基于植物基納米纖維素Pickering乳液在遞送體系中的應(yīng)用研究進(jìn)展

溫靖 張煒 徐玉娟 吳繼軍 賴慧寧 傅曼琴 劉昊澄 劉海洋 趙振剛

摘要：許多生物活性成分因其化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定而降低了其生物利用度和功效。植物基納米纖維素顆粒以其生物相容性、可再生性和經(jīng)濟(jì)性等特點(diǎn)在新型Pickering乳液的配方中表現(xiàn)出優(yōu)異性能，且能作為包封和遞送體系提高生物活性成分的穩(wěn)定性和生物利用度。文章歸納總結(jié)了植物基納米纖維素來源、分類和常用的制備方法，納米纖維素穩(wěn)定的食品級Pickering乳液類型及其作為遞送體系對生物活性成分的包封和控制釋放等方面的最新研究進(jìn)展，根據(jù)納米纖維素乳液在食品基質(zhì)中的安全問題，提出今后需進(jìn)一步完善納米纖維素在體內(nèi)的毒性研究，利用體內(nèi)模型深入探討納米纖維素對結(jié)腸微生物區(qū)系和整體腸道健康的影響，開展納米纖維素乳液對生物活性成分的釋放機(jī)制，以及功能性乳液與真實(shí)食物系統(tǒng)的相容性和功效等理論與應(yīng)用研究，為纖維素資源在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞： 植物基；納米纖維素；Pickering乳液；生物活性成分；遞送體系

中圖分類號：S609.9；TS201.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：2095-1191（2023）02-0564-11

Abstract：The chemical instability of many bioactive components reduces their bioavailability and efficacy. Plant-based nanocellulose particles exhibit excellent performance in the formulation of novel Pickering emulsions due to their biocompatibility，reproducibility and low cost，and can be used as encapsulation and delivery systems to improve the stabi-lity and bioavailability of bioactive component. The article summarizes the latest research progress in plant-based nanocellulose sources，classification，and commonly used preparation methods，types of nanocellulose-stabilized food-grade Pi-ckering emulsions and their encapsulation and controlled release of bioactive components as delivery systems. According to the problems requiring further research on the safety of nano-cellulose emulsion in food matrix，it was proposed that the in vivo toxicity study of nano-cellulose should be further improved in the future，and use in vivo model to deeply explore the effect of nanocellulose on colonic microflora and overall intestinal health， carry out theoretical and applied research on the release mechanism of bioactive component from nanocellulose emulsions and the compatibility and efficacy of functional emulsions with real food systems. It is excepted that this review will provide references for the application of cellulose sources in food field.

Key words： plant-based； nanocellulose； Pickering emulsion； bioactive ingredients； delivery system

Foundation items： National Key Research and Development Program of China（2019YFD1002300）；The Talent Project of Guangdong Academy of Agricultural Sciences（R2020PY-JX011）；Meizhou Pomelo Cross-county Cluster Industrial Park Project（2022）；The Disciplinary Team Construction Project of Guangdong Academy of Agricultural Sciences（202109TD）

0 引言

納米材料因其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)（小尺寸和大表面積）而常被用于改善食品的特性和功能（DeLoid et al.，2018）。納米纖維素則是從可再生植物中獲得的環(huán)境友好型納米材料。由于近年來消費(fèi)者對健康食品的需求逐步提高，這種來源于植物、具有膳食纖維特性及生物相容性的納米纖維素受到人們的重點(diǎn)關(guān)注（McClements et al.，2017）。其中，納米纖維素能通過Pickering機(jī)制形成穩(wěn)定的Pickering乳液，在油滴周圍形成保護(hù)性立體屏障，并通過形成三維網(wǎng)絡(luò)增加連續(xù)相的粘度。迄今為止，人們已開發(fā)出多種類型的納米纖維素食品級Pickering乳液（Bai et al.，2018；張歡，2021；Dai et al.，2021）。

生物活性成分通常具有多種功能特性，然而植物甾醇、類胡蘿卜素和多酚等許多生物活性成分化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定且生物利用度低，易降解而難以發(fā)揮功效（Nordstr?m and Malmsten，2017）。因此，針對這些有價值的生物活性物質(zhì)開發(fā)可食用的輸送體系，對其在食品工業(yè)中的應(yīng)用極為有利。構(gòu)建基于納米纖維素Pickering乳液的遞送體系是一種用于封裝、保護(hù)和促進(jìn)生物活性成分吸收的有效方法（Lu et al.，2016；Lopes and Brandelli，2018）。雖然關(guān)于納米纖維素的研究較多，其穩(wěn)定的Pickering乳液作為生物活性成分遞送體系也有不少報道，但該領(lǐng)域缺少系統(tǒng)而全面的總結(jié)。本文簡要討論植物基納米纖維素的來源和分類，概述植物基納米纖維素作為食品乳液穩(wěn)定劑的最新進(jìn)展，以及其穩(wěn)定的Pickering乳液在生物活性成分包封和遞送的潛在用途，為植物基納米纖維素在食品中的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 植物基納米纖維素概述

