基于纖維素穩(wěn)定乳液的生物活性物質(zhì)運(yùn)載體系研究進(jìn)展

李 想，隋沅均，龐一帆，魏 佳，周 慧，何云海，任丹丹，劉 舒，武 龍,*

（1.大連海洋大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧大連 116023；2.海洋食品精深加工關(guān)鍵技術(shù)省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，大連工業(yè)大學(xué)，遼寧大連 116034）

乳液是指在乳化劑的參與下，使某種液體以液滴的形式，分散在與之不相溶的另一種液體中而構(gòu)成的均一的、穩(wěn)定的體系[1-2]?；谌橐哼B續(xù)和分散的不同兩相共存的特殊結(jié)構(gòu)，生物活性物質(zhì)可以嵌入在乳液的分散相中，從而實(shí)現(xiàn)有效成分的包埋和遞送[3-4]。近年來，乳液作為生物活性物質(zhì)遞送載體已成為廣大科研學(xué)者的研究的熱點(diǎn)內(nèi)容。姜黃素[5-6]、蝦青素[7]、β-胡蘿卜素[8-10]、番茄紅素[11]、葡萄柚精油[12]、茶多酚[13]、α-生育酚及白藜蘆醇[14]等多種生物活性物質(zhì)已經(jīng)成功地荷載在乳液系統(tǒng)中，在食品、藥品及包裝材料中發(fā)揮重要作用。將乳液作為遞送生物活性物質(zhì)的載體系統(tǒng)，不僅可以改善有效成分的分散性，延緩功能性成分的降解、氧化和揮發(fā)[15]，還可以在其運(yùn)送到人體的過程中起到運(yùn)載和緩釋的作用[16-17]。此外，乳液的穩(wěn)定性受穩(wěn)定粒子的種類、內(nèi)相比、溫度、pH 和離子濃度等條件的影響[18-19]，這種對(duì)特定條件的刺激響應(yīng)特性，使乳液載體系統(tǒng)能在指定條件下釋放其荷載的生物活性物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)有效成分的靶向遞送，進(jìn)一步提高功能性成分的生物利用度[20]。

為實(shí)現(xiàn)不同生物活性物質(zhì)的荷載，穩(wěn)定劑在整個(gè)系統(tǒng)中起到至關(guān)重要的作用。在穩(wěn)定乳液水油界面的基礎(chǔ)上，穩(wěn)定乳液的粒子或乳化劑既需要對(duì)荷載的生物活性物質(zhì)起到包封的作用，同時(shí)也需要在不同的條件下保護(hù)功能性成分的活性[21]。尤其當(dāng)系統(tǒng)應(yīng)用于食品組分時(shí)，對(duì)載體穩(wěn)定劑的研究往往側(cè)重于安全性更高的天然高分子化合物，包括多糖類化合物（如淀粉顆粒、殼聚糖和纖維素等），蛋白質(zhì)以及二者的復(fù)合物等[22]。其中，纖維素作為自然界中含量最多的天然高分子材料，以纖維狀的形式廣泛存在于植物、細(xì)菌、藻類和被囊動(dòng)物中，年產(chǎn)量超過90 億噸[22]，具有分布廣，產(chǎn)量大，價(jià)格低廉，生物降解性良好等優(yōu)良特性[22-23]，在穩(wěn)定生物活性物質(zhì)的乳液載體中表現(xiàn)出高度的應(yīng)用潛力，具有廣闊的開發(fā)前景。

當(dāng)前，關(guān)于食品生物活性物質(zhì)遞送載體的研究方興未艾。針對(duì)不同有效成分的特性及應(yīng)用需求，定制最佳的釋放策略是實(shí)現(xiàn)乳液載體智能化發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[24]。纖維素材料的結(jié)構(gòu)特性使其在提高乳液穩(wěn)定性的同時(shí)，也為載體的結(jié)構(gòu)和組裝形式可調(diào)性創(chuàng)造了廣闊的設(shè)計(jì)空間。然而，相關(guān)領(lǐng)域的研究仍缺乏系統(tǒng)的指導(dǎo)資料。為此，本文以纖維素乳液負(fù)載生物活性物質(zhì)的載體體系為切入點(diǎn)，從纖維素乳液的穩(wěn)定機(jī)制、穩(wěn)定乳液載體的纖維素類型、體系負(fù)載的主要生物活性物質(zhì)及乳液中影響生物活性物質(zhì)釋放的主要因素四個(gè)角度，綜述國內(nèi)外報(bào)道中最新研究進(jìn)展，旨在深度開發(fā)纖維素資源的利用空間，揭示其在食品相關(guān)領(lǐng)域中的發(fā)展?jié)摿?，深入研究纖維素材料的界面特性及其穩(wěn)定乳液的釋放機(jī)制，進(jìn)一步拓展功能性食品開發(fā)的市場(chǎng)，為新型生物活性物質(zhì)遞送載體的構(gòu)建提供理論研究基礎(chǔ)。

