大豆分離蛋白/可溶性大豆多糖作為生物活性物質(zhì)包埋載體的研究進(jìn)展

陳敬鑫 劉族昕 呂靜祎 朱丹實(shí) 劉 賀 勵(lì)建榮 米紅波 葛永紅

(渤海大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院1，錦州 121013)(生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工及安全控制技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心2，錦州 121013)

葛永紅，男，1979年出生，教授，果蔬加工及貯藏工程

大豆是我國重要的油料作物，而豆粕是豆油工業(yè)生產(chǎn)中的主要副產(chǎn)物[1]。作為豆粕下流的工業(yè)產(chǎn)品，大豆分離蛋白(soy protein isolate，SPI)是一種具有較高營養(yǎng)價(jià)值的植物蛋白，具有乳化性、凝膠性等功能特性，在食品工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用[2]。由于大豆蛋白中具有大量的帶電和疏水性氨基酸殘基，可通過疏水相互作用與疏水性生物活性小分子結(jié)合，作為其微膠囊制備的壁材[3]。另外，可通過靜電作用或美拉德反應(yīng)與蛋白質(zhì)、脂肪、多糖等其他天然高分子結(jié)合形成非共價(jià)或共價(jià)復(fù)合物，有效地提高大豆蛋白的穩(wěn)定性、功能特性和遞送特性[4-6]。

可溶性大豆多糖(soluble soy polysaccharide，SSPS)是從大豆蛋白分離副產(chǎn)物中提取的一種天然陰離子酸性多糖。除具有膳食纖維所具有的功能特性外，SSPS還有許多其他優(yōu)越特性，如乳化穩(wěn)定性、分散穩(wěn)定性、高溶解性、抗黏結(jié)性、抗氧化性、發(fā)泡穩(wěn)定性、高溫穩(wěn)定性、成膜性等[7]，使其具有成為微膠囊壁材的潛力。

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)基于SPI和SSPS的微膠囊制備進(jìn)行了大量研究，其在提高生物活性物質(zhì)的水溶性、生物利用率和穩(wěn)定性等方面效果顯著。本文綜述了SPI和SSPS的結(jié)構(gòu)功能特性、基于SPI和SSPS的微膠囊制備及其對(duì)生物活性物質(zhì)水溶性、穩(wěn)定性和生物利用率等的影響，為相關(guān)科技及企業(yè)工作者提供參考。

1 SPI和SSPS的組成及功能特性

1.1 SPI的基本組成及功能特性

大豆蛋白主要包括40%的大豆球蛋白和30%的β-伴球蛋白，其中大豆球蛋白的沉降系數(shù)為11S，β-伴球蛋白的沉降系數(shù)為7S。除了β-伴球蛋白以外，還有兩種沉降系數(shù)為7S的球蛋白，即γ-伴球蛋白和堿性7S球蛋白[8]。SPI是以豆粕為原料利用堿溶酸沉的方法提取，再經(jīng)過深加工處理得到蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)在90%以上的大豆蛋白[9]。

SPI具有高電荷性，且其分子中含有親水和疏水基團(tuán)，這使其在油滴周圍可形成有屏障作用的膜以進(jìn)一步形成乳液[10,11]。研究表明，SPI的疏水性殘基可被吸附在疏水性基材上以降低其疏水性，而親水性殘基可被吸附在親水性基材上以降低親水性[12,13]。SPI的強(qiáng)乳化性能夠更好地穩(wěn)定芯材，有利于提高微膠囊化的效率和產(chǎn)率。

SPI分散于水中可形成具有流動(dòng)性的溶膠體，這種溶膠體在一定條件下能轉(zhuǎn)變?yōu)槟z[14]。該凝膠是水分散于蛋白質(zhì)中的分散體系，具有高黏度、可塑性和彈性，其形成過程首先是巰基、疏水基團(tuán)等功能基團(tuán)的逐漸暴露，隨后通過疏水作用、靜電作用、氫鍵或二硫鍵形成聚集體，并在蛋白質(zhì)濃度足夠高的情況下進(jìn)一步形成凝膠[15]。蛋白質(zhì)在熱凝膠形成過程中產(chǎn)生了結(jié)構(gòu)變化，其官能團(tuán)的變性以及暴露程度會(huì)影響凝膠的形成[16]。

