以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)物質(zhì)的姜黃素傳遞體系研究進(jìn)展

舒 心，郭 擎，高彥祥

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院 中國(guó)輕工業(yè)健康飲品重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100083）

自21世紀(jì)以來(lái)，心血管疾病、癌癥、糖尿病等慢性疾病的發(fā)病率一直居高不下[1]，對(duì)人類健康造成嚴(yán)重的威脅。研究發(fā)現(xiàn)，食品中的功能性成分能通過(guò)調(diào)節(jié)機(jī)體代謝過(guò)程來(lái)預(yù)防慢性疾病的發(fā)生[2]。隨著人們健康認(rèn)識(shí)的不斷提高，功能食品開始受到廣泛關(guān)注，消費(fèi)者們對(duì)功能因子在食品領(lǐng)域的開發(fā)與應(yīng)用提出更高的要求。享有“固體黃金”美譽(yù)的姜黃素（Curcumin,CUR）是從姜科植物姜黃（Curcuma longa L.） 中提取的一種小分子多酚類物質(zhì)[3]。大量研究表明姜黃素有抗氧化[4]、抗炎癥[5]、抗癌[6]、預(yù)防老年癡呆[7]等功效。然而，姜黃素水溶性較差[8]，在光熱條件下容易發(fā)生分解[9]，在體內(nèi)的生物利用率較低[10]。這些特點(diǎn)使其作為功能因子在食品中的應(yīng)用受到很大限制。采用生物大分子物質(zhì)對(duì)姜黃素進(jìn)行包埋遞送，其水溶性、穩(wěn)定性和生物利用率得到顯著提升。以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)物質(zhì)構(gòu)建傳遞體系，更是具有無(wú)毒、可降解、生物相容性好等突出優(yōu)點(diǎn)。目前，人們雖已圍繞姜黃素傳遞體系開展了大量研究，但仍缺乏對(duì)以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)物質(zhì)的傳遞體系，從原料選擇到構(gòu)建方法再到物質(zhì)間作用機(jī)理的系統(tǒng)總結(jié)與探討。本文結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，介紹姜黃素的理化性質(zhì)，傳遞體系構(gòu)建的基礎(chǔ)蛋白質(zhì)原料、制備方法以及物質(zhì)間相互作用類型。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)歸納常見的以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)物質(zhì)的姜黃素傳遞體系類型及其應(yīng)用，旨在為新型姜黃素傳遞體系的構(gòu)建與應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

1 姜黃素的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

從草本植物姜黃根莖中提取的姜黃色素（Curcuminoids）在常溫下為橙黃色結(jié)晶粉末，略具生姜辛辣味，主要作為天然色素和調(diào)味品應(yīng)用于食品工業(yè)中[11]。商業(yè)上使用的姜黃色素主要組成為：姜黃素（77%）、脫甲氧基姜黃素（Demethoxycurcumin,17%） 和雙脫甲氧基姜黃素（Bisdemethoxycurcumin,6%）[12]。其中，姜黃素（3-甲氧基-4-羥基-苯基-1，6-庚二烯-3，5-二酮）分子式為C21H20O6，相對(duì)分子質(zhì)量為368.39，是姜黃色素最主要的活性成分，屬于β-二酮功能基團(tuán)的多酚化合物[13]。

姜黃素溶于乙醇、丙二醇，易溶于堿和冰醋酸溶液，不溶于水和乙醚[14]。姜黃素熔點(diǎn)高達(dá)183℃，具有較高的晶格能[15]。相比于無(wú)定形態(tài)，結(jié)晶態(tài)下的姜黃素在水中的溶解度更低[16]。在酸性和中性水溶液中，姜黃素主要以酮構(gòu)型存在，溶解度較低（11 ng/mL pH 5.0）[16]。而在堿性環(huán)境中（pH >12），姜黃素的構(gòu)型主要為烯醇式，羥基易發(fā)生去質(zhì)子化，水溶性有所提高[17-18]。姜黃素的酮式與烯醇式結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 姜黃素的酮式與烯醇式結(jié)構(gòu)Fig.1 Keto and enol structure of curcumin

姜黃素的穩(wěn)定性受許多環(huán)境因素的影響。例如，姜黃素在酸性環(huán)境下較為穩(wěn)定，在中性和堿性條件下可快速分解生成阿魏酸和阿魏酰甲烷等降解產(chǎn)物，然而在強(qiáng)堿性條件下（pH>11.7）其穩(wěn)定性又有所提高[19-20]。T?nnesen 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在紫外或可見光照射下，姜黃素會(huì)發(fā)生快速光解并產(chǎn)生一系列降解產(chǎn)物。在熱處理過(guò)程中，姜黃素的降解速率隨著溫度的升高而加快[22]，這可能與其不穩(wěn)定的二酮結(jié)構(gòu)有關(guān)[23]。有研究表明，姜黃素在水緩沖溶液（pH 7.2）中發(fā)生的分解是一種自氧化反應(yīng)，降解的主產(chǎn)物是二環(huán)戊二酮衍生物[24]，這說(shuō)明姜黃素自氧化機(jī)制主要是通過(guò)酚羥基脫氫形成自由基，自由基離域至共軛烯酮鏈，進(jìn)而引發(fā)姜黃素降解的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，最終形成環(huán)氧化合物[25]。抗氧化劑如抗壞血酸、沒(méi)食子酸、特丁基對(duì)苯二酚等的加入能使姜黃素的降解速率顯著放緩[26]。一些金屬（如銅、鐵、鋅等）能與姜黃素螯合，對(duì)姜黃素的穩(wěn)定性以及生物活性產(chǎn)生影響[27-28]。

