葡萄多酚微膠囊化研究進展

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(中國農業(yè)科學院農產品加工研究所,北京 100193)

葡萄多酚微膠囊化研究進展

方芳,王鳳忠*

(中國農業(yè)科學院農產品加工研究所,北京100193)

葡萄多酚是人類飲食中重要的天然抗氧化劑,但由于其水溶性差且極易降解,導致其生物利用率低,在食品工業(yè)中的應用受限。微膠囊技術是一種可將生物活性物質進行包埋從而實現(xiàn)內容物有效遞送的技術,可有效提高內容物的生物利用度。近年來其在葡萄多酚包埋領域得到廣泛關注。本文綜述了近年來有關葡萄多酚微膠囊化研究進展,并對現(xiàn)存問題進行分析,對今后研究重點進行展望,以期為后續(xù)葡萄多酚穩(wěn)定性提升研究提供依據。

葡萄,多酚,微膠囊化

Abstract:Grape polyphenols are important natural antioxidants in human diet,but its utilization in food industry is limited because of its low water solubility and easy degradation to various external environmental factors. Microencapsulation technology is a new technology which can encapsulate bioactive into carriers and helps to deliver it to the target sites,thereby to improve its bioavailability. Nowadays,microencapsulation technology has aroused great interest in the stabilization of grape polyphenols. In this paper,the latest research progress on microencapsulation of grape polyphenols was reviewed,the existing problems in the research field and the research prospect was also elaborated in order to lay a basis for the scientific research of the stabilization improvement of grape polyphenols in the future.

Keywords:grape;polyphenols;microencapsulation

葡萄是世界上種植面積最大、最受消費者歡迎的水果之一,是多種與人體健康密切相關的營養(yǎng)物質及生物活性物質的重要來源[1]。葡萄皮渣是葡萄酒釀造工業(yè)的副產物,其主要由葡萄皮和葡萄籽組成[2],目前主要用于飼料或者直接丟棄,造成了極大的資源浪費和環(huán)境污染,因此如何將葡萄皮渣副產物轉化為高附加值產品成為葡萄酒行業(yè)亟待解決的重要問題[3-4],同時也成為食品科學界共同關注的課題[5-6]。

多酚類化合物是廣泛存在于植物體內的一類重要的次生代謝產物[7],同時也是人類飲食的重要組成部分[8]。葡萄是多酚類物質,尤其是白藜蘆醇、花色苷、原花色素、黃酮醇等的重要來源[9-12]。盡管多酚類物質具有抗氧化、抗癌等多種重要的生理功能[13-14],但因其極易受外界環(huán)境條件的影響而降解,同時極易與其它食品組分發(fā)生反應而導致其在食品加工領域的應用受限[15-17],因此如何對多酚提取物進行有效遞送對于多酚提取物在食品工業(yè)中的應用具有重要意義。

微膠囊技術是將一種或多種組分通過適當處理包裹于某種基質中從而實現(xiàn)對內容物有效遞送的技術[18]。因其具有可有效提高內容物的分散性、保護內容物免受外部環(huán)境因素的影響、提高內容物的生物利用度、最大限度減少內容物在到達靶標位點前的代謝反應等優(yōu)點而被廣泛用于食品工業(yè)中[16]。近年來,微膠囊技術在葡萄多酚有效遞送領域也得到了探索性應用。本文對微膠囊技術在葡萄多酚穩(wěn)定性提升領域的應用進行綜述,旨在為植物多酚提取物穩(wěn)定性提升研究提供參考依據。

1 葡萄多酚混合提取物微膠囊化研究

葡萄多酚提取物作為食品工業(yè)中重要的抗氧化劑、營養(yǎng)增強劑、天然色素及防腐劑等[19-21],有關微膠囊技術在其穩(wěn)態(tài)化及有效遞送領域的應用備受關注,尤其在包埋技術的選擇、載體材料的選擇及微囊特性對于內容物的影響方面開展了一系列研究[16]。