纖維素是由具有β-1，4-糖苷鍵的D-吡喃葡萄糖單元聚合而成的高分子量聚合物，可從許多植物中分離出（Dai et al.，2020）。纖維素分子在植物的生物反應(yīng)過程中會發(fā)生相互作用形成有超細(xì)纖維束組成的多級層次結(jié)構(gòu)——纖維素纖維（Mali and Sherje，2022）。有研究指出，這種纖維素纖維中存在有序和無序2種區(qū)域（Somerville，2006）。在無序區(qū)域中，纖維素分子可能以鏈錯位的形式分布在沿原纖維的節(jié)段上，其中該部分的纖維因纖維內(nèi)部應(yīng)變而變形，發(fā)生傾斜和扭曲。在有序區(qū)域中，纖維素分子通過鏈內(nèi)和鏈間的強(qiáng)氫鍵緊密地結(jié)合在一起形成微晶結(jié)構(gòu)（Agarwal et al.，2016）。而納米纖維素是通過不同的機(jī)械和化學(xué)方法從天然纖維素纖維中分離出。

1. 1 植物基納米纖維素的來源

隨著對可持續(xù)材料需求的不斷增加，來自自然資源（木材、農(nóng)業(yè)加工廢棄物和藻類）的納米纖維素備受關(guān)注。有研究對納米纖維素的來源進(jìn)行總結(jié)和分類。若只考慮工業(yè)和作物加工廢物的纖維素來源分類，可分為原材料（木材和天然纖維）、未加工廢棄物（稻草、樹皮和樹葉）和加工廢棄物（紙漿、甘蔗渣和食品加工殘留物）（García et al.，2016）。其中，從工業(yè)和農(nóng)業(yè)廢棄物中提取的木質(zhì)纖維素纖維因其低成本和可持續(xù)性而被認(rèn)為是優(yōu)良的纖維素原料（Ng et al.，2015）。然而，木質(zhì)生物質(zhì)作為纖維素最重要的工業(yè)來源，其木質(zhì)素含量也高于農(nóng)業(yè)生物質(zhì)，需消耗較多的化學(xué)品和能源來提取納米纖維素。因此，更多的研究主要集中在從農(nóng)業(yè)廢棄物中提取納米纖維素（Trache et al.，2017）。

1. 2 植物基納米纖維素的分類

植物基納米纖維素主要分為纖維素納米晶（Cellulose nanocrystals，CNC）和纖維素納米纖維（Cellulose nanofibrils，CNF）2種，是通過化學(xué)或機(jī)械處理選擇性破壞纖維素的天然結(jié)構(gòu)從木材或其他植物中分離出來（Montoya et al.，2019）。這2種類型的納米纖維素具有不同的形態(tài)和大小，主要取決于其生物來源和分離過程。其中，CNC也稱為納米晶纖維素（Nanocrystalline cellulose，NCC）或纖維素納米晶須（Cellulose nanowhiskers，CNW），具有納米級的長度和直徑，呈棒狀。CNF則具有米級的長度和納米級的寬度，呈長條狀，也被稱為納米纖維化纖維素（Nanofibrous cellulose，NFC）或微纖維化纖維素（Microfibrillated cellulose，MFC）。

1. 3 植物基納米纖維素的制備

植物基納米纖維素可通過不同的物理、化學(xué)或生物方法制備。常見的具體制備方法如表1所示。CNC是通過選擇性去除纖維素纖維中存在的較無序結(jié)構(gòu)域后產(chǎn)生，例如使用酸選擇性水解，從而使結(jié)晶結(jié)構(gòu)域保持完整，所得的纖維素納米顆粒為剛性納米棒，具有較高的結(jié)晶度（Klemm et al.，2011）。目前，生產(chǎn)CNC最常用的方法是硫酸水解，此法會使纖維素分子表面生成硫酸鹽半酯基，這種帶負(fù)電荷的基團(tuán)會讓CNC粒子之間產(chǎn)生強(qiáng)靜電排斥作用，增強(qiáng)CNC在水介質(zhì)中的膠體穩(wěn)定性（Kian et al.，2020）。CNF則通常是通過使用高能機(jī)械剪切使纖維細(xì)胞壁崩解（目前主要是高壓均質(zhì)、微射流和球磨3種方法）或再進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚恚ㄋ帷⒚杆饣蚧瘜W(xué)氧化）而獲得，導(dǎo)致CNF顆粒較CNC更長，結(jié)晶度更低（Kontturi et al.，2018）。

