納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體制備及在功能食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

史凡，楊 紅

（首都醫(yī)科大學(xué)燕京醫(yī)學(xué)院，北京 101300）

隨著現(xiàn)代生活水平的提高，社會公眾更加注重食品和疾病預(yù)防之間的關(guān)系，能夠延緩慢性疾病發(fā)生的新型功能性食品越來越受歡迎。功能食品是除基本營養(yǎng)價(jià)值外還提供更多對健康有益處的食品[1]。如果單純降低飲食中的脂肪，可能會導(dǎo)致脂溶性營養(yǎng)素缺乏，如人體必需的脂肪酸、類胡蘿卜素、植物甾醇、脂溶性維生素等，因此有必要將這些生物活性化合物作為功能食品補(bǔ)充進(jìn)人體[2]。傳統(tǒng)載體系統(tǒng)由于穩(wěn)定性差、易泄漏、粒子易發(fā)生沉降聚集、有機(jī)溶劑殘留或不適合工業(yè)化生產(chǎn)等問題[3]，在食品領(lǐng)域應(yīng)用尚存在一定限制，但納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體具有較高的載藥量和包封率[4]，可較好地解決類似問題。

納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體（Nanostructured lipid carriers，NLCs）是在固體脂質(zhì)納米粒（Solid lipid nanoparticles，SLNs）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型載體，采用混合脂質(zhì)代替了SLNs 中的固體脂質(zhì)作為載體，將常溫下為液態(tài)的脂質(zhì)加入到固態(tài)脂質(zhì)中[5]，晶體的混亂度增加，其承載藥物的空間增大，使載體形成含納米隔室的特殊脂質(zhì)骨架[6]。系列研究表明，NLCs 對營養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)的包裹和運(yùn)載具有明顯的優(yōu)勢，包括保護(hù)敏感的生物活性物質(zhì)免受外界因素影響，解決水溶性低、生物相容性差等問題[7]，增強(qiáng)穩(wěn)定性而延長儲存期限，改善在腸道的通透性并優(yōu)化其生物利用度等[8]。

目前，國內(nèi)外在食品方面對NLCs 的研究相對較少。本文系統(tǒng)梳理了NLCs 的結(jié)構(gòu)特征、制備方法，及其在功能食品中作為一種新型傳遞系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，可為NLCs 在功能食品中的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

1 納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體的結(jié)構(gòu)特征

NLCs 采用固液混合脂質(zhì)作為載體，不同比例的固液脂質(zhì)，制備的NLCs 結(jié)構(gòu)不同[9]。相比于SLNs，NLCs 由于其不完整結(jié)晶與無定形狀態(tài)，更有利于活性成分的包載。NLCs 包載活性成分的結(jié)構(gòu)主要分3 類[10]，即缺陷型（Imperfect type）、無定型（Amorphous type）和復(fù)合型（Multiple type），如圖1 所示。缺陷型NLCs 通過加入不同類型的脂質(zhì)分子，打破了分子間緊密的排列，破壞高度有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從而形成較大的空間容納生物活性成分，提高溶解度，增加載藥量。通常少量液態(tài)油與固體脂質(zhì)相混合制備的NLCs 為此種類型[11]。無定形型NLCs 在制備過程中，會加入冷卻過程中不產(chǎn)生結(jié)晶結(jié)構(gòu)的特殊脂質(zhì)如肉豆蔻酸酯等，長時間維持固體的無定形狀態(tài)，避免了脂質(zhì)重結(jié)晶而導(dǎo)致活性物質(zhì)泄露，可通過差示掃描量熱儀驗(yàn)證納米粒是否結(jié)晶[12]。復(fù)合型NLCs 的固體脂質(zhì)中包含了十分微小的液態(tài)油納米隔室，是由固體脂質(zhì)混合大量的液體油而制成的，這種結(jié)構(gòu)可顯著提高生物活性成分在納米粒子中的溶解度[13]。生物活性物質(zhì)在納米載體中的分布能顯著影響釋放效果[14]，即NLCs 的結(jié)構(gòu)與環(huán)境不同，生物活性物質(zhì)在納米粒子中的分布不同，納米粒子與角質(zhì)層中類脂間的相互作用不同，生物活性物質(zhì)的靶部位也就不同，進(jìn)而對吸收產(chǎn)生不同的影響。

