油脂體微膠囊化的研究進展

李 佳 鄭曉宇 吳秦柔 姜瞻梅 江連洲 侯俊財 田 波

(東北農業大學食品學院，哈爾濱 150030)

油脂體是一種微米或亞微米大小的天然油滴，大小為0.5～2 μm，因植物種類、環境因素和營養狀況而異[1]，主要存在于高等植物(被子植物)的種子、葉片、花粉、果實、花朵和根部，低等植物的營養和生殖器官，哺乳動物的腺體和脂肪組織，以及藻類、真菌、線蟲和細菌中[2]，在植物種子中，油脂體占其質量的20%～50%[3]，并在種子萌發和生長過程中主要起到能量儲存的作用[4]。油脂體生成于內質網中，內質網中特定的酶產生的甘油-3-磷酸和脂肪酸合成油脂體內部的甘油三酯[5]，之后在內質網-磷脂雙層之間聚集，產生由磷脂單層包圍的甘油三酯液滴，接著內質網將其包圍而獲得油脂體蛋白表層，最后成熟的油脂體被釋放到細胞質中[1]。

目前，油脂體天然乳液在膠體科學領域也有著廣闊的應用前景，如能量儲存、蛋白質重組以及食品、化妝品和藥品功能成分中活性劑的輸送載體等[6]，可以保護活性成分不受外部環境的影響，掩蓋不需要的味道，控制活性物質的釋放。本文主要綜述了油脂體結構、油脂體穩定性和油脂體的微膠囊化技術的最新研究進展，以期為油脂體的綜合利用提供參考。

1 油脂體的結構

油脂體以甘油三酯為核心，被一層連續的單層磷脂覆蓋，并嵌入油脂體表面蛋白，其中所包含磷脂的種類主要有磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇和磷脂酸[7]，油脂體表面蛋白主要有3種類型：首先是含量最為豐富的油素蛋白(Oleosin)(15～26 ku)，其次是少量的油脂體鈣蛋白(Caleosin)(25～35 ku)和油脂體固醇蛋白(Steroleosin)(40～55 ku)[8]。這些蛋白質的疏水結構域錨定在甘油三酯核內，而它們的親水性N-和C-末端結構域完全覆蓋了油體的表面。油脂體的磷脂-蛋白質表層(圖1)導致的低界面張力也有助于提高油脂體的物理化學穩定性，保護油脂體免受外部化學以及機械應力的影響[6, 9]。因此，從種子中提取油脂體，可以得到一種天然的蛋白質穩定的水包油乳液，與技術制備的乳液相比，該乳液具有較好的氧化穩定性[10]。而且由于其富含脂肪酸、生育酚和磷脂的特性，它們可以在食品中作為優質原料來代替乳化油，例如用于調味品、醬料、蘸料、飲料和甜點[11-13]。

圖1 油脂體表面的蛋白質和磷脂的示意圖[6]

油脂體等電點在pH 4左右，低pH值(pH 2)和高pH值(pH≥6)時，油脂體的平均粒徑相對較低(分別約為6、4 μm)，聚結減少，電荷增加，靜電斥力增強，穩定性提高，而在中值時(接近等電點，3≤pH≤5)則結構不穩定，平均粒徑增加到14～15 μm，產生乳析現象，這是由于此時液滴表面電荷被中和，ζ-電位較低所致；在相對較低的鹽濃度(NaCl≤25 mmol/L，pH 7)下，油脂體的凝聚和凝乳穩定，但在較高的鹽濃度下，由于靜電屏蔽效應，油脂體結構不穩定；在30～90 ℃(0 mmol/L NaCl，pH 7)范圍內對熱穩定，但在超過60 ℃的溫度下，其界面電位有所降低[14, 15]，將分散的油脂體在95 ℃加熱6 min不會改變油脂體的物理性質，并且因顯著降低了脂解酶活性(酶失活率>90%)，從而形成穩定的乳液[16]。另有研究發現菜籽油脂體的結構還會受到陽離子的影響，在中性pH條件下，一價陽離子會導致油脂體少量的聚結，而二價陽離子的存在則導致了油脂體廣泛的聚結[17]。

當提取出的油脂體乳液初始尺寸盡可能接近它們在天然狀態下的乳狀液尺寸時，油脂體乳液是相對穩定的[18]。Nan等[6]應用原子力顯微鏡對大豆、芝麻和花生油脂體膜的力學性能進行了研究，發現天然油脂體為不破裂的軟液滴，在高達ε=0.3的壓縮應變下可完全恢復，且高蛋白油比的油脂體粒徑小，力學性能強，穩定性好。Karkani等[18]還發現提取油脂體的方法對天然油脂體乳液的結構穩定性有很大的影響，其中超濾得到的乳液是最穩定的一種，具體表現在黑暗中45 ℃加速氧化條件下液滴尺寸沒有任何增加。