目前，人們已圍繞著姜黃素的分離純化、理化性質(zhì)、生理功效等方面展開了大量研究。如何實(shí)現(xiàn)姜黃素的穩(wěn)態(tài)化遞送，使其達(dá)到期望的生物學(xué)效應(yīng)，是突破其在功能食品中的應(yīng)用局限性所亟需解決的問(wèn)題。大量研究證明，蛋白質(zhì)能與姜黃素相互作用形成復(fù)合物，姜黃素的水溶性、穩(wěn)定性與生物利用率顯著提高[29-30]。選擇合適的蛋白原料及制備方法對(duì)獲得具有理想功能特性的姜黃素傳遞體系而言尤為關(guān)鍵。

2 蛋白質(zhì)種類

許多來(lái)源于食品的蛋白質(zhì)都可以作為傳遞體系的基礎(chǔ)物質(zhì)，例如酪蛋白、乳清蛋白、明膠、大豆蛋白、玉米醇溶蛋白等（表1）。不同來(lái)源蛋白質(zhì)的氨基酸種類、數(shù)量、排列順序不同，造成蛋白質(zhì)分子質(zhì)量、分子構(gòu)象、帶電性、親疏水性、物質(zhì)間相互作用、化學(xué)反應(yīng)活性的差異。根據(jù)蛋白質(zhì)的來(lái)源，可以將其分為動(dòng)物源蛋白質(zhì)與植物源蛋白質(zhì)兩大類。

表1 常用于構(gòu)建傳遞體系的蛋白質(zhì)分子主要性質(zhì)Table 1 Main properties of protein molecules commonly used to construct delivery systems

2.1 動(dòng)物源蛋白

2.1.1 酪蛋白 酪蛋白（Casein）約占牛奶中總蛋白含量的80%，由αS1-、αS2-、β-和κ-酪蛋白4 種蛋白單體組成[39]。酪蛋白構(gòu)型較為靈活且無(wú)序，會(huì)根據(jù)環(huán)境條件的變化調(diào)整其結(jié)構(gòu)[40]。此外，由于酪蛋白二級(jí)或三級(jí)結(jié)構(gòu)的缺乏，其對(duì)熱處理的敏感性較低[41]。酪蛋白是兩親性蛋白質(zhì)，在水溶液中，酪蛋白和膠體磷酸鈣發(fā)生自組裝形成穩(wěn)定的膠體聚集物，稱為酪蛋白膠束，直徑在50～300 nm 范圍[42]。這些膠束能夠在其內(nèi)部溶解疏水性成分如姜黃素、類胡蘿卜素、油溶性維生素等，可以作為疏水性物質(zhì)的傳遞體系。酪蛋白酸鹽（Caseinate）是酸沉法獲得的酪蛋白膠束經(jīng)中和、干燥后獲得的產(chǎn)物[43]，具有良好的水溶性、乳化性、發(fā)泡性和包封性能，目前已得到了廣泛地應(yīng)用[44]。

2.1.2 乳清蛋白 乳清蛋白（Whey protein）是從牛奶中分離出的一大類球蛋白的總稱，其含量約占牛奶總蛋白的20%，主要由β-乳球蛋白 （β-Lactoglobulin）、α-乳清蛋白（α-Lactalbumin）、免疫球蛋白 （Immunoglobulins） 和血清白蛋白（Serum albumin）組成[45]。當(dāng)將乳清蛋白加熱到變性溫度（Td）以上后，球蛋白結(jié)構(gòu)趨于舒展，原先位于蛋白內(nèi)部的活性氨基酸側(cè)鏈和非極性基團(tuán)暴露，進(jìn)而能促進(jìn)蛋白與疏水活性物質(zhì)的結(jié)合。同時(shí)，蛋白之間的適度交聯(lián)聚集能形成一定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可用于姜黃素的包埋傳遞[46]，或用于提高特定結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[47-48]。需要注意的是，蛋白變性聚集的程度受環(huán)境條件（pH 值、加熱溫度、離子強(qiáng)度）以及蛋白濃度的影響，過(guò)度的聚集可能會(huì)導(dǎo)致其穩(wěn)定性下降[49]。

2.1.3 明膠 明膠（Gelatin）是從動(dòng)物（例如豬、?；螋~）膠原蛋白中提取的、應(yīng)用最廣泛的蛋白質(zhì)之一[50]。由于制備方法的不同，明膠可以分為A、B 兩種類型。A 型明膠由膠原蛋白酸水解獲得（pI 7～9），B 型明膠由膠原蛋白經(jīng)堿處理獲得 （pI 4.7～5.5）[51]。從結(jié)構(gòu)上看，明膠分子含有重復(fù)的Gly-XY 三聯(lián)序列，其中X 和Y 主要為脯氨酸和羥脯氨酸[52]。明膠在相對(duì)較高的溫度下以一種靈活的無(wú)序（隨機(jī)螺旋）狀態(tài)存在。當(dāng)溫度降低至臨界溫度以下時(shí)，明膠分子構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪龖B(tài)。當(dāng)濃度高于臨界交疊濃度時(shí)，明膠分子還能形成具有三重螺旋結(jié)構(gòu)的熱可逆型凝膠[53]。除可在食品中用作增稠劑、穩(wěn)定劑、乳化劑外，明膠分子還可通過(guò)疏水相互作用、靜電相互作用、氫鍵等非共價(jià)相互作用與疏水性小分子物質(zhì)結(jié)合[54]，形成具有一定功能特性的結(jié)構(gòu)（如凝膠、涂層等），用于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的包埋與傳遞[52，55]。