1.2 SSPS的基本組成及功能特性

SSPS是一種以半乳糖醛酸和鼠李糖半乳糖醛酸聚糖為主要骨架，阿拉伯聚糖和半乳聚糖為分支的酸性多糖，其半乳糖醛酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20%。SSPS還包含1.2%～8.2%的蛋白質(zhì)部分，其分子質(zhì)量約為50 ku，與碳水化合物主鏈共價(jià)結(jié)合[17,18]。SSPS的蛋白質(zhì)部分含有一些帶正電荷的氨基酸殘基，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于帶負(fù)電的半乳糖醛酸的數(shù)量，故SSPS在pH 2～pH 12范圍內(nèi)均帶負(fù)電荷。由此，SSPS的結(jié)構(gòu)特性賦予其表面活性能力，具有良好的乳化性、分散性和穩(wěn)定性，可使水包油(O/W)乳液的水相和油相均勻分布，形成穩(wěn)定的油-水界面[19-21]。

SSPS分子鏈上的半乳糖醛酸帶有負(fù)電荷，可吸附在蛋白分子上起到穩(wěn)定蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的作用。SSPS分子質(zhì)量在5 × 103～1 × 106之間，支鏈多，且鏈很長，形成了一種類似刷子的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)Φ鞍追肿有纬梢欢ǖ淖韪糇饔肹22]。在pH 3.8～pH 4.2的酸性條件下，SSPS可有效阻止蛋白質(zhì)顆粒的凝集，且不會(huì)增加溶液的黏度，這一性質(zhì)既有利于提高蛋白基微膠囊的穩(wěn)定性，也使SSPS具有一定的成膜性，可以作為微膠囊的壁材使用[23]。

研究表明，由α-阿拉伯聚糖和β-半乳糖組成的中性糖鏈在SSPS乳化性能中發(fā)揮重要作用[24]。如果用鼠李半乳糖醛酸酶水解掉聚半乳糖主鏈后，SSPS的乳化能力變化甚微；但如果用阿拉伯糖苷酶或乳糖苷酶水解掉阿拉伯聚糖和半乳糖側(cè)鏈后，其乳化能力顯著降低，這是由于其選擇性酶解導(dǎo)致中性糖鏈(阿拉伯糖鏈和半乳糖鏈)丟失，吸附層厚度減小，對(duì)油滴間的空間排斥產(chǎn)生不利影響，從而影響了SSPS的乳化性能[25]。

目前，作為飲料的穩(wěn)定劑，SSPS可有效防止含蛋白酸乳飲料的蛋白質(zhì)聚集和沉淀現(xiàn)象，使酸性飲料口感清爽、黏度適中，最大程度地保留了其原有風(fēng)味[20,26]。作為香精和色素的載體，SSPS被廣泛應(yīng)用于香料、植物油脂等的乳化，且添加量較少，是阿拉伯膠、黃原膠和變性淀粉等乳化劑的有效替代品[27]。此外，SSPS具有一定的抗氧化能力，能有效抑制或延緩亞油酸的氧化，尤其是低分子質(zhì)量SSPS[28,29]。

2 以SPI/SSPS為壁材的微膠囊制備方法

SPI和SSPS均可通過疏水作用與疏水性物質(zhì)或表面帶有疏水性團(tuán)簇的親水性物質(zhì)相互作用形成納米復(fù)合物，因此疏水相互作用驅(qū)動(dòng)的絡(luò)合作用是SPI或SSPS結(jié)合生物活性物質(zhì)的主要機(jī)制[10,11,20,30]。目前，以SPI和SSPS為壁材的微膠囊制備方法主要有自組裝法、復(fù)凝聚法、脫溶劑法和乳化法等。

2.1 自組裝法

自組裝是利用兩親性聚合物制備微膠囊的方法之一，是制備具有可控納米結(jié)構(gòu)材料的重要途徑之一[31]。兩親性聚合物分子在水中可通過疏水作用發(fā)生分子內(nèi)和/或分子間的結(jié)合，以使界面自由能最小化，自發(fā)形成自聚集體[32,33]。此方法可制備出具有獨(dú)特性質(zhì)的納米粒子，也是在溫和條件下制備單分散納米顆粒的最佳方法[34,35]。

SPI的疏水側(cè)鏈堆積可形成SPI分子的疏水內(nèi)核以維持蛋白質(zhì)折疊的穩(wěn)定，而極性側(cè)鏈多暴露在表面與水分子相互作用。SPI分子的自組裝主要依靠非共價(jià)鍵(如氫鍵、疏水作用、靜電作用等)的相互作用，其疏水側(cè)鏈相互作用是自組裝聚合過程中的最關(guān)鍵因素[36]。對(duì)于SSPS來說，與其主鏈共價(jià)結(jié)合的50 ku蛋白部分提供了疏水結(jié)合位點(diǎn)，因此，SSPS發(fā)生自組裝的關(guān)鍵在于，乙醇處理可使SSPS結(jié)構(gòu)展開以暴露其蛋白部分，以使其內(nèi)部多肽與生物活性小分子之間發(fā)生疏水相互作用[19,37]。

