食品運(yùn)載體系包埋姜黃素的研究進(jìn)展

任 爽，董文霞，劉錦芳，毛立科，高彥祥，袁 芳*

（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，北京 100083）

姜黃素（1,7-雙(4-羥基-3-甲氧基苯基)-1,6-庚二烯-3,5-二酮）是天然的多酚化合物，是從植物姜黃（Curcuma longa）的根莖中分離出來(lái)的主要活性成分（圖1）[1]。姜黃根莖中含有3%～5%的姜黃素及其衍生物，包括姜黃素（77%）、去甲氧基姜黃素（17%）、雙去甲氧基姜黃素（3%）和環(huán)姜黃素[2]。

圖 1 姜黃屬植物、姜黃根莖和商品姜黃粉[1]Fig. 1 Turmeric plant, curcuma rhizome and commercial curcuminoid powder[1]

在過(guò)去的幾十年中，姜黃素由于其諸多的藥物功能和生物學(xué)特性受到了廣泛的關(guān)注。姜黃素可用作調(diào)味劑（苦味）、食品防腐劑、天然著色劑（亮黃色）和各種食品飲料中的抗氧化劑。姜黃素的分散性較強(qiáng)，染色力較好，在應(yīng)用過(guò)程中具備諸多優(yōu)勢(shì)；防腐蝕能力較強(qiáng)，且不會(huì)產(chǎn)生毒副作用，常被用作天然的食品添加劑[3]。除此之外，姜黃素還可以預(yù)防和治療多種炎癥疾病、例如皮膚傷口、促炎癥慢性疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病、胃腸道疾病等[4]。姜黃素的抗癌活性也得到了廣泛研究，例如乳腺癌、胃腸道癌、黑色素瘤和肉瘤等[5]。

盡管姜黃素在食品和藥品領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，但仍面臨其水溶性差、化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、光降解性、代謝速率快以及生物利用度低等應(yīng)用障礙。另外，姜黃素由于具有親脂性而在人體內(nèi)顯示出較低的吸收率，因此口服后會(huì)迅速被代謝系統(tǒng)從體內(nèi)清除。為了克服這些問(wèn)題，研究人員已嘗試使用遞送系統(tǒng)將姜黃素包埋，例如水凝膠、納米顆粒、乳液、脂質(zhì)體等。脂質(zhì)是用于輸送活性物質(zhì)最受歡迎的載體之一[6]，但是，在某些情況下，它們的理化性質(zhì)不穩(wěn)定，易發(fā)生聚集、融合、水解、氧化等[7]。因此，研究人員還引入了各種類(lèi)型的生物聚合物，如殼聚糖、淀粉、玉米醇溶蛋白、蠶絲蛋白等[8]。 這些載體能改善姜黃素溶解度，增加其穩(wěn)定性，減少對(duì)食品感官特性的不良影響，使其在目標(biāo)部位靶向釋放，從而提高姜黃素的生物利用度。

本文詳細(xì)介紹了姜黃素的結(jié)構(gòu)和功能性質(zhì)，以及在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在的限制及其原理，重點(diǎn)介紹了幾種傳統(tǒng)及新型納米載體的結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)這些運(yùn)載體系提高姜黃素生物利用度的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，最后對(duì)未來(lái)姜黃素運(yùn)載體系的研究重點(diǎn)提出合理的建議。

1 姜黃素的性質(zhì)及其在應(yīng)用方面的限制

1.1 姜黃素的結(jié)構(gòu)特征和化學(xué)性質(zhì)

姜黃素也稱(chēng)為二鐵甲酰甲烷，是一種具有規(guī)則晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)分子[2]。姜黃素的結(jié)構(gòu)由兩個(gè)帶有鄰位甲氧基和羥基的芳環(huán)組成，這些芳環(huán)通過(guò)包含一個(gè)α-、一個(gè)β-不飽和羰基的七碳鏈連接[9]。由于姜黃素的β-二酮鏈上的氫原子可以發(fā)生分子內(nèi)轉(zhuǎn)移，因此其分子結(jié)構(gòu)以酮-烯醇互變異構(gòu)體的形式存在。姜黃素的結(jié)構(gòu)特征見(jiàn)圖2。在弱酸性和中性條件下，姜黃素的酮形式占主導(dǎo)地位；但是，在堿性條件下，姜黃素主要以烯醇形式存在，后者具有清除自由基的能力[10]。姜黃素的構(gòu)象還取決于溫度和溶劑的性質(zhì)，例如，在黑暗條件下于70 ℃的乙醇中溶解時(shí)姜黃素主要以烯醇形式存在[11]。

