高，但要用到有機試劑，產(chǎn)品可能存在安全隱患。為了避免包封藥物被酶降解成沒有活性的物質(zhì)，Sérgio等[16]采用二油酰基磷脂酰乙醇胺(DOPE)代替磷脂酰乙醇胺(PE)制備pH敏感型脂質(zhì)體，DOPE可以增強脂質(zhì)體膜的疏水性，并促進與磷脂雙分子層的相互作用。然而，利用PE制備脂質(zhì)體時，其極性頭部會發(fā)生水合作用引起膜的融合。此外，剪切力敏感型脂質(zhì)體也可以用這類磷脂來制備[17-18]?？虑俚萚19]以1，3-二棕櫚酰胺磷脂酰膽堿(DPPC)制備了剪切力敏感型脂質(zhì)體，該脂質(zhì)體具備一定的剪切力敏感性，可達到使脂質(zhì)體內(nèi)含物在狹窄部位特異性釋放的目的。

2.2 磷脂的脂肪酸鏈長度及飽和度對脂質(zhì)體性能的影響

磷脂的脂肪酸鏈長度及飽和度直接決定了磷脂的相變溫度，進而影響脂質(zhì)體的包封率和穩(wěn)定性。當(dāng)溫度升高至相變溫度時，脂質(zhì)雙分子層中的脂肪酸鏈由有序變?yōu)闊o序，導(dǎo)致脂質(zhì)體膜由“膠晶”態(tài)變?yōu)椤耙壕А睉B(tài)，膜的橫切面增加，雙分子層厚度減小，流動性增加，穩(wěn)定性降低[20]。因此，在脂質(zhì)體制備時，應(yīng)選擇具有適宜鏈長和飽和度的磷脂。一般磷脂脂肪酸鏈越長相變溫度越高，鏈越短則相變溫度越低，如二月桂酰磷脂酰膽堿(DLPC)相變溫度為-20℃，而二肉豆蔻酰磷脂酰膽堿(DMPC)及二棕櫚酰磷脂酰膽堿(DPPC)分別為24、41℃[21-22]。短鏈脂肪酸的磷脂具有低的包裝系數(shù)和相變溫度，這有利于形成體積小的脂質(zhì)體，并能夠增強雙分子層的流動性。田蒙蒙[23]用不同鏈長脂肪酸(C16∶0、C18∶0、C20∶0)制備的脂質(zhì)體的平均粒徑分別為(300±61)nm、(700±42)nm、(400±34)nm，用不同飽和度(C18∶0、C18∶1、C18∶2、C18∶3)制備的脂質(zhì)體的平均粒徑分別為(700±42)nm、(800±10)nm、(400±50)nm、(600±69)nm。Zhao等[24]研究了DMPC、DPPC、二硬脂酰磷脂酰膽堿(DSPC)、二油酰磷脂酰膽堿 (DOPC)和大豆卵磷脂(SPC)對脂質(zhì)體的影響。結(jié)果表明，平均粒徑、多分散指數(shù)、Zeta電位分別呈以下趨勢：DMPC

2.3 磷脂的表面電荷對脂質(zhì)體性能的影響

磷脂的表面電荷與其親水性頭部有關(guān)，表面所帶電荷的多少對脂質(zhì)體的性能也會產(chǎn)生影響[28]。不同磷脂所帶電荷正負性有所不同，故脂質(zhì)體自身也會帶有電荷。常見的磷脂中，PC和PE為中性磷脂，磷脂酰絲氨酸(PS)、磷脂酸(PA)等帶有負電荷。同一種磷脂組成的脂質(zhì)體間存在靜電斥力，故能夠維持脂質(zhì)體懸浮液的穩(wěn)定[29]。脂質(zhì)體按電荷性質(zhì)亦可以分為中性脂質(zhì)體、陰離子脂質(zhì)體和陽離子脂質(zhì)體[30]。通過改變脂質(zhì)體的磷脂親水基團的種類，可以構(gòu)建不同帶電性的脂質(zhì)體。用PA和PS等制備的脂質(zhì)體帶負電，用磷脂酰胺(SA)和膽固醇衍生物等組成的脂質(zhì)體帶正電，用PC和PE制備的脂質(zhì)體不帶電[31]。一般來說，中性脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，如用二癸?；字Ｄ憠A(DDPC)和膽固醇制備的脂質(zhì)體在數(shù)小時內(nèi)就出現(xiàn)了相分離，從而影響脂質(zhì)體的應(yīng)用。故學(xué)者們多集中研究帶電的脂質(zhì)體以提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。脂質(zhì)體的表面電荷對其包封率、穩(wěn)定性和靶向作用有很大影響，Kim等[32]發(fā)現(xiàn)正電荷脂質(zhì)體對腸道給藥有利，脂質(zhì)體與腸道表面帶負電荷的黏液層發(fā)生一定程度的交互作用。此外，有研究發(fā)現(xiàn)在應(yīng)對金黃色葡萄球菌生物膜的治療效果上，攜帶抗生素的正電荷脂質(zhì)體比游離抗生素效果更好[33]，但該種脂質(zhì)體也顯示了一定的細胞毒性[34]。由于負電荷脂質(zhì)是真核細胞的自然組成部分，其毒性較低，因此已有研究將該脂質(zhì)體應(yīng)用在基因傳遞研究方面[35]。