Chen等[3,38]基于分子自組裝制備了以SPI為壁材的微膠囊。該方法首先將SPI溶液(50 mg/mL)充分水化后，按照體積比1∶50逐滴加入姜黃素-乙醇溶液(4.5 mg/mL)，然后磁力攪拌8 h即可制得平均粒徑為74 nm的大豆分離蛋白-姜黃素(soy protein isolate-curcumin complex，SPI-CUR)納米微膠囊[3]。此外，絡(luò)合前使用200 W、25 kHz超聲波處理可使SPI的疏水結(jié)合位點(diǎn)增加，其微膠囊的荷載量從103.9 μg/mg提高至144.5 μg/mg；而絡(luò)合后的超聲波處理則會(huì)破壞姜黃素分子與蛋白質(zhì)之間的非共價(jià)相互作用，使微膠囊結(jié)構(gòu)解體，使得微膠囊的荷載量降低至16.8 μg/mg[38]。

Pan等[37]制備出可溶性大豆多糖-姜黃素(SSPS-CUR)微膠囊。該方法將水化后的2%SSPS溶液調(diào)節(jié)至pH 12.0，使SSPS分子發(fā)生解離，且將姜黃素晶體溶于SSPS分散體系中(終質(zhì)量濃度為0.4 mg/mL)，磁力攪拌30 min以使姜黃素與SSPS的多肽部分發(fā)生疏水相互作用以充分絡(luò)合，然后將pH調(diào)到7.0，使姜黃素逐漸質(zhì)子化失去其溶解性，并與SSPS發(fā)生聚集，從而制備出SSPS-CUR微膠囊。

2.2 復(fù)凝聚法

復(fù)凝聚法是將兩種帶相反電荷的聚合物水溶液混合的方法，在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[39-41]。研究表明，帶負(fù)電荷的海藻酸鈉與帶正電荷的殼聚糖的混合有助于解決微膠囊制備過程中的藥物浸出問題[42,43]。由此，蛋白質(zhì)-多糖相互結(jié)合作用在包埋和遞送生物活性成分方面有廣泛的研究[44]。在SPI和SSPS混合溶液中，可通過調(diào)整SPI與SSPS本身特性、溶液組成和環(huán)境條件來形成一個(gè)單相或兩相體系。在SPI和SSPS帶有相反電荷的條件下，靜電相互作用可促進(jìn)可溶性復(fù)合物的形成、凝聚或沉淀[45]。SPI-SSPS納米復(fù)合物已被證實(shí)可用于疏水生物活性物質(zhì)的包埋壁材和水包油乳液的有效穩(wěn)定劑[46,47]。

圖1 復(fù)凝聚法制備SPI/SSPS微膠囊示意圖[48]

如圖1所示，Chen等[48]將SSPS水溶液與SPI-CUR微膠囊溶液混合，將pH從7.0調(diào)整到4.0，即形成緊密的核-殼復(fù)合結(jié)構(gòu)，制備成粒徑約為300 nm的SPI-CUR-SSPS微膠囊。當(dāng)pH 7.0時(shí)，SPI與SSPS均帶負(fù)電，此時(shí)SSPS僅通過弱相互作用對(duì)SPI-CUR復(fù)合物進(jìn)行包埋。當(dāng)pH調(diào)整到4.0時(shí)，SPI帶正電荷，而SSPS帶負(fù)電荷，即兩顆粒間可發(fā)生靜電相互作用，使其微膠囊結(jié)構(gòu)更加緊密。結(jié)果顯示，pH為7.0時(shí)，SPI-CUR-SSPS微膠囊的荷載率為93.1%，而調(diào)整pH至4.0時(shí)其荷載率則達(dá)到了96%。

Ding等[49]制備了大豆酸溶蛋白-SSPS-葉酸微膠囊，首先將大豆酸溶蛋白和SSPS水溶液混合后，將pH調(diào)整為4.0，攪拌3 h后進(jìn)行均質(zhì)以破壞大豆蛋白的聚集體；然后立即在90 ℃下加熱1 h誘導(dǎo)大豆蛋白變性并進(jìn)行固定，即可將最初形成的大豆酸溶蛋白-葉酸復(fù)合物復(fù)合物轉(zhuǎn)化為一種具有SSPS包被表面的大小約為170 nm的微膠囊顆粒。該方法所制備的微膠囊納米顆粒能夠有效避免酸性條件下葉酸因光、熱和氧而導(dǎo)致的降解作用。