姜黃素是一種相對(duì)疏水的分子，辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值（lgP）為3.2，這使其幾乎不溶于水（溶解度為11 ng/mL，環(huán)境溫度）而高度溶于脂質(zhì)[12]。此外，在有機(jī)溶劑中，姜黃素微溶于甲醇，而易溶于氯仿和二甲基亞砜。由于極低的水溶性和親脂性，姜黃素在生物膜上具有良好的跨膜滲透性[1]。姜黃素對(duì)環(huán)境條件敏感，包括高溫、光照、極端pH值、高相對(duì)濕度和氧氣。在這些條件下，姜黃素的3 個(gè)活性位點(diǎn)（一個(gè)二酮和兩個(gè)酚基）會(huì)發(fā)生氧化作用，尤其是酚羥基官能團(tuán)最容易發(fā)生失氫反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)生親核加成反應(yīng)、水解、降解和酶促氧化反應(yīng)[13]。姜黃素在溶液中的化學(xué)降解會(huì)產(chǎn)生一系列化合物，例如反式-6-(4’-羥基-3’-甲氧基苯基)-2,4-二氧代-5-己烯醛、香蘭素、阿魏酸和阿魏酰甲烷[14]。

圖 2 姜黃素的酮式（A）和烯醇式（B）結(jié)構(gòu)示意圖Fig. 2 Structural diagrams of keto (A) and enol (B) forms of curcumin

1.2 姜黃素在應(yīng)用方面的限制

姜黃素只有被胃腸道上皮細(xì)胞吸收并轉(zhuǎn)運(yùn)到體內(nèi)循環(huán)中之后才能發(fā)揮其生物活性。然而，由于姜黃素的疏水性，大部分通過(guò)口服攝入的姜黃素不能被吸收到小腸上皮細(xì)胞中。即使有一部分可以被吸收，也會(huì)通過(guò)配合反應(yīng)（葡萄糖醛酸化或硫酸化）或還原反應(yīng)進(jìn)行快速的新陳代謝，通過(guò)腎臟系統(tǒng)大量清除出體內(nèi)[15]。由于溶解度低、吸收少和腸道代謝迅速，60%～70%的口服姜黃素作為糞便被排泄掉，控制姜黃素的新陳代謝速度是提高其食用功效的重要途徑。

姜黃素非常不穩(wěn)定，暴露于光下會(huì)迅速降解為香草醛、香草酸、阿魏醛和阿魏酸[16]，限制了其在工業(yè)上的大規(guī)模應(yīng)用，并導(dǎo)致產(chǎn)品的貨架期大幅縮短。這主要是因?yàn)榻S素分子經(jīng)陽(yáng)光照射后獲取一定能量，羰基與其緊鄰的α-碳之間發(fā)生斷裂，生成阿魏醛，進(jìn)而氧化成阿魏酸；若脫除羰基，斷裂產(chǎn)物進(jìn)一步被氧化，則可生成香草醛及香草酸（圖3A）[14]。此外，姜黃素在生理pH值條件下會(huì)迅速水解。有研究表明，將姜黃素置于磷酸鹽緩沖液（0.01 mol/L、pH 7.4）中6 h后，殘留的姜黃素質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò)6%[17]。這是由于姜黃素在酸性條件下的穩(wěn)定性是由共軛二烯結(jié)構(gòu)維持的，然而，當(dāng)pH值調(diào)節(jié)至中性或堿性條件時(shí)，酚羥基失去氫離子，導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)破壞，穩(wěn)定性喪失；主要降解產(chǎn)物為反式6-(4-羥基-3-甲氧基苯基)-2,4-二氧代-5-己烯醛，次要降解產(chǎn)物有香蘭素、阿魏酸和阿魏酰甲烷（圖3B）[18]。

圖 3 姜黃素光降解（A）和水解（B）產(chǎn)物的化學(xué)式及可能的降解途徑[18]Fig. 3 Structures of curcumin photolytic products (A) and alkaline solution degradation products (B) and possible degradative pathways[18]

鑒于姜黃素的以上特點(diǎn)，無(wú)論采用什么樣的給藥途徑，其生物利用率和生物學(xué)功效都極低。一項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)報(bào)告表明，每天口服8 g姜黃素，到第3天時(shí)其在血漿中能達(dá)到的穩(wěn)態(tài)質(zhì)量濃度是22～41 ng/mL。另一項(xiàng)臨床實(shí)驗(yàn)表明，在每天口服0.5～8.0 g姜黃素病人的血漿中沒(méi)有檢測(cè)到姜黃素，只在少數(shù)每天口服10～12 g姜黃素病人的血漿中檢測(cè)到痕量姜黃素[19]。此外，還有人對(duì)小鼠中姜黃素的生物分布進(jìn)行了研究，在小鼠腹腔內(nèi)給予安全劑量（0.1 g/kg）的姜黃素后，在肝、腎、脾、腦和腸中姜黃素的含量可忽略不計(jì)[1]。

2 包埋技術(shù)

在食品研究領(lǐng)域，常將對(duì)外界環(huán)境敏感的功能活性物質(zhì)（如姜黃素）加入食品運(yùn)載體系中，以改善活性物質(zhì)的水溶性，提高對(duì)光和熱的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)貨架期，提高緩釋功效及靶向性，進(jìn)而提高其生物利用度。常用的姜黃素運(yùn)載體系有乳液、脂質(zhì)體、環(huán)糊精（cyclodextrin，CD）包合物、納米顆粒等（圖4）。表1總結(jié)了不同種類(lèi)姜黃素包埋體系的特性及優(yōu)缺點(diǎn)。

