營養載運體系研究進展

李雯瑩，周 桐，周春艷，邱昌將，周寧菱，姚志文，吳志華*，陳紅兵

（1.南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.南昌大學生命科學與食品工程學院，江西 南昌 330047；3.江西中醫藥大學護理學院，江西 南昌 330004；4.南昌航空大學工程訓練中心，江西 南昌 330063；5.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047）

營養載運體系研究進展

李雯瑩1,2，周 桐3，周春艷1,2，邱昌將1,2，周寧菱1,2，姚志文4，吳志華1,5,*，陳紅兵1,5

（1.南昌大學 食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.南昌大學生命科學與食品工程學院，江西 南昌 330047；3.江西中醫藥大學護理學院，江西 南昌 330004；4.南昌航空大學工程訓練中心，江西 南昌 330063；5.南昌大學中德聯合研究院，江西 南昌 330047）

載運體系在藥物輸送方面已有廣 泛的應用，營養物質也有望通過載運提高其穩定性和生物利用度，這一研究具有廣闊的發展前景。本文概述一些常見的營養物質載運體系，如脂質體、微膠囊、納米球、膠束、囊泡、樹枝狀聚合物等的結構、制備及其在營養物質載運方面的研究進展。

載體；營養；生物利用度

營養載運體系就是將營養物質和載體材料以特定方式結合，以提高營養物質穩定性或生物利用率。與藥物載運體系不同，控制營養載運體系中營養物質的釋放位置和釋放速率，雖然有助于實現營養物質生物利用效率的提高，但可控釋放不是營養載運體系的主要目標。另一方面，營養載運體系以食用攝入為主，且不針對病人，故消費者對載體的接受程度十分重要。

在人類的遠古時代，藥物載體就已經開始出現在人們的日常生活中，例如阿膠的生產原料驢皮，它就是天然高分子載體材料[1]。到20世紀，藥物載運系統得到了飛速的發展，各種新型載運體系相繼出現。從世紀初的靶向給藥系統，到30年代后的合成高分子材料，以及80年代的改性淀粉微球等。藥物載運體系的蓬勃發展也為其他行業的發展，尤其是食品科學中的營養載運體系的發展帶來了啟發。

食物和口服藥物一樣，大都要經過小腸吸收才能進入血液和淋巴液，然后通過血液循環運送到相應的組織和器官中而發揮其作用。然而，食品中的營養物質口服后只有一部分可以被機體吸收利用，限制了其功能的發揮[2]，主要原因在于：營養物質在胃內停留時間較短，而在腸道內通透性低或可溶解性變差，吸收受到影響；在食品加工的過程中溫度的變化、氧氣和光照等條件都影響到營養物質的穩定性：胃腸道中的酶和其他營養物質的存在也影響營養物質的穩定性[3]。用載體對營養物質進行包裝后，能促進人體有效利用營養物質，有望提高營養物質的生物利用率。表1列舉了6種常用的載體形式，對其進行了簡單的比較。本文再就這6種常用載體的結構、制備方法和作為營養載體的應用進行簡要介紹。

表1 6種載體形式的比較Table 1 Comparisons of six delivery carriers

1 主要載運體系評述

1.1 脂 質體載運體系

脂質體是一種人工制備的類脂質小球體，由一個或者是多個酷似細胞膜的類脂雙分子層包裹著水相介質組成[4]。脂質體具有類生物膜結構[5]，是球狀的類脂雙分子層，具有空腔。構成脂質體的雙分子層的類脂其親水性的頭部形成膜的內外表面，而親脂性的尾端則位于膜的中間[6]。由脂質體的結構可以看出，親水性物質被包裹在水性腔隙內部，疏水性物質則嵌在雙層脂質膜中間[7]。脂質體是一種穩定的熱力學狀態，結合了液體和結晶固態兩種物質的性質，即液體有流動性而固體則有有 序的結晶結構的特性[8-9]。脂質體材料與生物膜相似，因此有良好的生物相容性和生物降解性，對機體的刺激較少，另外，脂質體還有緩釋、高效低毒的作用[10]。液體脂質混合固體脂質形成的納米粒子基體固體脂質納米粒、新型納米結構脂質載體和脂質立方脂質體納米粒是脂質體的3種新形式[11]。

