食品功能因子輸送體系的研究進展

許朵霞，曹雁平，齊雅萌，祖麗皮亞.艾合麥提，袁 芳，高彥祥

(1.北京工商大學食品學院，北京工商大學食品添加劑與配料北京高校工程研究中心，北京工商大學北京市食品風味化學重點實驗室，北京100048;2.中國農業大學食品科學與營養工程學院，北京100083)

營養、健康是新世紀食品消費的主流。目前，世界約10%的成年人處于亞健康狀態，尤其是腦力勞動者，而中國亞健康人群高達70%。因此，發展保健食品，尤其是具有抗氧化、抗病毒、降血脂、增強免疫功能的保健食品以改善亞健康人群的健康狀態，對提升我國國民的整體身體素質，保障我國持續、快速、健康的發展具有重要的理論和現實意義。然而，許多具有重要生理功能的食品配料，如類胡蘿卜素、不飽和脂肪酸、維生素、植物甾醇等水溶性較差，對光、熱、氧敏感，容易發生降解，這都嚴重限制了其作為功能因子在食品中的應用，因此開發食品功能因子輸送體系，最大限度保留功能因子活性，改善其水溶性，提高它們在功能食品中的穩定性和生物利用率是功能食品發展亟需解決的難點問題［1］。

食品功能因子輸送體系主要包括:納米乳狀液、微米乳狀液、傳統乳狀液、固相脂質顆粒、多重乳狀液、脂質體等［2］。本文基于最新的研究報道，著重介紹:納米乳狀液、傳統乳狀液、固相脂質顆粒、多層乳狀液與凝膠顆粒的結構、性質、制備方法及其生物利用率。

1 納米乳狀液與傳統乳狀液

1.1 納米乳狀液、傳統乳狀液的結構與性質

1.1.1 納米乳狀液、傳統乳狀液的粒徑大小 乳狀液通常包含油水兩相，一相以液滴的形式分散于另一相中。因粒徑大小不同，乳狀液一般可分為納米乳狀液、微米乳狀液和傳統乳狀液。納米乳狀液與傳統乳狀液相比粒徑較小(10～100nm)，而傳統乳狀液粒徑范圍為100nm～100μm。乳狀液類型及粒徑大小分布可通過選擇適當的乳化劑來控制。乳化劑決定乳狀液界面特性，如電荷大小、界面厚度、界面流變性及對環境(pH、離子強度、溫度及酶活性等)的穩定性［3］。

1.1.2 納米乳狀液、傳統乳狀液的濁度 傳統乳狀液濁度相對較大，因為其粒徑大小與入射光波長較接近(d≈λ);而納米乳狀液濁度相對較小，因為其粒徑較小，與入射光波長相差較大(d≤λ)，因此，透射光強度較大，濁度較小［4］。

1.1.3 納米乳狀液、傳統乳狀液的穩定性 就穩定性差異而言，傳統乳狀液粒徑較大，由于重力的作用易發生相分離及液滴聚集現象，而納米乳狀液由于粒徑較小，布朗運動較強，穩定性較好;另外，液滴間靜電吸引作用隨著粒徑的減小而減弱，因此，納米乳狀液液滴聚集作用較弱，穩定性較好。

1.1.4 納米乳狀液、傳統乳狀液的流變特性 傳統乳狀液黏度隨著油相含量的增加而增大，乳狀液黏度可分為低黏度(油相濃度＜20%)，高黏度(油相濃度20%～40%)，半固態(油相濃度＞40%)。當傳統乳狀液液滴發生絮凝或者添加增稠劑時，黏度增大。納米乳狀液黏度變化趨勢類似于傳統乳狀液，即黏度隨著油相濃度的增大及液滴的聚集作用而增加。但是，當二者乳狀液含有相同油相濃度時，由于納米乳狀液形成的界面層較厚及靜電排斥力較強，因而，納米乳狀液黏度較大［5］。