圖1 NLCs 類型Fig.1 NLCs types

2 納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體的制備方法

NLCs 的制備方法與SLNs 相似，主要包括熱或冷高壓均質(zhì)法、溶劑擴(kuò)散法、溶劑蒸發(fā)法、溶劑注入/溶劑置換法、微乳法、乳化超聲法、薄膜接觸器法、相轉(zhuǎn)化技術(shù)、超臨界流體技術(shù)等[15?16]。但是，這些方法大多都有缺點(diǎn)，例如熱高壓均質(zhì)法在均質(zhì)化過程中無法避免溫度升高，不適用于對熱敏感的藥物[17]，溶劑擴(kuò)散法、溶劑蒸發(fā)法和溶劑注入/溶劑置換法存在有機(jī)溶劑殘留導(dǎo)致毒性問題等[18]，使NLCs 在食品工業(yè)中的應(yīng)用復(fù)雜化。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)和研究中，通常根據(jù)活性物質(zhì)、載體基質(zhì)的性質(zhì)以及所需的加工參數(shù)，選擇合適的制備NLCs 的方法。表1 全面總結(jié)了各種方法的操作流程和主要優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 NLCs 的制備方法Table 1 Methods for the production of NLCs

3 納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體在功能食品中的應(yīng)用

由于生物活性物質(zhì)的一些理化性質(zhì)，如水溶性低，化學(xué)穩(wěn)定性差，高熔點(diǎn)或生物利用度低，難以直接摻入食品中，需要合適的載體系統(tǒng)包裹。NLCs 特別適用于將親脂性活性物質(zhì)包載入食品和飲料中，在人體胃腸道消化過程中起到保護(hù)、增溶、緩控釋以及提高生物利用度的作用[29]。

3.1 必需脂肪酸

ω-3 脂肪酸是主要的必需脂肪酸，在人類飲食中有益于保持大腦和心血管健康，在調(diào)節(jié)脂質(zhì)代謝、減輕炎癥反應(yīng)、降低自身免疫性疾病及癌癥風(fēng)險(xiǎn)等方面發(fā)揮重要的作用[30]，主要包括二十碳五烯酸（EPA）和二十二碳六烯酸（DHA）。ω-3 脂肪酸不能被人體合成，必須從食物中攝取，但由于其易于氧化降解，易變質(zhì)且產(chǎn)生不良?xì)馕叮拗屏似湓诠δ苄允称返膽?yīng)用[31]，因此需要選擇合適的封裝方式，保護(hù)它們免受氧化降解，掩蓋不良?xì)馕丁Ａ孜r油中富含長鏈ω-3多不飽和脂肪酸，Zhu 等[32]使用棕櫚油硬脂作為固體脂質(zhì)，卵磷脂作為表面活性劑，制備了含有高含量磷蝦油的NLCs，包封率高達(dá)96%。研究結(jié)果顯示，載體化的磷蝦油暴露于紫外線后受光的氧化減弱，物理和化學(xué)穩(wěn)定性提高，克服了將磷蝦油用于功能性飲料等食品的局限性。另外有研究發(fā)現(xiàn)，同時包載兩種或多種雙親性物質(zhì)，更有助于提高NLCs 的穩(wěn)定性，Shahparast 等[33]選取了富含ω-3 脂肪酸的魚油和α-生育酚兩種活性物質(zhì)作為包埋對象，采用熔融后乳化超聲法制備出二者共包封的NLCs，研究顯示載體化的α-生育酚具有更好的抗氧化活性，有效延緩了ω-3 脂肪酸的氧化。