2.3 脫溶劑法

在脫溶劑法中，電荷的變化或脫溶劑(如乙醇或丙酮)的加入均可使水溶液中蛋白質(zhì)和多糖逐漸脫水，強(qiáng)化其分子間相互作用而發(fā)生脫溶作用[50]。在特定情況下，添加相應(yīng)的交聯(lián)劑(如乙二醛、戊二醛等)可使脫溶劑法所制得的納米顆粒更加致密和完整[51]。

Teng等[52]以乙醇為脫溶劑，戊二醛為交聯(lián)劑，成功制備了粒徑為200～290 nm的SPI納米粒子(圖2)。在該方法中，大于80%的乙醇濃度(終濃度)和充分的共價(jià)交聯(lián)是形成其納米顆粒并使其固化的必備條件，其所制備的納米顆粒具有光滑的球形結(jié)構(gòu)，具有良好的應(yīng)用前景。

圖2 脫溶劑法制備SPI納米粒示意圖[52]

Surabhi等[53]將環(huán)丙沙星加到pH 11的SPI水溶液中分散平衡1 h后，逐滴加入至乙醇中攪拌2 h得到SPI-環(huán)丙沙星微膠囊。該方法可通過調(diào)整溶劑/非溶劑比和溫度來改變納米顆粒的粒徑，例如，溶劑/非溶劑比為1∶10時(shí)其納米顆粒粒徑為220～330 nm，而1∶30時(shí)為60～87 nm；30 ℃時(shí)其納米顆粒粒徑為200 nm左右，而70 ℃為700 nm左右。此外，加入交聯(lián)劑乙二醛有利于強(qiáng)化顆粒間和顆粒內(nèi)的相互作用，進(jìn)而形成穩(wěn)定的納米聚集體。

Chen等[19]研究了pH 7.0和pH 4.0條件下SSPS-CUR微膠囊的制備(圖3)。首先將水化過夜后的SSPS溶液(5.0 mg/mL)逐滴加入無水乙醇至35%，然后將pH值調(diào)整為7.0或4.0后持續(xù)攪拌20 min；再按照1∶150比例將姜黃素-乙醇溶液(1.0 mg/mL)逐滴加入(此時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確調(diào)整乙醇濃度至40%)至溶液中，室溫?cái)嚢? h即可制備得到SSPS-CUR復(fù)合物[19]。在該方法中，經(jīng)乙醇預(yù)處理的SSPS結(jié)構(gòu)展開，能夠使其蛋白部分更好地與姜黃素發(fā)生疏水相互作用，此絡(luò)合作用對(duì)SSPS-CUR復(fù)合物的形成具有重要作用[19]。值得注意的是，pH 7.0和pH 4.0條件下制備的SSPS-CUR微膠囊的荷載量分別為3.14、4.49 μg/mg，這種差異性可能由于pH 4.0時(shí)SSPS的蛋白部分所帶的正電荷與多糖鏈所帶的負(fù)電荷發(fā)生了靜電相互作用，從而使納米顆粒結(jié)構(gòu)更為緊密，使得pH 4.0條件下形成的SSPS-CUR復(fù)合物比pH 7.0時(shí)具有更好的穩(wěn)定性和生物利用率。

圖3 脫溶劑法制備SSPS-CUR微膠囊示意圖[19]

2.4 乳化法

乳化是一種液-液界面現(xiàn)象，即在劇烈機(jī)械攪拌和表面活性劑作用下，使兩種互不相溶的液體形成亞穩(wěn)態(tài)分散體系的過程[54]。乳化液是針對(duì)于兩種互不相溶的液體(如水和油)，其中一種液體分散于另一種液體的亞穩(wěn)態(tài)體系，大致可分為水包油(O/W)和油包水(W/O)兩種類型[54,55]。對(duì)于基于蛋白和多糖的微膠囊制備來說，通常首先將蛋白質(zhì)或多糖溶于水或其他溶劑中，然后采用均質(zhì)或超聲波等方式將油相(如亞油酸、植物精油等)分散于該水相中以形成O/W乳化體系，最后通過真空冷凍干燥或噴霧干燥等技術(shù)得到其微膠囊產(chǎn)品[51]。

