殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體研究進(jìn)展

孫閆小凡,柯悅,魏團(tuán)團(tuán),李想,2,3,劉舒,2,3,任丹丹,2,3*,何云海,2,3,汪秋寬,2,3

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(遼寧省水產(chǎn)品加工及綜合利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧 大連,116023) 3(國家海藻加工技術(shù)研發(fā)分中心,遼寧 大連,116023)

脂質(zhì)體是一種由脂質(zhì)雙分子層包裹水相形成的閉合微型囊泡,其膜材通常由具有極性的磷脂及含有乳化特性的膽固醇、表面活性劑等組成。脂質(zhì)體一直作為細(xì)胞膜的模型而被人們研究,因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)類似于細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層,不同情況下所形成的脂質(zhì)體其直徑大小有所差異,較小的為幾十納米,較大的可達(dá)到幾十微米[1]。作為一種新興的封裝載體,脂質(zhì)體可包埋親水性和疏水性以及兩親性化合物,它具有優(yōu)良的生物相容性,具有兩親性,無毒性,被認(rèn)為是前景廣闊、安全的一種封裝系統(tǒng)。

近年來,脂質(zhì)體在食品配方、藥物遞送等領(lǐng)域得以應(yīng)用,在化妝品領(lǐng)域也具有一定的應(yīng)用潛力。盡管脂質(zhì)體載體有許多優(yōu)點(diǎn),未修飾的脂質(zhì)體仍存有一定的局限性,如穩(wěn)定性差、藥物泄漏早、停留時(shí)間短等[2]。因此,當(dāng)前研究的重點(diǎn)是如何有效提高脂質(zhì)體在復(fù)雜環(huán)境中的穩(wěn)定性?？朔@個(gè)問題的一種有效方法是將生物聚合物(包括天然存在的多糖和蛋白質(zhì))沉積在脂質(zhì)體的表面上,以保持其結(jié)構(gòu)并增加其動(dòng)力學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性[3]。

天然聚合物的使用愈來愈受到人們的重視,尤其是從甲殼類動(dòng)物外骨骼、魷魚圍欄和真菌中分離出來的殼聚糖[4]。殼聚糖是一種無毒的多糖,具有很高的生物相容性,能在體內(nèi)生物降解。其在酸性介質(zhì)中帶陽離子電荷,所以通過靜電相互作用可以和脂質(zhì)體結(jié)合,在脂質(zhì)體表面形成一層保護(hù)膜以達(dá)到提高其穩(wěn)定性及生物利用度的目的。本文將從殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀、穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、生物利用率及在食品中的應(yīng)用進(jìn)行綜述,以期為殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的進(jìn)一步研究提供理論依據(jù)。

1 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀及制備方法

1.1 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀

如今,殼聚糖作為一種新型表面修飾材料正漸漸成為研究熱點(diǎn)。殼聚糖是一種源于貝類,經(jīng)幾丁質(zhì)脫乙?；@得的線狀多糖,是一種常見的聚合物,具有陽離子、生物黏附性、生物相容性、可生物降解和促進(jìn)吸收的特性[5]。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體即帶有正電荷的殼聚糖氨基與帶負(fù)電荷的脂質(zhì)體通過靜電相互作用及其與脂質(zhì)體的羥基相連接的氫鍵作用,使殼聚糖與脂質(zhì)體表面均勻粘連,可以延遲脂質(zhì)體包埋物的釋放,保護(hù)被包埋的物質(zhì)不與外界接觸,不發(fā)生氧化并提高脂質(zhì)體的生物利用率及貯藏穩(wěn)定性。目前,許多研究已證實(shí)殼聚糖具有改善脂質(zhì)體特性的能力。WANG等[6]制備了殼聚糖修飾的藍(lán)莓花青素脂質(zhì)體,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過殼聚糖修飾后的藍(lán)莓花青素脂質(zhì)體包封率有所提高,而且在一定條件下殼聚糖的加入可以穩(wěn)定花青素的顏色特性和負(fù)載量,這表明殼聚糖修飾脂質(zhì)體可提高其環(huán)境穩(wěn)定性。

隨著對(duì)殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的研究不斷深入,當(dāng)今也涌現(xiàn)出了殼聚糖衍生物作為表面改良劑修飾的脂質(zhì)體。殼聚糖衍生物是經(jīng)過引入新的官能團(tuán)對(duì)殼聚糖的氨基和羥基加以化學(xué)修飾的化合物,可以使其在不改變原有性質(zhì)的條件下,改良其溶解性、生物包容性及功能特性,為殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的制備和應(yīng)用領(lǐng)域提供一種新的發(fā)展思路。目前,用于修飾脂質(zhì)體的殼聚糖衍生物主要有羧甲基殼聚糖[7]、巰基化殼聚糖[8]、季銨鹽殼聚糖[9]、兩親性殼聚糖[10]等。作為一種新型的遞送載體,脂質(zhì)體的發(fā)展前景廣闊,應(yīng)用越來越廣泛。研究殼聚糖及其衍生物對(duì)脂質(zhì)體進(jìn)行修飾也是一種創(chuàng)新,對(duì)脂質(zhì)體乃至穩(wěn)態(tài)化技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展都具有深遠(yuǎn)的價(jià)值和意義。