3.2 類胡蘿卜素

類胡蘿卜素是一類種類繁多、具有多種功能的天然色素，含豐富類胡蘿卜素的食品和飲料可以減少某些慢性疾病的發(fā)生[34]。但是，由于類胡蘿卜素較高的疏水性，在人體消化環(huán)境中溶解度差，容易析出結(jié)晶，降低了機(jī)體對它的吸收[35]，在很大程度上限制了類胡蘿卜素在功能食品領(lǐng)域的應(yīng)用[36]。研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建合適的納米載體可有效改善類胡蘿卜素的生物利用度并起到緩釋作用，Rohmah 等[37]采用熱高壓均質(zhì)法制備了載有β-胡蘿卜素的NLCs。通過體外胃腸消化模型發(fā)現(xiàn)，NLCs 增強(qiáng)了β-胡蘿卜素的生物利用度和抗氧化活性，可用于遞送β-胡蘿卜素等親脂生物活性物質(zhì)至飲料食品中。Shu 等[38]采用超高壓均質(zhì)法，由鼠李糖脂作乳化劑制備了載有葉黃素的NLCs，包封率可達(dá)94.73%。在體外胃腸消化研究中，NLCs 中葉黃素的釋放率在3 h 時為50.87%±1.72%，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，并持續(xù)釋放葉黃素，相比游離葉黃素的生物利用度（5.29%±0.70%），載體化的葉黃素生物利用度可達(dá)到23.01%±0.62%。

3.3 植物甾醇

植物甾醇是一種存在于植物中的天然活性物質(zhì)，因其與膽固醇有著極為相似的結(jié)構(gòu)，可通過抑制飲食中膽固醇的吸收進(jìn)而降低人體內(nèi)總膽固醇和低密度脂蛋白的含量，被認(rèn)為是治療和預(yù)防高血脂癥的最佳天然物質(zhì)[39]。但由于植物甾醇不溶于水，熔點(diǎn)高，且加入食品過程中易氧化[40]，不易在食品中應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，構(gòu)建合適的納米載體可增加植物甾醇的水溶性，提高其穩(wěn)定性，Valeria 等[41]以高油酸葵花籽油、全氫化菜籽油和克拉姆貝油為原料，采用高壓均質(zhì)法制備植物甾醇NLCs。在60 d 的穩(wěn)定性研究中，植物甾醇NLCs 的粒徑變化范圍為148.23～342.10 nm，多分散指數(shù)變化范圍為0.275～0.481，Zeta電位變化范圍為?22.27～?29.70 mV，表現(xiàn)出較好的物理穩(wěn)定性。懷其彤等[42]通過高壓均質(zhì)法采用核桃油為液體脂質(zhì)制備用于封裝、保護(hù)植物甾醇NLCs，物理穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物甾醇和核桃油復(fù)配的NLCs 在4 ℃下儲藏28 d 穩(wěn)定性良好，使用時可以在5～100 倍之間進(jìn)行稀釋，具有良好的稀釋穩(wěn)定性，且添加2%的蔗糖可以提高凍干穩(wěn)定性。

3.4 脂溶性維生素

脂溶性維生素主要包括維生素A、D、E、K 4種[43]，與人類的健康密切相關(guān)[44]，但水溶性差且容易被氧化破壞，口服生物利用度較低[45]，因此通過納米制劑技術(shù)將其封裝穩(wěn)定化，具有重要的意義。Akram等[46]通過熱均質(zhì)法制備了載有維生素A 棕櫚酸酯的NLCs。以Preciol 作為固體脂質(zhì)，辛基辛酸酯為液相脂質(zhì)，泊洛沙姆作為表面活性劑，制備的NLCs包封率為98.5%，能夠在25 ℃下穩(wěn)定保存兩個月，提高了維生素A 在水溶液中的分散性與穩(wěn)定性。Sung 等[47]使用油酸和單硬脂酸甘油酯通過熱高壓均質(zhì)化成功地制備了載有維生素D3的NLCs。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)（20 d）顯示維生素D3NLCs 仍具有較高的包封率（85.6%），說明載體化的維生素D3均勻分散在脂質(zhì)基質(zhì)中，在貯藏過程保持穩(wěn)定未發(fā)生絮凝或沉降。模擬胃腸道消化實(shí)驗(yàn)中，維生素D3NLCs 在模擬胃液中能夠保持穩(wěn)定，在模擬腸液中消化8 h 后維生素D3可釋放90%以上，顯示出維生素D3NLCs的緩控釋效果。