Minemoto等[29]采用乳化法制備了SSPS-亞油酸微膠囊，該方法首先將SSPS進(jìn)行水化，然后按照一定比例(10∶1、5∶1、2∶1、1∶1)加入亞油酸，充分均質(zhì)后進(jìn)行噴霧干燥，結(jié)果表明，當(dāng)SSPS與亞油酸比例大于或等于2∶1時(shí)，可有效提高亞油酸的氧化穩(wěn)定性。Wu等[56]將SSPS于丙二醇水溶液(1∶2)中室溫水化過夜后，向該體系中添加百里香精油至1%，并以15 000 r/min的速度均質(zhì)3 min，即可制備成粒徑約300 nm的SSPS-百里香精油納米乳液。該結(jié)果表明，SSPS是一種可行的高分子表面活性劑，可以制備具有良好物理和抗菌性能的精油乳液。Bhushani等[57]向水化過夜后的SPI溶液(4%)中加入含有兒茶素的葵花籽油，通過高壓均質(zhì)成功制備了較為穩(wěn)定的SPI納米乳液(粒徑244～268 nm)，所制備的納米乳液具有良好的貯存穩(wěn)定性，對(duì)乳狀液分層、相分離和液滴大小的變化有很好的抑制作用。Lee等[58]于pH 12.0或pH 2.0條件下對(duì)SPI進(jìn)行20 kHz超聲處理，隨后將其pH調(diào)整至7.0并加入維生素D3(溶解于菜籽油中)，制備了一種粒徑為70～117 nm的SPI-維生素D3納米乳液，所得納米乳液可很好地使油相中維生素D3免受紫外線照射氧化，且具有良好的貯存穩(wěn)定性。

3 SPI/SSPS包埋對(duì)生物活性物質(zhì)的影響

3.1 SPI/SSPS作為包埋載體對(duì)生物活性物質(zhì)水溶性的影響

以姜黃素為代表的生物活性物質(zhì)因其疏水性而表現(xiàn)出較低的水溶性，限制了其在食品體系中的應(yīng)用，而基于SPI/SSPS的包埋載體可有效改善疏水性生物活性物質(zhì)的水溶性。Tapal等[59]制備了荷載量為0.892 μg/mg的SPI-CUR復(fù)合物，按1%將微膠囊溶解于水中時(shí)，姜黃素在水溶液中的溶解度由原來的11 μg/L(純姜黃素)提高至8.92 mg/L，增加了約810倍[60]。而Chen等[38]所制備的SPI-CUR納米復(fù)合物中姜黃素的含量可達(dá)1.743 μg/mg，其在同樣1%的水溶液中時(shí)姜黃素的溶解度為17.43 mg/L，約為原姜黃素溶解度的1.58 × 103倍，這可能是由于制備過程中姜黃素用量的增加使更多姜黃素結(jié)合在SPI的疏水位點(diǎn)上，提高了SPI-CUR的荷載量，從而進(jìn)一步提高了其在水中的溶解度。同樣，Zhang等[61]將水解后的SPI熱失活并離心，經(jīng)150 W、20 kHz超聲處理后包埋姜黃素，制備了荷載量12.96 μg/mg的SPI-CUR微膠囊，可將姜黃素在水中的溶解度提高至129.6 mg/L，比純姜黃素高1.1×104倍以上。Chen等[3]嘗試在微膠囊制備時(shí)將姜黃素濃度提高至1.35 mg/mL(終濃度)，可得到荷載量為31 μg/mg的SPI-CUR微膠囊，此時(shí)姜黃素的溶解度較原姜黃素可提高9.8×104倍以上?？梢姡ㄟ^疏水相互作用與生物活性物質(zhì)結(jié)合后，SPI本身存在的大量親水基團(tuán)可使包埋后的微膠囊能夠更好地溶解于水中，提高其芯材的溶解度[3]。Pujara等[62]研究表明，大豆分離蛋白-白藜蘆醇復(fù)合物(SPI-RES)可使白藜蘆醇的溶解度提高至106.4 mg/L，比純白藜蘆醇(46.7 mg/L)高2.3倍。

同樣，SSPS有良好的水溶性，與SSPS形成復(fù)合物也可有效提高疏水性生物活性物質(zhì)的水溶性。研究表明，1%SSPS-CUR復(fù)合物(pH 4.0條件下制備所得)的水溶液中姜黃素含量可達(dá)到27.9 mg/L，為姜黃素溶解度的2.5×103倍[19]。由于SSPS與姜黃素的絡(luò)合主要依賴于SSPS的蛋白部分，故SSPS-CUR荷載量(4.49 μg/mg)遠(yuǎn)低于SPI-CUR復(fù)合物(144.5 μg/mg)，使得SSPS對(duì)于姜黃素水溶性的提高效果明顯低于SPI。