圖 4 各種類(lèi)型的姜黃素運(yùn)載體系[20]Fig. 4 Various types of curcumin delivery systems[20]

表 1 不同種類(lèi)包埋體系的特性及優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比Table 1 Comparison of characteristics, advantages and disadvantages of different delivery systems

2.1 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是具有球形形狀的簡(jiǎn)單的自組裝膠體系統(tǒng)。它是由脂質(zhì)雙層（主要是磷脂雙層和膽固醇）圍繞內(nèi)部的水環(huán)境組成的囊泡系統(tǒng)[21]。脂質(zhì)體被美國(guó)食品藥品 管理局認(rèn)為是安全的和生物可降解的納米制劑。它們既可以包埋親脂性化合物（在脂質(zhì)雙層中溶解）又可以封裝親水性物質(zhì)（在囊泡的水核心中溶解），從而提高活性物的溶解性，調(diào)節(jié)其代謝速度以延長(zhǎng)血漿半衰期；提高活性物的滲透性，從而提高其生物利用度；實(shí)現(xiàn)活性物的靶向輸送，消除生物分布不均衡性；以及減少活性物可能給食品帶來(lái)的不良影響[22]。

然而，由于循環(huán)半衰期短，并且易于氧化和水解，導(dǎo)致對(duì)目標(biāo)化合物的負(fù)載能力下降，使得脂質(zhì)體的使用受到限制。為了降低脂質(zhì)雙層的流動(dòng)性以增強(qiáng)其穩(wěn)定性，通常在脂質(zhì)體制劑中加入膽固醇；為了減少膜缺陷，通常加入氫化大豆磷脂酰膽堿或長(zhǎng)鏈飽和酰基鏈，如二硬脂酰磷脂酰膽堿[23]。加入鞘磷脂可以降低膜兩側(cè)水的滲透性并改善離子的滲透性；運(yùn)用凍干、超臨界流體和噴霧干燥等技術(shù)可以提高脂質(zhì)體囊泡的穩(wěn)定性[24]。用殼聚糖等聚合物包被脂質(zhì)體的表面可以增強(qiáng)脂質(zhì)體的分散穩(wěn)定性。表2展示了一些負(fù)載姜黃素脂質(zhì)體的制備原料、方法、特征及主要結(jié)論。

表 2 脂質(zhì)體包埋姜黃素及其類(lèi)似物的方法及主要結(jié)論Table 2 Liposomal formulations used for encapsulation of curcuminoids and their major conclusions

2.2 固體脂質(zhì)納米顆粒

SLN是近幾十年來(lái)最流行的膠體劑型之一。SLN通常由包覆有單層磷脂的固體疏水脂質(zhì)核心組成；通常為球形，粒徑范圍在亞微米級(jí)別（50～1000 nm）[31]。SLN的主要成分是固體脂質(zhì)、表面活性劑和水。各種天然或合成的脂質(zhì)均可以作為SLN的基質(zhì)，如甘油三酯、蜂蠟、脂肪酸、類(lèi)固醇等。磷脂、離子表面活性劑（如十二烷基硫酸鈉、膽酸鈉、硬脂胺）、非離子表面活性劑 （如泊洛沙姆、普朗尼克、吐溫）、聚乙二醇等常用于穩(wěn)定水性介質(zhì)與SLN外殼之間的界面[32]。此外，還可以使用增溶劑（如甘油單酯、甘油二酯）以增加姜黃素的溶解度和負(fù)載率[24]。為了延長(zhǎng)SLN在消化系統(tǒng)中停留的時(shí)間，研究者嘗試使用多糖來(lái)修飾其表面，增強(qiáng)其黏膜吸附性。例如，Ramalingam等[33]采用高速剪切均質(zhì)和超聲波技術(shù)制備了粒徑為451.8 nm的姜黃素脂質(zhì)納米顆粒，在用殼聚糖作外層材料修飾后，粒徑增至739.26 nm，消化時(shí)間延長(zhǎng)兩倍多，同時(shí)包埋率非常高 （表3）。除了殼聚糖外，酪蛋白酸鈉和果膠也可以用作SLN的表面涂層，并且酪蛋白酸鈉和果膠之間會(huì)形成共價(jià)鍵，使SLN的理化穩(wěn)定性顯著提高，緩釋效果更好[34]。

表 3 包埋姜黃素的固體脂質(zhì)納米顆粒Table 3 Solid lipid nanoparticles used for curcumin encapsulation

SLN包埋姜黃素具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如，較高的包埋率、易于修飾的表面、極大提高姜黃素的生物利用率（為單獨(dú)口服姜黃素的32～155 倍）、具有合適的 Zeta-電位、可快速內(nèi)化到細(xì)胞中[39]；另一方面，由于滲透作用強(qiáng)，其運(yùn)載的姜黃素更易進(jìn)入癌細(xì)胞并促使其凋亡，對(duì)于研發(fā)抗癌食品有一定的積極意義[40]。SLN主要是通過(guò)兩種技術(shù)制備的：高能量法和低能量法。前者需要超聲、高速剪切、高壓均質(zhì)等機(jī)械設(shè)備提供的高能量；后者則是在低速混合以及混合物可控的條件下進(jìn)行，例如通過(guò)溶劑擴(kuò)散、溶劑注入、微乳化等方法進(jìn)行。