1.2 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的制備方法

目前,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體與傳統(tǒng)脂質(zhì)體的制備方法相同,隨著近些年的發(fā)展,脂質(zhì)體的制備方法也愈來愈成熟。根據(jù)脂質(zhì)體所包埋物質(zhì)的理化性質(zhì)差異,可以選擇其合適的制備方法。常用的制備殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體方法主要有乙醇注入法、薄膜超聲法、逆向蒸發(fā)法等。

1.2.1 乙醇注入法

乙醇注入法是將磷脂、膽固醇和被包埋生物活性成分充分溶解于乙醇溶劑中,然后將其慢慢注入到水或磷酸鹽緩沖溶液等水合介質(zhì)中,通過加熱和旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)去除乙醇,再經(jīng)過簡單過濾即可獲得粗脂質(zhì)體。然后向脂質(zhì)體中加入等體積的殼聚糖溶液即可制備成殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。此方法具有操作簡便,不會(huì)影響被包裹物質(zhì)活性的優(yōu)勢,但脂質(zhì)在乙醇溶液中溶解性差從而會(huì)降低脂質(zhì)的分散性,而且脂質(zhì)體有不均勻分布的現(xiàn)象。程銘等[11]運(yùn)用大豆卵磷脂采取乙醇注入法制備了殼聚糖修飾植物甾醇脂質(zhì)體,研究結(jié)果表明經(jīng)0.3 mg/mL殼聚糖溶液修飾后的脂質(zhì)體效果最好,且經(jīng)胃腸模擬實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),殼聚糖修飾后的植物甾醇脂質(zhì)體表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性。此方法溶劑廉價(jià)易獲得,反應(yīng)條件溫和,但易產(chǎn)生乙醇旋蒸不完全的問題且實(shí)驗(yàn)用時(shí)較長。

1.2.2 薄膜超聲法

薄膜超聲法是脂質(zhì)體傳統(tǒng)制備方法中薄膜法和超聲法的聯(lián)合使用,是將被包埋物質(zhì)、膽固醇和磷脂及表面活性劑等溶于有機(jī)溶劑(氯仿、甲醇等)中,使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀在真空和加熱中蒸出有機(jī)溶劑,容器內(nèi)壁會(huì)形成一層薄膜,加入緩沖液溶解再進(jìn)行二次旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)直至形成薄膜,隨后進(jìn)行探針超聲處理即可得到脂質(zhì)體。將殼聚糖溶液逐滴加入等體積脂質(zhì)體中并進(jìn)行超聲處理可獲得殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。這種方法在水化過程中,脂質(zhì)會(huì)發(fā)生溶脹,一層層被洗脫,所以形成的脂質(zhì)體多為多層,包裹在脂膜中的水相容積只占總?cè)莘e的極小部分,大概是5%～10%。因此,薄膜超聲法不是很適合對(duì)水溶性藥物的包覆,而對(duì)脂溶性藥物,其包裹率甚至可高達(dá)100%,粒徑較大[12]。ALOMRANI等[5]通過薄膜超聲法制備了殼聚糖修飾的負(fù)載5-氟尿嘧啶的柔性脂質(zhì)體并對(duì)其表征,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體粒徑是194 nm,包封率高達(dá)61%。

1.2.3 逆相蒸發(fā)法

逆相蒸發(fā)法是將膜材溶解于氯仿、乙醚等有機(jī)溶劑中,進(jìn)行短時(shí)間超聲獲得混合物,選擇合適溫度進(jìn)行旋蒸至形成一層薄膜,并將其薄膜溶解在乙醚溶劑中,另將被包埋物質(zhì)溶解在緩沖溶液中。然后將二者按照適合的比例混合,再經(jīng)超聲獲得脂質(zhì)體懸浮液。逆相蒸發(fā)法是在脂質(zhì)體制備工藝上的新進(jìn)步,因其可制備具有高含水空間-脂質(zhì)比率的脂質(zhì)體,并具有捕獲大百分比含水物質(zhì)的能力[13]。因此,此方法適用于包裹水溶性的生物活性物質(zhì)。趙振剛等[14]采用上述方法制備了殼聚糖包埋甜菜紅素納米脂質(zhì)體,通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化得到最佳制備工藝,其所得脂質(zhì)體的甜菜紅素包封率可達(dá)到42.67%。