3.2 SPI/SSPS作為包埋載體對(duì)生物活性物質(zhì)穩(wěn)定性的影響

SPI/SSPS包埋不僅可提高生物活性物質(zhì)的溶解性，還能提高其穩(wěn)定性，這些特性對(duì)于開發(fā)功能性食品至關(guān)重要。Chen等[38]報(bào)道，在25 ℃下30 min后，姜黃素的降解率達(dá)到77%；26 h時(shí)，其降解率達(dá)到91.3%。然而，同樣條件下放置4 h后，SPI-CUR納米復(fù)合物中姜黃素的降解率僅為15%(而游離姜黃素為88%)；26 h時(shí)，其降解率為40%。另外，經(jīng)過超聲預(yù)處理的SPI-CUR復(fù)合物穩(wěn)定性更佳，其在25 ℃放置26 h時(shí)其姜黃素降解率僅為11%。在85 ℃的溫度下儲(chǔ)存6 h后，純姜黃素的降解率達(dá)到96%，SPI-CUR復(fù)合物中姜黃素降解率為82%，而經(jīng)超聲預(yù)處理所得SPI-CUR復(fù)合物中姜黃素的降解率為71%。這里CUR降解率的下降主要是由于SPI與CUR通過疏水相互作用形成了相對(duì)緊密的結(jié)構(gòu)，從而可減緩?fù)饨绮焕蛩?如光、熱)對(duì)CUR的影響[38]。

Chen等[19]同樣研究了SSPS-CUR的熱穩(wěn)定性，在80 ℃條件下加熱2.5 h后，pH 7.0條件下制備的SSPS-CUR絡(luò)合物可使姜黃素(pH 7.0)的保留率由2%提高至10%；而pH 4.0條件下制備的SSPS-CUR絡(luò)合物可使姜黃素(pH 4.0)的保留率由64%提高至80%。值得注意的是，SSPS-CUR的熱穩(wěn)定性較SPI-CUR差。經(jīng)85 ℃加熱3 h后，pH 7.0條件下制備的SPI-CUR絡(luò)合物中姜黃素的保留率仍有35%～45%，這種差異可能是由于SPI和SSPS中姜黃素結(jié)合位點(diǎn)的微環(huán)境極性不同而造成的。Pan等[37]也對(duì)SSPS-CUR納米顆粒的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，在pH值為2.0～7.0的條件下，95 ℃下加熱1 min后，去離子水稀釋60倍后SSPS-CUR溶液濁度變化不明顯，沒有明顯沉淀。加熱后pH 2.0和pH 3.0時(shí)流體力學(xué)直徑(Dh)顯著增加，可能是由于羧基在pKa 3.5附近的酸度處的靜電作用減弱而引起的輕微聚集；pH 4.0～7.0時(shí)，Dh變化不顯著，進(jìn)一步表明SSPS-CUR納米顆粒在較寬pH范圍內(nèi)具有較好的物理穩(wěn)定性。另外，pH 2.0～7.0時(shí)，溶液的吸光度和色差在加熱前后也無顯著變化，這表明SSPS-CUR納米顆粒具有較好的穩(wěn)定性，具有應(yīng)用于功能性飲料中的潛力。SPI/SSPS包埋可減弱氧和光對(duì)芯材的氧化作用。Lee等[58]研究了紫外輻射條件下蒸餾水、SPI納米復(fù)合物、SPI納米乳液中維生素D3的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，紫外線照射180 min后，蒸餾水中維生素D3保留率僅為5.2%，而納米復(fù)合物與納米乳液顯著提高了維生素D3的保留率，分別為70.7%和73.5%。在這種情況下，紫外線需要穿透SPI才能對(duì)維生素D3進(jìn)行誘導(dǎo)氧化作用，且SPI中芳香羥基和雙鍵可吸收紫外線，從而降低紫外線強(qiáng)度以保護(hù)納米復(fù)合物或納米顆粒中維生素D3[63]。

在37 ℃、相對(duì)濕度12%的黑暗條件下貯存SSPS-亞油酸微膠囊30 d的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，SSPS-亞油酸微膠囊中約40%的亞油酸被氧化，而通過乙醇沉淀法制備的低分子質(zhì)量SSPS對(duì)亞油酸的氧化具有更好的抑制作用，同樣條件下其微膠囊中僅約20%的亞油酸被氧化[28]。