張峻等以殼聚糖-海藻酸鈉復合物為壁材,對葡萄多酚的微膠囊工藝及在模擬胃腸道環(huán)境中的控釋效果進行研究。發(fā)現(xiàn)殼聚糖-海藻酸鈉可作為包埋葡萄多酚提取物的有效壁材,殼聚糖濃度對微膠囊的包埋率影響最大,pH對微膠囊的控釋效果具有重要影響,被包埋物分子量越大,可持續(xù)釋放時間越長[22]。Gibis等通過多聚物包衣脂質體手段制備葡萄籽多酚提取物微膠囊,發(fā)現(xiàn)所得微粒的抗氧化穩(wěn)定性明顯提高,儲藏過程中乙醛生成量明顯減少,80%以上的葡萄籽提取物包被于脂質體膜上,僅少量包被于脂質體內部,脂質體外部多聚物包衣最多可達4層。經多聚物包衣后,多酚提取物不再暴露于水相中。證明多聚物包衣脂質體可作為葡萄籽多酚提取物應用于復雜食物介質中減少與其它食物組分互作反應的重要壁材選擇[23]。Boschetto等以Malbec和Franc兩個釀酒葡萄品種的葡萄籽混合物為原料,通過超臨界法對葡萄籽提取物進行包埋,并研究溫度、壓力、投料比及物質濃度等技術參數對所得微粒的尺寸、形態(tài)及包埋率的影響。發(fā)現(xiàn)壓力為8 MPa,溫度為308 K,投料比為1∶1,葡萄籽提取物和包被材料濃度均為20.00 kg·m-3時,所得微粒的質量最佳,可觀察到均勻的球形微粒[24]。王愛霞等通過流化床手段研究葡萄多酚微膠囊的制備工藝并對其穩(wěn)定性進行考察,發(fā)現(xiàn)0.25 mL·min-1的流速,0.6 bar的霧化壓力,0.22 bar的進風壓力,30 ℃的包衣溫度為最佳制備工藝,所得葡萄多酚微粒在光照及高溫條件下比未經包埋的葡萄多酚的穩(wěn)定性均明顯提高[25]。Boonchu和Utama-ang以麥芽糊精和羥甲基化纖維素(CMC)為壁材,通過噴霧干燥方法制備紅酒葡萄皮渣提取物微膠囊,發(fā)現(xiàn)麥芽糊精用量為10.21%(w/v),CMC用量為0.21%(w/v)時,所得微膠囊的多酚含量最高,包埋效果最好,所得微粒的苦味和澀味最小[26]。Lavelli等同樣以麥芽糊精為壁材,發(fā)現(xiàn)噴霧干燥所得葡萄皮多酚微膠囊較之葡萄皮干粉具有更高的多酚含量、更好的收濕型和抗氧化活性,對高血糖損傷相關酶具有更好的抑制效果。從而證明噴霧干燥制備葡萄皮多酚微粒可作為有效利用葡萄皮渣進而減少資源浪費的有效手段[6]。Gibis等通過高壓均質技術制備脂質體,研究殼聚糖包衣對葡萄籽多酚脂質體體外釋放效果的影響,發(fā)現(xiàn)殼聚糖包衣可明顯降低脂質體中生物活性物質的釋放度,說明包衣脂質體可作為水性食物中葡萄多酚提取物有效控釋的絕佳選擇[27]。Aizpurua-Olaizola等以海藻酸納為多聚物,氯化鈉為硬化劑,通過微膠囊化振動噴嘴制得葡萄皮渣提取物微膠囊,發(fā)現(xiàn)該微膠囊具有更高的多酚含量和更好的形態(tài)特征,多酚微膠囊較之未經包埋多酚對于溫度和光照的影響具有更好的穩(wěn)定性[28]。

由此可見,物理、化學及機械等多種微膠囊化方法均可用于葡萄多酚提取物的微膠囊制備,進而提高葡萄多酚提取物的穩(wěn)定性,保持其抗氧化性及多種生物活性,減少其與復雜食物介質中其它組分間的相互作用,改善微粒形態(tài)學特征,控制其在消化系統(tǒng)中的釋放效果,進而實現(xiàn)其在生物體內的有效遞送。但目前仍無法確定葡萄多酚提取物的最適微膠囊化技術手段,后續(xù)研究中還有待進一步探尋。