2 殼聚糖雙層修飾脂質(zhì)體的研究現(xiàn)狀

近年來,隨著脂質(zhì)體在食品領(lǐng)域中研究的深入,殼聚糖逐層修飾脂質(zhì)體也掀起了研究熱潮。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),殼聚糖單層修飾的脂質(zhì)體與修飾層的結(jié)合力較弱,其貯存穩(wěn)定性并不理想,但是通過逐層修飾制備的殼聚糖包覆脂質(zhì)體可以減少磷脂的氧化損傷和水解反應(yīng)。另外,磷脂和殼聚糖之間可以形成靜電橋,能夠最大限度地降低磷脂雙層的滲透性,從而提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。與殼聚糖單層修飾脂質(zhì)體相比,雙層修飾是指使帶正電荷的殼聚糖與帶負(fù)電荷的其他高分子物質(zhì)通過靜電相互作用相結(jié)合,形成聚電解質(zhì)復(fù)合物共同黏附在脂質(zhì)體表面,從而獲得更好的修飾效果。目前,殼聚糖與葉酸、藻酸鹽、果膠、蛋白等生物大分子物質(zhì)結(jié)合制備雙層修飾脂質(zhì)體的研究頗多。具體研究內(nèi)容見表1。

表1 殼聚糖雙層修飾脂質(zhì)體的研究Table 1 Studies on chitosan-coated liposomes

3 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體成功制備以后,通常需對(duì)其物理穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。物理穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo)一般包括包封率、平均粒徑、Zeta電位、形態(tài)學(xué)觀察等?；瘜W(xué)穩(wěn)定性一般是指在不同溫度、不同光照條件下,對(duì)貯藏過程中脂質(zhì)體穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)。

3.1 包封率

包封率是評(píng)價(jià)脂質(zhì)體內(nèi)在質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo),反映了被包埋生物活性物質(zhì)在脂質(zhì)體中的存留能力,包封率的大小直接反映脂質(zhì)體質(zhì)量的好壞[23]。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的評(píng)價(jià)將包封率作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo),經(jīng)殼聚糖進(jìn)行修飾后,脂質(zhì)體包封率有所提高,可以防止被包埋物質(zhì)的泄露,改善其穩(wěn)定性,使其具有較佳的質(zhì)量。

脂質(zhì)體的包封率受殼聚糖質(zhì)量濃度影響,通常隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加,脂質(zhì)體的包封率也會(huì)提高。WANG等[24]制備了不同質(zhì)量濃度殼聚糖修飾的載有肉桂醛的脂質(zhì)體,研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖質(zhì)量濃度增加至2 mg/mL時(shí),脂質(zhì)體的包封率隨著殼聚糖質(zhì)量濃度增加而增加,當(dāng)殼聚糖質(zhì)量濃度為4 mg/mL時(shí)包封率最高。ZHOU等[25]采取乙醇注入法在40 ℃下真空蒸發(fā),超聲處理5 min,制備了不同質(zhì)量濃度殼聚糖涂層的毛蕊花糖苷脂質(zhì)體,結(jié)果表明在殼聚糖涂層后,脂質(zhì)體包封率從81.06%增加至88.10%其中經(jīng)2 mg/mL的殼聚糖涂層脂質(zhì)體包封率最高,證實(shí)了經(jīng)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體包封率有所提高,也說明殼聚糖濃度會(huì)影響脂質(zhì)體的包封率。

此外,殼聚糖的修飾時(shí)間和修飾溫度也會(huì)影響殼聚糖與脂質(zhì)體的包覆程度,對(duì)脂質(zhì)體包封率產(chǎn)生影響。常影等[26]運(yùn)用殼聚糖對(duì)桑椹花色苷納米脂質(zhì)體進(jìn)行修飾,并進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)研究,結(jié)果表明當(dāng)殼聚糖用量0.15%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))、修飾時(shí)間6.0 h、修飾溫度40 ℃時(shí),脂質(zhì)體的包封率最大,可高達(dá)86.22%,這表明修飾時(shí)間及修飾溫度會(huì)影響殼聚糖與脂質(zhì)體之間的黏附和結(jié)合,從而對(duì)脂質(zhì)體的包封率造成影響。

3.2 平均粒徑

平均粒徑反映的是所制備的脂質(zhì)體大小程度,可以憑借其大小對(duì)脂質(zhì)體進(jìn)行分類,亦可以判定該脂質(zhì)體是否為納米級(jí)脂質(zhì)體,是評(píng)價(jià)整個(gè)脂質(zhì)體系統(tǒng)穩(wěn)定性和溶解度的重要指標(biāo)。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體因其殼聚糖通過靜電作用的修飾,附著在脂質(zhì)體表面會(huì)形成額外的一層殼聚糖涂層,進(jìn)而導(dǎo)致脂質(zhì)體粒徑的增加。