2.3 生物聚合物納米顆粒

天然存在的生物大分子，例如多糖和蛋白質(zhì)，具有生物相容性、低免疫原性、無(wú)毒性和生物可降解性，因此適用于封裝姜黃素等活性物質(zhì)[41]。由它們制成的納米顆粒可以通過(guò)氫鍵和疏水相互作用將姜黃素包埋在納米粒子中，從而增強(qiáng)其溶解度，抑制其在胃腸道中的氧化分解。納米顆粒通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)吞，直接被小腸上皮細(xì)胞攝取，顯著增加了姜黃素的吸收和生物利用度[42]。

2.3.1 多糖納米顆粒

多糖具有高穩(wěn)定性、低毒性、廉價(jià)、來(lái)源廣泛等特點(diǎn)。除此之外，天然多糖還可以通過(guò)物理、化學(xué)或者酶法 改性手段獲得需要的功能特性[43]。因此可以廣泛應(yīng)用于生物、食品、醫(yī)學(xué)等不同領(lǐng)域。

制備納米載體最常用的多糖之一是殼聚糖。殼聚糖是由天然幾丁質(zhì)部分脫乙酰衍生而成的線(xiàn)性陽(yáng)離子聚合物，可促進(jìn)細(xì)胞膜的通透性增加，從而增強(qiáng)腸上皮吸收[44]。殼聚糖還具有抗菌活性，是輸送活性物的理想 載體[45]。殼聚糖納米顆?？捎啥喾N方法制備，如離子凝聚、微乳液、復(fù)合凝聚、蒸發(fā)溶劑法等[43]。Yadav等[46]制備的殼聚糖-姜黃素復(fù)合顆粒與天然姜黃素相比具有更好的抗氧化性與金屬離子螯合能力，在預(yù)防砷中毒方面有良好的應(yīng)用前景。

海藻酸鈉是一種從海洋褐藻中提取的陰離子線(xiàn)性多糖，由1～4 個(gè)相連的α-L-古洛糖醛酸和β-D-甘露糖醛酸殘基組成，已被廣泛用于包埋和傳遞生物活性物質(zhì)[43]。然而，其在堿性條件下穩(wěn)定性較差，且活性成分易從顆?？紫吨行孤47]。Zhang Yueling等[48]發(fā)現(xiàn)使用殼聚糖作為第二層反離子層可以減小海藻酸鈉顆粒的孔隙并降低被包埋物質(zhì)的滲漏，還可以提高其物理穩(wěn)定性。Bhunchu等[49]通過(guò)乳化法和離子膠凝法制備了包埋姜黃素的海藻酸鈉-殼 聚糖納米顆粒，有效提高了姜黃素的細(xì)胞吸收率。

淀粉也是常用的多糖類(lèi)納米載體之一，通常會(huì)對(duì)其進(jìn)行修飾，以滿(mǎn)足不同功能需求。Acevedo-Guevara等[50]從綠色香蕉中提取乙酰化淀粉用作姜黃素的載體，制得的顆粒平均粒徑為250 nm，比天然形式的淀粉具有更高的包埋率和控釋能力。Athira等[51]制備了負(fù)載姜黃素的辛烯基琥珀酰木薯淀粉納米顆粒（粒徑10～50 nm），顯示出良好的水溶性、生物利用度、控釋能力、細(xì)胞攝取能力和抗癌潛力。Li Xiaomin等[52]制備了一種基于羧甲基淀粉和殼聚糖鹽酸鹽之間共價(jià)相互作用的納米凝膠，并以較高的包埋率（89%～95%）將姜黃素包埋其中。此外，該凝膠還具有響應(yīng)pH值變化的控釋能力。

2.3.2 蛋白質(zhì)納米顆粒

蛋白質(zhì)具有一定的抗氧化性，對(duì)維持姜黃素的化學(xué)穩(wěn)定性十分重要。然而，由于表面電荷和疏水性的作用，蛋白質(zhì)對(duì)某些環(huán)境因素（pH值、離子強(qiáng)度、溫度）的變化十分敏感。

玉米醇溶蛋白是玉米粒中的主要蛋白，由大量的非極性氨基酸組成，其疏水性、高生物相容性和穩(wěn)定性使其成為封裝疏水分子姜黃素的理想載體[53]。 Chen Shuai等[54]通過(guò)反溶劑沉淀法制備了載有姜黃素的玉米醇溶蛋白-透明質(zhì)酸納米顆粒，提高了姜黃素的穩(wěn)定性并具有控釋能力。玉米醇溶蛋白也可以與其他大分子結(jié)合使用，例如，研究員使用酪蛋白酸鈉和海藻酸鈉雙重包被負(fù)載姜黃素的玉米醇溶蛋白納米顆粒（粒徑70 nm），姜黃素的水溶性、控釋性、光穩(wěn)定性和抗氧化活性得到顯著提高[55]。