1 纖維素乳液的穩(wěn)定機(jī)制

如圖1 所示，在纖維素穩(wěn)定乳液載體方面，通過Web of Science（www.web of science.com）數(shù)據(jù)庫檢索組合“cellulose emulsion encapsulation”，共有250余條研究報(bào)道，成果數(shù)量呈現(xiàn)在波動(dòng)中逐年上升的趨勢(shì)（圖1A），體現(xiàn)了相關(guān)領(lǐng)域?qū)w維素材料日益升高的關(guān)注度。其中，在藥物藥理學(xué)領(lǐng)域的大量研究也證實(shí)，纖維素乳液為藥物遞送系統(tǒng)提供了綠色高效的載體材料[25-31]。此外，按研究發(fā)表的國家來劃分，中國發(fā)表的文章以55 篇的數(shù)量位居第一，占研究總和的22%，反映了我國對(duì)纖維素基乳液載體研究的重視（圖1B）。

圖1 通過Web of Science 檢索“cellulose emulsion encapsulation”相關(guān)論文的數(shù)量分布圖Fig.1 Quantitative distribution of the articles on ''cellulose emulsion encapsulation'' searched by Web of Science

作為負(fù)載生物活性物質(zhì)的必要前提，纖維素乳液自身的穩(wěn)定性在載體的構(gòu)建中起到至關(guān)重要的作用[32]。纖維素自身不溶于水，因此絕大多數(shù)由纖維素穩(wěn)定的乳液屬于由固體粒子穩(wěn)定的Pickering 乳液[33-35]。如圖2 所示，相較于依靠表面活性劑降低界面張力以穩(wěn)定油水界面的傳統(tǒng)乳液，在不含有表面活性劑的Pickering 乳液中，兩相界面的穩(wěn)定通過固體粒子的吸附改變空間位阻實(shí)現(xiàn)[36-37]。以Pickering乳液的穩(wěn)定機(jī)理為主要依據(jù)，纖維素乳液的穩(wěn)定機(jī)制主要可以劃分為界面膜穩(wěn)定機(jī)制和三維粘彈粒子網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定機(jī)制[38-39]。

圖2 Pickering 乳液結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structure of the Pickering emulsions

1.1 界面膜穩(wěn)定機(jī)制

Pickering 乳液的界面膜穩(wěn)定機(jī)制指出，乳液的穩(wěn)定依賴固體粒子吸附在兩相形成界面處所形成的物理屏障，使分隔的乳滴不可并聚[40]。固體粒子能夠不可逆地以單層或多層的形式緊密吸附于油水界面，所形成的界面膜包裹油滴，有效阻止了乳滴間的碰撞和絮凝[41]。同時(shí)，界面膜中的固體粒子進(jìn)一步增大了乳滴間的靜電斥力，二者共同作用于穩(wěn)定乳液，維持Pickering 乳液的長期穩(wěn)定。纖維素較之于傳統(tǒng)的固體粒子擁有更高的長徑比，其形態(tài)更趨近于細(xì)長棒狀[42-43]。如圖3 所示，棒狀粒子能有序地平行排布于油水界面，因此相同顆粒量的棒狀粒子可以更大面積地包裹乳液液滴[44]。大量研究證實(shí)，長徑比較高的納米纖維素能夠減少其在界面膜的堆積，有助于提高乳液的穩(wěn)定性[45-46]。