殼聚糖質(zhì)量濃度影響脂質(zhì)體粒徑大小,較高的殼聚糖含量會(huì)導(dǎo)致較大的脂質(zhì)體粒徑增加。隨著殼聚糖從0.5 mg/mL增加至12 mg/mL,聚合物包覆脂質(zhì)體的粒徑增加,形成更厚的包衣層[4]。殼聚糖質(zhì)量濃度過高會(huì)導(dǎo)致殼聚糖在緩沖液中發(fā)生絮凝,殼聚糖保護(hù)涂層會(huì)產(chǎn)生部分解離的問題,因此選擇適宜質(zhì)量濃度的殼聚糖作為表面活性劑尤為重要。WANG等[6]制備了殼聚糖修飾的藍(lán)莓花青素脂質(zhì)體,未經(jīng)修飾的藍(lán)莓花青素脂質(zhì)體粒徑為191.373 nm,經(jīng)殼聚糖用量0.05%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))修飾后粒徑達(dá)242.650 nm,經(jīng)殼聚糖用量0.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))修飾后粒徑高達(dá)312.416 nm。

另外,殼聚糖的分子質(zhì)量高低也會(huì)影響脂質(zhì)體粒徑大小。TAI等[27]采用薄膜水合法經(jīng)高壓均質(zhì)制得不同分子質(zhì)量殼聚糖載姜黃素脂質(zhì)體,研究發(fā)現(xiàn)姜黃素脂質(zhì)體的粒徑隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加而增加,且高分子質(zhì)量殼聚糖修飾后脂質(zhì)體粒徑增加更多。通常情況下,脂質(zhì)體平均粒徑愈小,脂質(zhì)體的穩(wěn)定性愈佳。但并不能單單憑借殼聚糖修飾后脂質(zhì)體粒徑的增加就判定脂質(zhì)體的穩(wěn)定性變差,應(yīng)結(jié)合其他評(píng)價(jià)指標(biāo)共同評(píng)價(jià)。

3.3 Zeta電位

Zeta電位是一種輔助評(píng)價(jià)脂質(zhì)體穩(wěn)定性的指標(biāo),是代表粒子表面電荷的參數(shù)。有研究發(fā)現(xiàn),Zeta電位在±(0～10) mV之間表明脂質(zhì)體極其不穩(wěn)定,在±(20～30) mV之間表明脂質(zhì)體穩(wěn)定性相對(duì)較好。其絕對(duì)值越大,表明脂質(zhì)體表面攜帶的電荷越多,囊泡之間的排斥力越強(qiáng),從而可以避免脂質(zhì)體之間出現(xiàn)聚集和粘連現(xiàn)象,脂質(zhì)體穩(wěn)定性越好。

脂質(zhì)體經(jīng)殼聚糖修飾后,Zeta電位會(huì)由原來的負(fù)電位變成正電位,這是因?yàn)闅ぞ厶堑恼溚ㄟ^靜電相互作用吸附在膜表面,逐漸飽和,因此負(fù)電荷被中和,脂質(zhì)體的Zeta電位變?yōu)檎?。RAN等[28]使用殼聚糖對(duì)可食用酚酸和谷胱甘肽共同包封脂質(zhì)體加以修飾,研究發(fā)現(xiàn)未經(jīng)修飾脂質(zhì)體Zeta電位為-49.60 mV,修飾后Zeta電位變?yōu)?7.73 mV,表明該脂質(zhì)體Zeta電位由負(fù)轉(zhuǎn)為正。且經(jīng)殼聚糖修飾脂質(zhì)體后,Zeta電位絕對(duì)值也會(huì)增大。KATOUZIAN等[29]通過響應(yīng)面法優(yōu)化和制備殼聚糖包被的橄欖葉提取物納米脂質(zhì)體,在添加殼聚糖之前可能由于磷脂的磷酸基團(tuán)脂質(zhì)體帶負(fù)電荷,Zeta電位為-25.5 mV,經(jīng)殼聚糖包覆后,表面電荷發(fā)生變化,Zeta電位變?yōu)?1.9 mV,其絕對(duì)值增加因此脂質(zhì)體穩(wěn)定性也有所提高。

除此之外,在添加殼聚糖涂層工藝中,隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加,Zeta電位也會(huì)變得更高,直到其恒定,此時(shí)表明脂質(zhì)體的表面被殼聚糖完全覆蓋達(dá)到飽和。SARABANDI等[30]研制了殼聚糖修飾的負(fù)載亞麻籽肽級(jí)分的納米脂質(zhì)體,其中殼聚糖修飾前Zeta電位為-18.61 mV,經(jīng)不同質(zhì)量濃度殼聚糖涂層后,電位值變?yōu)檎登译S著殼聚糖質(zhì)量濃度增加而提高,直至殼聚糖質(zhì)量濃度從6 mg/mL增至8 mg/mL后,Zeta電位無明顯變化,這表明殼聚糖質(zhì)量濃度能夠影響Zeta電位大小。