1.2 納米乳狀液、傳統乳狀液的制備方法

乳狀液制備技術發展迅速，從傳統的攪拌乳化、電乳化、定轉子乳化等，到現代的高壓均質乳化、膜乳化、微通道乳化等。兩種乳狀液可通過高能量法和低能量法制備。高能量法通常在制備過程中需要施加巨大的機械作用力，使分散相液滴充分細化，并在乳化劑的作用下分散至連續相中，保持一定的穩定性。低能量法通常靠自組裝作用，通過添加大量的乳化劑或者調節環境條件來實現，依作用途徑不同可分為:通過改變制備溫度的相轉變溫度法(PIT法);溫度不變，通過添加有機相而后將其蒸發的有機溶劑蒸發法(PIC 法)［6－7］。

兩種乳狀液制備過程中，如果功能性成分屬于結晶型(如植物甾醇，類胡蘿卜素等)，應確保其溶解濃度低于其飽和濃度，并且加熱溫度高于其熔點。若功能性成分易發生降解(如ω－3脂肪酸，共軛亞油酸，類胡蘿卜素等)，需要嚴格控制制備條件如制備溫度、氧氣、光照及過渡態金屬。

1.3 納米乳狀液、傳統乳狀液的生物利用率

傳統乳狀液與納米乳狀液的消化吸收影響因素如下:

1.3.1 乳化劑類型 食品乳狀液可通過不同乳化劑制備，包括:小分子、生物大分子乳化劑及磷脂等。乳化劑類型影響乳狀液的消化吸收速率及程度。Wickhan研究表明磷脂與蛋白質相比，形成的乳狀液消化速率較快［8］。Mun等研究了不同乳化劑對乳狀液消化速率的影響順序為:非離子乳化劑(吐溫20)＞磷脂＞蛋白質(酪蛋白或者乳清蛋白)。乳狀液的消化吸收速率與程度可通過改變乳狀劑類型及其與膽鹽、脂肪酶的相互作用力等來調控［9］。

1.3.2 粒徑大小(界面面積)油脂消化主要是脂肪酶吸附至油滴表面，而后與脂肪發生降解作用。油脂消化吸收程度隨著粒徑的減小而增大。McClements等研究了β－乳球蛋白穩定中鏈脂肪酸(MCT)形成乳狀液的消化吸收特性，結果表明脂肪酸釋放速率隨著乳狀液粒徑的減小而增大［10］。

1.3.3 乳狀液界面組成 根據上述理論，納米乳狀液與傳統乳狀液相比，由于界面面積較大，油脂消化速率可能相對較快。但是，有研究利用同一β－乳球蛋白，比較有機溶劑蒸發法形成的納米乳狀液(d=60nm)與均質法制備的傳統乳狀液(d=200nm)，發現納米乳狀液與傳統乳狀液相比，消化速率較慢。因為傳統乳狀液液滴界面膜較薄，而納米乳狀液的液滴界面膜較厚。因此，除了比表面積之外，乳狀液界面組成對其消化吸收速率起著重要的作用［11］。

1.3.4 油相 油脂類型(可消化與不可消化油脂、甘三酯與揮發性油脂、不同鏈長的油脂)影響乳狀液的消化與吸收。如長鏈脂肪酸酯比中鏈脂肪酸酯消化速率慢，因為二者消化產生的不同鏈長脂肪酸水溶性不同。長鏈脂肪酸酯消化吸收產生的脂肪酸鏈較長，易吸附至油水界面上，阻礙脂肪酶與油相的相互作用，降低脂肪氧化速度;而中鏈脂肪酸酯消化產生的中鏈脂肪酸，水溶性較好，分布至水相中，對脂肪酶的消化作用無顯著影響。Porter等利用不同油相中鏈脂肪酸酯(MCT)和長鏈脂肪酸酯(LCT)分別制備乳狀液，二者粒徑分布接近(d32≈290nm)。MCT與LCT乳狀液相比，油脂消化速率和程度高(MCT乳狀液的 Фmax=100%，LCT乳狀液的 Фmax=70%)［12］。因此，可根據油脂的性質，通過選擇適當的油脂來控制輸送體系的消化吸收速率及程度。