圖3 粒子形態(tài)對(duì)乳液的影響Fig.3 Effects of the particle morphology on the emulsions

1.2 三維粘彈粒子網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定機(jī)制

Pickering 乳液的三維粘彈粒子網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定機(jī)制認(rèn)為，穩(wěn)定乳液的固體粒子可以在連續(xù)相中形成3D 橋聯(lián)網(wǎng)絡(luò)環(huán)繞在乳滴周圍，通過空間位阻效應(yīng)使乳滴嵌入其中并固定，防止乳滴因聚集而導(dǎo)致的絮凝作用[41]。纖維素納米晶在Pickering 乳液中可以通過范德華力形成橋聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，環(huán)繞乳滴提供空間位阻穩(wěn)定乳液[47]。桿狀的纖維素納米晶可以在兩相界面上彎曲，使粒子之間的結(jié)構(gòu)發(fā)生重組和交聯(lián)，形成粘彈網(wǎng)絡(luò)[48]。與此同時(shí)，形變過程中圍繞粒子產(chǎn)生的毛細(xì)管力則進(jìn)一步增加了Pickering 乳液的穩(wěn)定性。此外，固體粒子增加了乳液連續(xù)相的黏度，使得液滴沉降速率下降，纖維素乳液的穩(wěn)定性大大提高[49-50]。

除Pickering 乳液之外，部分研究針對(duì)纖維素進(jìn)行親水改性，通過降低油水界面的張力，成功穩(wěn)定了傳統(tǒng)乳液。與傳統(tǒng)乳液相比，Pickering 乳液中的界面膜與三維網(wǎng)絡(luò)能夠進(jìn)一步增加載體乳液穩(wěn)定性，使其在生物活性物質(zhì)的封裝保護(hù)及運(yùn)載釋放中更具優(yōu)勢(shì)。有鑒于此，在纖維素穩(wěn)定的生物活性物質(zhì)載體中，乳液的穩(wěn)定性亦可以通過纖維素的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)控。

2 穩(wěn)定乳液載體的纖維素類型

近年來，關(guān)于纖維素乳液穩(wěn)定性表征的研究取得了較大進(jìn)展，為生物活性物質(zhì)載體的構(gòu)建提供了堅(jiān)實(shí)的理論研究基礎(chǔ)。結(jié)合纖維素乳液的界面膜和三維粘彈粒子網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定機(jī)制，研究者往往對(duì)穩(wěn)定乳液的纖維素材料進(jìn)行一定程度的物理化學(xué)改性，以期獲得最佳的界面潤濕特性[51-52]。如表1 所示，在相關(guān)研究的報(bào)道中，改性纖維素及納米纖維素材料在乳液載體系統(tǒng)的穩(wěn)定中發(fā)揮重要作用。

表1 改性纖維素材料及納米纖維素材料作為乳液載體穩(wěn)定劑的特點(diǎn)Table 1 Properties of modified cellulose and nanocellulose materials as stabilizers for emulsion system

2.1 改性纖維素材料

纖維素表面豐富的羥基具有較高的反應(yīng)活性，為其化學(xué)改性創(chuàng)造了豐富的可能，進(jìn)一步擴(kuò)大了纖維素作為生物活性物質(zhì)載體材料的應(yīng)用范圍[53-54]。如圖4 所示，對(duì)纖維素進(jìn)行酯化、硅烷化，氧化及聚合物接枝等反應(yīng)，能夠使所構(gòu)建的乳液獲得溫度敏感，pH 響應(yīng)等控釋特性[54-56]。

圖4 纖維素化學(xué)修飾方法示意圖[56]Fig.4 Methods of the chemical modification on cellulose[56]

乙基纖維素和醋酸丁酸纖維素均為不溶于水的改性纖維素材料，二者通常以固體粒子的形式分布于乳液分散相中，穩(wěn)定Pickering 乳液。乙基纖維素分別以1.0%，1.5%，2.0%和2.5%（w/w）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分散在水相中，穩(wěn)定內(nèi)相比為0.2 的水包油（oil in water，O/W）型蝦青素乳液[57]。而在利用醋酸丁酸纖維素與負(fù)載茶堿的環(huán)己烷混合構(gòu)建乳液中[58]，茶堿微球可以通過乳液進(jìn)一步制備，該方法所得到的微球中封裝率可達(dá)64.71%。

羧甲基纖維素由纖維素進(jìn)行親水表面改性制備，在水中具有良好的溶解性，是研究中廣泛應(yīng)用的乳液穩(wěn)定劑。在西米羧甲基纖維素穩(wěn)定的紅棕櫚油乳液中[59]，12.5%（w/w）羧甲基纖維素制備的乳液具有良好的穩(wěn)定性，可以生產(chǎn)負(fù)載22.8%（w/w）紅棕櫚油的載油凝珠。應(yīng)用鳳凰木（Delonix regia）的果莢分離天然纖維素，并在酸性條件下分別將其改性獲得羧甲基纖維素和醋酸纖維素，三種纖維素在乳液中均能夠以1.0%（w/w）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)穩(wěn)定內(nèi)相比為0.5的維生素A 的載體體系[60]，其中羧甲基纖維素穩(wěn)定的乳液在自然pH 下的穩(wěn)定性高于天然纖維素和醋酸纖維素，證實(shí)了纖維素表面改性對(duì)乳液體系穩(wěn)定性的影響。

