壓力、超聲物理場(chǎng)輔助構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系在遞送系統(tǒng)中的研究進(jìn)展

蘭天彤，宋亭喻，錢(qián) 圣，張 浩，劉景圣

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，小麥和玉米深加工國(guó)家工程研究中心，吉林 長(zhǎng)春 130118）

近年來(lái)，構(gòu)建蛋白基復(fù)合體系對(duì)生物活性成分、藥物等進(jìn)行包埋、保護(hù)、遞送已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，有研究表明卵磷脂的添加會(huì)引起蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[1]，且蛋白-卵磷脂復(fù)合體系還能夠負(fù)載槲皮素[2]、膽鈣化醇和α-生育酚[3]、魚(yú)油等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以應(yīng)用于遞送系統(tǒng)。為進(jìn)一步提高該復(fù)合體系的包封率、運(yùn)載效率和對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性，可以通過(guò)壓力或超聲場(chǎng)輔助技術(shù)改變天然蛋白質(zhì)特有的空間結(jié)構(gòu)[4]，從而改善蛋白-卵磷脂復(fù)合體系間的相互作用。

超聲處理可以使蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋含量降低，β-轉(zhuǎn)角和β-折疊含量增加[5]，進(jìn)而影響蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象；高壓和高剪切力作用能使蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)中α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角向β-折疊和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化[6]，以改善蛋白質(zhì)功能特性，提高食品加工效率。高壓均質(zhì)還能有效提高乳液體系的穩(wěn)定性[7]；噴霧干燥處理能促使蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)在不同程度上從有規(guī)則的結(jié)構(gòu)向無(wú)規(guī)則結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化[8]。通過(guò)蛋白空間結(jié)構(gòu)的改變，能夠進(jìn)一步加強(qiáng)蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的互作，以拓寬其在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用。

因此，通過(guò)探究不同物理場(chǎng)輔助技術(shù)對(duì)構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系相互作用影響的機(jī)理，研究其功能特性和在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用很有意義。本綜述將從玉米醇溶蛋白、大豆蛋白、乳清蛋白的結(jié)構(gòu)，以及它們?cè)诓煌瑘?chǎng)輔助技術(shù)下與卵磷脂結(jié)合的不同特征和在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，為提高蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的穩(wěn)定性和運(yùn)載效率提供理論指導(dǎo)，使其能夠得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)利用。

1 構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體的原料及輔助技術(shù)

1.1 蛋白質(zhì)

1.1.1 玉米醇溶蛋白

玉米醇溶蛋白是玉米籽粒中最豐富的儲(chǔ)存蛋白，根據(jù)其分子大小和溶解度的不同，可分為α-玉米醇溶蛋白、β-玉米醇溶蛋白、γ-玉米醇溶蛋白和δ-玉米醇溶蛋白[9]，其中α-玉米醇溶蛋白占比最高。玉米醇溶蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)由3/4的親脂性氨基酸和1/4的親水性氨基酸組成，是一種典型的兩親性聚合物[10]，其化學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性來(lái)自范德華力相互作用及分子內(nèi)氫鍵作用力[11]，且玉米醇溶蛋白中的親水、疏水部分分區(qū)明顯，具有不溶于水、溶于乙醇水溶液的特點(diǎn)，它還有良好的生物相容性[12]、自組裝特性和抗氧化特性等優(yōu)點(diǎn)，所以玉米醇溶蛋白在作為生物活性物質(zhì)、藥物的運(yùn)載體材料方面得到了深入的研究[13]。目前已有多種技術(shù)用于制備基于玉米醇溶蛋白的納米顆粒，如噴霧干燥、超臨界反溶劑法、pH值循環(huán)反溶劑法[14]和靜電紡絲等[15]，Chen Shuai等[16]采用抗溶劑共沉淀法制備負(fù)載姜黃素的玉米醇溶蛋白-透明質(zhì)酸納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)其具有高包封率和負(fù)載能力，且在模擬胃腸消化時(shí)具有更好的抗光降解和控釋穩(wěn)定性。Coelho等[17]采用靜電紡絲和噴霧干燥技術(shù)制備含有VB12的玉米醇溶蛋白微結(jié)構(gòu)，如薄膜、微粒和靜電紡絲纖維等，研究發(fā)現(xiàn)其中靜電紡絲纖維能夠達(dá)到100%的封裝效率，因此，基于玉米醇溶蛋白可以生產(chǎn)出具有高包封能力的特定形態(tài)微結(jié)構(gòu)。綜上，以納米顆粒及膜等載體方式包封營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)能夠改善其水溶性、穩(wěn)定性以及吸收特性等[18]，可廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的遞送系統(tǒng)中。