2 納米纖維素作為Pickering乳液穩(wěn)定劑

乳液是2種不互溶液體的混合物，是食品領(lǐng)域的主要體系之一，為滿足食品乳液的基本要求，需天然、可持續(xù)的乳化劑（袁亞芳，2021）。天然的膠體顆?？捎糜谛纬珊头€(wěn)定乳液，這種乳液被稱為Pickering乳液，乳液的類型取決于顆粒的潤濕性。例如，優(yōu)先被水或油潤濕的膠體顆粒更適合分別形成水包油或油包水乳液。Pickering乳液穩(wěn)定的機(jī)理主要是膠體顆粒不可逆地吸附在油水界面上形成一個機(jī)械堅(jiān)固的屏障，在空間上限制液滴相互接近，因此，Pickering乳液通常比分子乳化劑穩(wěn)定的油滴更耐聚結(jié)（楊濤，2020）。目前關(guān)于食品級Pickering乳液穩(wěn)定劑的研究主要集中在蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和淀粉基顆粒上（Yang et al.，2017）。然而，為進(jìn)一步提高乳液的穩(wěn)定性和抗消化性，制備纖維素納米顆粒用于穩(wěn)定Pickering乳液正逐步成為研究熱點(diǎn)（Bai et al.，2018）。納米纖維素的乳液穩(wěn)定性能取決于多種因素，包括其厚度、長度和表面性質(zhì)等。納米纖維素親水性通常較強(qiáng)，意味著其通常用于穩(wěn)定水包油乳液；也可對納米纖維素進(jìn)行改性后用于穩(wěn)定油包水乳液（Guo et al.，2017）。

2. 1 CNC作為乳液穩(wěn)定劑

從棉花（Kalashnikova et al.，2013）、菠蘿皮（羅蘇芹，2019）、檸檬籽（張歡，2021）和其他生物源（Wang et al.，2016）中分離的棒狀CNC可在油—水界面不可逆地吸附，形成穩(wěn)定的乳液。CNC的長寬比會影響油滴的表面覆蓋率，短棒的填充更密集，長棒的填充更松散。長而柔韌的CNC還可通過在水相中纏結(jié)形成凝膠網(wǎng)絡(luò)來抑制液滴運(yùn)動，從而提高乳液穩(wěn)定性（Kalashnikova et al.，2013）。有研究報道CNC表面硫酸鹽半酯基含量對其形成和穩(wěn)定水包油Pickering乳液能力的影響，結(jié)果表明，表面硫酸鹽半酯基含量較高的CNC更有利于乳液的形成和穩(wěn)定（Hu et al.，2016）。Wen等（2014）用玉米納米纖維素穩(wěn)定的含有香精油的Pickering乳液對靜電效應(yīng)高度敏感。乳液在低pH和高鹽濃度下變得不穩(wěn)定，歸因于靜電屏蔽效應(yīng)。相反地，在均質(zhì)前添加NaCl有助于形成具有可調(diào)液滴大小的CNC基Pickering乳液，這是因?yàn)辂}離子能部分屏蔽CNC上的負(fù)電荷，從而促進(jìn)CNC在油滴上的吸附及更緊密的界面填充（Kalashnikova et al.，2012）。然而，使用未改性CNC穩(wěn)定乳液的粒徑相對較大，一般在微米范圍內(nèi)，因此，這些乳液在儲存期間易分層。也有研究通過優(yōu)化均質(zhì)條件，用未改性的CNC作為Pickering穩(wěn)定劑，生成的乳液平均粒徑小于1 μm（Capron and Cathala，2013），這種能提高乳液穩(wěn)定性的方法對于乳液在許多食品和遞送體系中的應(yīng)用至關(guān)重要。

對CNC進(jìn)行表面疏水改性后也能有效提高乳液穩(wěn)定性。有研究將食品級辛烯基琥珀酸酐（OSA）用于修飾CNC以改善其乳化性能（陳秋宏，2018）。使用OSA-CNC形成的Pickering乳液中的油滴具有高度的抗聚結(jié)性，當(dāng)通過改變pH或離子強(qiáng)度使二者之間的靜電斥力降低時，油滴易于絮凝。