2.2 納米纖維素材料

作為穩(wěn)定乳液的粒子，纖維素材料的長徑比也是實(shí)現(xiàn)載體控釋的重要因素之一[61]。在改性纖維素材料的研究日趨成熟的基礎(chǔ)上，具有更高長徑比的納米纖維素材料在近年來獲得了更多關(guān)注。采用物理或化學(xué)方法對(duì)纖維素進(jìn)行處理，令其某一維度的尺寸減小到100 nm 以內(nèi)，即獲得納米纖維素[23]。來源于生物的納米纖維素主要包括細(xì)長柔軟呈纏繞狀的纖維素納米纖絲（nanofibrillated cellulose，cellulose nanofiber，cellulose nanofibri 或nanofibrillar cellulose），棒狀或須狀的纖維素納米晶體（nanocrystalline cellulose，cellulose nanocrystals 或nanocrystal of cellulose）和細(xì)菌中分離獲得的細(xì)菌納米纖維素三大類[62-64]，相關(guān)的納米纖維素乳液已經(jīng)逐步應(yīng)用于食品中。

如表1 所示，纖維素納米纖絲穩(wěn)定的乳液被證實(shí)可以提高對(duì)油相的負(fù)載量，并且具有良好的穩(wěn)定性。從刺棒棕（Bactris gasipaes）中分離的纖維素納米纖絲具有縱橫比高的納米纖維素典型特性，研究證實(shí)其可應(yīng)用于穩(wěn)定鱷梨油乳液[65]。與傳統(tǒng)的非納米纖維素相比，該纖維素納米纖絲能夠以1.0%低質(zhì)量分?jǐn)?shù)實(shí)現(xiàn)較高的脂質(zhì)負(fù)載效率，揭示了體系在不同溫度和pH 下對(duì)負(fù)載生物活性物質(zhì)的保護(hù)作用。

纖維素納米晶體在乳液中的添加量對(duì)乳液穩(wěn)定性具有重要影響。由不同添加量的硬木纖維素納米晶體構(gòu)建的大麻（Cannabis sativaL.）籽油乳液穩(wěn)定性有所差異[66]，相似的脂質(zhì)載體也可以通過蘆筍（Asparagus officinalisL.）纖維素納米晶體穩(wěn)定的棕櫚油乳液構(gòu)建[67]。該結(jié)果闡明了纖維素納米晶體質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳液穩(wěn)定性的顯著影響，支持了纖維素乳液的界面膜穩(wěn)定機(jī)制。

細(xì)菌纖維素乳液載體的研究也在逐步深入的過程中，由Komagataeibacter sucrofermentansDSM 15973 經(jīng)靜態(tài)發(fā)酵獲得細(xì)菌納米纖維素穩(wěn)定了肉桂（Cinnamomum zeylanicum）精油乳液[52]。該研究證實(shí)了以0.4%（w/w）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的細(xì)菌納米纖維素可以穩(wěn)定內(nèi)相比0.2%～3.1%（v/w）的肉桂精油乳液，揭示了來源于細(xì)菌的纖維素納米材料具有植物纖維素相似的載體穩(wěn)定作用。

目前，由納米纖維素穩(wěn)定的乳液已被廣泛研究，但針對(duì)其乳液載體的研究尚淺。纖維素納米纖絲、纖維素納米晶體和細(xì)菌納米纖維素的不同結(jié)構(gòu)對(duì)其穩(wěn)定乳液載體的影響尚未明確。深入研究二者間的構(gòu)效關(guān)系，對(duì)于生物活性物質(zhì)載體的開發(fā)具有重要意義。纖維素材料具有優(yōu)良的表面特性和較高的乳液穩(wěn)定性，有助于滿足不同特性的生物活性物質(zhì)的遞送需求，為乳液載體的定制化設(shè)計(jì)提供了一類有潛力的材料。

3 纖維素基乳液體系負(fù)載的主要生物活性物質(zhì)