絲素蛋白是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，具有良好的理化性質(zhì)和機(jī)械性能，如高穩(wěn)定性、低毒性、緩釋性、抗拉伸性等，可形成不同的結(jié)構(gòu)，如薄膜、水凝膠、纖維、納米顆粒等[56]。由于上述優(yōu)良性能，絲素蛋白受到越來(lái)越多的關(guān)注。Crivelli等[57]研究發(fā)現(xiàn)將姜黃素封裝在絲素蛋白納米顆粒（粒徑 （71±10）nm）中，可增強(qiáng)其體外抗氧化性、抗炎活性和細(xì)胞吸收率。研究員給大鼠口服負(fù)載姜黃素的絲素蛋白顆粒，結(jié)果表明，較大的蠶絲顆粒（粒徑約為800 nm）具有較長(zhǎng)的血漿半衰期和較慢的釋放速率，而較小的蠶絲顆粒（粒徑約為200 nm）具有較高的生物利用度。這兩種顆粒中姜黃素的生物利用度分別比游離姜黃素高5 倍和17 倍[58]。

還有很多種不同來(lái)源的蛋白質(zhì)被用作姜黃素的載體。例如，在2019年，制造了基于太子參蛋白的納米顆粒以裝載姜黃素，粒徑約100 nm，具有可觀的熱穩(wěn)定性和高光穩(wěn)定性[59]。米糠白蛋白（rice bran albumin，RBA）源自米糠加工廢料，研究人員將RBA與殼聚糖共混通過(guò)自組裝形成納米顆粒，包埋率高達(dá)93.56%；同時(shí)降低了姜黃素在胃中的降解速率，并對(duì)癌細(xì)胞具有高毒性[60]。最近的一項(xiàng)研究中，研究員基于纖維結(jié)構(gòu)蛋白（角蛋白）和熱響應(yīng)性共聚物（普朗尼克）制備了新型水凝膠納米顆粒，可以實(shí)現(xiàn)姜黃素的氧化還原和溫度響應(yīng)性釋放。當(dāng)環(huán)境溫度從25 ℃升為37 ℃，載藥納米顆粒的粒徑也從165 nm減小到66 nm，表明納米系統(tǒng)具有熱響應(yīng)性[61]。

2.3.3 蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合納米顆粒

蛋白質(zhì)與多糖之間的相互作用，使蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物具有比二者單獨(dú)使用時(shí)更好的溶解性、乳化性、穩(wěn)定性、抗氧化性等[62]。蛋白質(zhì)與多糖的結(jié)合方式有兩種，非共價(jià)結(jié)合（靜電作用、疏水相互作用、范德華力、氫鍵作用）和共價(jià)結(jié)合（美拉德反應(yīng)）。與非共價(jià)結(jié)合相比，通過(guò)共價(jià)結(jié)合形成的蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物更加穩(wěn)定[63]。

Meng Jun等[64]將姜黃素包埋到酪蛋白-葡聚糖復(fù)合納米顆粒的蛋白核中，利用美拉德反應(yīng)在干熱和濕熱兩種加熱狀態(tài)下合成。結(jié)果表明，濕熱法制備的納米顆粒（112 nm）比干熱法制備的納米顆粒（127 nm）粒徑更小，且在模擬胃腸道條件下表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性和控釋性。復(fù)合凝聚法也常用于制備蛋白質(zhì)-多糖納米顆粒。在低于蛋白質(zhì)等電點(diǎn)（pI）且高于多糖解離常數(shù)（pKa）的pH值范圍內(nèi)，蛋白質(zhì)分子帶有正電荷，與帶負(fù)電的多糖羧基相互作用，從而形成結(jié)構(gòu)緊湊的復(fù)合物[65]。Hu Kun等[66]采用疏水蛋白（玉米醇溶蛋白）作為芯材，親水多糖（果膠）作為壁材，在連續(xù)攪拌的條件下將含有負(fù)載姜黃素的玉米醇溶蛋白納米顆粒分散液倒入pH值為4的果膠溶液中，通過(guò)靜電沉積將陰離子果膠涂覆在陽(yáng)離子玉米醇溶蛋白表面，獲得了直徑250 nm的球形納米顆粒，負(fù)載率為86%。表4總結(jié)了近年來(lái)包埋姜黃素的復(fù)合生物聚合物納米顆粒的種類(lèi)和功能。

表 4 包埋姜黃素的復(fù)合生物聚合物納米顆粒Table 4 Composite biopolymer nanoparticles used to encapsulate curcumin

2.4 微乳液/納米乳液

微乳液或納米乳液被認(rèn)為是使用最廣泛的藥物輸送系統(tǒng)之一，具有高包埋率和專(zhuān)門(mén)針對(duì)疏水性化合物的穩(wěn)定性，具有體積小、表面積大、熱力學(xué)穩(wěn)定、光學(xué)各向同性等優(yōu)點(diǎn)，活性物質(zhì)可以更快地溶解和擴(kuò)散，并且可以通過(guò)控制液滴大小來(lái)控制活性物質(zhì)的溶解度和功效。主要缺點(diǎn)是表面活性劑的含量相對(duì)較高，具有潛在的毒性作用[74]。