2. 2 CNF作為乳液穩(wěn)定劑

CNF具有比CNC更長的長絲組成。He等（2020b）研究發(fā)現(xiàn)通過高壓均質(zhì)工藝從金針菇中提取的CNF可有效用作Pickering穩(wěn)定劑，平均寬度約為24 nm，高度4 nm；此外，將竹筍用堿處理去除木質(zhì)素，并用HPH處理以獲得CNF，用十二烷和0.3%（w/w）CNF的懸浮液以1∶9混合配制成的乳液在pH 3.0～9.0、溫度4～50 ℃范圍內(nèi)穩(wěn)定性較好（He et al.，2020a）。Franco等（2020）從棕櫚桃的廢棄物中提取CNF，并成功制備了含油量為50%的Pickering乳液，乳液在30 d無聚結(jié)或脂肪上浮行為。這是因?yàn)镃NF的柔性較好，可通過形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)乳液液滴之間的空間位阻，在油水界面表現(xiàn)出良好的乳化能力。在許多農(nóng)業(yè)或工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢棄物均可用于制備CNF，并進(jìn)一步用于構(gòu)建新型食品級Pickering乳液。通過控制固體顆粒含量或油相比例，可成功制備出不同性質(zhì)的乳液，且不同的CNF成分具有不同功能。與CNC穩(wěn)定的乳液相比，CNF穩(wěn)定的乳液形成的油滴尺寸更大。相比之下，CNF乳液較CNC乳液更穩(wěn)定，歸因于長CNF形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)了乳液的粘度和模量，對乳液穩(wěn)定性具有較大的貢獻(xiàn)。Costa等（2018）研究不同乳化方式（高壓均質(zhì)和超聲）對香蕉皮CNF穩(wěn)定Pickering乳液穩(wěn)定性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在使用高壓均質(zhì)機(jī)生產(chǎn)的乳液中觀察到聚結(jié)現(xiàn)象，這是因?yàn)榧羟袘?yīng)力對CNF分解的影響不明顯，且CNF在油滴界面上的容納量減少（更高的長度和縱橫比）。然而，在使用超聲波的乳化過程中，CNF的尺寸顯著減小，導(dǎo)致更多的CNF顆粒吸附在油水界面上，從而防止油滴聚結(jié)。這說明香蕉皮CNF乳液的動力學(xué)穩(wěn)定性仍可通過改變粒子（表面電荷和疏水性）和乳液性質(zhì)（液滴尺寸減小和粘度增加）來改善。表2總結(jié)了各種類型植物基納米纖維素穩(wěn)定的Pickering乳液。

2. 3 納米纖維素結(jié)合其他成分作為Pickering乳液穩(wěn)定劑

納米纖維素的功能或乳化性能可通過不同納米纖維素的組合或通過將其與其他天然成分結(jié)合使用來擴(kuò)展。Hu等（2016）使用CNC、單寧酸和水溶性纖維素衍生物的組合制備了對脫水和再水化穩(wěn)定的Pickering乳液，該研究首先將CNC與甲基纖維素或羥乙基纖維素混合制備抗脂肪上浮和聚結(jié)的乳液，然后將單寧酸加入乳液中，以提高其冷凍干燥和再水化穩(wěn)定性。主要是因?yàn)橛偷伪砻嫔系睦w維素衍生物和單寧酸之間形成復(fù)合物，從而在其周圍形成保護(hù)殼。因此，油滴易于再水化，無需高能混合，且在再水化前后液滴大小無明顯變化，大體流程和機(jī)理如圖1所示。Zhang等（2020b）用大豆分離蛋白（SPI）納米顆粒對TEMPO氧化細(xì)菌纖維素（TOBC）進(jìn)行表面改性以穩(wěn)定O/W乳液，乳液的液滴尺寸為10～15 μm，隨著配合物含量的增加，其物理穩(wěn)定性更好。此外，有研究表明將CNF與羧甲基纖維素或瓜爾豆膠結(jié)合使用，可改善CNF的乳化性能（Golchoobi et al.，2016）。