部分生物活性物質(zhì)在水中溶解性差，在生產(chǎn)加工和儲(chǔ)存的過程中大多容易分解和氧化[68-70]。當(dāng)功能性成分隨食物進(jìn)入人體后，還存在易被胃酸分解，生物利用度較低的局限性，成為制約其發(fā)展和應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題。隨著生物活性物質(zhì)載體研究的逐步深入，纖維素乳液包封被公認(rèn)為是解決上述問題的有效途徑之一。

3.1 酚類化合物

酚類化合物具有較高的抗氧化活性，其抗病毒、抗變異及抑制腫瘤活性等功能已被大量研究證實(shí)。然而，酚類物質(zhì)在食品加工過程中極易氧化降解?；诖?，對(duì)于部分難溶于水或脂溶性的酚類物質(zhì)，將其搭載于纖維素基乳液載體中，可以大大提高其在食品介質(zhì)中的溶解度，提高其氧化穩(wěn)定性的同時(shí)也可以增加酚類物質(zhì)在人體的吸收利用率。

纖維素乳液系統(tǒng)被證實(shí)可以有效抑制酚類物質(zhì)的氧化降解。最新研究證實(shí)，未經(jīng)纖維素乳液包埋的游離姜黃素在pH7.2 的緩沖溶液中30 min 內(nèi)降解率超過85%，而包封在纖維素乳液中的姜黃素表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，在儲(chǔ)存30 d 后降解率低于50%[6,71]。此外，姜黃素也已經(jīng)成功地在纖維素基乳液中實(shí)現(xiàn)與多種化合物的共搭載。姜黃素與香豆素被證實(shí)可以共同搭載于胺化納米纖維素穩(wěn)定的乳液，其中，香豆素和姜黃素的包封率大于90%[72]，乳液的釋放動(dòng)力學(xué)曲線顯示二者的持續(xù)釋放增加了其生物利用度，搭載姜黃素與香豆素的乳液在體外抗腫瘤和抗菌實(shí)驗(yàn)中使細(xì)胞毒性減弱，該研究證實(shí)乳液的負(fù)載可以提高二者的生物利用度。

較強(qiáng)的抗氧化活性是酚類物質(zhì)的重要特性之一，研究結(jié)果表明，纖維素基乳液系統(tǒng)的界面膜包封有助于保護(hù)酚類物質(zhì)的抗氧化活性。二氫楊梅素屬于多酚黃酮類物質(zhì)，因其具有較強(qiáng)的抗氧化活性，在食品中普遍用于防止脂質(zhì)氧化[73]。二醛纖維素納米晶體穩(wěn)定的乳液保護(hù)了二氫楊梅素的抗氧化活性，因此，利用乳液制備基于明膠基質(zhì)的活性可食用薄膜具有較強(qiáng)的紫外線阻隔能力、高透明度、良好的耐水性、良好的機(jī)械性能和有效的抗氧化活性[74]。

在保護(hù)酚類物質(zhì)免于氧化降解的同時(shí)，纖維素基乳液系統(tǒng)還可以抑制其在胃部消化過程中的降解，并顯著影響功能因子的釋放過程[75]。將芒果（mangifera indicaL.）皮酚類提取物搭載于羧甲基纖維素鈉穩(wěn)定的水包油包水型乳液的內(nèi)水相中[76]，在模擬胃部消化的前40 min，羧甲基纖維素鈉會(huì)因物理或空間位阻而減緩脂肪分解反應(yīng)，導(dǎo)致含有羧甲基纖維素鈉的乳液脂質(zhì)消化速度明顯慢于對(duì)照組，證實(shí)了纖維素乳液體系對(duì)酚類物質(zhì)降解的抑制作用。

3.2 維生素與類胡蘿卜素

維生素及類胡蘿卜素組分不僅在水中分散性差，光照、溫度及pH 的不穩(wěn)定均會(huì)對(duì)其活性造成負(fù)面影響。因此，纖維素乳液體系可以根據(jù)維生素及類胡蘿卜素對(duì)改善分散性，抑制高溫降解，保護(hù)生物活性及在釋放中提高生物利用度等需求，設(shè)計(jì)不同的負(fù)載方案。

