生物活性納米微囊在食品中的應用

徐廣偉

摘 要：本文簡要分析生物分子納米技術在食品領域的應用研究及其進展，包括納米微囊的合成方法，利用納米微囊技術增強生物活性物質(zhì)的生物利用度、穩(wěn)定性和控釋效率等，以為生物活性納米微囊在食品領域的應用和研究水平的提高奠定堅實的基礎。

關鍵詞：微囊;納米技術;生物活性物質(zhì);食品領域

Abstract：The following is a brief analysis of the application and research progress of biomolecular nanotechnology in the field of food， including the synthesis methods of nano microcapsules and the enhancement of bioavailability， stability and controlled-release efficiency of bioactive substances by nano microcapsules， which lays a solid foundation for the improvement of the application and research level of bio active nano microcapsules in the field of food.

Key words：Microcapsules; Nanotechnology; Bioactive substances; Food field

納米科學是21世紀最熱門的學科之一。如今，納米技術已經(jīng)被廣泛應用在航空航天、醫(yī)學及食品等領域。納米技術涉及納米粒子合成、納米粒子的表征及其在各個領域的應用。例如在抗癌藥物遞送系統(tǒng)中，納米粒子可以提高藥物的穩(wěn)定性，避免藥物被腎臟清除，延長其在血液中的循環(huán)時間;藥物靶向運輸可以降低對正常細胞及組織的破壞，在減小生物毒性、提高生物相容性的同時，提高癌細胞內(nèi)的藥物濃度，從而提高腫瘤的治療效率。將納米技術應用到食品領域能夠提高食品的穩(wěn)定性、溶解性和化合物的活性。在食品領域應用納米技術可以提高食物的口感、味道和品質(zhì)，促進人體對食物的消化吸收，提高有益成分的生物利用度。將納米技術應用于食品包裝，可以有效提高食品的安全性，延長食品的保質(zhì)期，避免食品受外界環(huán)境污染，從而提高食品的穩(wěn)定性。生物活性納米微囊可作為運輸工具，因其具有穩(wěn)定性高、包封率高、可控釋放等特點，在食品及藥物等領域引起了人們的關注。生物活性納米能對活性肽、功能性蛋白等活性物質(zhì)進行包埋，具有保護作用，可提高活性物質(zhì)的穩(wěn)定性和生物利用度等。制備生物活性納米微囊的原輔材料和方法不同，所形成的納米微囊的結構和性質(zhì)也會有較大不同。

1 納米微囊的優(yōu)勢

納米微囊技術廣泛應用在藥物以及功能化食品等各個領域，其優(yōu)勢在于能改變物料的狀態(tài)，能將非固態(tài)物料固態(tài)化。應用此技術制作的食品便于儲存、加工及運輸，同時還可延緩變質(zhì)、損壞及氧化，可促進人體對營養(yǎng)成分的消化吸收，保證特殊功能不喪失。某些營養(yǎng)物質(zhì)具有難聞的氣味，使用納米微囊技術可以降低或掩蓋這些氣味。納米微囊還可以用于藥物的靶向運輸，控制藥物的釋放，降低藥物對正常細胞和組織的毒性，從而減輕對人體的傷害，增加藥物的生物相容性，同時提高目標組織的治療效率。這為某些疾病的精準治療提供了可能性，也是未來研究的熱點課題之一。

2 納米微囊的制備技術

隨著各種新材料的涌現(xiàn)以及科技的快速發(fā)展，納米微囊的制備技術也得到了迅速發(fā)展。

納米微囊是一種運輸系統(tǒng)，由某一特殊成分內(nèi)核和一層高分子材料外殼構成。納米微囊的外殼一般都是可生物降解的天然生物大分子，例如蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、多糖、肽類等生物聚合物。其原因是因為蛋白質(zhì)、多糖等生物大分子穩(wěn)定性好，毒性小，生物相容性好，可降解，同時具有多樣性的特點，易于用生物和化學方法修飾，并可攜帶一些對機體有益的生物活性成分。納米微囊能夠包裹藥物和其他生物活性成分，增強生物活性分子的控釋性、靶向性和穩(wěn)定性，提高功能食品中有益成分的生物利用度，從而促進人體對營養(yǎng)物的消化、吸收。

制備納米微囊的方法主要包括層層自組裝法、乳液聚合法、原位自由基聚合法、表面吸附法與納米沉淀法等。

2.1 層層自組裝法

此種組裝法是制備納米微膠囊表面殼的常用技術。具有某些特殊性質(zhì)或結構的分子在一定條件下能自動反應和結合，同時能自動控制反應程度和產(chǎn)物的形貌和尺寸。這種方法主要是基于聚電解質(zhì)表面的靜電力，選擇帶正負電荷的粒子作為模板粒子，將其浸入帶有不同電荷的電解質(zhì)聚合物溶液中，電解質(zhì)聚合物會聚合或沉積在模板粒子表面，從而形成二維或三維納米微膠囊。使用該方法制備納米微囊可以精準控制微囊尺寸、形態(tài)及結構，同時也具備多樣性?？梢酝ㄟ^改變電解質(zhì)的種類以及沉積次數(shù)等條件，從而改變囊殼的表面特性和厚度，但是層層組裝法形成的納米微囊的尺寸較大，在幾百納米以上，機械強度比較低，結構的穩(wěn)定性差，并且該方法對合成條件的要求較為苛刻。