目前制備脂 質體的方法主要有薄膜分散法、逆向蒸發法、表面活性劑除去法、乙醇-乙醚注入法、乳化法、pH值梯度法，硫酸銨梯度法等[12-14]。其中，薄膜分散法是最原始、最基本、應用最廣泛的制備方法，不足在于有機試劑的殘留，及形成的脂質體粒徑分布圍較寬。注入法的優點在于在乙醇或乙醚中的濃度不影響脂質體的大小，缺點是不適合載運熱敏感的物質而且是制備粒徑較大的脂質體[15]。逆向蒸發法[16-18]適合包封大多數水溶性物質，但不適于蛋白、多肽類，且粒徑大。表面活性劑除去法的優點是制備出的顆粒較均勻，操作條件溫和，適合蛋白等活性組分的載運。缺點是不適合疏水性物質，且會殘留表面活性劑。pH值梯度法是梯度越大，載入脂質體的藥物越多，包封率越高[19]。

利用脂質體載運營養成分的研究較多，最早應用脂質體載運營養成分是受母乳的啟發[20]。由于脂溶性營養物質不溶于水中，為水不溶性化合物，很難被機體吸收。而且脂溶性營養物質分子結構中多含不飽和雙鍵，易被光照、氧氣氧化[21]。脂質體的類似生物膜的結構 和類似的基本組成物質能很好地包埋難溶性營養物質，促進其在機體內的吸收。因此，脂質體可用作 維生素、礦物質、蛋白質、色素，風味物質的載體。目前，利用脂質體載運VE、VC、VD、β-胡蘿卜素等營養物質都有報道[22-25]。Liu等[22]以磷脂酰膽堿和膽固醇作為材料，用殼聚糖包被，通過聲波降解法制備了脂質體，來載運VE。殼聚糖包被的脂質體可以保護活性組分防止其降解，具有良好的生物相容性和黏著性，還可以增加膜的滲透性。VE的載運效率可高達90%以上，在4℃條件下貯存8周后這種脂質體載運VE的殘余率可達90%。 傳統方法制備的脂質體也可用于熱敏組分的封裝，但需要大量有機溶劑，如Wen Zhen等[23]以卵磷脂和膽固醇作為原料，通過超臨界溶液快速膨脹法制備脂質體來載運精油。通過這種方法制得的精油脂質體出現雙層膜球體，載運效率提高到80%以上，其顆粒分布均勻，粒徑大小分布較集中。馬寧等[24]以磷脂和膽固醇作為材料，通過乙醇注入-超聲法制備茶多酚脂質體。茶多酚脂質體形態均勻，成規則橢圓形。采用乙醇注入-超聲法制備脂質體，工藝簡單，生產過程中避免了乙醚等許多潛在有害物質的化學物理加工處理。茶多酚經載運后，其包封率增加，顆粒較均勻。

1.2 微膠囊載運體系

微膠囊是指利用天然或合成的高分子材料為囊材將囊芯物（固態、液態、氣態）包裹而成的微小容器[26]。微膠囊由內部的囊芯和外部的囊壁兩個部分組成。其粒徑一般在1～1 000 μm之間。粒徑在1～1 000 nm之間的膠囊稱為納米囊[27]。納米粒子是一種固體膠粒，包含納米球和納米囊[28]。納米囊是由油性或水性物質作核心，聚合物薄膜包裹的納米載體系統[29]。納米囊可以比作泡狀系統，具有一定的生物組織靶向性，兼具有微囊和納米粒子的優點，它可以保護物質免受外界環境的影響，將不可混合的化合物隔離，使不同類的材料能良 好地親和[30]。納米囊 的載藥粒徑一般在200～250 nm之間[31]。根據制備方法和原材料的使 用，納米囊可以做成親水的，也可以做成親脂性的。