2 油脂體的化學穩定性

目前的研究表明，冷凍、凍干或一定溫度加熱對大豆分離油體中油脂的化學穩定性影響不大。天然油脂體乳狀液具有較高的化學穩定性可能與在連續相中發現的外源蛋白質以及高度穩定的脂水界面的形成有關[19]，因為外源蛋白質可通過增加液滴之間的排斥力和空間效應對油脂體脂滴提供第二層保護[20]。但當溫度在70 ℃和90 ℃并長時間加熱時，油脂體內部油脂會加速氧化而導致化學穩定性降低[21]，且脂肪含量越高化學穩定性降低越快[22]，另有Fe3+存在時對油脂體中油脂的化學穩定性有顯著影響，尤其在酸性pH條件下，脂質氧化程度會更高[23]。

提取的天然油脂體中所含有的生育酚和不飽和脂肪酸，是存在于內部甘油三酯中天然主要成分[20]，生育酚有著很好的抗氧化活性，可以避免不飽和脂肪酸氧化，保證脂膜的穩定性[24]。此外，與普通乳液相反，油脂體乳液的物理和氧化穩定性在短暫的熱處理后可以進一步提高，這是由于熱處理可以降低脂肪酶和脂氧合酶等內源酶和微生物的活性，從而延緩油脂體內脂類的降解[25]。Wei等[26]對高油酸花生中提取的油脂體研究發現，從脂肪酸、氨基酸和生育酚的成分分析來看，花生油脂體具有豐富的營養價值和抗氧化能力，同時還具有良好的熱穩定性和貯存穩定性，可見花生油脂體是一種有利的乳化劑和有額外價值的抗氧化劑來源。有研究證實，在25 ℃條件下，在0、50、100、150、200 mmol/L NaCl貯藏了12 d的大豆油脂體、花生油脂體和向日葵油脂體的TBARS值和過氧化值變化無顯著性差異，說明NaCl濃度對這3種油脂體氧化穩定性影響相對較小[13]。而且，不同植物來源的油脂體的氧化穩定性會有所不同，姜夢婷等[27]通過對貯藏的花生、大豆和葵花籽油脂體的成分分析，并對比了TBARS值、過氧化值和酸價，發現大豆油脂體的氧化穩定性最好。

許多研究表明，一定濃度的多糖的存在可提高油脂體的穩定性。如Nikiforidis等[28]經試驗證實，黃原膠可與油脂體的表面蛋白質相互作用，進而減少耗竭絮凝效應，增強了多糖分子吸附在油脂體表面的空間穩定度，從而提高了油脂體乳液的貯藏物理穩定性。Iwanaga等[29]采用靜電沉積法在大豆油脂體表面制備果膠層，發現在NaCl(0～500 mmol/L)、pH(2～8)、凍融循環3次(-20 ℃冷凍22 h，再轉移至 40 ℃水浴2 h)條件下，有果膠層的油脂體具有相似或更好的穩定性。隨后，又有Chen等[30]利用漆酶使果膠與油脂體交聯，并得出了同上相似的結論。吳娜娜[31]考察了卡拉膠提高大豆油脂體乳液穩定性的作用，發現ι-卡拉膠效果最好，能明顯提高大豆油脂體乳液對NaCl(0～500 mmol/L)，熱處理(30、60、90、120 ℃，30 min)和凍融循環3次(-20 ℃冷凍22 h，再 30 ℃加熱2 h)的穩定性。Su等[32]研究了不同環境條件下，海藻酸鈉對大豆油脂體乳液穩定性的影響：與未添加海藻酸鈉的油脂體乳液相比，在pH值4～8時，有海藻酸鈉層的油脂體乳液更穩定，粒徑更小，粒徑分布更均勻；當pH 7時，NaCl濃度在0～250 mmol/L時也很穩定，并顯著提高了天然油脂體乳液抗凍融循環的穩定性。另外，綠茶多酚與油脂體相互作用，會導致乳液分散且不穩定，在相對較低的水平上添加ι-卡拉膠似乎對在中性pH下穩定混合物非常有效[18]。