2 葡萄多酚單一提取物微膠囊化研究

2.1 葡萄花色苷提取物的微膠囊化研究

花色苷因其著色性好、低毒、水溶性好,同時又具有抗氧化、抗炎等多種生理功能而成為食品工業(yè)中紅色素的重要來源[29]。為提高花色苷在食品中的穩(wěn)定性,克服其對外部環(huán)境因子敏感,及在加工、配伍及儲藏過程中易受食品體系中其它組份干擾的問題,微膠囊技術在其有效遞送手段開發(fā)過程中得到了重點關注[30]。目前噴霧干燥技術在葡萄花色苷提取物微膠囊化領域的應用較多。Burin等分別以麥芽糊精、麥芽糊精/γ環(huán)糊精、麥芽糊精/阿拉伯膠為壁材,通過噴霧干燥手段制備赤霞珠葡萄(VitisviniferaL. Cabernet Sauvignon)果實花色苷提取物微膠囊,發(fā)現(xiàn)麥芽糊精/阿拉伯膠在三種壁材中表現(xiàn)的包埋效果最佳,所得微粒降解率最低,性質最為穩(wěn)定[31]。Silva等以巴西葡萄皮渣的花色苷提取物為對象,以麥芽糊精為壁材,通過噴霧干燥制得天然色素微粒,所得產品不僅包埋率高,具有較高的抗氧化活性和抗菌活性,同時對精氨酸酶具有良好的抑制作用[11]。Souza等同樣以麥芽糊精為壁材,研究噴霧干燥后麥芽糊精對波爾多葡萄皮渣花色苷提取物的保護效果,發(fā)現(xiàn)所得微粒具有良好的儲藏穩(wěn)定性,且對金黃色釀儂葡萄球菌和李斯特氏菌具有良好的抑制作用[32]。Souza等又對所得花色苷提取物微粒的品質特性進行研究,發(fā)現(xiàn)與冷凍干燥樣品相比,該微粒具有更低的水分含量和吸濕性,更高的溶解性和顏色穩(wěn)定性,進而證明釀酒葡萄皮渣可作為天然色素的有效來源[33]。

2.2 葡萄原花青素提取物的微膠囊化研究

原花青素又稱縮合鞣質,廣泛存在于葡萄皮和葡萄籽中的一類重要的黃烷-3-醇類化合物[34]。與其它多酚化合物類似,原花青素同樣具有抗癌、預防肥胖、糖尿病等多種重要生理功能[35-37],但由于其穩(wěn)定性和滲透性較差,生物利用率低,目前其在食品領域中的應用受到極大限制[38]。微膠囊技術作為可以有效保持內容物生物活性進而實現(xiàn)活性物質有效遞送的技術手段,近年來在葡萄原花青素提取物包埋領域也得到了廣泛的研究和應用。

王忠含以葡萄籽原花青素為原料,利用兩步乳化技術制備雙層原花青素微膠囊,發(fā)現(xiàn)該微膠囊不僅具有良好的溶解性、穩(wěn)定性,且在模擬腸液環(huán)境中具有良好的釋放性[39]。張連富等以阿拉伯膠與麥芽糊精為壁材,通過噴霧干燥制備葡萄原花青素提取物微膠囊,發(fā)現(xiàn)當壁材中的阿拉伯膠占比為40%,芯壁比為3∶7,混合液中的固形物占比為20%時,原花青素包埋率可達99.2%,且儲藏穩(wěn)定性明顯提高[40]。吳朝霞等以噴霧干燥法研究β-環(huán)糊精,多孔淀粉-明膠,麥芽糊精-大豆分離蛋白3種壁材對葡萄籽原花青素提取物的包埋效果,發(fā)現(xiàn)麥芽糊精-大豆分離蛋白的包埋效果最好,β-環(huán)糊精最不適合包埋原花青素,而多孔淀粉-明膠對噴霧干燥的溫度條件要求高[41]。Fernández等分別以葡萄皮和葡萄籽中的原花青素提取物為研究對象,通過乳化蒸發(fā)法制備原花青素聚乳酸納米顆粒,并對微粒特性及體外遞送效果進行分析,發(fā)現(xiàn)該方法對葡萄皮原花色素提取物的包埋率可達86.9%,平均粒徑可達291.6 nm,對葡萄籽原花色素提取物的包埋率可達82.9%,平均粒徑可達351.9 nm,所得微粒的理化特性穩(wěn)定并可在模擬胃腸環(huán)境中實現(xiàn)可持續(xù)遞送[10]。由此可見,微膠囊技術可作為提高葡萄原花青素穩(wěn)定性和實現(xiàn)有效遞送的重要手段,但目前采用的微膠囊化手段多為噴霧干燥和乳化法,采用的壁材多為麥芽糊精等傳統(tǒng)壁材,整體而言,葡萄原花青素提取物的微膠囊化研究僅為起步階段,后續(xù)研究中,新型微膠囊化方法的應用、創(chuàng)新型壁材的探索和開發(fā)及微粒特性的研究需得到更多關注。