1.1.2 大豆蛋白

大豆蛋白具有非常高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，是最優(yōu)質(zhì)的植物蛋白資源之一，它有良好的生物相容性，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用食品工業(yè)和生物技術(shù)等領(lǐng)域中[19]。根據(jù)其蛋白含量不同，可分為大豆分離蛋白、大豆?jié)饪s蛋白和大豆蛋白粉，其中大豆分離蛋白是大豆蛋白最重要的產(chǎn)品之一，它主要由β-伴大豆球蛋白（7S）和大豆球蛋白（11S）組成，并含有相當(dāng)大比例的極性、非極性和帶電氨基酸[20]，是包封疏水性生物活性物質(zhì)的理想遞送材料[21]。而且大豆分離蛋白作為一種兩親性物質(zhì)，能迅速吸附在油/水界面形成黏彈性薄膜，從而為乳液穩(wěn)定性提供靜電排斥。目前，大豆分離蛋白作為遞送系統(tǒng)中的運(yùn)載體已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域，特別是作為提高疏水性生物活性顆粒溶解度的載體[22]。Wu Di等[23]制備負(fù)載金絲桃苷的大豆分離蛋白和大豆可溶性多糖的納米遞送體，研究表明其在pH 3.5條件下有較高的封裝效率，且金絲桃苷保留了其高抗氧化能力。Wang Songyan等[24]制備負(fù)載姜黃素的大豆分離蛋白-纖維素納米晶體復(fù)合顆粒，研究發(fā)現(xiàn)該復(fù)合體系在不同環(huán)境的影響下都能保持相對(duì)穩(wěn)定，并表現(xiàn)出較好的包封率和緩釋作用。綜上，以大豆蛋白為原料，開(kāi)發(fā)具有高封裝效率的可生物降解納米載體，利用其負(fù)載疏水性生物活性化合物并應(yīng)用于遞送系統(tǒng)中有廣闊的發(fā)展前景。

1.1.3 乳清蛋白

乳清蛋白是一種優(yōu)質(zhì)的動(dòng)物蛋白，含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，它的相對(duì)分子質(zhì)量小、氨基酸組成合理、消化吸收率高，并且在消化時(shí)還能夠生成多種生物活性多肽，具有降低“三高”、提高人體免疫力等多種保健功能[25]，所以在遞送系統(tǒng)中它既可以作為蛋白組分又可以作為功能性組分，這使得它的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。乳清蛋白主要由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、牛血清白蛋白以及免疫球蛋白組成，其中β-乳球蛋白相對(duì)含量最高，能夠達(dá)到50%～55%，它能夠與脂溶性維生素相溶，提高生物利用率，而其中的牛血清白蛋白具有特殊的脂結(jié)合位點(diǎn)[26]，這些特性更拓寬了乳清蛋白的應(yīng)用方向。但乳清蛋白存在一定的致敏性，且自身的性質(zhì)并不穩(wěn)定，某些理化特性并不理想，這限制了它的應(yīng)用。因此，改變?nèi)榍宓鞍椎慕Y(jié)構(gòu)，使其功能性質(zhì)得到增強(qiáng)，以進(jìn)一步擴(kuò)大其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用是目前研究的重點(diǎn)[27]，如在復(fù)合體系的構(gòu)建中可以通過(guò)場(chǎng)輔助技術(shù)和與其他物質(zhì)的相互作用改變其空間構(gòu)象、疏水基團(tuán)分布等[28]，從而實(shí)現(xiàn)控制或消除乳清蛋白過(guò)敏性的目的。

1.2 卵磷脂

卵磷脂具有降低血清膽固醇含量、治療糖尿病、保護(hù)肝臟等多種功能，廣泛存在于動(dòng)植物組織中，在大豆、蛋黃和動(dòng)物肝臟中含量最高[29]。它由甘油、磷酸、膽堿和不飽和脂肪酸組成，是具有疏水尾部和親水頭部的兩親分子。目前有研究表明卵磷脂常應(yīng)用于制備各種載體，且它能夠顯著提高復(fù)合納米顆粒的包封效率，還可以用于開(kāi)發(fā)功能性食品[30]。因此卵磷脂作為一種良好的乳化劑[31]，可以在遞送系統(tǒng)中作為生物活性物質(zhì)和藥物的運(yùn)載體，以應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域。本綜述中重點(diǎn)關(guān)注蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的構(gòu)建，因?yàn)槁蚜字軌蚝偷鞍装l(fā)生相互作用，通過(guò)改變蛋白的空間構(gòu)象構(gòu)建出穩(wěn)定的復(fù)合體系，從而提高遞送系統(tǒng)的包封率、運(yùn)載效率以及實(shí)現(xiàn)控緩釋等功能，這也是目前食品工業(yè)中的研究熱點(diǎn)。

1.3 場(chǎng)輔助技術(shù)

目前，隨著研究的不斷深入，已有許多關(guān)于場(chǎng)輔助技術(shù)構(gòu)建蛋白基復(fù)合體系的探索，其中主要有超聲處理和高壓處理等，由于這些技術(shù)具有生產(chǎn)效率高、延長(zhǎng)保質(zhì)期、改善感官品質(zhì)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)中[32]。更重要的是，這些技術(shù)能夠使不同的物質(zhì)間進(jìn)一步發(fā)生相互作用，這不僅有助于提高最終產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)和安全性，還對(duì)復(fù)合體系的構(gòu)建有著非常重要的意義。本文重點(diǎn)關(guān)注物理場(chǎng)輔助技術(shù)對(duì)蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的影響，使其更好地應(yīng)用于遞送系統(tǒng)，表1整理了超聲、高壓均質(zhì)及噴霧干燥的分類(lèi)及優(yōu)點(diǎn)。