2.2 植物源蛋白

2.2.1 玉米醇溶蛋白 玉米醇溶蛋白（Zein）是一種從玉米中提取的天然混合蛋白，由α-（含量70%～85%）、β-（含量1%～5%）、γ-（含量10%～20%）和δ-（含量1%～5%）型玉米醇溶蛋白組成[56]。玉米醇溶蛋白是一種疏水性蛋白，其中含有大量的非極性氨基酸（亮氨酸、丙氨酸和脯氨酸），約占玉米醇溶蛋白中氨基酸總含量的50%[57]。玉米醇溶蛋白雖在水中溶解性較差，但可溶于乙醇-水、丙酮-水或堿性（pH>11.5）水溶液中[58]。研究表明，通過(guò)改變?nèi)軇┑某煞峙c極性，可誘導(dǎo)玉米醇溶蛋白發(fā)生從α-螺旋到β-折疊的構(gòu)象轉(zhuǎn)變，疏水相互作用將驅(qū)動(dòng)玉米醇溶蛋白分子以反平行的β-折疊形式排列形成長(zhǎng)條帶狀，長(zhǎng)條帶狀的玉米醇溶蛋白卷曲成環(huán)或線圈狀并不斷堆積、環(huán)繞、生長(zhǎng)，形成玉米醇溶蛋白顆粒（圖2）[59]。玉米醇溶蛋白的自主裝能使其形成具有不同功能特性的結(jié)構(gòu)，例如薄膜、納米顆粒、纖維和膠束等。試驗(yàn)證明，一些疏水性活性物質(zhì)，如姜黃素、槲皮素等包埋在玉米醇溶蛋白膠體顆粒中，可以提高活性物質(zhì)的穩(wěn)定性及生物利用率[60]。

圖2 玉米醇溶蛋白自組裝機(jī)理[59]Fig.2 Mechanism for zein self-assembly[59]

2.2.2 大豆分離蛋白 大豆分離蛋白（Soy protein isolate，SPI） 是由脫脂大豆粉去除大部分非蛋白質(zhì)成分、脂肪和碳水化合物而獲得的純化大豆蛋白，其蛋白質(zhì)含量在90%以上[61]。根據(jù)沉降系數(shù)的不同，SPI 又可分為2S、7S、11S 和15S 4 類[62]。在這4 種蛋白中，7S 球蛋白（β-Conglycinin）和11S球蛋白（Glycinin）占SPI 總含量的80%以上[63]。SPI除具有成本低、來(lái)源廣和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高等優(yōu)勢(shì)外，還表現(xiàn)出許多良好的功能特性。例如，在熱或酸誘導(dǎo)下，球蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，表面疏水性增加，進(jìn)而表現(xiàn)出高度的聚集性和良好的膠凝性[38，64]。經(jīng)改性處理后的SPI 具有良好的乳化性能[38，65-66]。SPI 顆粒還能與白藜蘆醇[67]、姜黃素[68]、β-胡蘿卜素[69]等疏水性功能因子復(fù)合，以提高其在水中的溶解度、穩(wěn)定性以及生物利用率。

3 傳遞體系的構(gòu)建方法

3.1 自上而下法

工業(yè)中廣泛應(yīng)用的自上而下法是通過(guò)研磨、粉碎、均質(zhì)等方式來(lái)減小大顆粒（固體或液體）尺寸的一系列制備方法的總稱。這些方法主要依靠設(shè)備對(duì)物質(zhì)以及物質(zhì)和物質(zhì)間的強(qiáng)烈剪切、撞擊、擠壓作用使顆粒破碎。常見的自上而下法包括高壓均質(zhì)、微射流、研磨法、超聲法等（圖3）[70]。

圖3 傳遞體系制備常用方法（自上而下）[70]Fig.3 Comnon methods for preparation of delivery systems （top-down）[70]

3.1.1 高壓均質(zhì)法 高壓均質(zhì)是制備乳液時(shí)常用的一種方法。均質(zhì)過(guò)程中，物料在高壓下通過(guò)均質(zhì)閥并以極高流速噴出，撞擊碰撞環(huán)。高壓產(chǎn)生的強(qiáng)烈剪切、撞擊、空穴作用使物料達(dá)到細(xì)化和均質(zhì)的效果。Silva 等[71]以乳清分離蛋白為乳化劑，中鏈甘油三酯（Medium chain triglycerides，MCT）作為溶解姜黃素的油相，采用高壓均質(zhì)法制備了包埋有姜黃素的O/W 型納米乳液。與游離姜黃素相比，納米乳液傳遞體系中姜黃素在Caco-2 細(xì)胞中的抗氧化活性提高了8.5 倍。高壓均質(zhì)后獲得的液滴性質(zhì)受均質(zhì)條件（均質(zhì)壓力、均質(zhì)次數(shù)）、油水界面張力、乳化劑類型、濃度等因素的影響。Ma 等[72]采用高壓均質(zhì)法，以不同油相（MCT、菜籽油和亞麻籽油）和不同乳化劑（吐溫-80、卵磷脂、乳清分離蛋白和阿拉伯膠）制備負(fù)載姜黃素的納米乳液，探究乳化劑類型、乳化劑濃度、油相類型、姜黃素溶解方法（加熱、超聲、微波處理）對(duì)乳液理化性質(zhì)（姜黃素含量、粒徑、電位、物理穩(wěn)定性）和貯存穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，經(jīng)超聲處理后姜黃素在MCT 中溶解度最高，采用MCT 和吐溫-80 制備的姜黃素納米乳液穩(wěn)定性最好。