維生素A 在利用鳳凰木（Delonix regia）羧甲基纖維素和醋酸纖維素穩(wěn)定乳液中的包封率可達(dá)65.45%[60,77]。包封水溶性維生素C 的羧甲基纖維素微乳液載體也在最新的研究中被成功構(gòu)建，可以在4、25 和40 ℃的溫度下穩(wěn)定儲(chǔ)存三周以上，證實(shí)了纖維素乳液在溫度影響下的高度穩(wěn)定性，有利于實(shí)現(xiàn)維生素C 的包埋[78]。蝦青素作為類胡蘿卜素成分之一，其抗氧化活性超過玉米黃素、葉黃素等其他類胡蘿卜素10 倍以上[79]。通過連續(xù)超臨界乳液提取法在乙基纖維素載體中負(fù)載蝦青素，保護(hù)蝦青素強(qiáng)大抗氧化活力的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)84%的封裝效率[57]。以上研究均證實(shí)，棒狀結(jié)構(gòu)的纖維素制備的乳液具有優(yōu)異的乳液穩(wěn)定性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生物活性物質(zhì)的封裝與保護(hù)。

在提供高度穩(wěn)定包封載體的同時(shí)，纖維素乳液體系還可以顯著影響維生素在腸道中的釋放。乙基纖維素乳液制備的微膠囊遞送載體可以應(yīng)用于抑制葉酸在胃酶消化中的釋放和降解[78]，并在腸道中釋放以供給人體吸收。隨著乙基纖維素濃度從7.5%（w/v）減小到2.5%（w/v），葉酸釋放率從40%增加至52%，最高可達(dá)79%，證明微膠囊的特性和體外釋放曲線與乳液中乙基纖維素的濃度具有相關(guān)性。

研究證實(shí)，纖維素可以通過調(diào)節(jié)乳液的界面特性實(shí)現(xiàn)維生素與類胡蘿卜素的封裝及釋放。同時(shí)，調(diào)節(jié)系統(tǒng)中纖維素質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以有效改善活性物質(zhì)的生物利用率。

3.3 脂質(zhì)

乳液載體對(duì)脂質(zhì)的負(fù)載方式通常是直接將其作為乳液的分散相，O/W 型纖維素乳液可以有效封裝脂質(zhì)。纖維素乳液體系對(duì)紅棕櫚油、茶樹（Melaleuca alternifolia）油、金槍魚油或薄荷（Mentha piperita）油有較高包封效率，依次為22.8%[59]、90.4%[80]、91.48%和93.19%（w/w）[81]。

纖維素乳液體系不僅可以提高酚類物質(zhì)的抗氧化穩(wěn)定性，對(duì)脂質(zhì)也具有相似的保護(hù)作用。硫酸銨纖維素納米晶體乳液中橄欖油質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1wt%時(shí)，油相抗氧化活性最好，為44.94%[82]，并且隨著乳液中硫酸銨纖維素納米晶體濃度的增加，油相的抗氧化活性也隨之增加，證實(shí)了纖維素基乳液載體對(duì)脂質(zhì)氧化的保護(hù)作用。

綜上，大量研究結(jié)果證實(shí)，纖維素穩(wěn)定的乳液可以有效地提高脂質(zhì)、酚類物質(zhì)、維生素及類胡蘿卜素的氧化穩(wěn)定性，改善茶堿生物利用度，并在消化過程中防止上述生物活性物質(zhì)的降解，實(shí)現(xiàn)功能因子在腸道中的釋放。因此，纖維素乳液是一種極具開發(fā)潛力的生物活性物質(zhì)載體，可以針對(duì)不同生物活性物的特性及應(yīng)用需求，定制最佳的釋放策略。

4 乳液中影響生物活性物質(zhì)釋放的主要因素

纖維素在乳液中吸附在油水界面形成致密界面膜以及粘彈性的三維網(wǎng)絡(luò)，在進(jìn)一步增加乳液穩(wěn)定性的同時(shí)，也可以通過較高的長徑比控制乳滴內(nèi)部的功能因子釋放，進(jìn)而提高所負(fù)載生物活性物質(zhì)的利用率。如圖5 所示，當(dāng)體系隨食物組分被人體攝入后，或在一定的環(huán)境因素影響下，乳液系統(tǒng)可以有效釋放其負(fù)載的生物活性物質(zhì)。根據(jù)乳液體系釋放功能因子機(jī)制的不同，大體可以將其劃分為緩釋和控釋兩大系統(tǒng)。

圖5 乳液系統(tǒng)中生物活性物質(zhì)的釋放示意圖Fig.5 Release effect of bioactive substances in emulsion system

4.1 緩釋系統(tǒng)