表1 3 種物理場(chǎng)輔助技術(shù)Table 1 Three physical field-assisted techniques

1.3.1 超聲處理技術(shù)

超聲技術(shù)是一種新興的綠色非熱處理技術(shù)，可用于制造具有納米顆粒尺寸和良好穩(wěn)定性的納米分散體[37]，主要原理是通過(guò)空化泡、加熱、動(dòng)態(tài)攪動(dòng)、剪切力和湍流等物理效應(yīng)作用于改性對(duì)象[38]。它特殊的空化效應(yīng)能夠增加復(fù)合物凝聚的穩(wěn)定性。它還能夠誘導(dǎo)蛋白質(zhì)暴露高級(jí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)[39]，蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定其功能，因此將超聲技術(shù)合理應(yīng)用于蛋白復(fù)合體系中的前提是要掌握蛋白處理后結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化。目前超聲技術(shù)由于具有制備工藝簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于制備納米乳液，而納米乳液對(duì)生物活性物質(zhì)能夠地實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)、遞送，以解決其環(huán)境不穩(wěn)定和生物利用率低等缺點(diǎn)。

1.3.2 高壓均質(zhì)處理技術(shù)

高壓均質(zhì)是一種非熱能技術(shù)，可產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流、空化和水力剪切，從而引起蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，改善乳化性能[40]。利用高壓均質(zhì)技術(shù)處理物料，不僅能夠避免營(yíng)養(yǎng)成分的損失，還能夠減小粒徑以增加產(chǎn)品穩(wěn)定性，從而改善其消化吸收特性[41]。高壓均質(zhì)技術(shù)還可用于有效制備納米乳液和微乳，制備的納米乳液具有抗聚沉、運(yùn)載營(yíng)養(yǎng)素吸收快速以及具有良好的貯存穩(wěn)定性等特點(diǎn)[42]，因此常被用作包封親脂性化合物[43]。且有研究表明，負(fù)載疏水性植源活性物的乳液基遞送系統(tǒng)在腸道中還能夠提高活性物的跨腸膜吸收轉(zhuǎn)運(yùn)效率[44]，因此可以利用這種特點(diǎn)開(kāi)發(fā)出具有與目標(biāo)物特異性結(jié)合能力的遞送系統(tǒng)，使活性物質(zhì)能在特定部位釋放，以實(shí)現(xiàn)遞送過(guò)程中控緩釋的目的。因此在適當(dāng)?shù)母邏壕|(zhì)條件下，可以構(gòu)建出穩(wěn)定的復(fù)合納米乳液體系應(yīng)用于遞送系統(tǒng)。

1.3.3 噴霧干燥處理技術(shù)

噴霧干燥是一種應(yīng)用廣泛的微膠囊化技術(shù)，也是目前食品工業(yè)中制備微膠囊最常用的方法[45]。它的主要原理是將液體原料通過(guò)霧化器，形成很多微小的霧滴與干燥的熱空氣直接接觸，溶劑迅速蒸發(fā)形成干燥的微小顆粒。目前，噴霧干燥在食品、化學(xué)、醫(yī)藥等工業(yè)中均具有廣泛的應(yīng)用前景[46]，這種技術(shù)能夠?qū)⑸锘钚晕镔|(zhì)包封在微膠囊的壁材中，對(duì)其進(jìn)行保護(hù)以提高其生物利用率，并賦予芯材緩釋、指示等特性。噴霧干燥也是目前蛋白干燥中常用的一種方法，而方法的不同也會(huì)導(dǎo)致蛋白的結(jié)構(gòu)和功能特性發(fā)生改變，從而對(duì)蛋白質(zhì)的品質(zhì)產(chǎn)生一定影響[47]，所以合理采用噴霧干燥技術(shù)能夠通過(guò)改變蛋白的構(gòu)象以構(gòu)建更有效、更穩(wěn)定的復(fù)合體系，從而應(yīng)用于遞送系統(tǒng)。