2.4.1 乳液結(jié)構(gòu)類(lèi)型

傳統(tǒng)的乳液是將油、水兩相混合后，添加乳化劑均質(zhì)而成，按照這種方法得到的乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在儲(chǔ)藏和加工過(guò)程中容易出現(xiàn)分層、聚集、破乳等現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，研究員設(shè)計(jì)了多種不同結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的乳液體系用于姜黃素的包埋與傳遞，如多層乳液、皮克林乳液、納米乳液等。

多層乳液是由帶相反電荷的乳化劑通過(guò)靜電相互作用穩(wěn)定的乳液體系。近年來(lái)，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注利用逐層靜電沉積方法來(lái)形成這種多層乳液結(jié)構(gòu)。在該方法中，需要先使用一種乳化劑制備表面帶有電荷的初級(jí)乳液，接著通過(guò)靜電相互作用逐步沉積帶相反電荷的材料[75]，從而在界面處形成多層結(jié)構(gòu)。

皮克林乳液是由不可逆地吸附在油-水界面的固體顆粒充當(dāng)乳化劑的乳液體系。制備皮克林乳液時(shí)，為了保證其穩(wěn)定性，乳液液滴的粒徑應(yīng)該至少是界面處顆粒平均粒徑的10～100 倍。皮克林乳液的穩(wěn)定機(jī)理與常規(guī)乳液不同。在皮克林乳液中，顆粒不可逆吸附在液滴表面以形成機(jī)械屏障，防止聚結(jié)和奧斯特瓦爾德熟化，賦予體系長(zhǎng)期的物理穩(wěn)定性。根據(jù)固體顆粒在兩相中的接觸角（θ）可以判斷其能夠穩(wěn)定的乳液類(lèi)型[76]。如果θ小于90°，則顆粒將優(yōu)先被水相潤(rùn)濕，有利于形成水包油（O/W）乳液。

納米乳液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，粒徑為20～200 nm，肉眼觀察為透明或半透明狀[77]。由于粒徑較小，納米乳液在儲(chǔ)存期間不易發(fā)生沉淀，具有較高的乳化穩(wěn)定性。此外，比表面積的增大對(duì)提高乳液的消化效率以及姜黃素的生物利用度起到一定的促進(jìn)作用。

圖 5 不同乳液的結(jié)構(gòu)示意圖和制備方法[2]Fig. 5 Schematic diagram of different emulsions and their preparation methods[2]

2.4.2 乳液性能的影響因素

2.4.2.1 油的成分

Ahmed等[78]分別用中鏈三酰基甘油（medium chain triglyceride，MCT）和長(zhǎng)鏈三酰基甘油（long chain triglyceride，LCT）作為脂質(zhì)載體，制備β-乳球蛋白穩(wěn)定的納米乳劑，觀察到在脂質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%條件下，MCT中姜黃素的生物可及性（58%）顯著高于LCT（41%）。當(dāng)MCT的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1%～2%范圍內(nèi)增加時(shí)，姜黃素的生物可及性顯著增加，從8%增加至58%，是由于其形成了更多的混合膠束以溶解姜黃素。但是，當(dāng)LCT添加量增加時(shí)，其運(yùn)載的姜黃素的生物可及性并無(wú)顯著變化。然而，也有報(bào)告提出了相反的觀點(diǎn)，認(rèn)為L(zhǎng)CT更有可能形成膠束相。例如，Shah等[79]分別使用MCT和LCT制備了由非離子表面活性劑司盤(pán)80穩(wěn)定的納米乳液，發(fā)現(xiàn)兩種載體脂質(zhì)中姜黃素的生物可及性分別為32%和65%，并分析這可能是MCT形成的疏水結(jié)構(gòu)域大小不足以容納姜黃素所致。

2.4.2.2 乳化劑類(lèi)型

姜黃素分子主要包含疏水基團(tuán)和少量親水基團(tuán)， 它們可以分別通過(guò)疏水和靜電相互作用力與乳化劑分子產(chǎn)生相互作用。據(jù)報(bào)道，在由陽(yáng)離子-非離子混合表面活性劑體系穩(wěn)定的乳液中，姜黃素的烯醇和酚羥基與混合膠束帶正電的頭部發(fā)生靜電相互作用，而富含亞甲基的鏈則與疏水部分發(fā)生相互作用[80]。這表明乳化劑的親水和疏水部分都可能有助于姜黃素的增溶，因此由混合表面活性劑介導(dǎo)的微環(huán)境更有助于提高姜黃素的溶解性，從而導(dǎo)致高裝載效率。例如，將15 mg姜黃素添加到氫化L-α-磷脂酰膽堿（表面活性劑）和聚氧乙烯氫化蓖麻油60（助表面活性劑）或L-α-磷脂酰膽堿和吐溫-80的優(yōu)化混合物穩(wěn)定的納米乳劑中，分別獲得了100%和97%的高負(fù)載率[81]。

2.4.2.3 油-水界面結(jié)構(gòu)