3 油脂體的微膠囊化

基于油脂體具有較好的物理穩定性和化學穩定性，用其進行微膠囊化包被生物活性物質具有很好的應用前景。目前油脂體微膠囊化包埋的天然物質種類如表1所示，其優點主要在于：首先油脂體在自然界的存在范圍很廣，可以從不同來源的植物種子中提取[2]；其次，油脂體的提取工藝并不復雜，與技術制備的乳液相比，使用天然乳液更經濟，而且在制備微膠囊過程中可不需額外添加乳化劑[10, 33]；最后，油脂體微膠囊可使其內部芯材靶向釋放，提高生物利用度[34]。至今為止，科研工作者已經研究出天然油脂體、重組油脂體和人造油脂體這3種油脂體的微膠囊制備方法，其工藝流程如圖2。

表1 油脂體包埋的天然物質種類

圖2 油脂體微膠囊化工藝流程圖[34, 35, 41]

3.1 天然油脂體的微膠囊化

油脂體由于其獨特的結構，可看作是一種天然且穩定的油核生物微膠囊，其內部的甘油三酯基質可以作為疏水性分子的適當載體[35, 42]。Maurer等[10]對純大豆油脂體直接噴霧干燥，經掃描電鏡和激光共聚焦掃描顯微鏡對其形態觀察發現，高溫會使油脂體破裂導致內部的三酰甘油保留率低，但隨著麥芽糖糊精的加入，甘油三酯包封效率顯著提高，說明若要對油脂體微膠囊進行噴霧干燥工藝，還需加入多糖進行保護提高包埋率。

蝦青素是一種具有很強抗氧化性的化合物，但在加工或儲存過程中會受到環境因素影響而快速降解使其應用受限[43]，Acevedo等[35]為提高蝦青素的氧化穩定性，并利用疏水化合物的被動運輸，實現了甘藍型油菜油脂體對蝦青素的包埋，得到了微膠囊率大于99%的包埋條件，由于蝦青素通過多烯結構嵌入到油脂體單層中，使得包埋蝦青素的油脂體的粒徑(3.444±0.479)μm明顯大于油脂體。微膠囊化后的油脂體在pH值5.5～9.5和離子強度0～150 mmol/L NaCl條件下并沒有顯著改變靜電斥力，說明包埋蝦青素不會影響油脂體的穩定性，而且在空氣和光照下，被包埋的蝦青素的降解半衰期是游離蝦青素的兩倍，說明油脂體對蝦青素的降解起到了保護作用。通過對細胞活力檢測發現，該油脂體微膠囊沒有產生細胞毒性，微膠囊化使蝦青素可逐漸從油脂體釋放到細胞中，發揮比游離蝦青素更高的抗氧化作用。姜黃素是一種天然的雙酚化合物，具有抗氧化和抗癌等特性[44]，Liu等[36]選用大豆油脂體制備了包埋姜黃素的乳液，5.0%油脂體制備的微膠囊平均粒徑為1.77 μm，在pH 2.0和6.0～10.0范圍內通過對其粒徑和電位的測量發現表現出良好的物理穩定性，在100～500 mmol/L NaCl濃度下，因鹽的加入減弱了靜電斥力，增大了液滴尺寸，使得液滴粒徑明顯高于初始姜黃素乳液粒徑，但25～95 ℃溫度下，液滴粒徑變化不大且乳液聚集性穩定，這說明，在一定的熱處理條件下，用油脂體制備的姜黃素微膠囊可以防止姜黃素的降解或氧化。

另外，油脂體作為風味傳遞載體的應用也少有研究，Fisk等[39]提取葵花籽油脂體后對一種揮發性親脂性香氣化合物D-檸檬烯進行微膠囊化并噴霧干燥成固體粉末，發現油脂體在噴霧干燥過程中基本單元結構是穩定的，但加入麥芽糊精后的油脂體內部的脂質和D-檸檬烯的保留率更高，分別為89%～93%和24%～27%。微膠囊粉末儲存6個月后，其平均粒徑大小沒有發生改變，表明噴霧干燥所得的微膠囊具有較好的物理穩定性。

3.2 重組油脂體的微膠囊化

一般而言，油脂體中含有約92%～98% 的中性脂質，0.6%～2%的磷脂和0.6%～3%的蛋白質[11]。目前根據中性脂質、磷脂和蛋白質的相對比例，在技術上可以用這3種基本成分通過超聲技術重建穩定的油脂體。李楊等[45]研究了不同超聲功率和超聲時間對重組油脂體乳液穩定性的影響，發現超聲處理后的重組油脂體乳液的貯藏穩定性及乳液乳化性都顯著優于未經給超聲處理的乳液，而且超聲時間越長，乳液粒徑越小但形狀規則分布均勻。Peng等[41]用三酰甘油、磷脂和油體蛋白等多種成分成功的重組了芝麻油脂體，重組油脂體大小與三酰甘油和油脂體蛋白的比例成正比，重組油脂體的熱穩定性和結構穩定性隨體積的增大而降低，但與天然油脂體相比，重組油脂體的穩定性大大提高。Simona等[11]用SDS-PAGE和FTIR光譜對重組油脂體進行表征，證實了重組后油脂體的二級蛋白結構保持不變。目前，重組油脂體在微膠囊方面多用于作為疏水性分子和益生菌的適當載體，并應用于醫學和乳制品中。