2 蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

2.1 玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

Poureini等[48]制備了負(fù)載芹菜素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)與單一采用玉米醇溶蛋白或卵磷脂制備的納米顆粒相比，復(fù)合納米顆粒對(duì)芹菜素有更高的包封效率，且具有更好的穩(wěn)定性和更高的釋放率。鄧卓丹等[49]制備了包埋槲皮素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)三者主要以氫鍵、靜電和疏水吸引相互作用，且復(fù)合納米顆粒與單一蛋白納米顆粒相比，能夠使槲皮素對(duì)熱處理的穩(wěn)定性更高。Dai Lei等[50]制備了用于遞送姜黃素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)玉米醇溶蛋白與卵磷脂間的相互作用主要是氫鍵、靜電和疏水作用力，且復(fù)合納米顆粒能夠顯著提高姜黃素的包封率，并提高其對(duì)環(huán)境的穩(wěn)定性。玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合體系之間發(fā)生的相互作用能夠改變蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)，減少玉米醇溶蛋白顆粒之間的疏水吸引力和增加空間斥力[51]，使體系更加穩(wěn)定。且該復(fù)合體系能夠作為一種潛在的水不溶性生物活性化合物的遞送系統(tǒng)，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行保護(hù)和遞送。這些發(fā)現(xiàn)拓寬了玉米醇溶蛋白的應(yīng)用，特別是可為功能性食品提供生物活性物質(zhì)。Shinde等[52]制備了負(fù)載香芹酚的玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒，研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合體系有較高的封裝效率，并且可以通過(guò)口服遞送活性物質(zhì)以治療結(jié)腸癌。由此，玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒具有用于植物酚類(lèi)化合物口服給藥的潛力。Jiang Hang等[53]通過(guò)研究水包油包水（W/O/W）雙乳液發(fā)現(xiàn)，玉米醇溶蛋白納米顆粒和大豆卵磷脂對(duì)乳液的穩(wěn)定具有協(xié)同作用，二者的組合能夠?qū)崿F(xiàn)快速降低界面張力，改善界面活性?？梢?jiàn)將玉米醇溶蛋白和卵磷脂復(fù)合能夠制備出更加穩(wěn)定的納米乳液體系，且雙乳液的形式也為遞送系統(tǒng)的應(yīng)用提供了一種更好的載體。Dai Lei等[54]研究發(fā)現(xiàn)，卵磷脂的存在能夠使玉米醇溶蛋白的熱穩(wěn)定性和鹽穩(wěn)定性得到增強(qiáng)。目前許多研究中都可以發(fā)現(xiàn)采用單一玉米醇溶蛋白制備納米粒子應(yīng)用于遞送系統(tǒng)存在著許多局限性，如包封率低、等電點(diǎn)穩(wěn)定性差[55]、控釋效果差以及對(duì)環(huán)境敏感等[56]，導(dǎo)致其難以在食品工業(yè)中大規(guī)模應(yīng)用。綜上，將玉米醇溶蛋白與卵磷脂復(fù)合（圖1）能夠較好地解決這些局限性所帶來(lái)的問(wèn)題，因?yàn)闃?gòu)建該復(fù)合體系作為運(yùn)載體具有更強(qiáng)的包封效率，且能夠在一定程度上緩解生物活性物質(zhì)對(duì)環(huán)境敏感的問(wèn)題，顯著提高了生物活性物質(zhì)的穩(wěn)定性和生物利用度[57]。

圖1 蛋白-卵磷脂遞送系統(tǒng)Fig.1 Protein-lecithin delivery system

2.2 大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

Liu Conghui等[58]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)大豆分離蛋白和卵磷脂穩(wěn)定的亞麻籽油乳液表現(xiàn)出了更好的乳化穩(wěn)定性。Li Jufang等[59]研究發(fā)現(xiàn)卵磷脂與大豆蛋白中兩種球蛋白熒光的猝滅方式均為靜態(tài)猝滅，與熒光劑之間形成了絡(luò)合物，相互作用主要是通過(guò)疏水作用力驅(qū)動(dòng)的，并且結(jié)合過(guò)程是自發(fā)的。王歡等[60]研究發(fā)現(xiàn)，增加大豆分離蛋白的濃度能夠提高蛋白與卵磷脂復(fù)合體系的乳化活性指數(shù)和乳化穩(wěn)定性。這是由于在增加蛋白濃度時(shí)，磷脂的親水基團(tuán)向水面排列，降低了油-水界面張力，在蛋白質(zhì)量濃度達(dá)到10 mg/mL時(shí)，乳化性能趨于穩(wěn)定。畢爽等[61]研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)大豆分離蛋白和卵磷脂質(zhì)量比為10∶1時(shí)最有助于二者發(fā)生相互作用，從而使乳液的粒徑減小、分散均勻。而有研究表明，乳液平均粒徑的減小能夠提高乳液的均一性，進(jìn)而提高其穩(wěn)定性，并且能夠顯著提高非水溶性物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)素的生物利用率[62]。目前研究較多的大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合體系為納米乳液體系，而構(gòu)建納米乳液對(duì)生物活性物質(zhì)進(jìn)行包埋運(yùn)載能夠較好地解決揮發(fā)性營(yíng)養(yǎng)素在水性介質(zhì)中溶解度差、易揮發(fā)等問(wèn)題，還可以增強(qiáng)人體對(duì)活性物質(zhì)的吸收，并起到在胃腸道中控釋的作用[63]。因此構(gòu)建大豆蛋白與卵磷脂的復(fù)合體系不僅能夠改善單一大豆蛋白作為運(yùn)載體的穩(wěn)定性，還能夠?qū)ι锘钚晕镔|(zhì)進(jìn)行更加有效的包埋、傳遞，使其能夠廣泛應(yīng)用于遞送系統(tǒng)中。