3.4 形態(tài)學(xué)觀察

形態(tài)學(xué)觀察主要是通過透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、掃描電子顯微鏡等對(duì)殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體進(jìn)行微觀形態(tài)研究,可以更加直觀地觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和樣貌,亦可觀測到殼聚糖修飾后脂質(zhì)體是否仍然分布均勻,是否發(fā)生聚集、出現(xiàn)粘連。

3.5 貯藏穩(wěn)定性

貯藏穩(wěn)定性是指將脂質(zhì)體的懸浮液在不同溫度下(4、25、37 ℃)及不同光照條件下(避光或不避光)貯存數(shù)周,貯存期間觀察脂質(zhì)體形態(tài)變化,通過測量脂質(zhì)體的包封率、聚合物分散性指數(shù)、Zeta電位、平均粒徑等指標(biāo)對(duì)脂質(zhì)體的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

經(jīng)脂質(zhì)體包被后的生物活性物質(zhì)在穩(wěn)定性、溶解性等方面有所改善,但其在熱力學(xué)穩(wěn)定性方面仍有待提高。脂質(zhì)體仍存有在貯藏和運(yùn)輸過程中因環(huán)境變化所產(chǎn)生的包埋材料泄露、發(fā)生聚集和融合、脂類氧化和水解等現(xiàn)象,因此有必要利用殼聚糖等生物大分子對(duì)脂質(zhì)體進(jìn)行修飾,以提高其動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、保持結(jié)構(gòu)和活性不變及增加機(jī)械穩(wěn)定性。鄭景霞[31]通過乙醇注入法選取殼聚糖、果膠-殼聚糖逐層對(duì)β-胡蘿卜素-薏苡仁油復(fù)合脂質(zhì)體的表面加以修飾,制得單層修飾脂質(zhì)體和雙層修飾脂質(zhì)體,將其置于4 ℃和25 ℃下避光貯存10周進(jìn)行貯藏穩(wěn)定性研究。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),在相同的貯存環(huán)境條件下,殼聚糖單層修飾及果膠-殼聚糖雙層修飾后的脂質(zhì)體中β-胡蘿卜素的保留率都較初始脂質(zhì)體高,證實(shí)了殼聚糖的表面修飾可以提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。JIAO等[32]選取殼聚糖制備了維生素C和葉酸的共負(fù)載脂質(zhì)體,經(jīng)暴露在高水平太陽紫外線輻射陽光下貯存40 d,結(jié)果顯示,殼聚糖修飾脂質(zhì)體的維生素C和葉酸的保留率較原始脂質(zhì)體高約5%,證明了殼聚糖涂層可以提高包裹在脂質(zhì)體中活性成分的穩(wěn)定性,減少內(nèi)容物的泄露。

4 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的生物利用率

近幾年來,隨著脂質(zhì)體封裝技術(shù)的不斷成熟,對(duì)其生物利用率的研究也愈來愈深入,生物利用率較低會(huì)限制生物活性成分在某些領(lǐng)域的研究、應(yīng)用及發(fā)展。其中pH、胰脂肪酶和膽汁鹽對(duì)胃腸道的破壞是脂質(zhì)體遞送系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn),目前已有研究證明運(yùn)用殼聚糖等大分子聚合物包被脂質(zhì)體可使其泄露影響最小化。采用殼聚糖對(duì)脂質(zhì)體加以修飾后,脂質(zhì)體表面會(huì)形成一層保護(hù)膜,可以增強(qiáng)脂質(zhì)體芯材的運(yùn)載和保護(hù)能力,具有一定的緩釋效果,能夠提高其生物利用率。此外,殼聚糖本身具有的黏附性可以促進(jìn)脂質(zhì)體內(nèi)容物的腸道吸收。殼聚糖也具有抑制脂質(zhì)消化的能力,從而達(dá)到提高脂質(zhì)體生物利用率的目的。

目前,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體生物利用率的研究主要由細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和體外胃腸模擬消化模型等組成。

4.1 細(xì)胞實(shí)驗(yàn)

細(xì)胞實(shí)驗(yàn)是指通過選取和人體細(xì)胞形態(tài)相似、細(xì)胞極性相同的細(xì)胞作為細(xì)胞模型來研究脂質(zhì)體的腸道通透性和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制,從而得出脂質(zhì)體的生物利用率。CUI等[33]利用殼聚糖通過薄膜超聲法制備了3種殼聚糖納米脂質(zhì)體,分別為未被包埋脂質(zhì)體、殼聚糖包埋脂質(zhì)體、海藻酸鈉-殼聚糖包埋脂質(zhì)體,并通過與人腸上皮細(xì)胞形態(tài)非常相似的Caco-2細(xì)胞單層模型比較了3種脂質(zhì)體的腸道吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)特性。研究結(jié)果表明,與未被包埋脂質(zhì)體相比,殼聚糖和海藻酸鈉-殼聚糖包埋脂質(zhì)體減少了納米脂質(zhì)體在消化道中被蛋白酶的降解,有效提高了人體消化系統(tǒng)的吸收效果。且海藻酸鈉-殼聚糖包埋脂質(zhì)體在Caco-2細(xì)胞中表現(xiàn)出更好的細(xì)胞攝取性和轉(zhuǎn)運(yùn)特性,這表明可通過其載體靶向介導(dǎo)途徑提高生物利用率,以擴(kuò)展功能性食品領(lǐng)域的應(yīng)用。