Dai等（2021）通過調(diào)節(jié)檸檬籽CNC和CNF的濃度與比例得到不同的Pickering乳液，結(jié)果表明，在固定的總納米纖維素濃度（1%）下，增加檸檬籽CNF比例會導(dǎo)致乳液不穩(wěn)定；然而，在固定的檸檬籽CNC濃度（0.5%）下，可通過增加CNF添加量（0～1%）改善檸檬籽CNC穩(wěn)定乳液性能。較短的CNC優(yōu)先不可逆吸附在油滴表面以防止油滴聚結(jié)，而較長的CNF在相鄰油滴之間形成橋連接，從而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并增強(qiáng)乳液粘度，由于CNF的引入，得到的乳液表現(xiàn)出更好的抗絮凝儲存穩(wěn)定性和性能可調(diào)性。此外，乳液在不同離子強(qiáng)度和pH下的穩(wěn)定性也得到提高。Bai等（2018）使用CNC和CNF混合物制備的食品乳液觀察到同樣的結(jié)果，CNC優(yōu)先吸附在油滴表面并使其穩(wěn)定以防止聚結(jié)，而CNF促進(jìn)聚合油滴和聚合物在乳液中形成3D網(wǎng)絡(luò)，從而提供機(jī)械強(qiáng)度并抑制重力分離。在最佳CNF濃度下，乳液穩(wěn)定6個月以上，無任何分離跡象。Kalashnikova等（2013）用未改性和化學(xué)改性納米纖維素組合制備了O/W/O雙重乳液，其尺寸范圍為43～76 μm，其中成功封裝了含有約3 μm油滴的O/W乳液體系，O/W/O雙重乳液在一個月內(nèi)表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，且乳液可抵抗高達(dá)5000 g的相對離心力而不會破乳。Zhou等（2020）通過混合2種不同納米顆粒包覆的油滴制備混合Pickering乳液，一種由陰離子CNF穩(wěn)定，另一種由陽離子納米甲殼素（Nano chitin，NCh）穩(wěn)定，通過改變陰、陽離子油滴比例，制備出性能可調(diào)的乳液；在適當(dāng)?shù)臈l件下，可形成由NCh涂層液滴的外殼圍繞CNF涂層液滴的復(fù)合粒子，然后發(fā)現(xiàn)混合乳液比僅含有CNF涂層液滴的單一乳液具有更好的聚結(jié)穩(wěn)定性，其穩(wěn)定的機(jī)理如圖2所示。因此，在控制納米纖維素和其他天然食品成分之間相互作用的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造具有新功能屬性的食品乳液具有相當(dāng)大的空間。

3 納米纖維素Pickering乳液用于生物活性成分的包封和遞送

目前對生物活性和功能性食品成分的需求不斷上升，因?yàn)檫@些成分可改善大多數(shù)慢性和不良生活習(xí)慣引起的疾?。ǚ逝?、糖尿病和癌癥等）（Lu et al.，2016）。然而，許多生物活性成分（生育酚、類胡蘿卜素和多酚等）化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，具有令人不快的味道，易被溫度、光和氧氣降解，導(dǎo)致其功效降低（Nordstr?m and Malmsten，2017）。此外，不同的活性成分表現(xiàn)出不同的水/油溶解度，其中疏水性活性成分的生物利用度較低，限制了其在食品中的應(yīng)用（Yuan et al.，2008）。由于Pickering乳液的穩(wěn)定性、高負(fù)載能力和功能可調(diào)性，人們已開發(fā)出多種Pickering乳液體系用于封裝和遞送多種生物活性成分（Song et al.，2015；Shao and Tang，2016；Bertolo et al.，2019）。其中，納米纖維素穩(wěn)定的Pickering乳液的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和生物相容性，以及具有膳食纖維的功能特性表明其在生物活性成分遞送應(yīng)用中具有很大的潛力。

3. 1 包封生物活性成分

納米纖維素Pickering乳液具有較好的抗脂質(zhì)氧化和綠色環(huán)保等性能，可提供封閉的微環(huán)境來包封生物活性物質(zhì)，使生物活性成分的溶解度、穩(wěn)定性和抗光熱降解性明顯提高。為最大限度地減少姜黃素的降解，Tang和Huang（2022）制備了包封姜黃素（Cur）的皮克林乳液，并通過菠蘿皮纖維素納米晶體（PCNCs）和（-）-表沒食子兒茶素-3-沒食子酸酯（EGCG）進(jìn)行穩(wěn)定化；30 d的儲存期顯示，PCNCs/EGCG（0.04%）-Cur中姜黃素的保留率為70.35%，而對照中的保留率為47.15%。PCNCs/EGCG（0.04%）-Cur在熱處理和紫外線處理?xiàng)l件下最穩(wěn)定，姜黃素的最大保留率分別為92.20%和93.56%；同時，發(fā)現(xiàn)EGCG可提高所制備乳液的抗氧化性。Wei等（2021）利用不同類型的顆粒來穩(wěn)定載有β-胡蘿卜素的Pickering乳液：球形疏水性玉米醇溶蛋白膠體顆粒（ZCPs）（517.3 nm） 和棒狀親水性纖維素納米晶體（CNCs）（115.2 nm）；當(dāng)ZCPs和CNCs的質(zhì)量比為1∶4時，Pickering乳液表現(xiàn)出最好的物理和光熱穩(wěn)定性，與ZCP穩(wěn)定的Pickering乳液（9.29%）相比，在55 ℃下儲存28 d后，由ZCP和CNC共穩(wěn)定的Pickering乳液中β-胡蘿卜素的保留率增至60.23%。此外，Lu和Huang（2020）利用研磨纖維素穩(wěn)定的Pickering乳液用于封裝和傳遞親脂性生物活性化合物，在大約一個月的儲存期內(nèi)，觀察到姜黃素在具有不同脂相的Pickering乳液中具有很高的穩(wěn)定性，且封裝在Pickering乳液中的姜黃素生物利用度高于Span/Tween 80穩(wěn)定的乳液。表3列舉了植物基納米纖維素Pickering乳液包封生物活性成分的示例。