2.3 乳清蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

Wang Zhangtie等[64]研究發(fā)現(xiàn)乳清分離蛋白和磷脂復(fù)合能夠減小乳液粒徑并提高乳液穩(wěn)定性。二者發(fā)生的相互作用主要是疏水和氫鍵作用力，這能夠改變蛋白質(zhì)的二級(jí)結(jié)構(gòu)。此外，與單一乳清分離蛋白制備的乳液相比，將蛋白-磷脂復(fù)合乳液作為遞送系統(tǒng)能提高營(yíng)養(yǎng)素的生物利用度。Sun等[65]研究發(fā)現(xiàn)卵磷脂能夠增加乳清蛋白的粒徑和表觀黏度，還能夠顯著縮短乳清蛋白的凝膠化時(shí)間。且二者發(fā)生的相互作用主要是疏水力和靜電力，這會(huì)使蛋白的α-螺旋含量增加，β-折疊含量減少，從而使乳清蛋白的功能特性發(fā)生變化。賈娜等[66]研究發(fā)現(xiàn)大豆磷脂能夠通過(guò)疏水作用力改變?nèi)榍宓鞍椎臉?gòu)象，還能夠通過(guò)增加靜電斥力使乳狀液的熱穩(wěn)定性得到提高。因此，構(gòu)建乳清蛋白-卵磷脂復(fù)合體系能夠改善乳清蛋白本身不穩(wěn)定所造成的限制，從而提高其對(duì)營(yíng)養(yǎng)素等物質(zhì)的包封效率和生物可及性，以更好地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的遞送系統(tǒng)中。

表2對(duì)蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的形態(tài)、比例及二者相互作用進(jìn)行了總結(jié)。

表2 3 種蛋白與卵磷脂的復(fù)合體系特征Table 2 Characteristics of composite systems of three proteins and lecithin

3 構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的方法及其在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.1 物理場(chǎng)輔助技術(shù)構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

3.1.1 超聲輔助構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

Sui Xiaonan等[67]研究發(fā)現(xiàn)超聲處理能有效改善大豆分離蛋白和卵磷脂復(fù)合乳液體系的乳化活性和乳化穩(wěn)定性，但應(yīng)當(dāng)注意超聲功率和處理時(shí)間的設(shè)置，如果選擇不當(dāng)會(huì)對(duì)乳液產(chǎn)生負(fù)面影響，如超聲功率大于300 W時(shí)，乳化性能會(huì)降低，這可能是因?yàn)檫^(guò)度超聲使蛋白分子內(nèi)疏水區(qū)域暴露過(guò)多，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的聚集，復(fù)合乳液穩(wěn)定性降低。畢爽等[68]采用超聲技術(shù)處理了大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合凝膠體系，發(fā)現(xiàn)在低、中功率的條件處理下，大豆蛋白的α-螺旋結(jié)構(gòu)和無(wú)規(guī)卷曲結(jié)構(gòu)相對(duì)含量減少，而β-折疊結(jié)構(gòu)相對(duì)含量提高，這說(shuō)明在此功率下大豆蛋白和卵磷脂間的相互作用較為明顯，有助于改變其結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)。此外，過(guò)度超聲處理會(huì)導(dǎo)致二者相互作用減弱，從而降低凝膠體系的親油性和持水性。綜上，選用適當(dāng)頻率、時(shí)間的超聲技術(shù)能夠有效地構(gòu)建穩(wěn)定的大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合納米乳液體系（表3），這是由于超聲處理能提供給各個(gè)油滴之間足夠的排斥力。且超聲誘導(dǎo)能破壞蛋白質(zhì)天然折疊結(jié)構(gòu)，使暴露的蛋白質(zhì)發(fā)生分子間的相互作用和聚集。因此，采用如圖2中超聲處理后的蛋白-卵磷脂復(fù)合體系能夠更加廣泛地應(yīng)用于包埋、運(yùn)載和保護(hù)營(yíng)養(yǎng)素、活性因子等物質(zhì)[69]，解決其對(duì)環(huán)境敏感、生物利用率低等問(wèn)題。

圖2 超聲波處理技術(shù)的原理Fig.2 Principle of ultrasonic processing technology

表3 物理場(chǎng)輔助構(gòu)建的蛋白-卵磷脂復(fù)合體系Table 3 Physical field-assisted construction of protein-lecithin composite systems

3.1.2 高壓均質(zhì)輔助構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

Xie Hujun等[70]采用高壓均質(zhì)的方法處理了放入薄荷油的玉米醇溶蛋白-卵磷脂-EGCG復(fù)合納米顆粒，研究表明當(dāng)玉米醇溶蛋白和卵磷脂質(zhì)量比為4∶1時(shí)通過(guò)高壓均質(zhì)技術(shù)制備的乳液穩(wěn)定性最高，對(duì)薄荷油的保留率也最高。畢爽等[71]研究發(fā)現(xiàn)高壓均質(zhì)能使大豆蛋白和卵磷脂復(fù)合體系的構(gòu)象發(fā)生改變，二者的相互作用隨著壓力的增加而增強(qiáng)，從而改善復(fù)合體系的穩(wěn)定性。但應(yīng)當(dāng)注意均質(zhì)壓力過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)的重聚集，對(duì)乳液產(chǎn)生負(fù)面影響。Flores-Andrade等[72]通過(guò)高壓均質(zhì)技術(shù)制備了加入辣椒油樹(shù)脂的乳清蛋白-大豆卵磷脂-阿拉伯樹(shù)膠水包油納米乳液，以保護(hù)和穩(wěn)定其中的類(lèi)胡蘿卜素，研究表明粒徑隨著壓力的增加而減小，當(dāng)液滴最小時(shí)，類(lèi)胡蘿卜素最穩(wěn)定。這為未來(lái)采用高壓均質(zhì)技術(shù)制備封裝親脂性分子的蛋白-卵磷脂遞送系統(tǒng)提供了參考。