4.2 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)是指選用與人類有共性的動(dòng)物作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,通過口服或灌胃給藥進(jìn)行藥代動(dòng)力學(xué)研究來評(píng)估其口服生物利用度,從而計(jì)算出脂質(zhì)體生物利用度。WANG等[34]制備了用殼聚糖修飾的無膽固醇脂質(zhì)體來封裝黃體酮,通過動(dòng)態(tài)透析技術(shù)對(duì)其在胃腸液中的體外釋放行為進(jìn)行研究,并對(duì)大鼠口服給藥進(jìn)行藥代動(dòng)力學(xué)研究以評(píng)估口服生物利用度。試驗(yàn)結(jié)果表明,不含膽固醇的殼聚糖修飾脂質(zhì)體可以保護(hù)黃體酮在胃腸道中的降解,另外與黃體酮軟膠囊和未經(jīng)修飾的黃體酮脂質(zhì)體相比,殼聚糖修飾后脂質(zhì)體的相對(duì)生物利用度更高,分別提高了6.03倍和2.08倍。這可能是由于殼聚糖的黏附性及殼聚糖殼的保護(hù)作用促進(jìn)黃體酮的腸道吸收,從而提高黃體酮的生物利用度。

4.3 體外胃腸模擬消化模型

體外胃腸模擬消化模型是脂質(zhì)體通過配置模擬胃液、模擬腸液,在體外進(jìn)行消化的過程,是評(píng)估脂質(zhì)體生物利用度的主要途徑。HASAN等[35]制備了負(fù)載姜黃素的納米脂質(zhì)體和殼聚糖涂層納米脂質(zhì)體,并通過胃腸道體外消化模擬實(shí)驗(yàn)研究脂質(zhì)體系統(tǒng)內(nèi)包裹姜黃素的釋放動(dòng)力學(xué)。研究發(fā)現(xiàn),可能由于殼聚糖具有抑制脂質(zhì)消化的能力,與未涂層的納米脂質(zhì)體相比,尤其是在模擬胃液中殼聚糖涂層后納米脂質(zhì)體中姜黃素的釋放更穩(wěn)定且更持久,結(jié)果證明殼聚糖修飾可以提高姜黃素脂質(zhì)體的生物利用度。

由于脂質(zhì)體技術(shù)領(lǐng)域的不斷發(fā)展,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體對(duì)生物利用率評(píng)價(jià)的研究愈來愈多,大多以體外胃腸模擬消化模型及動(dòng)物體內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)研究為主。但由于人體體內(nèi)的吸收、分布、消化、代謝是一個(gè)周期長且極其復(fù)雜的過程,因此對(duì)殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體的生物利用率仍有待進(jìn)一步深入研究。

5 殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體在食品中的應(yīng)用

脂質(zhì)體因具有良好的靶向性,目前在藥物遞送領(lǐng)域研究較為成熟。殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體可以包覆并運(yùn)載具有功能性的營養(yǎng)成分,且具有增強(qiáng)黏附性及滲透性、提高生物利用度的優(yōu)勢,因此在食品領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。目前,人們在食品級(jí)脂質(zhì)體中主要研究了包埋脂類、包埋蛋白質(zhì)、包埋抗氧化劑、包埋維生素和天然色素等方面應(yīng)用。

5.1 包埋脂類

脂類是一種容易受光照、氧氣等環(huán)境影響而發(fā)生氧化和水解反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量下降的不穩(wěn)定化合物。常見的脂類如魚油中的不飽和脂肪酸、精油、植物油等,其在貯存和運(yùn)輸過程中容易發(fā)生降解和酸敗。