除了乳化劑的類(lèi)型外，其在油-水界面形成的空間結(jié)構(gòu)對(duì)包埋率也有影響。Wang Chaonan等[82]使用中鏈甘油三酯（medium chain triglyceride，MCT）和助溶劑乙醇90∶10（V/V）的混合物制備了BSA和葡聚糖偶聯(lián)物穩(wěn)定的乳液，觀察到偶聯(lián)物在油-水界面處形成了BSA膜，并包裹一層葡聚糖殼，后者充當(dāng)空間屏障阻止姜黃素在乙醇的輔助下擴(kuò)散到水中。當(dāng)水相中BSA質(zhì)量濃度為 15 mg/mL時(shí)，姜黃素的負(fù)載率高達(dá)99%。

此外，為了提高乳液在胃腸道中的穩(wěn)定性，研究人員提出了幾種方法。例如，對(duì)于由糊化淀粉或乳清蛋白微凝膠穩(wěn)定的皮克林乳液，進(jìn)行60 ℃熱處理后形成顆粒連接的熔融阻擋層界面，可以限制膽汁鹽或酶的滲透。通過(guò)結(jié)合帶相反電荷的多糖顆粒（例如纖維素納米晶體），也可以提高蛋白質(zhì)界面在胃液中的穩(wěn)定性[83]。這是由于纖維素納米晶體不被胃蛋白酶消化并具有較高的黏度，為胃蛋白酶攻擊液滴表面的乳清蛋白提供了強(qiáng)大的屏障[83]。通過(guò)使用合適的乳液體系配方，建立包圍液滴的保護(hù)性融合界面，從而促進(jìn)乳液對(duì)pH值的穩(wěn)定性，并延遲膽鹽和脂肪酶的作用，是提高姜黃素乳液穩(wěn)定性的有效策略[84]。

2.5 環(huán)糊精包合物

環(huán)糊精（cyclodextrin，CD）是由淀粉衍生而來(lái)的環(huán)狀低聚糖，通常由6、7 個(gè)或8 個(gè)（α、β、γ-CD）葡萄糖通過(guò)α-1,4-糖苷鍵連接而成，具有內(nèi)部疏水表面和外部親水表面，可以容納疏水性分子，賦予其在水性環(huán)境中的溶解性和穩(wěn)定性[85]。β-CD、γ-CD、甲基β-CD和羥丙基β-CD是最廣泛使用的CD，它們具有特征性的中空截頭圓錐形狀，并且?guī)в惺杷缓陀H水性開(kāi)口[31]。

基于溶液的CD-姜黃素傳遞體系是在飲料、口服液等產(chǎn)品中應(yīng)用最多的一種類(lèi)型。制備過(guò)程大致為：先配制CD的水溶液，然后按比例直接加入姜黃素或姜黃素的有機(jī)溶劑溶液，選擇合適的溫度和pH值并利用超聲波 輔助等方法充分混合[86]。此外，CD還可以制備固體顆粒載體，應(yīng)用于粉劑類(lèi)食品。有2 種工藝路線(xiàn)：一種是直接將CD和姜黃素混合，用球磨機(jī)或在研缽中研磨，使被包埋物質(zhì)充分地與CD結(jié)合；另一種是使CD和姜黃素在溶液中形成包合物后，利用溶劑蒸發(fā)、低溫干燥、冷凍干燥或噴霧干燥等方法得到固體顆粒[87]。Ghanghoria等[88]分別利用研磨法、溶劑蒸發(fā)法和冷凍干燥法制備了β-CD-姜黃素固體顆粒，與游離態(tài)相比，姜黃素的溶解度分別提高了約100、1026 倍和1052 倍。

基于CD的金屬有機(jī)骨架納米膠囊（cyclodextrinmetal organic frameworks，CD-MOF）具有良好的生物相容性、安全性和水分散性，可用于封裝和輸送，近年來(lái)備受關(guān)注。CD-MOF是由天然CD和堿金屬鹽構(gòu)建而成的晶體多孔材料，具有許多優(yōu)勢(shì)，例如可調(diào)整的外部尺寸和內(nèi)部孔隙率，以及較高的比表面積[89]。 Moussa等[90]發(fā)現(xiàn)姜黃素與CD-MOF主要是通過(guò)羥基之間的氫鍵發(fā)生相互作用；與γ-CD相比，CD-MOF負(fù)載的姜黃素在pH 11.5的磷酸緩沖液中的半衰期更長(zhǎng)， 當(dāng)CD-MOF的質(zhì)量濃度增加到6.7 mg/mL時(shí)，姜黃素的半衰期為10.22 h。

2.6 納米晶體懸浮液

納米晶體懸浮液是無(wú)載體的納米級(jí)膠體分散體，由純活性物質(zhì)的晶體和少量的表面活性劑和/或聚合物作為穩(wěn)定劑組成。具有如下優(yōu)點(diǎn)：疏水性物質(zhì)的溶解度和生物利用度顯著增加，理化穩(wěn)定性顯著改善，負(fù)載量高、粒徑小，適合用于靶向攻擊腫瘤細(xì)胞，制造技術(shù)簡(jiǎn)單且易于規(guī)?；痆91]。