2.4 磷脂的濃度對脂質(zhì)體性能的影響

磷脂的濃度會對脂質(zhì)體的Zeta電位造成一定的影響，Zeta電位決定了脂質(zhì)體的表面電荷。通常認為Zeta電位大于30 mV或者小于-30 mV的脂質(zhì)體是穩(wěn)定的，因為大量表面電荷的存在可以阻止脂質(zhì)體的聚集[36]。Zhao等[24]采用超臨界CO2技術(shù)制備了脂質(zhì)體，并研究了磷脂濃度對脂質(zhì)體的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，50℃的條件下，隨著大豆卵磷脂濃度從5 mmol/L增加到30 mmol/L，脂質(zhì)體的Zeta電位從-39.7 mV降低到-56.3 mV，同時平均粒徑和多分散指數(shù)出現(xiàn)波動。Guldiken等[37]在不同卵磷脂含量(1%、2%、4%)下制備了包埋花青素(從黑色蘿卜提取)的脂質(zhì)體。結(jié)果顯示，在脂質(zhì)體儲存期間增加卵磷脂的濃度能夠增加花青素的包封率，但超過某一濃度后可能會引起脂質(zhì)氧化。當(dāng)卵磷脂含量為1%時，脂質(zhì)體在儲存期間具有較高的氧化穩(wěn)定性。卵磷脂含量為4%時，不飽和脂肪酸的含量增高，導(dǎo)致脂肪氧化降解程度加大，會引起該脂質(zhì)體的色度發(fā)生變化。此外，Gibis等[38]在研究磷脂含量對葡萄提取物脂質(zhì)體的影響時，也發(fā)現(xiàn)在卵磷脂含量為1%時脂質(zhì)體穩(wěn)定性最好。

2.5 磷脂氧化和水解對脂質(zhì)體性能的影響

在脂質(zhì)體的制備、儲存及實際應(yīng)用中都可能發(fā)生氧化分解反應(yīng)。磷脂常含有不飽和的脂肪酸鏈，不飽和度越高，磷脂越容易氧化，進而導(dǎo)致脂質(zhì)體雙分子層膜的結(jié)構(gòu)改變、滲透性升高，影響包封率和作用效果[39]。溫度、輻射、氧氣、金屬離子、光源、包裝材料等[40]都會極大地促進磷脂氧化，磷脂氧化后其脂肪酸鏈斷裂降解，使其傾斜于水相，導(dǎo)致雙分子層膜上脂肪酸鏈的幾何折疊規(guī)則發(fā)生劇烈改變[41]。耿亞男[29]以SPC為原料制備脂質(zhì)體并研究了氧化對脂質(zhì)體膜性質(zhì)的影響，結(jié)果表明，隨著Fenton試劑加入，脂質(zhì)體的粒徑先增大后減小，且分布更加不均勻，Zeta電位值會略微減小，脂質(zhì)體膜的微極性略有增加，包埋率下降，膜的相對流動性下降。此外，磷脂的水解作用也影響脂質(zhì)體穩(wěn)定性，尤其是在磷脂酶、脂肪酶或膽固醇酶等存在時，磷脂更易發(fā)生水解，且水解產(chǎn)物大量堆積后可能會導(dǎo)致脂質(zhì)體的聚集，從而使其粒徑變大，致使包埋物泄漏，甚至產(chǎn)生毒副作用[42-43]。

3 結(jié)束語

脂質(zhì)體作為一種具有類細胞結(jié)構(gòu)的兩親性運載體系，已在食品強化劑和營養(yǎng)增補劑市場中占據(jù)很重要的地位。然而，脂質(zhì)體的實際應(yīng)用也遇到了一些問題和瓶頸，如脂質(zhì)體儲存穩(wěn)定性方面，由于脂質(zhì)體自身是一個動態(tài)的熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，加之構(gòu)成膜材的磷脂可能含有不飽和脂肪酸，使脂質(zhì)體在制備、儲存及運輸過程中極易發(fā)生膜崩潰及降解，從而影響脂質(zhì)體的理化特性和穩(wěn)定性等性能。此外，脂質(zhì)體對某些芯材的包封率也并不理想。磷脂作為脂質(zhì)體的膜材，其自身的的結(jié)構(gòu)(脂肪酸鏈長度及飽和度、表面電荷)、來源、濃度及氧化和水解程度會對脂質(zhì)體的理化特性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，進而影響脂質(zhì)體的性能。故在脂質(zhì)體的制備過程中，要綜合考慮磷脂的影響因素，選擇合適的膜材磷脂及其他輔助試劑對脂質(zhì)體進行構(gòu)建或修飾，以改善脂質(zhì)體的理化特性、穩(wěn)定性和消化特性等性能。本文將磷脂對脂質(zhì)體理化特性和穩(wěn)定性的影響進行了總結(jié)，以期為擴大脂質(zhì)體在功能性食品、藥品和化妝品領(lǐng)域的應(yīng)用價值提供研究思路。