角黃素是一種橙紅色的類酮類胡蘿卜素，具有很強(qiáng)的抗氧化活性。通常，角黃素在光照和黑暗條件下分別放置63 d和112 d后即全部降解[64]。Hojjati等[64]以SSPS為壁材對(duì)角黃素進(jìn)行了微囊化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，存放112 d后微膠囊中角黃素的總保留率在黑暗條件下為63%～75%，在光照條件下為44%～57%，這表明，SSPS微膠囊化可有效保護(hù)角黃素免受氧和光的氧化作用以提高其貯藏穩(wěn)定性。

3.3 SPI/SSPS作為包埋載體對(duì)生物活性物質(zhì)生物利用率的影響

食品營養(yǎng)素和功能成分需要突破人體消化道屏障作用才能進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，而包埋技術(shù)為疏水性生物活性物質(zhì)的靶向吸收提供了一種有效的技術(shù)途徑[65]。SPI的包埋不僅可增加營養(yǎng)素的穩(wěn)定性，而且可將其遞送到達(dá)機(jī)體中更合適的釋放靶點(diǎn)，提高其生物利用率。在中性和堿性pH下，姜黃素在30 min內(nèi)即可降解90%以上[66]。Tapal等[59]的實(shí)驗(yàn)表明，在水、模擬胃液和腸液環(huán)境存留12 h后中，SPI-CUR復(fù)合物中仍有超過80%的姜黃素具有活性，這說明姜黃素與SPI的結(jié)合不僅有助于提高其溶解性，并且可延緩其快速降解，為其腸道吸收或全身循環(huán)提供足夠的時(shí)間。

人體臨床實(shí)驗(yàn)表明，口服時(shí)姜黃素在腸道中的吸收很差，75%姜黃素從糞便中排出，這是由于姜黃素為疏水性物質(zhì)，無法被人體有效吸收利用[66]。Zhang等[61]的實(shí)驗(yàn)表明，在胃消化中SPI-CUR微膠囊中姜黃素被轉(zhuǎn)移到水相中的比率即生物利用率為13%～15%，遠(yuǎn)大于游離姜黃素(3%)；而在腸道消化中，微膠囊中姜黃素的生物利用率可提高至65%，為游離姜黃素的3.6倍；當(dāng)進(jìn)一步考慮到消化過程中姜黃素的降解時(shí)，SPI-CUR復(fù)合物中姜黃素在胃腸道中的生物利用率高達(dá)75%。

同樣，Chen等[19]的體外模擬胃腸消化(模擬胃消化60 min + 模擬腸道消化120 min)中以姜黃素轉(zhuǎn)移到水相中的比例來衡量姜黃素的生物利用率。在pH 7.0和pH 4.0條件下游離姜黃素在胃腸道中的生物利用率分別為24.8%和34.8%；而在pH 7.0和pH 4.0條件下制備所得SSPS-CUR復(fù)合物中姜黃素的生物利用率分別高達(dá)76.8%和82.8%，表明在pH 7.0和pH 4.0條件下制備的SSPS-CUR微膠囊均能顯著提高CUR的生物利用率，此結(jié)果與其前期研究結(jié)果(SPI-CUR中姜黃素的生物利用率為85%)相似。因此，SPI-CUR或SSPS-CUR復(fù)合物對(duì)于CUR水溶性的提高有助于將其轉(zhuǎn)移到水相中，提高了CUR在人體中的吸收效率[19,61]。

白藜蘆醇具有一定的抗氧化、抗炎、保護(hù)心臟和抗癌活性，但其水溶性也較差。在Pujara等[62]的研究中發(fā)現(xiàn)，在pH 1.2模擬胃環(huán)境條件下2 h時(shí)，白藜蘆醇釋放率為16.2%；在pH 7.4模擬腸道環(huán)境條件下24 h時(shí)，其釋放率為36.9%。在表面活性劑存在的情況下，純白藜蘆醇累計(jì)釋放率也僅可達(dá)到50%左右。然而，對(duì)于SPI-RES復(fù)合物來說，pH 1.2處理2 h時(shí)，白藜蘆醇的釋放率為59.9%；pH 7.4處理24 h時(shí)，白藜蘆醇進(jìn)一步釋放了29.2%，即累計(jì)釋放率可達(dá)到89.1%，故在消化吸收過程中表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性。

3.4 SPI/SSPS復(fù)合物作為包埋載體對(duì)生物活性物質(zhì)的影響

SSPS可有效提高蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，以防止凝聚和相分離[67]，故SSPS可作為蛋白質(zhì)的穩(wěn)定劑，用于提高其微膠囊的性能。Tran等[67]研究發(fā)現(xiàn)SPI和SSPS的相互作用本質(zhì)是靜電相互作用，兩者結(jié)合后SSPS可通過空間排斥作用來穩(wěn)定SPI。