3.2.1 重組油脂體對疏水性化合物微膠囊化

熒光染料在生物學中被廣泛用于檢測有機靶點，如蛋白質和核苷酸，以及無機靶點，如鈣、鈉和氫離子[46]，Bonsegna等[37]從榛子和杏仁種子提取油脂體，并利用有機溶劑對甘油三酯進一步分離提純后再重組油脂體，進而對熒光素異硫氰酸鹽和羧基熒光蛋白進行包埋，所得到的微膠囊粒徑比天然油脂體小4～10倍(50～200 nm)，兩種熒光化合物的回收率都在40 %左右，經布魯斯特角顯微鏡、掃描力顯微鏡和ζ-電位確定重組油脂體微膠囊在疏水性基底上是穩定的，可形成有序的單分子膜，而且腫瘤細胞對經油脂體微膠囊化后的兩種熒光化合物的吸收沒有受到影響，仍可以很容易的對腫瘤細胞進行染色觀察。Bettini等[42]同樣使用榛子和杏仁種子中提取的油脂體作為載體，并對油脂體進行同上的重組操作，對易受環境因素影響且水溶性差的姜黃素進行包埋，通過對癌細胞活力的測定，證實了經微膠囊化的姜黃素對癌細胞的抗增殖作用與游離姜黃素相同，說明天然油脂體作為微膠囊在藥物釋放方面有著巨大潛力。槲皮素是一種疏水性化合物，在人體內可有效抑制炎癥，但生物利用度低，Elisabetta等[38]將槲皮素和胡椒堿的多酚組合包埋到重組杏仁油脂體中，使其在適當的作用部位保護和釋放多酚，這樣可有效減少多酚的降解，結果表明，低劑量重組多酚油脂體微膠囊可有效抑制脂多糖介導的炎癥細胞因子分泌，用其治療的小鼠可部分免受急性結腸炎的影響，還降低患病小鼠死亡率，表明重組油脂體是一種穩定且有效的多酚化合物載體。

3.2.2 重組油脂體對益生菌微膠囊化

Santiago等[40]對菲律賓椰子油脂體進行了提純再重組，并使其對腸道益生菌菌株乳酸片球菌和戊糖假單胞菌進行包埋，重組的椰子油脂體對益生菌活力無拮抗作用，微膠囊平均粒徑為10～50 μm，在喂食和禁食狀態下微膠囊形態保持完整以及聚集性相對穩定，在腸道和結腸禁食條件下，益生菌活力雖降低到約20%，但仍能保持推薦的每人正常消化代謝所需106菌落(CFU)。這證明重組椰子油脂體可能是一種潛在的包埋材料，可適用于安全、有效和有針對性地輸送益生菌，并以最大限度地開發有益于健康的功能性食品。Hou等[47]在70 ℃下分解芝麻油脂體來進行重組，并對乳酸菌包埋添加到脫脂乳中，通過對細菌數量的測量，發現包埋在重組油脂體乳液中的乳酸菌存活率從0.023%顯著提高到5.45%(200倍以上)，在體外模擬的高酸性胃液和膽汁鹽中，被包埋的乳酸菌在pH 2.0條件下的存活率均提高了約104倍，可見重組芝麻油脂體對乳酸菌包埋后具有顯著的保護作用。因此，重組芝麻油脂體可作為一種理想的微生物膠囊，用于乳制品中的細菌包埋。

3.3 人造油脂體微膠囊化

人造油脂體與重組油脂體的區別和相似處如表2所示。

表2 人造油脂體與重組油脂體的區別和聯系

目前，人造油脂體更多的應用在醫用方面，如作為疏水藥物口服給藥系統[48]。因為一個有效的藥物載體必須是小的、生物相容的以及可生物降解的，而由天然生物材料組成的人造油脂體正具有這些特性[49]。Chang等[34]在大腸桿菌中利用非融合表達載體重組了芝麻油脂體Caleosin，并制備了人造油脂體，其中油脂體內部是溶解了姜黃素的多種種子油，發現人造油脂體對姜黃素的包埋率可達95%，經凍干后微膠囊粉末平均粒徑約為180 nm，經光學顯微鏡觀察到其粒徑比天然芝麻油脂體小得多，在4 ℃下存放一周其電位變化不大，說明油脂體提高了姜黃素的貯藏穩定性，通過對大鼠灌胃微膠囊并測定平均血藥濃度可確定，包埋后姜黃素的生物利用度顯著提高，說明人造油脂體制劑具有很大的包封口服疏水性藥物的潛力。