微膠囊的制備方法有很多種，主要及常用的有：乳化聚合法、界面聚合法、界面沉積法、超臨界技術、凝聚分散法、高壓均質法、熔融分散法、溶劑蒸發法、噴霧干燥法等[32-33]。噴霧干燥法是微膠囊制備方法中最廣泛，最常見的方法。原理是將芯材分散在壁材的乳液中，再通過噴霧裝置在高溫氣流中將芯材壁材混合液霧化，溶劑蒸發，使壁材固化芯材膠囊化。該法適用于熱敏性物質，親油性液體物料。缺點是不適合活性物質，且囊壁容易出現裂縫，不夠致密[34]，還有包埋率低、能耗大等缺點[35]。乳化聚合法是通過相分離而引起的包裹，其優點是適合在酸性介質中溶解度較大的藥物，缺點則是所得顆粒粒徑分布不均勻。界面聚合法是將兩種發生聚合反應的單體分別溶于水和有機溶劑中，其中芯材溶解于分散相溶劑中[36]。其優點是該法制備的納米囊適于包裹液體，膠囊致密性好，缺點是對固體物質的包封性不佳。隨著微膠囊技術發展，出現了許多納米囊的新型制備方法，如分子包埋法、超臨界流體快速膨脹法、酵母微膠囊法、層-層自組裝法、模板法等[35-36]。

膠囊技術在食品、醫藥、生物技術等許多鄰域得到廣泛的應用，在食品工業中的應用始于20世紀80年代中期。主要載運的物質有維生素、香料、精油、風味劑、油脂、色素、氨基酸、食品中的天然活性成分等[37-41]。Comunian等[39]以明膠和阿拉伯樹膠作為膠囊的壁材，玉米油制備的油包水乳液作為親水性的芯材，聚甘油和聚蓖麻醇酸酯作為乳化劑，通過復凝聚法制備微膠囊來載運VA。復合凝聚法是一種比較新的制備技術，采用這種方法載運VA獲得了很高的載運效率，大約達到98%。在貯存期間微膠囊的吸濕系數很低，穩定性較好，易貯存。載運后VA的溶解性降低保證了其釋放率在可以控制的條件下。在室溫下，載運后VA的穩定性極好。Hojjati等[40]以可溶性的大豆多糖作為壁材，采用了噴霧干燥的方法制備微膠囊，利用微膠囊載運了角黃素?？扇苄源蠖苟嗵鞘且环N結合蛋白的水溶性多糖，在水相中具有低黏度、高穩定性、分散性好、有乳化性等特點。更重要的是，以其作為微膠囊的壁材，膠囊的封裝率大幅度提高，同時角黃素的損失率也大幅度降低。角黃素經載運后，在室溫無光的條件下16周后仍然能夠維持其殘存率在65%以上。Sarkar等[41]用輻照解聚的瓜爾膠代替部分阿拉伯膠作為膠囊的壁材，采用噴霧干燥的方法制備膠囊來載運薄荷油。解聚的瓜爾膠其黏度和分子質量比原生的瓜爾膠低，但是聚合度分散性升高，廣泛應用在水溶性膳食纖維載運中。采用這種壁材后，增加了微膠囊中薄荷油的穩定性，更適合對食物中的活性成分如風味物質的載運。

1.3 納米球載運體系

微球在藥劑學上是指藥物溶解或分散于高分子材料中形成的微小球狀實體，球形或類球形，而粒徑小于500 nm的微球則稱為納米球或納米粒。通常來說，納米球由嵌段聚合物或兩親性分子、交聯聚合物自行締合而成[42]。納米球的一般結構為核殼結構，核和殼一般互為親、疏水性物質組成[43]。