3.1.2 微射流法 微射流法是指將預(yù)形成的粗乳液經(jīng)高壓裝置泵入均質(zhì)器的兩個(gè)狹窄通道中，兩股流體以高速相互碰撞，產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流、應(yīng)力、剪切、空穴作用，形成細(xì)化乳液的均質(zhì)方法。采用微射流技術(shù)可以制備出粒徑小、穩(wěn)定性好的顆粒，在姜黃素傳遞體系應(yīng)用中有巨大的潛力。Wei 等[73]以玉米醇溶蛋白（Zein）和海藻酸丙二醇酯（PGA）為基礎(chǔ)物質(zhì)，采用熱處理-高壓微射流-溶劑蒸發(fā)法制備了負(fù)載有姜黃素的二元復(fù)合物顆粒。經(jīng)熱（75 ℃，30 min）與微射流（100 MPa，循環(huán)2 次）處理后獲得的顆粒在不同環(huán)境應(yīng)力（pH 值、離子強(qiáng)度、光和熱）和儲(chǔ)存條件（37 ℃和55 ℃）下表現(xiàn)出最佳的穩(wěn)定效果。同樣，采用微射流法獲得的顆粒的理化性質(zhì)及其穩(wěn)定性也受均質(zhì)條件（壓力、循環(huán)次數(shù)）、乳化劑類型、濃度的影響。Raviadaran 等[74]以棕櫚油為油相溶解姜黃素，以吐溫-80 為乳化劑，采用微射流法成功制備了O/W 型納米乳液，并采用響應(yīng)面法對(duì)微射流參數(shù)（壓力、循環(huán)次數(shù)和乳化劑濃度）進(jìn)行優(yōu)化。試驗(yàn)結(jié)果表明，在乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%，微射流參數(shù)350 bar，循環(huán)5 次的條件下，獲得的姜黃素微乳液穩(wěn)定性最好。

目前，自上而下法已廣泛應(yīng)用于乳液的研究與加工中。對(duì)于水溶性差的姜黃素而言，乳液傳遞體系有巨大的應(yīng)用潛力：一是因?yàn)榻S素在油相中有較好的分散性；二是因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子具有兩親性，可以單獨(dú)地或者與其它分子相互作用后作為乳化劑來(lái)穩(wěn)定乳液。然而，自上而下法的能耗較大，設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本較高，制備精度較低，其在工業(yè)中的應(yīng)用仍具有一定的局限性。

3.2 自下而上法

自下而上法是在環(huán)境因子如pH 值、離子強(qiáng)度或溫度等的誘導(dǎo)下，分子間實(shí)現(xiàn)自組裝或共組裝，進(jìn)而形成傳遞體系的一系列方法的統(tǒng)稱。姜黃素傳遞體系構(gòu)建時(shí)常用的自下而上技術(shù)有反溶劑沉淀法、pH 驅(qū)動(dòng)法、復(fù)凝聚法、噴霧干燥法等。

3.2.1 反溶劑沉淀法 使用反溶劑沉淀法構(gòu)建傳遞體系主要依賴于溶劑-反溶劑比例的變化[75]。在此過(guò)程中，大分子蛋白和姜黃素首先需要在合適的溶劑中充分溶解混合，然后通過(guò)改變?nèi)軇l件形成反溶劑，使蛋白和姜黃素的溶解度降低，誘導(dǎo)組分間自發(fā)地結(jié)合[76]。反溶劑沉淀法操作較為簡(jiǎn)單，成本較低，可用于大規(guī)模生產(chǎn)[76]。通過(guò)反溶劑沉淀法制備傳遞體系需要保證形成的復(fù)合物單體之間有足夠強(qiáng)的斥力，防止其發(fā)生聚集。在某些情況下，可以通過(guò)加入聚合物或表面活性劑使其吸附至顆粒表面，以提高體系的穩(wěn)定性。Hasankhan等[77]采用兩步反溶劑沉淀制備了玉米醇溶蛋白-姜黃素-乙基纖維素復(fù)合納米顆粒。當(dāng)玉米醇溶蛋白-姜黃素-乙基纖維素體積分?jǐn)?shù)分別為0.16%，0.01%，0.045%且乙醇-水-乙酸乙酯溶劑用量分別為31.25%，62.5%，6.25%時(shí)獲得的復(fù)合顆粒物理穩(wěn)定性最佳。與單獨(dú)用玉米醇溶蛋白負(fù)載姜黃素相比，乙基纖維素的加入使復(fù)合顆粒展現(xiàn)出更好的pH 穩(wěn)定性，姜黃素的抗氧化活性顯著提高。

3.2.2 復(fù)凝聚法 采用復(fù)凝聚法構(gòu)建傳遞體系的驅(qū)動(dòng)力是反應(yīng)介質(zhì)中帶電生物大分子之間的靜電相互作用[78]。除此之外，范德華力、疏水相互作用以及分子間氫鍵也在凝聚過(guò)程中起到重要作用[79]。在食品傳遞體系中，復(fù)凝聚法所采用的原料多為蛋白、多糖等天然高分子聚合物，通過(guò)兩種或多種帶相反電荷物質(zhì)互作進(jìn)而形成復(fù)合物[80]。例如，Huang 等[81]以溶菌酶（Lysozyme，LYS）和κ-卡拉膠（κ-Carrageenan，CRG）為原料，采用復(fù)凝聚法在酸性條件下制備了LYS-CRG 復(fù)合物，并對(duì)姜黃素進(jìn)行包埋。研究表明，在pH=4.0、mLYS∶mCRG=2∶1、CUR 質(zhì)量濃度為7.5 mg/L 條件下制備出的LYS-CUR-CRG 復(fù)合物中姜黃素的包埋率與負(fù)載量分別達(dá)到了96.2%和2.31%。傅里葉變換紅外光譜（FTIR）結(jié)果顯示，復(fù)合物各組分間存在氫鍵和靜電相互作用。在此傳遞體中，姜黃素的抗氧化活性與光熱穩(wěn)定性均顯著提高。采用復(fù)凝聚法構(gòu)建食品傳遞體系具有操作簡(jiǎn)單、成本低、封裝效率高等突出優(yōu)勢(shì)。然而，復(fù)凝聚法形成的復(fù)合物尺寸較難控制，對(duì)環(huán)境條件變化敏感，易發(fā)生團(tuán)簇聚集等局限仍有待突破。