3. 2 生物活性成分的遞送

盡管納米纖維素Pickering乳液的制備和對生物活性成分包封技術(shù)已相當(dāng)成熟，但用于口服的Pickering乳液在具有極端pH、高酶含量和微生物含量的胃腸道（GIT）運(yùn)輸時可能被破壞，從而無法到達(dá)其目標(biāo)位置。這些極端條件可能導(dǎo)致生物活性成分在Pickering乳液中過早釋放，從而導(dǎo)致生物活性成分的降解。此外，生物活性成分與受體、細(xì)胞或器官之間可能存在一些不必要的相互作用，可能會產(chǎn)生不良的副作用，所以在設(shè)計(jì)Pickering乳液遞送生物活性成分需考慮這些因素（Harman et al.，2019）。一般而言，納米纖維素Pickering乳液傳遞生物活性成分可分為緩釋和觸發(fā)釋放2種類型。緩釋指在整個給藥期內(nèi)周期性釋放生物活性成分的Pickering乳液。為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)釋放，需控制生物活性物質(zhì)以指定的速率釋放，從而延長其釋放時間（Mwangi et al.，2020）。納米纖維素Pickering乳液主要通過延遲酶水解油滴來達(dá)到持續(xù)釋放生物活性物質(zhì)。為了使該方法成功，必須首先確保沿GIT的納米纖維素Pickering乳液的穩(wěn)定性，同時允許酶附著到油滴界面進(jìn)行水解反應(yīng)。羅鈺湲等（2022）制備了檸檬籽（Lemon seeds）納米纖維素（LSCNC/LSCNF）協(xié)同穩(wěn)定的Pickering乳液用于姜黃素（Cur）的包埋遞送，經(jīng)乳液包埋后的姜黃素保留率提高，LSCNF濃度最高（1% Cur）的乳液姜黃素保留率可達(dá)75%以上。包埋乳液的體外模擬消化試驗(yàn)表明納米纖維素顆粒在水相和油滴表面均能形成致密的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可在一定程度上抑制脂肪酶對油滴的酶解，減緩游離脂肪酸釋放。Liu等（2019）的研究中也觀察到類似結(jié)果，增加CNFs濃度會明顯延緩脂質(zhì)的消化速率和消化程度，但包封的維生素生物利用度會降低。Winuprasith等（2018）用山竹皮的NFC穩(wěn)定Pickering乳液包埋維生素D3，模擬消化結(jié)果表明NFC可能具有在脂質(zhì)消化和運(yùn)輸過程中起重要作用的結(jié)合成分，例如膽汁鹽、游離脂肪酸、脂肪酶或鈣離子，使用相對較低水平NFC時，NFC對維生素D3的生物可及性和穩(wěn)定性無重大影響，然而，在使用高水平NFC時，維生素D3的生物可及性和穩(wěn)定性明顯下降。Bai等（2019）制備了由CNC穩(wěn)定的Pickering乳液，與阿拉伯樹膠穩(wěn)定乳液相比，體外脂質(zhì)消化減少，可能與CNC在脂滴表面的不可逆吸附有關(guān)，導(dǎo)致有限的膽汁鹽置換和脂肪酶結(jié)合活性表面積減少，以及游離脂肪酸在油滴表面的積累抑制脂肪酶活性（圖3）。Mackie等（2019）關(guān)于納米纖維素在胃腸道消化的研究中使用了CNC作為水包油乳液中的Pickering穩(wěn)定劑，將CNC和對照乳液暴露于模擬的上消化道消化中，并將結(jié)果與常規(guī)蛋白質(zhì)穩(wěn)定乳液中獲得的結(jié)果進(jìn)行比較，最后將消化的乳液暴露于鼠腸粘膜并監(jiān)測脂質(zhì)和膽汁吸收，結(jié)果表明，CNCs被困在腸粘液層中，而無法到達(dá)下面的上皮細(xì)胞，與對照乳液相比，這種夾帶還可能導(dǎo)致CNC乳液對飽和脂質(zhì)的吸收減少。疏水改性的纖維素納米晶體（MCNC）穩(wěn)定的Pickering乳液也被用作短鏈脂肪酸（SCFA，包括丙酸和丁酸）的遞送體系（Le et al.，2020）。乳液經(jīng)歷2個體外消化途徑：在第一途徑中，通過繞過胃相將乳液用于直接腸消化，而在第二途徑中，將乳液依次進(jìn)行腸胃消化。乳液液滴的絮凝是由于胃電解質(zhì)對電荷的屏蔽作用而發(fā)生的。這種胃絮凝減少了液滴的表面積，降低了整體脂解動力學(xué)，因此降低SCFA釋放的程度，后者在胃繞過的乳液中為40%～45%，在順序消化的乳液中為30%～35%。但CNC涂層的存在抑制了模擬胃腸道條件下脂滴的消化，導(dǎo)致更高濃度的短鏈脂肪酸到達(dá)結(jié)腸。綜上所述，CNCs可用于調(diào)節(jié)Pickering乳液脂質(zhì)的消化，從而提高所包封的生物活性物質(zhì)的生物利用度，可能有助于開發(fā)功能性食品。