2.3 葡萄白藜蘆醇提取物的微膠囊化研究

白藜蘆醇是芪氏家族中廣泛存在于葡萄果皮中的一種重要的多酚類化合物,雖然其對癌癥、心腦血管疾病等具有重要的預防和治療作用,然而其低水溶性、低化學穩(wěn)定性和低生物利用度等特性又極大限制了其在食品工業(yè)中的應用[42,16]。微膠囊技術因具有有效保持內容物特性和生物活性,利于提高其生物利用度等優(yōu)勢[23,43-44]在白藜蘆醇有效遞送領域引發(fā)關注。胡榮等通過滴制法制得白藜蘆醇微囊,發(fā)現(xiàn)當海藻酸鈉粘度為380 cps,芯壁比為1∶0.5,海藻酸鈉和氯化鈣的質量分數分別為2.0%和3.0%時所得微囊具有較高的包封率和載藥量[45]。胡榮等以殼聚糖為壁材,通過噴霧干燥法制備白藜蘆醇微囊,發(fā)現(xiàn)在一定的藥載比和殼聚糖質量濃度條件下,白藜蘆醇微囊的包封率和載藥量均較高[46]。此外,周冉等通過單凝聚法制備白藜蘆醇微囊時發(fā)現(xiàn),當明膠質量分數控制在4%,芯壁比控制在1∶4,反應溫度保持60 ℃,pH為3.9時,所得微粒粒徑均勻、緩釋效果好,包封率可達96.8%[47]。由此可見多種包埋方法均在白藜蘆醇標準品的微膠囊制備過程中取得較好效果,但微膠囊技術在葡萄白藜蘆醇提取物上的研究尚不深入,仍處于探索階段。Davidov-Pardo和McClements以葡萄籽油和桔油為壁材,通過納米乳劑法制備葡萄籽白藜蘆醇提取物微膠囊,發(fā)現(xiàn)當壁材混合比例為1∶1 (w/w)時,可形成最為穩(wěn)定的微粒,此時包埋于納米乳劑中的白藜蘆醇較之二甲基亞砜(DMSO)中的白藜蘆醇對UV輻射具有更好的穩(wěn)定性[4]。由此證明,以低能納米乳劑為基質的遞送體系可作為包埋葡萄白藜蘆醇提取物的重要手段,其可有效防止白藜蘆醇降解。