3.2.3 pH 驅(qū)動(dòng)法 pH 驅(qū)動(dòng)法（也稱為pH 循環(huán)法或pH 變化法），是通過(guò)將體系的pH 值從中性調(diào)節(jié)至極酸/極堿條件后再調(diào)回中性；或?qū)O酸和極堿性溶液混合后最終調(diào)節(jié)體系達(dá)到中性，在pH值變化的過(guò)程中誘導(dǎo)分子結(jié)構(gòu)的變化以及分子間發(fā)生相互作用的一種方法。姜黃素在水溶液中的溶解性有較高的pH 值依賴性，短時(shí)間內(nèi)強(qiáng)堿性處理可使姜黃素可發(fā)生去質(zhì)子化，溶解度顯著增加[82]。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)暴露在極堿性條件下時(shí)，其構(gòu)象舒展并仍保持相對(duì)完整。因此，通過(guò)調(diào)整環(huán)境pH值，能促進(jìn)姜黃素與蛋白質(zhì)的結(jié)合。當(dāng)pH 值重新調(diào)整為中性時(shí)，最初形成的姜黃素蛋白復(fù)合物可能會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，形成更緊湊的結(jié)構(gòu)[83]。采用pH 循環(huán)法制備復(fù)合物的方法簡(jiǎn)單、能耗低、無(wú)有機(jī)試劑污染風(fēng)險(xiǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。Guo 等[84]以豌豆分離蛋白（PPI）和3 種帶電性不同的乳化劑【鼠李糖脂（Rha）、茶皂素（TS）、月桂酰精氨酸乙酯鹽酸鹽（ELA）】為原料，采用pH 驅(qū)動(dòng)法制備了負(fù)載姜黃素（Cur）的納米復(fù)合物。疏水相互作用、氫鍵以及靜電相互作用在復(fù)合物的形成過(guò)程中起到了重要的作用。PPI 與Rha 在質(zhì)量比為1∶3 下獲得的復(fù)合物PPI-Cur-Rha1：3 對(duì)姜黃素的包埋率達(dá)93.69%，復(fù)合物對(duì)姜黃素展現(xiàn)出了最佳的光熱保護(hù)和緩釋效果。

3.2.4 噴霧干燥法 噴霧干燥是一種成本低、易獲取、能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)加工進(jìn)行大批量生產(chǎn)的微膠囊技術(shù)[85]。如圖4所示，含有生物活性物質(zhì)的懸浮液經(jīng)噴嘴霧化形成細(xì)小液滴。在干燥室內(nèi)，霧化液滴中的溶劑被連續(xù)流動(dòng)的干燥熱氣帶走并迅速蒸發(fā)，形成的微球顆粒從氣流中分離收集在容器中[86]。通過(guò)噴霧干燥得到的顆粒直徑在10～50 μm之間，顆粒性質(zhì)可通過(guò)控制流速、溶質(zhì)濃度、溫度、壓力、霧化方式等參數(shù)來(lái)進(jìn)行調(diào)整[87-88]。Chen 等[89]通過(guò)噴霧干燥法制備了姜黃素-大豆分離蛋白微膠囊顆粒。X-射線衍射結(jié)果表明，復(fù)合物微膠囊中姜黃素呈非結(jié)晶態(tài)。與游離姜黃素相比，復(fù)合顆粒中姜黃素具有更強(qiáng)的抗人肝癌HepG2 細(xì)胞增殖效果和抗氧化活性。類似的，Yang 等[90]采用噴霧干燥技術(shù)成功構(gòu)建了乳鐵蛋白（LF）-燕麥葡聚糖（OG）-姜黃素（Cur）三元復(fù)合物。通過(guò)噴霧干燥技術(shù)，姜黃素可負(fù)載到乳鐵蛋白（LF）-燕麥葡聚糖（OG）中形成非晶態(tài)的三元復(fù)合物。與自主裝法相比，噴霧干燥法可以強(qiáng)化LF、OG 和Cur 之間的相互作用，形成的復(fù)合物粒徑更小、濁度更低、乳化性更強(qiáng)。

圖4 噴霧干燥示意圖[86]Fig.4 Schematic diagram of spray drying[86]

4 物質(zhì)間的作用類型

傳遞體系中的各組分間（蛋白質(zhì)分子、姜黃素及其它分子）存在各種形式的相互作用，以保證體系結(jié)構(gòu)的完整、穩(wěn)定。而物質(zhì)間相互作用的大小、強(qiáng)弱又會(huì)受環(huán)境條件如pH 值、離子強(qiáng)度、溫度和溶劑類型的影響。為提高包埋效率和傳遞體系的穩(wěn)定性，需要對(duì)體系中各組分間的相互作用特性及其影響因素有一定的了解。