生物活性物質(zhì)的緩釋系統(tǒng)是指載體在進(jìn)入人體后，能夠以受控的速率長效釋放所負(fù)載的功能因子的體系[83]。在纖維素乳液的緩釋系統(tǒng)中，由乳滴作為該體系的載體，通過將活性物質(zhì)封裝其中實(shí)現(xiàn)活性保護(hù)和可控釋放。因而影響纖維素乳液系統(tǒng)緩釋作用的因素主要源自于內(nèi)部功能因子的擴(kuò)散，以及外部乳液的破乳兩個(gè)方面。在研究中，纖維素界面膜特性、乳滴粒徑及體系粘度均被證實(shí)對(duì)載體的擴(kuò)散和破乳具有顯著影響。

根據(jù)乳液的界面膜穩(wěn)定機(jī)制，界面膜厚度的增加可以改善功能因子的保留系數(shù)，控制功能因子在載體系統(tǒng)中的擴(kuò)散，影響體系緩釋效果。在乳清蛋白與多糖復(fù)合物穩(wěn)定原花青素乳液中釋放動(dòng)力學(xué)的研究中，釋放速率被證實(shí)與界面膜的厚度顯著相關(guān)[68]。乳液的界面膜厚度由0.6 nm 增加至4.2 nm 過程中，乳液中原花青素的釋放速率常數(shù)顯著減小。該結(jié)果支持內(nèi)部擴(kuò)散影響乳液載體緩釋作用的假設(shè)，提出了通過調(diào)控界面膜厚度控制系統(tǒng)緩釋作用的新策略。

乳滴的粒徑與界面膜的厚度息息相關(guān)。在纖維素穩(wěn)定的乳液體系中，乳滴的粒徑在影響乳液載體穩(wěn)定性的同時(shí)，也對(duì)其負(fù)載的生物活性物質(zhì)的緩釋過程具有調(diào)控作用[84]。以O(shè)/W 型纖維素乳液為例，在功能因子從油相傳遞到水相的分子傳質(zhì)過程中，其傳質(zhì)效率受到傳質(zhì)路徑，即乳滴粒徑的影響。然而，盡管有大量研究對(duì)乳滴粒徑與功能因子釋放的相關(guān)性進(jìn)行了報(bào)道，對(duì)于二者間的構(gòu)效關(guān)系仍未得到一致的結(jié)論。部分研究認(rèn)為，粒徑較小的乳滴因其較小的比表面積以及乳滴中心到界面較短距離，促進(jìn)功能因子的快速傳質(zhì)及釋放[85]；而另一部分研究則認(rèn)為，粒徑較小且比表面積較大的乳滴會(huì)導(dǎo)致其界面吸附的粒子更多，即界面膜增厚，進(jìn)而降低功能因子的傳質(zhì)效率[68]。因此，乳滴粒徑對(duì)其釋放系統(tǒng)的影響機(jī)制有待進(jìn)一步研究證實(shí)，二者的構(gòu)效關(guān)系可能與其負(fù)載的生物活性物質(zhì)的特性有關(guān)。

乳液的流變學(xué)特性也是影響生物活性物質(zhì)緩釋的主要因素之一，主要體現(xiàn)為乳液的表觀粘度對(duì)功能因子釋放的影響。Stoke-Einstein 方程定義了粒子在粘性流體中的擴(kuò)散系數(shù)（D）的與體系粘度關(guān)系，如下式所示：

其中，k 為波爾茲曼常數(shù)；T 為絕對(duì)溫度；η為粘度；d 為粒子流體力學(xué)直徑。由該公式可知，乳液載體中功能因子的擴(kuò)散系數(shù)與乳液的粘度成反比，即乳液粘度的增加會(huì)在一定程度上抑制其負(fù)載功能因子的擴(kuò)散。纖維素乳液體系中生物活性物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)較小，進(jìn)一步提升了該系統(tǒng)對(duì)生物活性物質(zhì)的包封效果的同時(shí)，也對(duì)其釋放效果提出了新的挑戰(zhàn)。在最新的報(bào)道中，研究通過對(duì)纖維素進(jìn)行表面修飾，可以賦予載體刺激-響應(yīng)的控釋特性，使載體能夠在指定的環(huán)境、時(shí)間和位點(diǎn)中靶向釋放其所負(fù)載的功能因子。因此，改性纖維素在載體控釋作用中占有重要地位，可以有效提升乳液體系在釋放過程中的可控性與精準(zhǔn)性。