3.5 多酚類化合物

多酚類化合物是一類復(fù)雜的具有多個酚羥基的次級代謝產(chǎn)物，是植物體內(nèi)非常重要的生物活性化合物[48]，具有很強(qiáng)的抗氧化性、抑菌性、抗癌性、抗炎性及抗肥胖作用[49]，且對調(diào)節(jié)血糖血脂均具有較高的生理活性[50]。但由于不穩(wěn)定性與親脂性[51]，限制了多酚類化合物的廣泛應(yīng)用。Izza 等[52]研究了多酚（白藜蘆醇、山奈酚和槲皮素）載入NLCs 的穩(wěn)定性和抗氧化活性，制備的樣品粒徑和分布均適合口服遞送系統(tǒng)應(yīng)用，且保存2 個月后表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。通過測定對自由基的清除能力，發(fā)現(xiàn)與游離多酚相比，載體化多酚的抗氧化活性明顯提高。Huang等[53]通過高壓均質(zhì)技術(shù)將槲皮素和亞麻籽油共同包載于NLCs 中，研究表明槲皮素在由亞麻籽油和表面活性劑組成的親水性基質(zhì)中的溶解度提高了至少1300 倍，在25 ℃下可穩(wěn)定存儲3 個月以上，同時亞麻籽油的添加也改善了槲皮素的體外抗氧化活性。

3.6 其他營養(yǎng)素

除以上生物活性化合物外，仍有大量研究證明NLCs 在功能食品中的廣泛應(yīng)用，例如使用由棕櫚酸十六烷基酯和椰子油制備的NLCs 作為載體可以提高輔酶Q10 對皮膚的抗炎活性[54]。用可可脂和橄欖油制備的豆蔻精油NLCs，能夠提高豆蔻精油的物理化學(xué)穩(wěn)定性及抗菌活性等[55]。采用椰子中碳甘油三脂制備的姜黃素NLCs，改善水溶性，提高生物利用度和儲存穩(wěn)定性[56]。

4 結(jié)論與展望

總而言之，NLCs 作為一種新型傳遞系統(tǒng)，在功能食品的應(yīng)用具有明顯優(yōu)勢，包括保護(hù)包埋在內(nèi)的生物活性物質(zhì)，抵抗外界因素干擾，控制釋放，以及提高生物利用度等。除此之外，NLCs 也具備一些其他傳統(tǒng)劑型無法替代的優(yōu)勢：a.制備材料可選自FDA 和/或EMA 批準(zhǔn)的食品級表面活性劑和脂質(zhì)，具有較好的生物相容性和可降解性，不會對人體造成毒害作用[57]。b.制備過程中可以噴霧干燥或凍干，避免發(fā)生沉降及分層現(xiàn)象，增加穩(wěn)定性延長儲存期限。c.在釋放調(diào)節(jié)方面更具有靈活性，適用于與定時或定位有關(guān)的快速釋放、持續(xù)釋放、延遲釋放和定位釋放等。由于NLCs 在包封營養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)上凸顯的優(yōu)勢，使越來越多的研究者意識到在功能食品領(lǐng)域，NLCs 巨大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。

然而NLCs 在功能食品中的研究還處于一個相對初級的發(fā)展階段，在理論和應(yīng)用方面都需要進(jìn)行更深入的研究，例如：a.與摻入食品的相容性，對其外觀、風(fēng)味、質(zhì)地和保質(zhì)期沒有不利影響。b.在選材方面必須仔細(xì)選擇和優(yōu)化固體脂質(zhì)，去除或減少不利于人類健康的飽和脂肪酸、膽固醇等食品成分。c.NLCs 應(yīng)用到功能性食品，食品原材料制備成納米級別時，相應(yīng)的物理和化學(xué)性質(zhì)以及在胃腸道中的傳遞過程也會有所改變，因此對其安全性的研究也是后續(xù)需要完善解決的問題。d.NLCs 的產(chǎn)業(yè)化效果不理想，目前只有高壓均質(zhì)法可以大批量生產(chǎn)，其他制備方法還只是停留在實(shí)驗(yàn)室水平，無法實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)化的順利轉(zhuǎn)化，因此更加簡便高效的制備方法仍需進(jìn)一步探索。

隨著食品工業(yè)領(lǐng)域更多相關(guān)研究的開展，相信NLCs 在功能食品中將會得到更加廣泛的應(yīng)用。