2.4 葡萄黃酮醇提取物的微膠囊化研究

黃酮醇是廣泛存在于葡萄等植物源食品中的一類重要的類黃酮和多酚化合物[48]。其是人類飲食中重要的抗氧化功能因子[49],同時也是食品中重要的輔色因子,但其低水溶性、不愉快的風味特性及在不適環(huán)境條件下的不穩(wěn)定性等缺陷極大限制了其作為功能活性組分在食品中的應用[50-51]。近年來,國內外食品科學領域試圖通過微膠囊技術對黃酮醇提取物進行包埋,以提高其在食品加工過程中的穩(wěn)定性和食用后的生物利用度。蘆丁、斛皮素、楊梅酮等作為葡萄果實中最主要的黃酮醇組分,國內外針對其微膠囊化已經開展了一系列研究。其中,聚合物納米膠囊[52]、殼聚糖顆粒[53]、低甲氧基果膠[54]、復合型乳劑[55]及多層脂囊[56]等多種壁材和包埋手段已在蘆丁上得到應用,經驗證其可有效保持蘆丁的體外抗氧化活性。Lucas-Abellán等以環(huán)糊精為壁材,在酸性條件下制備斛皮素-楊梅酮微膠囊,發(fā)現(xiàn)環(huán)糊精可有效防止斛皮素和楊梅酮發(fā)生氧化反應,但環(huán)糊精不同修飾物對黃酮醇的保護效果存在差異,其中羥丙基-β-環(huán)糊精與內容物的復合效果最好,麥芽糖-β-環(huán)糊精的效果次之,未經修飾的β-環(huán)糊精效果最差[57]。?elik等分別以β-環(huán)糊精及其三種修飾物為壁材,研究其對斛皮素、斛皮甙及蘆丁的包埋效果,發(fā)現(xiàn)甲基-β-環(huán)糊精對蘆丁和斛皮甙的包埋效果較好,羥丙基-β-環(huán)糊精對斛皮素的包埋效果較好,其中結合態(tài)的黃酮醇,較之游離態(tài)黃酮醇更易于與壁材形成復合物。經包埋后,三種黃酮醇的抗氧化性較之未包埋前均明顯提高,其中斛皮素微膠囊的抗氧化活性提高7.18%,蘆丁和斛皮甙的抗氧化性分別提高了4.3%和14.8%[58]。由此可見,微膠囊技術可作為改善葡萄黃酮醇提取物理化特性,提高其穩(wěn)定性,保持其抗氧化活性的重要手段。了解不同黃酮醇內容物的特性,選擇合適的壁材和微膠囊化手段對于葡萄黃酮醇提取物微膠囊的制備至關重要,對于提高葡萄黃酮醇提取物在食品工業(yè)中的應用及其生物利用度具有重要意義。但目前有關葡萄黃酮醇提取物微膠囊化研究多集中在單一化合物或少數幾種化合物,而葡萄黃酮醇提取物種類繁多,現(xiàn)有微膠囊化研究尚無法滿足工業(yè)生產需求,在后續(xù)研究中還有待進一步加強。

3 結論與展望

目前,隨著人們生活水平的提高和健康意識的增強,消費者對營養(yǎng)健康食品和功能性食品的需求愈發(fā)旺盛。葡萄多酚作為人類飲食中生物活性物質的重要來源,其活性保持及食用品質改善受到廣泛關注。微膠囊技術作為一種新興的技術手段,對多酚類物質的活性保持具有重要作用,并被探索性應用于食品工業(yè)中。雖然前期國內外針對葡萄多酚微膠囊化研究開展了一系列研究工作,但整體而言,微膠囊技術在葡萄多酚提取物穩(wěn)態(tài)化研究方面還處于起步階段。壁材種類及包埋技術手段的選擇性較少,創(chuàng)新性壁材及包埋技術手段則更少。可包埋葡萄多酚種類十分局限,有待進一步挖掘和開發(fā)。有關微膠囊生物活性評價方面的研究多集中在抗氧化活性研究方面,且多為體外評價模型,一方面評價技術手段存在局限性,一方面體內活性評價尚處于空白階段。針對上述問題,后續(xù)有關葡萄多酚微膠囊化研究領域應以新型壁材開發(fā)、新型包埋技術應用及探索和新型內容物挖掘為重點,同時注意拓寬微膠囊產品的功能特性評價手段和模型,為后續(xù)葡萄多酚穩(wěn)態(tài)化研究及有效遞送提供理論依據和技術支持。

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Researchprogressonmicroencapsulationofgrapepolyphenols

FANGFang,WANGFeng-zhong*

(Institute of Food Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China)

TS255

A

1002-0306(2017)18-0328-05

2017-03-13

方芳(1980-)，女，博士,副研究員，研究方向：植物源食品功能活性物質挖掘與代謝調控研究,E-mail:fangfang9992@126.com。

*通訊作者:王鳳忠(1972-)，男，博士，研究員，研究方向：農產品功能因子研究與利用,E-mail:wangfengzhong@sina.com。

國家自然科學基金項目(31401823)。

10.13386/j.issn1002-0306.2017.18.062