4.1 非共價(jià)相互作用

4.1.1 疏水相互作用 傳遞體系中主要涉及的非共價(jià)相互作用有疏水相互作用、靜電相互作用、氫鍵等。其中，疏水相互作用是一種中等范圍的、相對(duì)較強(qiáng)的作用力類型[91]。在以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)物質(zhì)構(gòu)建的姜黃素傳遞體系中，疏水相互作用在決定蛋白分子構(gòu)象、物質(zhì)間相互作用等方面起著重要作用。在水溶液中，疏水相互作用表現(xiàn)為非極性基團(tuán)之間的相互吸引。因此，疏水相互作用能使許多蛋白折疊成緊湊的球狀結(jié)構(gòu)，以減少非極性基團(tuán)與水之間的接觸[92]，并促進(jìn)蛋白或多糖等生物大分子物質(zhì)暴露在水相中的非極性基團(tuán)間發(fā)生聚集[93]。此外，疏水活性物質(zhì)在熵驅(qū)動(dòng)下會(huì)自發(fā)地與蛋白質(zhì)表面的疏水區(qū)域結(jié)合[83]。大量的試驗(yàn)研究表明，姜黃素和蛋白質(zhì)之間的結(jié)合主要是通過(guò)疏水相互作用實(shí)現(xiàn)的[94-95]。疏水相互作用的強(qiáng)度取決于水與非極性基團(tuán)之間的界面張力以及非極性區(qū)域暴露于水的表面積，界面張力或暴露表面積越高則疏水相互作用越強(qiáng)。pH 值、離子強(qiáng)度、溫度或溶劑的變化會(huì)改變接觸水的非極性基團(tuán)的數(shù)量，也會(huì)通過(guò)促進(jìn)生物大分子物質(zhì)構(gòu)象的變化進(jìn)而對(duì)疏水相互作用效果產(chǎn)生影響[96]。

4.1.2 靜電相互作用 靜電相互作用主要發(fā)生在帶電荷或部分帶電荷的生物聚合物之間。生物大分子的許多官能團(tuán)在適當(dāng)?shù)臈l件能發(fā)生電離。對(duì)蛋白質(zhì)而言，當(dāng)環(huán)境pH 值低于蛋白質(zhì)的等電點(diǎn)（pI）時(shí)，由于氨基基團(tuán)的質(zhì)子化程度高，羧基的離解程度低，蛋白質(zhì)帶正電；當(dāng)環(huán)境pH 值高于等電點(diǎn)時(shí)，羧基的高度解離和氨基基團(tuán)的低質(zhì)子化使蛋白質(zhì)帶負(fù)電[97]。靜電相互作用在姜黃素傳遞體系的構(gòu)建和穩(wěn)定方面起著重要的作用。Mirpoor等[98]以β-乳球蛋白與海藻酸鈉為原料，通過(guò)兩者在酸性條件下的靜電吸引，成功制備了包埋有姜黃素的納米復(fù)合物，復(fù)合物對(duì)姜黃素展現(xiàn)出了良好的保護(hù)緩釋效果。靜電相互作用的強(qiáng)弱受相互作用物質(zhì)間的電荷特性（如物質(zhì)帶電正負(fù)性、電荷密度）以及物質(zhì)所處環(huán)境的性質(zhì)（如pH 值、離子強(qiáng)度和溶劑極性） 等因素的影響?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整pH 值、離子組成、溶劑組成等方式，調(diào)整傳遞體系物質(zhì)間的靜電相互作用效果，提高體系的穩(wěn)定性，對(duì)姜黃素起到更好的保護(hù)效果。

4.1.3 氫鍵 氫鍵是帶正電氫原子和帶負(fù)電原子之間的一種短程、定向的相互作用[99]。氫鍵在穩(wěn)定生物大分子物質(zhì)如蛋白、多糖的分子內(nèi)結(jié)構(gòu)以及不同分子間形成的氫鍵中發(fā)揮著重要作用[31，100]。研究證明，傳遞體系中蛋白分子與姜黃素間存在有氫鍵相互作用[101-102]。氫鍵效果會(huì)受溫度、溶劑極性等因素的影響[103-104]。溫度升高，系統(tǒng)熱能增加，氫鍵作用減弱[31]。溶劑極性增加，物質(zhì)間氫鍵相互作用加強(qiáng)[105]。

4.2 共價(jià)相互作用

傳遞體系的各組分間除了存在非共價(jià)相互作用外，共價(jià)相互作用也起到了重要作用。共價(jià)鍵的形成可以通過(guò)特定的化學(xué)、物理或酶處理來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，蛋白質(zhì)和多糖在一定條件下（pH 值、相對(duì)濕度、溫度、時(shí)間）能發(fā)生美拉德反應(yīng)生成蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物[106]。一些化學(xué)物質(zhì)（例如京尼平、戊二醛）和酶類（如轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶、漆酶）也可以促進(jìn)生物大分子物質(zhì)之間產(chǎn)生共價(jià)交聯(lián)[31]。在一定情況下，分子之間交聯(lián)可提高以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)物質(zhì)的姜黃素傳遞體系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及傳遞體系對(duì)姜黃素的保護(hù)效果。Feng 等[107]以卵清蛋白和葡聚糖為原料，采用美拉德反應(yīng)制備蛋白-多糖復(fù)合物，并將復(fù)合物熱處理后形成的納米凝膠用于姜黃素的負(fù)載傳遞，使其生物利用率顯著提高。

5 基于蛋白質(zhì)的姜黃素傳遞體系類型

5.1 基于蛋白質(zhì)的納米顆粒

納米顆粒傳遞體系是采用食品級(jí)原料制備獲得的納米顆粒對(duì)生物活性成分進(jìn)行包埋和遞送，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活性成分控釋的傳遞體系[108]。以蛋白質(zhì)為原料制備納米顆粒是姜黃素傳遞體系中研究最為廣泛的類型之一（表2）。Chen 等[109]以經(jīng)過(guò)熱處理的大豆分離蛋白為原料制備了姜黃素-大豆分離蛋白復(fù)合物。大豆分離蛋白經(jīng)適當(dāng)熱處理可提高復(fù)合物中姜黃素的包埋率和溶解度。并且在25 ℃中性條件下，游離姜黃素在4 h 內(nèi)降解率為80%，而相同條件下復(fù)合顆粒中姜黃素的保留率高達(dá)90%。