Gao Yan等[92]以卵磷脂為穩(wěn)定劑用高壓均質(zhì)法成功制備了姜黃素納米懸浮液，與粗制姜黃素相比，溶解度提高了600 倍，由于粒徑小，溶解速率也顯著提高；保留了姜黃素的晶態(tài)，提高了其抗降解穩(wěn)定性。與姜黃素懸浮液相比，姜黃素-納米晶體懸浮液在宮頸癌和乳腺癌細(xì)胞中具有更強(qiáng)的細(xì)胞毒性和較低的局部刺激性。Onoue等[93]通過(guò)濕磨法開(kāi)發(fā)了負(fù)載姜黃素的納米晶體分散體，然后凍干。結(jié)果表明，與粗姜黃素相比，姜黃素-納米晶體懸浮液的生物利用度提高了16 倍。Aditya等[94]使用β-乳球蛋白作為穩(wěn)定劑，利用反溶劑沉淀法制備了非晶姜黃素納米懸浮液，粒徑范圍為150～175 nm。姜黃素的無(wú)定形性質(zhì)和較小的粒徑使其溶解度提高了35 倍。使用Caco-2細(xì)胞進(jìn)行的體外研究表明，β-乳球蛋白的穩(wěn)定作用使姜黃素的生物利用度顯著增加。Wei Xiaolan等[95]通過(guò)濕球磨法制備了負(fù)載姜黃素的油性二癸酸酯納米懸浮液，中值粒徑為500 nm。在口服15 d內(nèi)，與微懸浮液（5 μm）相比，納米懸浮液中姜黃素在血漿和大腦中的含量更高。

2.7 樹(shù)枝狀高分子

樹(shù)枝狀聚合物是高度支化的徑向?qū)ΨQ(chēng)聚合物，具有單分散的三維結(jié)構(gòu)和納米尺寸。樹(shù)枝狀聚合物的優(yōu)點(diǎn)主要在于其高負(fù)載能力、納米支架結(jié)構(gòu)、生物相容性和易于修飾的表面，因此是運(yùn)輸活性物質(zhì)的理想載體。親水性和疏水性活性物均可以通過(guò)化學(xué)鍵或物理相互作用直接結(jié)合并封裝在樹(shù)枝狀聚合物中[96]。

天然樹(shù)枝狀高分子的典型例子是植物糖原（phytoglycogen，PG）。PG是一種水溶性多糖，存在于玉米、水稻等作物中。PG由于具有分支模式、規(guī)則的結(jié)構(gòu)以及由核心向外增加的分子密度而被認(rèn)為是樹(shù)狀聚合物[97]。PG常被用作結(jié)構(gòu)性支架以開(kāi)發(fā)功能性生物聚合物，在食品和藥品中應(yīng)用，天然PG已被用作槲皮素和葉黃素的輸送載體。Rodriguez-Rosales等[98]使用助溶劑將姜黃素和PG進(jìn)行混合，然后分別進(jìn)行噴霧干燥和真空干燥得到姜黃素-PG固體分散體。結(jié)果表明，使用噴霧干燥制備的姜黃素-PG中可溶性姜黃素的包埋量（最高 60.8 μg/mL）遠(yuǎn)高于真空干燥（最高2 μg/mL）；Caco-2細(xì)胞單層滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，相同時(shí)間內(nèi)，姜黃素-PG每孔基底外側(cè)姜黃素積聚量（0.53 μg）高于未經(jīng)包埋的姜黃素（0.13 μg）；且姜黃素-PG在降低宮頸癌細(xì)胞活力方面比單獨(dú)的姜黃素表現(xiàn)出更強(qiáng)的功效。

3 結(jié) 語(yǔ)

姜黃素因其多種生物活性而在營(yíng)養(yǎng)保健品中具有廣闊的應(yīng)用前景，然而溶解度低、穩(wěn)定性差和生物利用率低是制約其開(kāi)發(fā)利用的阻礙。以可食用的天然來(lái)源的蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)等為材料，制備負(fù)載姜黃素的傳遞體系，可以增加其水溶性和穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)緩釋效果，提高其在人體內(nèi)的生物利用率。

但是目前相關(guān)研究中還存在一些問(wèn)題：1）盡管有許多方法已成功用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的制備，但可能不適用于工業(yè)上的大規(guī)模生產(chǎn)。2）隨著姜黃素的尺寸減小至納米級(jí)，其在人體內(nèi)的吸收、分布、代謝等生物學(xué)過(guò)程發(fā)生改變，潛在毒性也可能隨之改變。3）對(duì)于姜黃素類(lèi)化合物的研究較少，而這些物質(zhì)往往具有比姜黃素更加優(yōu)異的理化性質(zhì)。

基于上述存在的問(wèn)題，今后關(guān)于姜黃素運(yùn)載體系的研究可側(cè)重于以下幾個(gè)方面：1）必須確定適用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)可行的姜黃素運(yùn)載體系設(shè)計(jì)方案和工藝流程。2）迫切需要了解納米級(jí)姜黃素對(duì)人體的影響，需要進(jìn)一步的體內(nèi)和臨床研究以確定其毒理學(xué)安全性。 3）增加對(duì)姜黃素類(lèi)化合物的研究，分析其進(jìn)入納米系統(tǒng)后的化學(xué)穩(wěn)定性。