綜上，采用如圖3中適宜參數(shù)的高壓均質(zhì)技術(shù)可以增強(qiáng)蛋白和卵磷脂間的相互作用，從而構(gòu)建穩(wěn)定的復(fù)合乳液體系，這是由于隨處理壓力增加，大豆蛋白和卵磷脂自身空間結(jié)構(gòu)都發(fā)生改變，蛋白質(zhì)分子暴露出更多的疏水基團(tuán)，磷脂的疏水尾部與其發(fā)生相互作用使體系親油親水程度增強(qiáng)并達(dá)到較好的平衡，從而改善大豆蛋白-卵磷脂乳液體系的乳化穩(wěn)定性等，使復(fù)合體系更加穩(wěn)定。因此通過(guò)高壓均質(zhì)處理后的蛋白-卵磷脂復(fù)合體系能對(duì)生物活性物質(zhì)有更好的包封效率和保護(hù)作用，特別是在親脂性分子中有著廣闊的應(yīng)用前景。

圖3 高壓均質(zhì)與噴霧干燥技術(shù)的工作原理Fig.3 Working principle of high pressure homogenization and spray drying

3.1.3 噴霧干燥輔助構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系

Wang Shujie等[73]研究發(fā)現(xiàn)，采用噴霧干燥技術(shù)處理乳清分離蛋白和卵磷脂復(fù)合乳液，獲得的微膠囊顆粒表面致密，在水中有良好的可再分散性，且具有較高的封裝效率，這表明利用噴霧干燥技術(shù)可以得到具有理想性能的乳清分離蛋白-卵磷脂微膠囊，但應(yīng)當(dāng)注意在制備過(guò)程中卵磷脂的濃度不宜過(guò)高。石燕等[74]研究發(fā)現(xiàn)，添加卵磷脂能使乳清分離蛋白的內(nèi)源熒光發(fā)生靜態(tài)猝滅，酪氨酸和色氨酸殘基周?chē)h(huán)境同時(shí)發(fā)生改變，降低疏水性，導(dǎo)致乳清分離蛋白構(gòu)象發(fā)生改變，從而影響界面蛋白間的相互作用，防止因油滴合并導(dǎo)致的破乳現(xiàn)象，再經(jīng)噴霧干燥技術(shù)處理，就能夠獲得完整的乳清分離蛋白-卵磷脂復(fù)合體系微膠囊壁，從而提高微膠囊化的效率。

綜上，通過(guò)如圖3中噴霧干燥技術(shù)制備微膠囊時(shí)，首先要制得穩(wěn)定的乳狀液，而乳清分離蛋白和卵磷脂是制備微膠囊時(shí)常用的壁材及乳化劑，且經(jīng)噴霧干燥技術(shù)構(gòu)建的乳清分離蛋白-卵磷脂微膠囊表面致密完整，有良好封裝效率，因此將其作為運(yùn)載體包封保護(hù)生物活性物質(zhì)、藥物能夠有效應(yīng)用于遞送系統(tǒng)中。

3.2 蛋白-卵磷脂復(fù)合體系在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

3.2.1 負(fù)載藥物的復(fù)合體系在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

Fu Wen等[75]制備負(fù)載三七總皂苷（notoginsengtriterpenes，PNS）的玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒（nanoparticles of PNS-lecithin-zein，PLZ-NPs），其中玉米醇溶蛋白用于增加復(fù)合體系在胃腸環(huán)境中對(duì)酸和酶的抵抗能力，卵磷脂被用作脂質(zhì)組合物改善PNS的吸收率以及增強(qiáng)納米顆粒的載藥能力，研究表明PLZ-NPs的口服生物利用度高于游離的PNS，且其對(duì)胃腸環(huán)境的酸和消化酶具有較強(qiáng)的抗酶解能力。Zhang Shuang等[76]制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的負(fù)載酮康唑的玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒（ketoconazole loaded lecithins-zein nanoparticles，KLZ-NPS），研究發(fā)現(xiàn)由于卵磷脂具有與細(xì)胞膜相似的成分，所以該納米顆粒能夠提高酮康唑的滲透能力，還能延長(zhǎng)其在不同皮膚層的滯留時(shí)間，從而增加皮膚中藥物的濃度。KLZ-NPs還能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)釋放以延長(zhǎng)給藥間隔，解決了抗真菌藥物制劑在臨床使用中藥效持續(xù)時(shí)間短的缺點(diǎn)。Xie Zhonghui等[77]制備了具備核殼結(jié)構(gòu)的負(fù)載雷帕霉素（rapamycin，RAPA）的VE聚乙二醇琥珀酸酯（vitamin E polyethylene glycol succinate，TPGS）-卵磷脂-玉米醇溶蛋白納米顆粒（rapamycin loaded TPGS-lecithins-zein nanoparticles，RTLZ-NPs），研究發(fā)現(xiàn)其有較高的載藥能力，且在胃腸道環(huán)境中都有良好的抗酸/酶能力。此外，SD大鼠對(duì)于經(jīng)RTLZ-NPS負(fù)載的RAPA的相對(duì)口服生物利用度比游離RAPA高4.33 倍。