蛋白質(zhì)能對(duì)姜黃素起到包埋保護(hù)的效果。然而，單獨(dú)采用蛋白荷載功能因子時(shí)，其穩(wěn)定性受pH 值、溫度、離子強(qiáng)度等影響較大。因此，人們通常會(huì)用多糖、乳化劑等物質(zhì)來(lái)穩(wěn)定蛋白，同時(shí)提高傳遞體系對(duì)姜黃素的保護(hù)效果（表2）。例如，Guo等[110]通過(guò)鈣離子（Ca2+）的誘導(dǎo)，制備了負(fù)載姜黃素的豌豆分離蛋白-高甲氧基果膠復(fù)合物 （PPI-CUR-HMP-Ca2+），并探究了不同濃度的Ca2+對(duì)復(fù)合物性質(zhì)和形成機(jī)理的影響。Zeta 電位和FTIR表明，靜電相互作用是Ca2+橋形成的主要作用力。Ca2+濃度對(duì)納米復(fù)合物的粒徑和形貌均有影響。當(dāng)鈣離子濃度達(dá)24 mmol/L 時(shí)，復(fù)合物中CUR 包埋率最高為97.33%，CUR 對(duì)紫外光和熱脅迫的穩(wěn)定性也明顯提高。然而，過(guò)高濃度的Ca2+會(huì)導(dǎo)致姜黃素從復(fù)合物中解離并處于結(jié)晶狀態(tài)使其穩(wěn)定性降低。PPI-CUR-HMP-Ca2+復(fù)合物能延緩CUR 在胃腸道中的釋放，提高其生物利用率。

5.2 基于蛋白質(zhì)的乳狀液

除納米顆粒外，乳液體系也常被用于荷載姜黃素（表2）。乳液由兩種及以上不混溶的液體（通常是油和水）組成[117]。傳統(tǒng)乳液中通常會(huì)加入乳化劑，其吸附在油水界面上可降低不相溶液體間的界面張力，進(jìn)而使得乳液在一定時(shí)間內(nèi)保持動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定，防止儲(chǔ)存過(guò)程中液滴的聚集。食品工業(yè)中常用的乳化劑有天然和人工表面活性劑、蛋白質(zhì)、磷脂和多糖等[82]。Kharat 等[118]分別用酪蛋白酸鈉、吐溫-80、皂樹皂苷、阿拉伯膠4 種乳化劑制備了姜黃素在油相中的O/W 乳液。貯藏試驗(yàn)結(jié)果顯示，不同類型乳化劑的乳液中姜黃素的降解程度依次為：皂甙>>阿拉伯膠≈酪蛋白酸鈉≈吐溫-80。蛋白型乳化劑酪蛋白酸鈉制備出的乳液（中性pH）液滴尺寸更小、物理化學(xué)穩(wěn)定更性好。

獻(xiàn)文考[98][111][112][113][114][115][116]參用應(yīng)的系體遞傳素黃姜物礎(chǔ)基為質(zhì)白蛋以2表Applications of protein-based delivery systems for curcumin Table 2 果效用應(yīng)型類用作互相法方備制的著顯有具解降導(dǎo)誘熱的素黃姜；對(duì)98%達(dá)率埋包素黃姜用作互相電靜聚凝復(fù)內(nèi)（12 h象現(xiàn)釋緩到察觀中驗(yàn)試化消液腸胃擬；模果效護(hù)保）78.5%為黃姜中粒顆合復(fù)比素黃姜離游；與98.05%達(dá)率埋包素黃姜、鍵、氫用作互相電靜淀沉劑溶反射照外（紫性定穩(wěn)），光30 min理處熱（95 ℃性定穩(wěn)熱的素用作互相水疏倍2.76和倍5.89了高提別）分90 min后120 min理處熱；80 ℃性定穩(wěn)理物的好良有具粒顆合復(fù)用作互相水、疏鍵氫法動(dòng)驅(qū)pH）（7.86%素黃姜離游）比（64.79%率留保素黃姜中粒顆合復(fù)）（6 ～ 8值pH的高較）和（2 ～ 3值pH低；較倍8.2了高提性定穩(wěn)集聚抗的好良出現(xiàn)表粒顆合，復(fù)下存貯光避4 ℃，經(jīng)99.9%達(dá)率埋包的中相油液乳在素黃姜水、疏用作互相電靜均壓高-聚凝復(fù)3%為僅率解降的后40 d用作互相質(zhì)界的密致成形圍周滴液在能粒顆合復(fù)糖聚殼-白蛋溶醇麥-高-淀沉劑溶反更和性彈黏的高更有具液乳得，使寸尺滴液的小較和層面質(zhì)均散分速率速化氧的素黃姜緩減；可性定穩(wěn)結(jié)聚抗的好擬模。在性定穩(wěn)熱和性水、持能性械機(jī)的好良有具膠凝合復(fù)用作互相價(jià)、共鍵氫聯(lián)交學(xué)化好良有素黃姜對(duì)膠凝水合復(fù)糖聚殼-白蛋清，乳中化消液胃果效釋緩了到起時(shí)化消液腸擬模在，并用作護(hù)保的性定穩(wěn)藏儲(chǔ)其后化膠、凝充填經(jīng)素黃姜的中粒顆肪脂體固-聯(lián)交致熱高提著顯料原建構(gòu)鈉酸藻、海白蛋球乳β-脂糖李、鼠白蛋溶醇米玉白蛋溶醇米、玉白蛋清乳、糖多豆大性溶、可白蛋酪MCT米、玉糖聚、殼白蛋溶醇麥油平尼、京糖聚、殼白蛋清乳脂硬、三膠原、黃白蛋清乳、吐油籽樹巴、巴酯油甘酸-80盤-60、司溫。道報(bào)未中系體遞傳型類粒顆米納粒顆米納粒顆米納液乳O/W液乳O/W膠凝水合混型充填膠凝獻(xiàn)文示”表：“-注