脂質(zhì)體應(yīng)用于對(duì)脂類物質(zhì)的包裹已成為近年來的研究熱點(diǎn),采用殼聚糖對(duì)脂質(zhì)體進(jìn)行修飾可以進(jìn)一步提升對(duì)脂類的保護(hù)作用。有研究發(fā)現(xiàn),殼聚糖和脂質(zhì)雙層之間的靜電相互作用和弱疏水力能夠抑制脂質(zhì)分子的流動(dòng)性并維護(hù)脂質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)完整性[36],從而減慢脂質(zhì)氧化過程使其能實(shí)現(xiàn)安全遞送和控制釋放,同時(shí)還能掩蓋脂類不良的氣味。ESLAMIAN等[37]采用殼聚糖-奇亞籽膠復(fù)合涂層制備了負(fù)載月桂精油的脂質(zhì)體,解決了精油不良?xì)馕兜膯栴},穩(wěn)定性也得以提高,并將其應(yīng)用于鵪鶉魚片中,以延長鵪鶉魚片在貯存過程中的保質(zhì)期。此外,也有研究發(fā)現(xiàn)可將脂質(zhì)體技術(shù)應(yīng)用于魚油中以減少脂質(zhì)氧化。HOSSEINI等[38]采用殼聚糖和明膠混合物對(duì)負(fù)載魚油中ω-3 PUFA濃縮物的納米脂質(zhì)體進(jìn)行涂層修飾,能夠減緩ω-3 PUFA濃縮物的氧化反應(yīng),擴(kuò)展了功能性食品應(yīng)用的研究領(lǐng)域。

5.2 包埋蛋白質(zhì)

如今,人們研究發(fā)現(xiàn)一些食品中的蛋白質(zhì)可以對(duì)食品的質(zhì)構(gòu)、感官評(píng)價(jià)等產(chǎn)生很大影響,另外部分蛋白質(zhì)如食品蛋白水解物也具有多種生物活性,但由于其易被水解、穩(wěn)定性低、含有苦味或腥味等劣勢導(dǎo)致在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到限制。

脂質(zhì)體包裹蛋白質(zhì)和多肽等是食品級(jí)脂質(zhì)體的一個(gè)重要研究方向[39]。經(jīng)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體包覆蛋白質(zhì)能夠更好地提高其穩(wěn)定性,防止其受胃腸道蛋白酶水解的影響導(dǎo)致活性喪失,亦可降低某些蛋白質(zhì)的不良?xì)馕?已有研究將其應(yīng)用于食品蛋白水解物中。MA等[40]通過酶解制備了牡蠣蛋白水解物,將其制備成殼聚糖涂層納米脂質(zhì)體,殼聚糖涂層減緩了納米脂質(zhì)體的釋放速度,增加牡蠣蛋白水解物的抗氧化活性保留率,解決其風(fēng)味差、穩(wěn)定性低的問題,開拓了功能性食品中蛋白質(zhì)水解物的應(yīng)用。另外,有研究發(fā)現(xiàn)可將脂質(zhì)體包埋蛋白質(zhì)技術(shù)應(yīng)用于干酪生產(chǎn)中。CUI等[41]研制出殼聚糖包覆的乳鏈菌肽-二氧化硅脂質(zhì)體,將其應(yīng)用于切達(dá)干酪中研究脂質(zhì)體對(duì)單核細(xì)胞增生李斯特菌的抗菌作用,研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體對(duì)李斯特菌具有持續(xù)的抗菌活性,且不會(huì)影響奶酪的感官特性,這表明殼聚糖涂層的乳鏈菌肽-二氧化硅脂質(zhì)體有潛力成為一種用于奶酪保存的活性抗菌劑。除此之外,殼聚糖修飾脂質(zhì)體技術(shù)也可應(yīng)用于植物蛋白。郝靜等[42]制備了殼聚糖涂層的核桃多肽脂質(zhì)體,通過單因素實(shí)驗(yàn)獲得最佳生產(chǎn)工藝,使核桃多肽的貯藏穩(wěn)定性和生物利用度得以提升,為核桃粕的精深加工應(yīng)用提供進(jìn)一步的技術(shù)基礎(chǔ)。

5.3 包埋抗氧化劑

在食品生產(chǎn)工業(yè)中抗氧化劑的應(yīng)用非常廣泛,但不同種類的食品對(duì)其要求也不相同。由于抗氧化劑性質(zhì)不穩(wěn)定,易受光照、溫度、氧氣、pH值等環(huán)境影響被破壞導(dǎo)致活性降低甚至喪失。因此采用脂質(zhì)體等穩(wěn)態(tài)化技術(shù)封裝抗氧化劑可以提高穩(wěn)定性,延長產(chǎn)品貨架期,防止過氧化過程發(fā)生,使抗氧化活性得以保留。