納米球的制備方法和納米囊的相同，有超臨界技術、聚合法、凝聚分散法、高壓均質法、熔融分散法、溶劑蒸發法、乳化-溶劑擴散法等[32-33]。

納米球是一種應用比較普遍的載體。納米球廣受關注是因為其固有特征，諸如大的表面積、可調粒徑和體積、表征功能等[44]。因此，納米球不僅在載藥方面得到了廣泛的發展，而且在食品工業方面也被廣泛應用，可用來載運維生素、色素、蛋白、多肽、食品中的活性成分等[45-47]。Comunian等[45]用阿拉伯膠、麥芽糖糊精和大豆分離蛋白作為微球的壁材，采用噴霧干燥的方法制備微球來載運天然食品色素脫植基葉綠素。阿拉伯膠和麥芽糖糊精是比較常見的壁材，大豆分離蛋白通過噴霧干燥的方法能展現許多性質，如乳化性、水溶性、成膜性、水結合力等。3種物質結合后，微球的溶解性增加，吸濕性降低。脫植基葉綠素經過載運后，封裝效率提高，顆粒分散性較好，最重要的是脫植基葉綠素在室溫下貯存90 d后仍然有較高的穩定性。劉靜娜等[46]以殼聚糖作為制備微球的材料，通過反相懸浮法制備微球載運脂肪酶。殼聚糖是一種生物相容性和生物可降解性很好的天然高分子多糖，有良好的成膠性，易于成膜、微球和納米粒子等多種形態，是一種性能良好的固定化酶載體。制得的殼聚糖微球有良好的熱穩定性，耐酸堿性和抗氧化性。載運后，提高了脂肪酶的酶活回收率。

1.4 膠束載運體系

膠束是一種膠體粒子，通常是球形，粒徑在納米范圍，具有兩親性的聚合物都可以自發締合形成膠束[48]。這些膠束由兩親分子的親油部分纏繞成內核，親水部分則環繞在外構成外殼。膠束的粒徑一般在10～100 nm。膠束的形成是一種熱力學現象，因此在無限稀釋下膠束相對來說是不穩定的，為了提高膠束穩定性，通常在臨界膠束濃度上形成聚合物膠束[49]。根據形成膠束分子的大小，膠束分子可以分為分子膠束和聚合物膠束兩類。

膠束的制備方法分為兩種：一種是直接水溶法，另一種是采用透析法[50]。這主要取決于聚合物在水中的溶解性[51]。藥物可通過簡單的物理包埋法、靜電作用法和共價結合法載入聚合物膠束。物理包合法又可以分為溶解法、乳化溶劑蒸發法和透析法等。此法操作簡單，載藥范圍廣。靜電作用法是通過靜電作用結合藥物，優點是制備簡單，制得的膠束穩定，缺點是條件不易滿足，不常用?；瘜W結合法是通過共價鍵將藥物結合在膠束上，此法優點是制得的膠束生物利用度高，缺點是需要合適的官能團才能反應，應用受到限制[52-53]。

因為膠束既可以分散于水相中，也可形成于油相中，所以用膠束載運可以提高被載運物質的溶解性。在食品工業中，膠束可以用來載運色素、油脂等[54-56]。Menendez-Aguirre等[54]以原生酪蛋白作為壁材，通過反相高效液相色譜法在高壓下制備膠束來載運VD2。這種膠束非常穩定，封裝效率較高，載體也存在營養價值。采用高壓是使VD2進入到膠束中，同時保護膠束的物理化學性質不受損害。經過載運后，VD2的載運效率提高，高壓后得到了一個低緩慢釋放率，VD2在機體內的利用效率增加。Esmaili等[55]用兩親性的β-酪蛋白作為溶劑，通過溶劑-蒸發法，制備姜黃素膠束。姜黃素是一種水溶性較低的色素。β-酪蛋白膠束在水溶液中的粒徑很小，有納米顆粒的性質。提高了姜黃素的溶解性和生物利用率，促進其在機體內的吸收，提高了抗氧化活性。

1.5 囊泡載運體系

兩親分子由于其特殊的溶解性質在溶液中會自發聚集形成分子有序結構，并表現為雙層形式。通常，若兩親分子是由合成表面活性劑組成，則稱之為囊泡[57-58]。若雙親分子是天然表面活性劑卵磷脂，形成的結構稱為脂質體。囊泡的表面活化劑能使 脂質雙分子分散開增加了雙分子層的可變性，并且降低了它的界面張力。同時，表面活性劑在不加任何物質的條件下可形成囊泡。囊泡是裝滿水的膠體粒子，囊壁一般是由含有雙層構象的兩親性分子組成的[59]。囊泡有一個水溶性的內核，非常類似于細胞膜，囊泡的特殊結構和性質決定其可用于生物膜模擬、藥物釋放、 催化、提供反應的微環境等[60]，從而成為研究的熱門課題。