近年來(lái)，傳統(tǒng)乳液使用小分子表面活性劑（LWSFs） 的安全問(wèn)題引發(fā)了消費(fèi)者們的關(guān)注[119]，無(wú)LWSFs 的食品乳液將更貼合消費(fèi)者的需求。除了食品安全問(wèn)題外，乳液通常對(duì)環(huán)境變化較為敏感，如加熱、冷卻、極端pH 值和鹽濃度等都可能導(dǎo)致其理化穩(wěn)定性降低。面對(duì)復(fù)雜多樣的食品體系，傳統(tǒng)乳化劑在某些情況下常常難以達(dá)到較好的穩(wěn)定效果。為解決這些問(wèn)題，以Pickering 乳液為代表的新型乳液的研究不斷興起。Pickering 乳液是一種以顆粒穩(wěn)定的乳液，通過(guò)膠體顆粒在相界面上的吸附作用形成單層或多層膜從而使乳液達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)[120]。Araiza-Calahorra 等[121]用自上而下法制備了由乳清蛋白納米凝膠顆粒穩(wěn)定的Pickering 乳液并作為包埋遞呈姜黃素的載體。結(jié)果表明，臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的乳清蛋白可在Pickering 乳液液滴表面形成單顆粒層，界面處間隙尺寸極小 （約30 nm），姜黃素能較好保留在Pickering 乳液中而不會(huì)擴(kuò)散釋至外層介質(zhì)中。

5.3 基于蛋白質(zhì)的微凝膠

利用食品級(jí)生物大分子的凝膠特性，通過(guò)鏈間的相互交聯(lián)構(gòu)建具有一定三維網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)的微凝膠體系（通常為0.1～1 000 μm）[122]，可以起到改善疏水活性成分溶解性，提高理化穩(wěn)定性和生物利用率的效果。根據(jù)三維網(wǎng)絡(luò)中分散介質(zhì)的不同，微凝膠可以分為氣凝膠、有機(jī)凝膠和水凝膠[123]。許多種類的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)都能被納入微凝膠傳遞體系當(dāng)中（圖5）。負(fù)載生物活性物質(zhì)微凝膠的制備首先需要使活性成分與生物大分子物質(zhì)形成復(fù)合顆粒，再通過(guò)改變?nèi)芤夯颦h(huán)境條件使復(fù)合顆粒交聯(lián)形成微凝膠[124]。因此在顆粒形成步驟中，疏水性生物活性物質(zhì)須先溶解在脂滴或其它疏水載體中。Brito-Oliveira 等[125]以棕櫚硬脂為脂相，吐溫-80 和司盤-80 為表面活性劑，制備了負(fù)載姜黃素的固體脂質(zhì)顆粒，并將其填充在大豆分離蛋白-黃原膠-CaCl2復(fù)合物中，獲得了乳液填充凝膠。姜黃素在最初的15 d 內(nèi)有很高的穩(wěn)定性，而在之后的儲(chǔ)存過(guò)程中逐漸降解。姜黃素的降解可能與凝膠結(jié)構(gòu)的潰解，硬度和持水性下降有關(guān)。Alavi等[126]用負(fù)載有姜黃素的乳清蛋白聚集體與κ-卡拉膠制備出冷固型混合水凝膠。凝膠具有很高的姜黃素負(fù)載能力，還能減緩姜黃素在上消化道的釋放和降解速率，適用于生物活性物質(zhì)的結(jié)腸定位輸送。

圖5 可被納入微凝膠體系中的多種物質(zhì)[124]Fig.5 Various kinds of substances that can be incorporated into microgel[124]

6 總結(jié)與展望

目前，姜黃素主要是作為天然色素和調(diào)味品應(yīng)用于食品工業(yè)中。隨著人們對(duì)健康的重視度越來(lái)越高，功能性食品越來(lái)越受市場(chǎng)青睞，消費(fèi)者對(duì)“固體黃金”姜黃素在食品領(lǐng)域的應(yīng)用提出了更高的要求。我國(guó)作為全球姜黃素的主要供應(yīng)國(guó)之一，資源豐富，價(jià)格低廉，有著明顯的優(yōu)勢(shì)。然而姜黃素存在的水溶性差、光熱易分解、生物利用率低等問(wèn)題限制了其作為食品中功能活性物質(zhì)的開發(fā)利用。蛋白質(zhì)作為一種人體所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)源廣泛，且具有可分解、無(wú)毒害的特點(diǎn)。以蛋白為活性物質(zhì)載體對(duì)姜黃素進(jìn)行包埋保護(hù)、穩(wěn)定、緩釋大大拓寬了其應(yīng)用范圍。

目前，傳遞體系在食品工業(yè)中的應(yīng)用還處于初期探索階段。尋找新型材料及制備方法，構(gòu)建具有新型或改進(jìn)功能特性的蛋白基傳遞體系仍將是該研究領(lǐng)域的重點(diǎn)。此外，每種傳遞體系的組成、結(jié)構(gòu)、理化功能性質(zhì)各有不同，傳遞體系與食品基質(zhì)中其它組分之間的關(guān)系、對(duì)活性物質(zhì)在體內(nèi)代謝和生理效應(yīng)的影響還有待闡明。應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的傳遞體系，以保證其在食品加工、儲(chǔ)存或使用過(guò)程的穩(wěn)定性，使活性物質(zhì)的功能實(shí)現(xiàn)最大化。相信未來(lái)在經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、營(yíng)養(yǎng)、多功能型食品發(fā)展趨勢(shì)推動(dòng)下，食品領(lǐng)域中以蛋白質(zhì)為基礎(chǔ)物質(zhì)構(gòu)建的傳遞體系會(huì)有更多的研究與應(yīng)用。