綜上，玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合納米顆?？梢杂行У貞?yīng)用于藥物的遞送系統(tǒng)中，其不僅能夠通過(guò)口服給藥，還能夠用于皮膚給藥。在通過(guò)口服給藥時(shí)，玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒在胃腸道中能夠抵抗酸、酶等環(huán)境對(duì)藥物的影響，從而提高口服生物利用度，且目前許多研究都表明口服藥物具有緩釋作用[73]；在通過(guò)皮膚給藥時(shí)，玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒能夠使負(fù)載藥物通過(guò)皮膚附著結(jié)構(gòu)滲透到皮膚中，增加藥物的滲透率和保留率，值得注意的是，藥物還可以從納米顆粒中持續(xù)釋放以達(dá)到緩釋效果。因此玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒也是一種很有前景的藥物遞送系統(tǒng)，具有控緩釋、提高藥物生物利用度、延長(zhǎng)療效等優(yōu)點(diǎn)，具體總結(jié)見(jiàn)表4。

表4 蛋白-卵磷脂復(fù)合體系在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用Table 4 Application of protein-lecithin composite systems in delivery systems

3.2.2 包封油脂的復(fù)合體系在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

Sandoval-Cuellar等[79]分別制備了乳清蛋白和大豆卵磷脂復(fù)合粗乳液和納米乳液作為高油酸棕櫚油的遞送系統(tǒng)，并進(jìn)行了體外消化實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)，在腸道階段，納米乳液較粗乳液相比顯示出更高的釋放速率常數(shù)和更少的游離脂肪酸最終釋放量，但是在胃階段兩種乳液都不穩(wěn)定，這是由于乳清蛋白容易受到胃高酸性環(huán)境的影響。Wang Shujie等[80]采用噴霧干燥技術(shù)，將乳清分離蛋白、卵磷脂和玉米糖漿作為壁材，對(duì)牡丹籽油進(jìn)行包封，研究發(fā)現(xiàn)微囊化能夠增強(qiáng)牡丹籽油的氧化穩(wěn)定性。在模擬胃腸消化后，結(jié)果表明在胃階段，微膠囊的壁材能夠較好地保護(hù)油脂，而在腸道中消化一段時(shí)間后，微膠囊釋放的油量會(huì)急劇增加，顯著高于胃階段的釋放量。周麟依等[81]分別采用高壓均質(zhì)、超聲和空化射流3 種方法制備了包裹魚(yú)油的大豆分離蛋白-磷脂酰膽堿納米乳液和微膠囊，研究發(fā)現(xiàn)這3 種微膠囊的包埋效果都較好，但空化射流得到的微膠囊具有最高的包埋率，且具有更好的熱穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性。因此，微膠囊可以作為一種有效的遞送載體，它可以在腸道中的理想部位進(jìn)行釋放，確保脂質(zhì)的消化和吸收主要發(fā)生在小腸中，以達(dá)到遞送體系的控釋效果。

綜上，乳清蛋白-卵磷脂復(fù)合納米體系可以有效地應(yīng)用于油脂的遞送系統(tǒng)中，它能夠較好地包封脂類(lèi)物質(zhì)，但是在模擬胃腸道消化實(shí)驗(yàn)時(shí)可以看出，微膠囊遞送方式似乎要優(yōu)于乳液遞送方式，因?yàn)樵谖覆侩A段時(shí)乳清蛋白-卵磷脂復(fù)合乳液并不穩(wěn)定，乳清蛋白較易受到胃環(huán)境的影響，因此針對(duì)這一問(wèn)題可以進(jìn)行更深的研究，以提高包封在納米乳液中生物活性化合物的生物可及性，拓寬其在各個(gè)領(lǐng)域遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用（表4）。

3.2.3 包封其他物質(zhì)的復(fù)合體系在遞送系統(tǒng)中的應(yīng)用

Xie Hujun等[82]制備了包封EGCG的玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合納米顆粒（zein-lecithin-EGCG complex nanoparticles，ZL/E），研究表明其具有良好的包封率，且在進(jìn)行模擬胃腸道消化實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)隨著消化時(shí)間的延長(zhǎng)，玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合納米顆粒包封的EGCG在模擬胃液中得到了很好的保護(hù)，具有良好的穩(wěn)定性，而在模擬腸液中EGCG大量釋放，累計(jì)釋放量分別為19%和92%，這表明ZL/E實(shí)現(xiàn)了控緩釋的目的。Chuacharoen等[83]研究了在有卵磷脂和泊洛沙姆F127表面活性劑的條件下，負(fù)載葉黃素的玉米醇溶蛋白納米顆粒的穩(wěn)定性和控釋能力，結(jié)果表明使用表面活性劑能顯著提高納米顆粒的包封效率以及在不同環(huán)境下的化學(xué)穩(wěn)定性，并且發(fā)現(xiàn)其在磷酸鹽緩沖液（phosphate buffered saline，PBS）中能夠減緩葉黃素的釋放。江連洲等[84]利用超聲技術(shù)制備了包埋β-胡蘿卜素的大豆蛋白-磷脂酰膽堿復(fù)合納米乳液，發(fā)現(xiàn)大豆蛋白與磷脂酰膽堿相互作用的增強(qiáng)能夠提高納米乳液對(duì)營(yíng)養(yǎng)素的包埋運(yùn)載效果，從而提高β-胡蘿卜素的穩(wěn)定性及生物利用度。