總體而言，納米乳狀液由于粒徑較小，包埋成分擴散速度較快。因此，納米乳狀液包埋的脂溶性成分的生物利用率與傳統乳狀液相比較高［13］。

2 多層乳狀液

2.1 多層乳狀液的結構與性質

多層乳狀液是由兩種或者多種乳化劑通過靜電吸附作用，形成一定界面層厚度的乳狀液。多層乳狀液的穩定性取決于乳狀液的粒徑分布、油相濃度、乳化劑在界面上組成及分布、界面層厚度、電位分布及滲透性等。

同一粒徑范圍的多層乳狀液與傳統乳狀液相比，具有類似的物理化學特性，如流變性、濁度及穩定性等。但是，多層乳狀液具有較厚及較致密的界面層，可大大提高乳狀液的乳析穩定性;具有較高的界面電荷密度，液滴之間靜電排斥力較大，可提高乳狀液的絮凝、聚結穩定性;同時具有良好的界面流變特性，可減少乳狀液的奧氏熟化。因此，可利用多層乳狀液提高功能性成分的物理化學穩定性。

2.2 多層乳狀液的制備

多層乳狀液的制備基于層層組裝技術(layer－by－layer)，首先通過離子型乳化劑乳化油滴，形成初乳狀液，而后加入帶相反電荷的乳化劑，相反電荷乳化劑之間通過靜電相互作用吸附至油滴表面，形成多層乳狀液。多層乳狀液的形成包括:一步法也稱為直接混合法，兩步或者多步法也稱為層層組裝法。Guzey等研究表明層層組裝法比直接混合法制備的蛋白質－多糖乳狀液穩定性好，因為直接混合法中分布于水相的未吸附多糖含量較多［14］，可能導致乳狀液聚結。Demet研究表明，采用超高速離心分離未吸附的游離多糖，可提高混合法制備的乳狀液的穩定性，另外，通過層層組裝法制備乳狀液過程中，二次混合和均質也可破壞已形成的絮凝現象，從而在一定程度上提高乳狀液的穩定性［15］。

多層乳狀液最大的優點在于其界面層可以系統控制，如界面層組成、電荷密度、界面層厚度、滲透性，界面流變特性等均可通過調控乳化劑類型及濃度、pH、離子強度、乳化劑添加順序、混合方法等實現，從而提高乳狀液的穩定性。

2.3 多層乳狀液的生物利用率

多層乳狀液消化吸收的影響因素包括:乳狀液制備層數(一層、兩層及多層);乳化劑添加順序;多層乳狀液制備中的環境因素，如pH、離子強度、溫度及剪切速率;乳化劑之間的相互作用，如非共價、共價相互作用(化學、酶或者物理場作用)等［16］。

其中，界面層的滲透性影響多層乳狀液的消化吸收與緩釋效果:油相的消化吸收速率取決于消化酶滲透乳狀液界面層的能力，該滲透能力取決于酶分子與界面乳化劑的相互作用。有研究報道不同界面層對多層乳狀液消化吸收特性的影響，乳狀液界面層分別為磷脂，磷脂－殼聚糖，磷脂－殼聚糖－果膠，以磷脂－殼聚糖的乳狀液消化程度最低，并且消化后聚結程度最嚴重，可能是因為液滴表面較厚的界面層及正電荷特性與消化液成分發生靜電排斥作用，造成脂肪酶活性降低。而磷脂－殼聚糖－果膠界面層未降低脂肪酶活性，是因為在消化過程中，殼聚糖－果膠復合物從乳狀液界面層上脫落下來，使得消化酶易吸附至界面層［17］。

3 固相脂質顆粒

3.1 固相脂質顆粒的結構與性質

固相脂質顆粒是由乳化劑形成水相乳化脂溶性成分，與傳統乳狀液或者納米乳狀液性質類似，區別在于固相脂質顆粒的油相部分或者全部呈固體結構，因此具有特殊功能性。可通過選擇乳化劑類型、油相的種類及比例，來調控固相脂質顆粒界面層分布，如電荷、界面層厚度及滲透性等［18］。