目前,脂質(zhì)體包埋抗氧化劑在食品領(lǐng)域中應(yīng)用比較成熟,也是研究的一個(gè)重要方向。經(jīng)殼聚糖涂層的抗氧化劑脂質(zhì)體效果更加顯著,有望成為一種潛在的新型抗氧化遞送系統(tǒng)。SEBAALY等[43]利用不同分子質(zhì)量的殼聚糖修飾丁香酚脂質(zhì)體,與傳統(tǒng)脂質(zhì)體相比,殼聚糖修飾后脂質(zhì)體內(nèi)丁香酚的負(fù)載率提升,抗氧化活性更高,尤其是經(jīng)高分子質(zhì)量殼聚糖修飾后效果更佳。ZHAO等[44]制備了負(fù)載輔酶Q10和α-硫酸鋅的殼聚糖包覆脂質(zhì)體,與未經(jīng)殼聚糖修飾脂質(zhì)體相比其具有顯著的抗氧化活性。GIBIS等[45]通過高壓均質(zhì)法制得殼聚糖涂層包被葡萄籽多酚脂質(zhì)體,研究表明可以通過殼聚糖涂層來減少脂質(zhì)體中葡萄籽多酚的釋放,使其抗氧化活性得以保留。因此,使用殼聚糖涂層脂質(zhì)體可以成為在食品工業(yè)中制備天然強(qiáng)效抗氧化劑的潛在方法。

5.4 包埋維生素和天然色素

維生素是維持人類正常生理功能的一種有機(jī)化合物,是生物必需的營養(yǎng)物質(zhì)。近些年,對(duì)包含維生素的食品研發(fā)和應(yīng)用逐漸成為新潮流趨勢。但其穩(wěn)定性較差,易受外界環(huán)境影響而發(fā)生分解,因此有必要通過一些穩(wěn)態(tài)化技術(shù)來提高其理化穩(wěn)定性和生物利用率。利用殼聚糖膜表面修飾的脂質(zhì)體包埋維生素,可以達(dá)到此效果,以推動(dòng)維生素在食品行業(yè)中應(yīng)用的深入研究。RABELO等[46]通過熔融乳化法制得殼聚糖涂層維生素D納米脂質(zhì)體,且經(jīng)殼聚糖修飾后的脂質(zhì)體在25 ℃下可穩(wěn)定保持60 d,并且沒有發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體內(nèi)維生素D的泄露。這表明殼聚糖修飾脂質(zhì)體有望成為穩(wěn)定維生素的新策略。

在自然界的植物中存在著含量豐富且健康的天然色素,因其具有顏色、無毒無害,同時(shí)具有多種生理活性如抗氧化、抗衰老、抗腫瘤、降血脂等,近年來通常作為著色劑和抗氧化劑添加到食品中,以延長產(chǎn)品的貨架期。但由于色素不穩(wěn)定、生物利用率低、不易被人體吸收等原因,因此人們采用殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體對(duì)其包埋以提高生物利用度和穩(wěn)定性。CUOMO等[47]對(duì)殼聚糖涂層包覆姜黃素脂質(zhì)體進(jìn)行了體外消化研究,發(fā)現(xiàn)其在小腸吸收效果最好,提高了姜黃素的生物利用度。

5.5 其他應(yīng)用

除此之外,還有一些將殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體經(jīng)噴霧干燥制成脂質(zhì)體粉末在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用研究。GüLTEKIN-?ZGüVEN等[48]利用殼聚糖修飾含有黑桑提取物脂質(zhì)體并將其噴霧干燥制成脂質(zhì)體粉末添加到黑巧克力當(dāng)中,以保護(hù)黑巧克力中的花青素含量,通過改變精煉溫度和pH值使其含量最高達(dá)76.8%。此研究說明殼聚糖涂層脂質(zhì)體在功能性巧克力生產(chǎn)工業(yè)中具有一定潛力。AKGüN等[49]制備了殼聚糖涂層酸櫻桃提取物脂質(zhì)體粉末將其摻入到攪拌型酸奶中,降低了酸奶的脫水收縮性,酸櫻桃提取物在貯藏期間也受到保護(hù),提高了其穩(wěn)定性。

6 展望

殼聚糖具有較好的生物相容性、可降解和吸收特性、生物黏附性等優(yōu)勢,可以作為生物聚合物對(duì)脂質(zhì)體進(jìn)行修飾制備成殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。近些年,在食品領(lǐng)域中,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體在包覆脂類、蛋白質(zhì)、抗氧化劑、維生素和天然色素等方面具有深遠(yuǎn)意義,在藥物遞送領(lǐng)域的研究也受到了愈來愈多科研人員的關(guān)注。目前,人們已經(jīng)通過改變殼聚糖的濃度、分子質(zhì)量以及采用殼聚糖和其他物質(zhì)逐層修飾等方法使脂質(zhì)體獲得更高的理化穩(wěn)定性和生物利用率。盡管如此,殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體仍存在貯藏期間性質(zhì)不穩(wěn)定、內(nèi)容物發(fā)生泄露、釋放時(shí)間早等問題,因此應(yīng)進(jìn)一步深入研究如何通過更簡便且廉價(jià)、耗時(shí)短的制備方法制備出粒徑更小、理化穩(wěn)定性和生物利用率更高且不容易泄露、不易發(fā)生聚集的殼聚糖膜表面修飾脂質(zhì)體。