綜上，玉米醇溶蛋白-卵磷脂納米顆粒能夠提高對(duì)多酚及類(lèi)胡蘿卜素的包封效率，并且其遞送系統(tǒng)具有良好的控緩釋能力。大豆蛋白-磷脂酰膽堿復(fù)合納米乳液能夠提高對(duì)β-胡蘿卜素的包埋運(yùn)載效率，其中磷脂酰膽堿是卵磷脂的主要組成成分，所以可以推測(cè)大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合乳液體系也能夠?qū)ι锘钚晕镔|(zhì)有良好的包埋運(yùn)載效率。因此，可以嘗試采用玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合體系和大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合體系對(duì)生物活性物質(zhì)進(jìn)行包封運(yùn)載，從而應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域（表4）。

4 結(jié)語(yǔ)

本文綜述在超聲、高壓均質(zhì)、噴霧干燥3 種場(chǎng)輔助技術(shù)下構(gòu)建玉米醇溶蛋白、大豆蛋白、乳清蛋白與卵磷脂復(fù)合體系的研究進(jìn)展，并對(duì)它們?cè)谶f送系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，其中涉及納米顆粒遞送體系、納米乳液遞送體系、微膠囊遞送體系，為這些遞送體系在對(duì)生物活性物質(zhì)、藥物進(jìn)行包封、保護(hù)、控緩釋等方面的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。與此同時(shí)，對(duì)于物理場(chǎng)輔助構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系方面有以下展望：

除上文提到的3 種蛋白，目前對(duì)于其他單一蛋白與卵磷脂復(fù)合體系也有較多研究，如魚(yú)卵水解蛋白-卵磷脂復(fù)合體系[85]、肌原纖維蛋白-卵磷脂復(fù)合體系[86]等，未來(lái)可以重點(diǎn)構(gòu)建多組分蛋白和卵磷脂共同結(jié)合的復(fù)合體系，探討組分之間相互作用對(duì)復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能的影響，構(gòu)建得到包封率更高、穩(wěn)定性更好的精準(zhǔn)“靶向”功能型遞送體系。蛋白和卵磷脂相互作用會(huì)導(dǎo)致復(fù)合體系構(gòu)象發(fā)生變化，而結(jié)構(gòu)對(duì)于復(fù)合體系精準(zhǔn)營(yíng)養(yǎng)與個(gè)性化功能設(shè)計(jì)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用影響顯著，目前已有研究將魚(yú)卵水解蛋白和卵磷脂復(fù)合乳化劑應(yīng)用于β-胡蘿卜素飲料中[87]；還有研究探索了蛋清蛋白與卵磷脂的互作，以及卵磷脂濃度對(duì)蛋白理化性質(zhì)和復(fù)水行為的影響，這在一定程度上解決了蛋清蛋白粉在食品工業(yè)中的復(fù)水行為帶來(lái)的限制[88]，故未來(lái)可以進(jìn)一步探索組分之間相互作用對(duì)蛋白和卵磷脂在特定功能特性方面是否會(huì)產(chǎn)生協(xié)同增效亦或拮抗作用。壓力、超聲物理場(chǎng)輔助構(gòu)建玉米醇溶蛋白-卵磷脂復(fù)合體系和乳清蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的研究相對(duì)較少，特別是在不同的壓力、超聲物理場(chǎng)輔助技術(shù)下對(duì)于這兩種蛋白與卵磷脂之間的相互作用需進(jìn)一步開(kāi)展深入研究。而對(duì)于壓力、超聲物理場(chǎng)輔助構(gòu)建大豆蛋白-卵磷脂復(fù)合體系的研究，現(xiàn)已能夠較好地闡述二者間的相互作用，以及構(gòu)象如何變化，但大多研究只針對(duì)于卵磷脂的添加對(duì)復(fù)合乳液體系的影響，也有部分對(duì)于親脂性物質(zhì)的包封，如牡丹籽油、魚(yú)油等[89]。未來(lái)應(yīng)在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開(kāi)展對(duì)多種生物活性物質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)功能組分、醫(yī)用藥物等成分的包埋與負(fù)載，以拓寬其在遞送系統(tǒng)上的具體應(yīng)用開(kāi)發(fā)。在未來(lái)的研究中可以嘗試聯(lián)用兩種及以上物理場(chǎng)輔助技術(shù)構(gòu)建蛋白-卵磷脂復(fù)合體系，研究其對(duì)蛋白-卵磷脂構(gòu)象的影響規(guī)律，闡明納米復(fù)合體系中各組分間相互作用機(jī)制、動(dòng)力學(xué)及熱力學(xué)穩(wěn)定模型，提高復(fù)合體系遞送效率。