3.2 固相脂質顆粒的制備方法

固相脂質顆粒也可通過高能量或低能量方法制備。在食品工業中，主要采用高能量法來實現。乳化劑溶解于水相中，油相與水相混合后均質，均質溫度高于油相熔點，形成傳統乳狀液或者納米乳狀液，而后通過控制冷卻溫度和時間來冷卻乳狀液，其中部分或者全部油相結晶化。同時，操作時應保證均質過程中溫度高于油相的結晶溫度，防止均質機發生堵塞［19］。Sonoda等研究發現利用兩種或者多種不同油相混合可用于制備固相脂質顆粒，如甘三酯，臘和脂肪酸，形成的混合油相固相脂質顆粒具有載量大，油相保留率高等特點［20］。

3.3 固相脂質顆粒的生物利用率

固相脂質顆粒中油相的物理狀態影響其消化吸收率，Olbrich等研究固相脂質顆粒的油相結晶狀態對其消化吸收的影響，結果表明固相脂質顆粒可被脂肪酶消化，但其與液態油相比，消化速率較慢［21］。Bonnaire等研究了三棕櫚酸甘油酯固相脂質顆粒與其乳狀液的消化吸收特性，通過pH－自動滴定儀比較二者的消化吸收率，發現油相結構為固相的脂質顆粒與液相的乳狀液相比，消化吸收速率及程度較小。可能是因為固態結構的油相與脂肪酶二者之間的相互作用相對較弱，接觸機率較小，從而降低其消化吸收速率［22］。因此，固相脂質顆粒可用于開發具有緩慢釋放特性的功能性因子如ω－3脂肪酸、共軛亞油酸、植物甾醇及類胡蘿卜素產品。

4 凝膠顆粒

4.1 凝膠顆粒的結構與性質

凝膠顆粒是由蛋白質－多糖形成復合物包埋油滴形成的，主要類型為O/W1/W2，其中內水相W1為凝膠，外水相W2可為凝膠或者非凝膠。含有相同油相的凝膠顆粒與傳統乳狀液相比，二者理化特性存在差異，如光學特性、流變性、穩定性及控制釋放特性等［23］。凝膠顆粒與傳統乳狀液相比較，由于水相的凝膠特性，濁度及粘度較大。凝膠顆粒具有熱不穩定性現象，易發生絮凝、聚結及奧氏熟化，可通過調節凝膠體之間的相互作用來控制其不穩定性［24］。

4.2 凝膠顆粒的制備方法

凝膠顆粒可通過多種方法制備，包括:復凝聚法，擠壓法，乳滴模板法等。通常先通過均質形成傳統水包油乳狀液，然后將大分子物質溶液與該水包油乳狀液混合，調節體系的pH、離子強度等實現凝膠顆粒的形成［25］。

4.3 凝膠顆粒的生物利用率

最近有研究凝膠顆粒的消化吸收特性，將海藻酸鈣加入乳狀液中形成凝膠顆粒，其中Ca2+將液滴之間通過離子鍵交聯起來，結果顯示未形成凝膠顆粒的乳狀液在25min內完全消化，而凝膠顆粒在25min內消化率小于8%，表明凝膠顆粒可有效延緩油相的消化［26］。可能是因為凝膠顆粒體系中，凝膠交聯結構抑制消化酶與油相發生吸附，另外，凝膠結構使得消化產生的脂肪酸釋放受到抑制，從而可實現功能因子的緩慢控制釋放。凝膠顆粒可廣泛應用于功能性成分的包埋及緩釋，如功能性油溶性香料可采用凝膠顆粒來制備，通過控制體系的凝膠層來實現其緩慢釋放。

5 展望

基于以上對功能因子輸送體系制備及特性的了解，針對食品加工的具體需求，選用特定功能因子輸送體系，以提高功能因子的穩定性、生物利用率及實現功能因子的控制釋放。當然，對功能因子輸送體系深入理解及新型輸送體系的研究有待進一步深入與發展，如成本低、安全、無毒的乳化劑的開發還需要繼續深入研究，需要開發出更多更優良的新乳化劑用以滿足各種產品的要求;功能因子輸送體系制備技術及其控制釋放機理的研究，將大大推動醫藥和食品行業乳化技術的發展;此外，我們還要重視基礎理論的研究，也才能使功能因子輸送體系得到更廣泛更好的發展。

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