4.2 控釋系統(tǒng)

乳液系統(tǒng)的控釋作用在功能性食品開發(fā)、藥物遞送和封裝細(xì)胞的移植等領(lǐng)域具有重要意義。如圖5 所示，乳液載體中應(yīng)用的智能環(huán)境響應(yīng)型材料可以通過pH（圖6A）、電場(chǎng)（圖6B）或磁場(chǎng)（圖6C）等外部環(huán)境刺激，對(duì)其負(fù)載生物活性物質(zhì)的釋放時(shí)間、釋放速率或釋放位點(diǎn)進(jìn)行調(diào)節(jié)。這種靶向遞送的特異性極大地拓展了乳液載體系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。目前，乳液載體的控釋體系已成為藥物遞送領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究對(duì)象。然而，以纖維素基乳液為主體的控釋系統(tǒng)研究極少見于報(bào)道。

圖6 pH、電場(chǎng)及磁場(chǎng)控釋的乳液體系作用機(jī)制示意圖Fig.6 Schematic diagrams of release mechanism of the pH,electrical or magnetic-controlled emulsion systems

由Fe3O4@纖維素納米晶穩(wěn)定的具有pH 和磁性雙重響應(yīng)性的乳液控釋體系突破了纖維素乳液控釋載體的空白[45]，其通過對(duì)纖維素納米晶體進(jìn)行表面修飾，從而提高了其表面疏水性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)通過改變外部刺激條件（pH3.0～13.0）調(diào)節(jié)乳液的穩(wěn)定。相關(guān)研究利用上述乳液體系對(duì)姜黃素進(jìn)行負(fù)載，并考察了其在體外抗結(jié)腸癌領(lǐng)域中的應(yīng)用[45]。結(jié)果證實(shí)0.7 T 的外部磁場(chǎng)可以刺激乳液載體釋放姜黃素，釋放量可達(dá)其初始負(fù)載量的53.30%，該研究為后續(xù)纖維素乳液控釋載體的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

盡管纖維素乳液在生物活性物質(zhì)的釋放方面表現(xiàn)出優(yōu)秀的潛力，但相關(guān)研究仍處于初級(jí)階段。目前僅有的研究報(bào)道大多集中在藥物緩釋領(lǐng)域，將其應(yīng)用于功能性食品領(lǐng)域的研究少之又少。針對(duì)纖維素與所負(fù)載的生物活性物質(zhì)的構(gòu)效關(guān)系研究及控釋系統(tǒng)中響應(yīng)性纖維素材料開發(fā)鮮有報(bào)道。同時(shí)，纖維素乳液體系在食品呈味物質(zhì)的包埋、不良風(fēng)味的掩蓋以及熱敏性食物組分的加工等方面仍有很大的挖掘空間。因此，為實(shí)現(xiàn)針對(duì)特定功能因子的體系定制化設(shè)計(jì)，纖維素乳液體系中生物活性物質(zhì)的釋放機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

5 結(jié)論與展望

為了積極響應(yīng)國家建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的奮斗目標(biāo)，公眾對(duì)于自然、環(huán)保和可持續(xù)食品的需求日益增長。纖維素基乳液載體因其高度的穩(wěn)定性、負(fù)載能力和控釋功能，已被廣泛用于多種生物活性物質(zhì)的包封和遞送，以期改善食品中功能組分活性及其與食物基質(zhì)的相容性。綜合當(dāng)前的研究報(bào)道，纖維素乳液有望成為生物活性物質(zhì)遞送體系的理想載體。研究表明，纖維素穩(wěn)定的乳液載體可以在改善活性組分的分散性及氧化穩(wěn)定性的同時(shí)，控制其負(fù)載功能因子的釋放，進(jìn)一步提高活性組分的生物利用度。當(dāng)前，關(guān)于纖維素基乳液作為生物活性物質(zhì)載體的理論研究方興未艾，在取得大量研究成果的同時(shí)，也存在一定的局限性。在乳液的相關(guān)研究領(lǐng)域，闡明生物活性物質(zhì)的釋放機(jī)制，并評(píng)價(jià)其在食品體系中的安全性等方面還存在廣闊的研究空間。未來的研究應(yīng)側(cè)重于乳液載體構(gòu)建的產(chǎn)業(yè)化，以彌合實(shí)驗(yàn)室與市場(chǎng)之間的差距，為相關(guān)食品、藥品及包裝材料的不斷發(fā)展提供科技支撐。