此外，刺激響應(yīng)型Pickering乳液進(jìn)行觸發(fā)釋放生物活性成分引起了人們極大的興趣。許多研究者已探索了各種刺激物，包括pH、離子強(qiáng)度、熱能、光、磁場和酶。該方法利用顆粒乳化劑對周圍環(huán)境中可用刺激的響應(yīng)性來實(shí)現(xiàn)乳液失穩(wěn)，從而釋放封裝的生物活性成分。納米纖維素對環(huán)境因素較不敏感，需對其進(jìn)行改性才能得到具有刺激響應(yīng)性的Pickering乳液。Jackson等（2011）首次使用陽離子表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）改性的CNC用于包封多西紫杉醇、紫杉醇和依托泊苷，這些活性成分可在2 d內(nèi)以受控方式釋放。Low等（2017）采用超聲輔助共沉淀法制備Fe3O4-纖維素納米晶體（MCNC）納米復(fù)合材料作為乳液的Pickering穩(wěn)定劑，其穩(wěn)定的乳液對pH和磁性均有響應(yīng)且在儲存期間表現(xiàn)出優(yōu)異的膠體穩(wěn)定性，如圖4所示。從藥物釋放曲線可看出，將MCNC Pickering乳液暴露于外部磁場（EMF）（0.7 T）刺激了從MCNC Pickering乳液釋放生物活性成分，在4 d內(nèi)達(dá)到初始負(fù)荷的53.30%。細(xì)胞毒性試驗(yàn)結(jié)果表明，在有EMF的情況下，包封姜黃素的MCNC-Pickering乳液可有效抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞生長，降至18%；與對照樣品相比，該乳液還導(dǎo)致結(jié)腸癌HCT116的3-D多細(xì)胞球體體積減少2倍。這種具有雙重刺激響應(yīng)的Pickering乳液可作為新一代智能納米治療載體，具有藥物遞送的潛力。此外，有研究使用季銨化納米纖維素（Quaternized nanocellulose，Q-NC）和薯蕷皂甙元共軛藻酸鹽（Diosgenin conjugated alginate，DGN-ALG）顆粒作為穩(wěn)定劑制備多層自組裝靜電水包油Pickering乳液（PEs），PEs包封喹諾沙林在模擬生物體液和內(nèi)/溶酶體酸性環(huán)境中，可有效促進(jìn)抗癌藥物的釋放，從而達(dá)到強(qiáng)大的治療效果（Erdagi et al.，2020）。

根據(jù)目前的研究，納米纖維素的表面性質(zhì)可通過物理或化學(xué)方法進(jìn)行修改，以增強(qiáng)與目標(biāo)分子或生物活性成分的相互作用，或提高油/水界面的穩(wěn)定性，從而用于構(gòu)建達(dá)到預(yù)期的遞送體系。雖然基于納米纖維素的遞送體系可應(yīng)用于許多功能性食品，但一些挑戰(zhàn)仍有待解決，例如遞送體系在不同食品基質(zhì)中的穩(wěn)定性，以及作為食品添加劑的安全問題。