Chen等[48]系統(tǒng)研究了在酸性(pH 4.0)或中性(pH 7.0)條件下SPI-SSPS復(fù)合凝聚層的形成及其作為姜黃素載體的潛力。在pH 7.0條件下，SPI-CUR復(fù)合物的包埋率是89.12%，而SPI-SSPS-CUR復(fù)合物的包埋率達(dá)到93.1%。冷凍干燥后，SPI-CUR復(fù)合物中姜黃素降解率約為30%，而SPI-SSPS-CUR復(fù)合物中姜黃素?fù)p失僅有5.5%。采用體外胃腸道消化模型評(píng)估了不同復(fù)合物中姜黃素的生物利用率，結(jié)果表明SSPS涂層對(duì)SPI-CUR復(fù)合物的生物利用率沒有影響，其生物利用率均為60%左右。降解動(dòng)力學(xué)研究表明，80 ℃條件下，隨著加熱時(shí)間的延長，復(fù)合物中均呈現(xiàn)出所包埋姜黃素的指數(shù)衰減行為；加熱至3 h時(shí)，SPI-CUR復(fù)合物中姜黃素的降解率為65%，而SPI-SSPS-CUR復(fù)合物中姜黃素的損失率僅為44%，表明由SPI-SSPS形成的核-殼復(fù)合物結(jié)構(gòu)有利于進(jìn)一步提高姜黃素的熱穩(wěn)定性?？梢姡cSPI或SSPS單獨(dú)作為壁材相比，核-殼結(jié)構(gòu)的靜電相互作用使微膠囊結(jié)構(gòu)更加緊密，使芯材獲得了更好的穩(wěn)定性[67]。

SPI-SSPS復(fù)合納米粒子也具有較高的pH穩(wěn)定性。馮紀(jì)璐等[68]研究表明，在pH 2～10范圍內(nèi)，SPI-SSPS納米粒子未出現(xiàn)二次聚集，并且粒徑穩(wěn)定在140～155 nm之間，這與納米凝膠核內(nèi)交聯(lián)的SPI和外層SSPS空間位阻效應(yīng)及靜電排斥作用有關(guān)。SPI-SSPS納米粒子在0～200 mmol/L NaCl溶液中粒徑?jīng)]有明顯變化，說明其在不同離子強(qiáng)度下也具有較好的穩(wěn)定性。另外，SPI-SSPS納米凝膠在4 ℃條件下儲(chǔ)存120 d時(shí)粒徑分布基本不變，表明其具有較強(qiáng)的熱力學(xué)穩(wěn)定性，能夠長期儲(chǔ)存。

此外，Li等[69]對(duì)比了阿拉伯膠、海藻酸鈉和大豆可溶性多糖對(duì)SPI的包埋特性及其微膠囊的物理穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，三種多糖與SPI復(fù)合包埋后其微膠囊的荷載率由90.38%提高到了94.74%～96.65%，荷載量由4.97 μg/mg提高到5.21～5.32 μg/mg，其溶液的電位絕對(duì)值也由29.20 mV提高到38.00～41.50 mV，穩(wěn)定性大幅度提高。由此說明，三種多糖均可通過靜電相互作用纏繞在蛋白質(zhì)表面以形成核-殼結(jié)構(gòu)，抑制蛋白質(zhì)的聚集，并能進(jìn)一步提高絡(luò)合物的空間穩(wěn)定性，在微膠囊結(jié)構(gòu)中起到了保護(hù)的作用[70，71]。

4 小結(jié)

近年來，作為微膠囊壁材，SPI和SSPS已被證實(shí)能夠通過疏水相互作用結(jié)合生物活性物質(zhì)以有效提高疏水性生物活性物質(zhì)的水溶性、穩(wěn)定性和生物利用率，且SPI-SSPS復(fù)合形成的核-殼結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步提高其功能特性。由于SSPS中蛋白部分較少，其利用疏水相互作用結(jié)合生物活性物質(zhì)的能力有限，從而導(dǎo)致其微膠囊荷載量遠(yuǎn)低于SPI。SPI在酸性pH值條件下溶解度較低，這限制了其在酸性食品及飲料中的應(yīng)用，可采用物理、化學(xué)或酶法改性蛋白質(zhì)以提高其溶解度。在中性條件下，SSPS的熱穩(wěn)定性相對(duì)較差，相較于單獨(dú)作為微膠囊壁材，更適合與蛋白質(zhì)或其他壁材復(fù)配使用。此外，SPI和SSPS作為生物活性物質(zhì)包埋載體的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)有待進(jìn)一步研究。