由于囊泡的結構和脂質體相似，二者采用相同的制備方法。常用來制備囊泡的方法有薄膜分散法、乙醚注入法、逆向蒸發法、囊泡前體法、擠壓法等[61]。薄膜分散法是最早最常用的方法。是將溶在有機試劑里的表面活性劑和脂質物質用減壓除去試劑后形成薄膜，再加工形成囊泡，此法制成的囊泡直徑較大，包封率不高。乙醚注入法則是將溶劑換成乙醚，在水浴中除去乙醚制得，可產生較小的囊泡，包封率比上一種高。逆向蒸發法是先將表面活性劑和脂質體溶解，再和被載物進行自乳化后除去有機溶劑。此法適合于水溶性物質的制備，制得的顆粒分布較均勻。

由于囊泡有較強的增溶作用，其雙層膜具有較好的牢固性和穩定性。因此，囊泡主要用來載運難溶性的營養物質和活性物質[62]。杜美菊等[62]用非離子表面活性劑和膽固醇作為材料，通過真空旋轉-超聲波法制備VC囊泡。這種囊泡載體的毒性小，制劑穩定，具有生物相容性和生物可降解性。經過載運后，包封率提高了，穩定性較脂質體好，而且囊泡材料價格低廉，易購買。

1.6 樹枝狀聚合物載運體系

樹枝形聚合物是20世紀80年代中期出現的一類相對較新的合成高分子[63]。它是一種高度分枝的，有許多支鏈從中央核心往外延伸的球狀大分子，并且在外圍攜帶多種官能團[64]。樹枝狀聚合物有精確的三維構架，一個中央核心，一個由重復分枝單位構成延核心成放射狀的內層空腔結構和附著在內層上的末端官能團[65]。一個樹枝狀聚合物的分子散在水中可以形成1～10 nm大小的粒子，是一種真正意義上的納米粒子[66]。與一般的高分子不同，樹枝狀大分子有良好的流體性能、低黏度、高水溶性、無免疫原性、低毒和不在體內蓄積等特點，這使其成為藥物載運體系的研究熱點[67]。

樹枝狀聚合物的合成方法一般有兩種，一種是發散法[68]，由一個中央分子核心通過逐步聚合反應向四周生長、發散。最大的優點是合成的樹枝狀聚合物的結構高度完美，缺點是容易得到有缺陷的產品。另一種是匯聚生長法[69]，即多個分枝單位聚合成樹突狀結構，然后聚于一個核心[67]。其優勢是可以根據應用需要選擇不同的末端基團，缺點是需要更多的起始原料、產率低等。

樹枝狀聚合物具有高度分支、獨特的殼核結構、天然的納米尺寸、獨特的單分散性、表面多官能團等結構特點。另外，樹枝狀聚合物還有無免疫原性、毒性小、不在體內蓄積等性能。樹枝狀聚合物在載運藥物方面性能也比較優良，在載運生物活性物質方面轉運效率高、穩定性好。由此可見，樹枝狀聚合物在載體方面的應用，得益于其獨特的構建、結構和功能特點。樹枝狀聚合物在載運營養物質方面的應用研究還比較少。根據樹枝狀聚合物的結構、生物特點和作為藥物載體時的特點，樹枝狀聚合物在食品方面的發展前景是很樂觀的，值得嘗試。

2 營養載運體系的表征與評價

營養物質封裝后，它的封裝效果如何，可以從以下幾個方面進行表征[61,70-72]。一是測定載運后顆粒的粒徑和和分散度。顆粒大小是載體制備過程中的一個重要參數和質量保證。一般用粒度儀和透射電鏡進行測定和觀察。因為載體的物理穩定性取決于粒子的大小和分散度。此外，包封后粒徑增大，可以說明包載上了物質。二是觀察粒子的形態，一般用掃描電子顯微鏡觀察?？梢钥闯龇庋b前后的粒子形態和載體系統的微結構，使我們對封裝前后的粒子有更直觀的影像。三是測定粒子的熱力學變化，可以用差示掃描量熱法進行測定，如相變化、焓熵變、玻璃轉化溫度等。通過測定這些參數，可以看出自由能的變化和吸放熱能的變化，可以得出被載物質的穩定性變化和被載物與載體的結合情況、裝載率等問題。四是測封裝效率、載物率。封裝效率，即封裝的營養物質的量與最初加入的營養物質的總量的比，是評價載體制劑質量好壞的最重要的指標，也是載體能否發揮較普通制劑高效、低毒特點的關鍵。可以檢測哪種載運體系適合被載物，找出最佳載體。載物率是指載體載運后的質量與未載運載體的質量之比，它的大小直接影響到營養物質的應用劑量，故載物量愈大，愈易滿足加工、市場需要。五是測釋放動態，可以間隔測定殘留在載體中的被載運物質的量，并據此對載運體系進行不斷的改進。六是毒理學研究和安全性評價，如可以采用3-（4,5-二甲基噻唑-2）-2,5-二苯基四氮唑溴鹽（3-（4,5-dimethylthiazol-2-yl）-2,5-diphenyltetrazolium bromide，MTT）[73]進行毒理測定，評價載體進入機體內對機體的影響。