4 納米纖維素的安全問題

美國食品和藥品管理局（FDA）已將纖維素指定為一般認(rèn)為安全（GRAS）物質(zhì)。然而，納米纖維素不在名單上，因其具有不同的化學(xué)特性，其大小、形狀、聚集特性和不同的未知因素仍可能影響其與細(xì)胞和其他生物體的相互作用（Huang et al.，2020）。目前關(guān)于納米纖維素毒性特性的體外和體內(nèi)研究報道仍較少。Coelho等（2018）評估了從葡萄渣中提取的CNC細(xì)胞毒性，在與葡萄渣CNCs（0.2 mg/mL）孵育48 h后，結(jié)腸上皮細(xì)胞（Caco-2）的活力與對照組一樣高。Xiao等（2019）也報告了類似結(jié)果，暴露于從麥麩中提取濃度為1000 g/mL的CNC后，Caco-2細(xì)胞活力無顯著變化。另外，Andrade等（2015）開展了一項(xiàng)體內(nèi)研究，在該研究中，雄性小鼠（褐家鼠）被喂食含有7%、14%和21%桃樹納米纖維素懸浮液的飲食，結(jié)果表明，此劑量的納米纖維素不會對動物代謝造成有害影響，說明納米纖維素可用作膳食補(bǔ)充劑。根據(jù)上述研究結(jié)果，納米纖維素不會產(chǎn)生細(xì)胞毒性或遺傳毒性問題。然而，為了獲得關(guān)于納米纖維素安全影響的更明確信息，需國際標(biāo)準(zhǔn)化方法來確保其安全性。在使用納米纖維素的食品商業(yè)化之前，需預(yù)測、理解和管理納米纖維素消費(fèi)可能產(chǎn)生的潛在積極和消極影響（Szakal et al.，2014）。若要實(shí)現(xiàn)完全工業(yè)化并將納米纖維素納入日常生活，還需驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)來表征所獲得的納米結(jié)構(gòu)，量化其特性并評估其在復(fù)雜基質(zhì)（如食品）中的毒性，以避免其對人體毒性影響的不確定性（Gomez et al.，2016）。

5 展望

近年來，由于人們對綠色標(biāo)簽產(chǎn)品的需求不斷增加，Pickering乳液因其無表面活性劑的特性引起了人們的研究興趣，尤其是開發(fā)食品級的Pickering乳液。在眾多類型的食品級Pickering乳液中，納米纖維素穩(wěn)定的Pickering乳液因具有優(yōu)異穩(wěn)定性和膳食纖維特性而備受關(guān)注，且其對化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定和生物利用度差的生物活性成分包埋遞送的研究也取得了一定進(jìn)展，但還存在一些問題。第一，纖維素純化需消耗大量化學(xué)品，會對環(huán)境造成污染，未來應(yīng)開發(fā)更多綠色的工藝來純化纖維素，限制污染性化學(xué)試劑的使用。第二，關(guān)于納米纖維素體外和體內(nèi)毒性的研究工作有限。不同原料的納米纖維素具有不同的長徑比，其表面官能團(tuán)和電荷由萃取和改性方法決定。這些特性及劑量可能會影響納米纖維素的生物相容性和毒性，其未有一個確定的添加劑標(biāo)準(zhǔn)，因此需通過短期或長期的體內(nèi)研究來評估不同納米纖維素的急性和慢性毒性，這些信息對其在食品中的安全應(yīng)用至關(guān)重要。此外，作為膳食纖維特性的納米纖維素，其對胃腸道的作用機(jī)制尚不明確，今后需利用體內(nèi)模型開展納米纖維素對結(jié)腸微生物區(qū)系和整體腸道健康的影響研究。第三，納米纖維素Pickering乳液穩(wěn)定的主要機(jī)制是顆粒在油—水界面的高度吸附，從而在液滴之間形成屏障和網(wǎng)絡(luò)。這些機(jī)制雖然有許多文獻(xiàn)描述，但仍需更進(jìn)一步地研究纖維素結(jié)構(gòu)和特性（表面電荷、顆粒半徑和接觸角等）對Pickering乳液穩(wěn)定性的影響，以期為開發(fā)穩(wěn)定的納米纖維素基Pickering乳液提供理論基礎(chǔ)。第四，納米纖維素作為乳液和食品的穩(wěn)定劑具有很大的潛力。雖然已開發(fā)出許多納米纖維素Pickering乳液保護(hù)和控制不穩(wěn)定生物活性成分的遞送，但許多研究乳液消化仍局限在模擬體系中，需更多的研究來評估納米纖維素乳液對生物活性物質(zhì)的釋放機(jī)制以及乳液與真實(shí)食物系統(tǒng)的相容性，開發(fā)出更多新型的纖維素基Pickering乳液用以對抗生物遞送過程的極端環(huán)境，從而達(dá)到活性成分在目標(biāo)位置發(fā)揮功效的目的。

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（責(zé)任編輯 羅 麗）