Chiang等[50]選用植物油、磷脂、Oleosin和抗HER2/neu抗體的融合蛋白制成包埋姜黃素的人造油脂體微膠囊，其平均粒徑隨包埋姜黃素量的增加而增大，變化范圍在430～710 nm，包埋率在60%～93%之間，ζ-電位在-40 mV左右，說明微膠囊相對穩定，通過對細胞活性檢測可知，腫瘤細胞存活率降至50%以下，對其有較強的抗增殖作用，說明微膠囊可靶向向HER2/neu陽性腫瘤細胞輸送姜黃素。Chen等[51]用橄欖油、磷脂和從大腸桿菌純化的重組油脂體Caleosin制備人造油脂體，并在進行超聲前使疏水性藥物環孢素A溶于橄欖油中對其進行微膠囊化，在電子顯微鏡下觀察到，形成的微膠囊是直徑為50～200 nm的球形顆粒，在4 ℃儲存1周后仍穩定的保持相似的粒徑分布，包埋率達到99%，對大鼠平均血藥濃度測定可確定，經重組油脂體Caleosin穩定的載環孢素A的人造油脂體微膠囊比商業制劑的生物利用度提高了71.3%。總體而言，這些結果說明了人造油脂體作載體的潛力。

4 油脂體微膠囊化產品的體內消化

油脂體特殊結構使其在人體內消化過程中首先分解周圍磷脂-蛋白質結構，并從定位基質中釋放脂質，因此油脂體中的脂質具有生物可及性，油脂體微膠囊對有效利用其脂質生物可及性和靶向釋放的能力有著深遠的影響[52]。

油脂體微膠囊在消化過程中首先進入胃消化道，在胃消化過程中的前30 min內，由于蛋白質外殼被胃蛋白酶解破壞以及胃液pH的影響，達到油脂體等電點，使粒徑顯著增加，而且由于缺乏靜電斥力和空間位阻作用，液滴發生聚結。之后隨著胃消化過程的進行，ζ-電位值有所增加，使得靜電斥力和空間位阻作用增加，聚結的液滴逐漸分散，粒徑減小，但因表面蛋白被胃蛋白酶水解后產生小分子肽會進一步降低靜電斥力和空間位阻作用，使在整個胃消化過程中，油脂體液滴粒徑明顯高于初始乳液液滴粒徑[36, 53]。胃液對表面蛋白的消化使脂肪酶能更快速地進入油水界面，從而有效地分解油脂體內部核心[52]。

經過胃消化后，在腸消化道中，通過與堿性胰液和膽汁液接觸，消化道的pH值提高，隨著消化時間的延長，乳液大液滴的數量減少，這種現象的產生可能因為蛋白質聚集并被腸液中的蛋白酶水解，或如脂肪酸、膽鹽和吸附在脂肪液滴界面上的肽等某些小分子物質的存在，使靜電斥力和空間位阻作用增強，降低了液滴的粒徑。在腸道消化后60 min內，游離脂肪酸和在內的生物活性物質的釋放會迅速增加，但程度較低[12, 36]。在腸道消化180 min后，胰酶水解油脂體表面的蛋白質后，油脂體脂解會繼續釋放出游離脂肪酸，這些游離脂肪酸能夠在小腸中與鈣和鎂形成不溶性鹽，通過小腸和大腸排出，減少鈣和飽和脂肪酸的吸收。同時被包埋在內的生物活性物質的釋放速率在這段時間內持續增加[36]。生物活性物質的消化性能和釋放速率受到各種因素的影響，如液滴大小、界面的組成和結構以及連續相的粘度[52, 54-56]。

5 展望

基于油脂體具有很好的物理穩定性和化學穩定性，油脂體作為保持生物活性物質活性和益生菌穩定性的天然載體應用于功能性食品和醫藥產品，并提高油料作物附加值。但目前對于油脂體微膠囊的研究多側重于理化性質的分析，而細胞對油脂體微膠囊的攝取機制以及體內消化過程的研究仍有不足，因此未來的研究重點應傾向于評價油脂體微膠囊產品的體內消化與靶向釋放的研究，使其更好地應用于食品和醫藥行業。