營養物質的穩定性和機體的吸收利用率是營養載運體系最重要的評價指標[74]。載體在貯存過程中的穩定性評價是人們關注的焦點。許多營養物質易氧化，遇光、熱不穩定。載體自身也存在不穩定的問題，有的載體在環境條件下容易發生聚集、氧化和降解等。營養物質在貯存期間的殘存率直接反應了其穩定性能，也是衡量載體對營養素包埋保護效果的重要指標，載體粒徑隨時間的變化也是載體穩定性的重要指標。對穩定性的表征可以用于選擇最適合的載運體系和最優的貯存條件。營養物質只有被機體吸收后才能被有效利用，所以營養物質被載運后在機體內的吸收率，是體現載體性能的一個重要方面?，F階段，對吸收的研究一般是做動物實驗，通過做動物實驗，我們可以了解營養物質在載運后的生物利用率，通過生物利用率，可以評價載體的生物相容性，以及載體顆粒的大小、表面性質是否有利于吸收等利用。

3 結 語

載體載運營養物 質可以對營養物質進行保護，控制其釋放速 率，提高生物利用率等，具有很大的發展和應用潛力。相對于藥物載運體系，營養載運體系的研究才剛剛起步，研究中還存在許多問題，如載運方法較為單一，載運體系的載運效率和穩定性不高，載運效果評價困難等。因此，營養載運體系研究還有很大的發展空間，值得我們進一步的深入探索，如天然的蛋白載體的組裝機制、載體與營養成分的相互作用等都需要更深入的了解。另外，尋找更多無毒、純天然的載體材料也是營養載體的重要發展方向之一。在技術層面，載體的效果評價依然缺乏好的技術方法，尋找更直觀、簡單、有效的評價方法，能夠客觀真實地反映載運營養素的吸收代謝情況，這也是研究營養載運體系的一個瓶頸問題。

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A Review on Nutrient Delivery Systems

LI Wen-ying1,2, ZHOU Tong3, ZHOU Chun-yan1,2, QIU Chang-jiang1,2, ZHOU Ning-ling1,2, YAO Zhi-wen4, WU Zhi-hua1,5,*, CHEN Hong-bing1,5
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 2. School of Life Sciences and Food Engineering, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 3. Nursing College, Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine, Nanchang 330004, China; 4. Engineering Training Centre, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China; 5. Sino-German Joint Research Institute, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

Delivery systems are now broadly applied in drug delivery, and many attempts have been made to use them in the delivery of nutrient s. Good delivery carriers can help enhance the stability and bioavailability of nutrients. The present review outlines the recent progress in the structure, preparation and application in nutrient delivery of common nutrient delivery systems, such as liposomes, microcapsules, nanospheres, micelles, vesicles, and dendritic polymer.

carrier; nutrients; bioavailability

TS201.4

A

1002-6630（2014）05-0223-07

10.7506/spkx1002-6630-201405044

2013-04-25

國家自然科學基金地區科學基金項目（31260411；21162019）；江西省科技支撐計劃項目（20133BBF60004）

李雯瑩（1989—），女， 碩士研究生， 研究方向為營養與食品衛生學。E-mail：821700975@qq.com

*通信作者：吳志華（1976—），男，教授，博士，研究方向為食品科學與工程。E-mail：wuzhihua@ncu.edu.cn