2.2 乳液聚合方法

乳液聚合主要分為兩步。第一步是利用乳化劑、分散劑在機械攪拌或振蕩條件下將單體分散在內(nèi)核材料表面，然后加入引發(fā)劑引發(fā)聚合反應而得到納米微囊。第二步是除去納米微囊溶劑并對納米粒子進行沉降。乳液聚合法具有很多優(yōu)勢。例如操作簡單、原料成本低廉、包裹率好，單體在體系中以微小液滴的形式存在，在聚合反應過程中產(chǎn)生的熱量能夠通過溶質(zhì)擴散。但是通過該方法制備的納米微囊尺寸分布較廣。

2.3 表面吸附法

一般除了使用靜電力作用組裝外，還可以使用其他作用力（氫鍵、疏水作用、范德華力）將高分子物質(zhì)吸附在納米尺寸的模型核中，表面吸附法一般形成的是單層高分子納米微囊。該方法應用范圍較廣，可以制備簡單的納米微囊，在要求較高的生物制藥領域也有應用。

2.4 納米沉淀法

納米沉淀法指的是先將高分子物質(zhì)溶解在有機溶劑中，然后加入到水溶液中，在不斷的攪拌下高分子物質(zhì)不斷沉降，分散在水相中，從而形成納米微囊。納米沉淀法的納米微囊的包封率比一般方法高，尺寸較小且分布較窄，單分散性好，一般該方法不需要外力，操作成本較低，易于規(guī)?；a(chǎn)[1]。

3 納米微囊在食品中的應用

將納米技術應用于食品包裝，可以有效提高食品的安全性，延長食品的保質(zhì)期，避免食品受到外界環(huán)境的污染，從而提高食品的安全性和穩(wěn)定性。例如納米微囊技術可以包裹生物活性物質(zhì)讓它與外部環(huán)境隔離，降低溫度、氧化、濕度、空氣等環(huán)境因素對生物活性物質(zhì)的影響，從而提高生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性。通過適當?shù)倪x取材料，可賦予生物活性物質(zhì)靶向性和控緩釋性。

3.1 維生素的微囊化

維生素作為人體中的重要物質(zhì)，對維持機體正常新陳代謝有著重要作用。人們需要從食物中獲取維生素且大多數(shù)維生素不穩(wěn)定，外界環(huán)境對其穩(wěn)定性的影響很大。如果將它們制成納米微囊，可以大大提高維生素功能和結構的穩(wěn)定性?？刹捎脧秃夏鄯ㄖ苽渚S生素A微囊，以有效保護維生素A，防止其被外界環(huán)境影響，從而增強其穩(wěn)定性。

3.2 活性肽微囊化

活性肽是人體中重要的活性物質(zhì)之一，它在人體中具有非常重要的作用?；钚噪木哂锌咕?、增強免疫力、抗氧化、調(diào)節(jié)血壓、促進元素吸收等生理功能?；钚噪娜菀资芡饨绛h(huán)境的影響而失活，可通過納米微囊技術對活性肽進行包埋，使其不受外界環(huán)境的影響，從而提高其結構和性能的穩(wěn)定性，增加其在加工、運輸和儲存過程的熱穩(wěn)定性，及在胃液中的耐酸腐蝕性等。

3.3 功能性蛋白微囊化

功能性蛋白是人體中非常重要的蛋白質(zhì)，它們參與人體的各種新陳代謝活動。功能性蛋白按其功能可分為催化蛋白、運輸?shù)鞍住⒚庖叩鞍?、調(diào)節(jié)蛋白。這些功能蛋白活性較強，容易受微環(huán)境的影響從而失活。因此可以將這些功能性蛋白微囊化，利用納米微囊進行包埋，從而增強其穩(wěn)定性，維持其生理活性，達到穩(wěn)定性能的目的。例如將免疫球蛋白微囊化可提高其在加工貯存過程中的抗熱穩(wěn)定性、耐酸堿腐蝕能力[2]。

3.4 抗氧化劑類的微囊化

一般情形下，食品中包含多種抗氧化劑，包括酚類物質(zhì)、生物堿類、β-胡蘿卜素與番茄紅素等，這些抗氧化劑具有較強的還原性，易被外界氧化性物質(zhì)氧化，從而導致結構被破壞、失活。因此，對抗氧化劑進行納米微囊化非常有必要。這有利于改善抗氧化劑結構和功能的穩(wěn)定性，提高機體對抗氧化劑的生物利用率，從而促進機體對抗氧化劑的消化吸收。

4 結語

隨著社會和經(jīng)濟的發(fā)展，人們對于食品品質(zhì)的要求越來越高。人們在要求食品安全可靠的同時希望得到品質(zhì)好、口味佳，有益活性成分含量高，易于消化吸收的食物。由于生物活性納米微囊具有許多不可替代的優(yōu)點，如可控緩釋，增加生物相容性以及提高生物活性物質(zhì)的結構穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，從而提高機體對生物活性的生物利用率，促進機體對其的消化吸收等。因此生物活性納米微囊被廣泛應用于食品領域，它在食品制備、包裝等方面的作用越來越顯著，提高了人們的生活質(zhì)量，同時給國家和社會創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。生物活性納米微囊的制備、修飾與應用研究也成為目前的研究熱點。目前，生物活性納米微囊已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但是其基礎研究還不成熟，例如納米微囊的制備方法仍然存在一些缺點，反應體系傳熱效率低，導致納米微囊的包埋量少，納米微囊形態(tài)不均一，單分散性較差，尺寸分布較廣，限制了納米微囊在食品領域的應用。這些問題需要人們進一步研究。

參考文獻：

[1]石燕，李如一，王 輝，等.月見草油微膠囊的制備及微觀結構分析[J].食品科學，2014，35（21）：5-9.

[2] Li-Chan ECY. Bioactive peptides and protein hydrolysates： research trends and challenges for application as nutraceuticals and functional food ingredient[J]. Curr Opin Food Sci，2015（1）：28-37.