脂質(zhì)體的制備、表征及其在食品中應(yīng)用的研究進(jìn)展

鄺鵬程，王偉華*，郭瑞成

塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（阿拉爾 843300）

在20世紀(jì)60年代，Bangham發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體是一種優(yōu)秀的藥物、食品載體制劑，在此之后，對于脂質(zhì)體的性能研究和生產(chǎn)工藝改良發(fā)展迅速[1]。脂質(zhì)體是一種閉合的囊泡狀結(jié)構(gòu)，其形成于分散在水相中的磷脂。脂質(zhì)體被作為細(xì)胞膜模型一直被研究，因?yàn)樗鼈冾愃朴诩?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。脂質(zhì)體的制備過程中，原料的來源廣泛和多樣，其中較為常用的是磷脂，磷脂的獲取十分經(jīng)濟(jì)和便捷，特別是大豆卵磷脂可通過大豆制品生產(chǎn)的邊角料中獲取[2-3]。脂質(zhì)體內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，磷脂的分子結(jié)構(gòu)具有較為顯著的特征，其有1個親水極性頭部，能夠與水相結(jié)合，同時，還有2個疏水的尾部，能夠與油溶性物質(zhì)結(jié)合[4]。

圖1 脂質(zhì)體的結(jié)構(gòu)圖

近年來，脂質(zhì)體在靶向藥物的應(yīng)用中取得顯著效果，成為先進(jìn)給藥系統(tǒng)的主要制劑。脂質(zhì)體的形成主要依靠磷脂之間的弱相互作用力，在結(jié)構(gòu)上是由卵磷脂和膽固醇以特定的方式結(jié)合，在熱力學(xué)上是一個比較不穩(wěn)定的系統(tǒng)[5]。因此，在脂質(zhì)體制備完成之后，脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)上的不穩(wěn)定是當(dāng)下改進(jìn)脂質(zhì)體的主要方向，重在解決脂質(zhì)體在運(yùn)輸、儲存中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。藥物滲漏、脂質(zhì)的氧化水解、粒子聚集等原因會造成脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)改變，導(dǎo)致其性能下降；脂質(zhì)體的不穩(wěn)定性限制其更廣泛應(yīng)用，是亟需解決的問題。

1 脂質(zhì)體的特性

脂質(zhì)體具有水分散性好、生物利用度高、生物相容性強(qiáng)和生物可降解性等特點(diǎn)[6]。總的來看，脂質(zhì)體與其他劑型相比，具有兩親性，可包封的物質(zhì)種類多且不改變其生理活性，是比較理想的包埋載體。隨著對脂質(zhì)體研究的深入，脂質(zhì)體的應(yīng)用越來越廣泛。可通過改變脂質(zhì)體的粒徑大小，表面電荷等性質(zhì)及利用多糖來修飾脂質(zhì)體，形成多層膜組成的脂質(zhì)體，這種結(jié)構(gòu)可以提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性，延緩其緩釋來提高其應(yīng)用范圍，隨著這一方面的深入研究，脂質(zhì)體的潛力延申到食品領(lǐng)域，特別在食品化學(xué)方面研究有頗多進(jìn)展。Liu等[7]考察海藻酸鈉和殼聚糖修飾脂質(zhì)體并包封維生素C，觀察其在pH變化、短期貯存和離子強(qiáng)度（NaCl）提高的影響，并進(jìn)一步測定SGF（模擬胃液）和SIF（模擬腸液）中維生素C的釋放速率，得到海藻酸鈉和殼聚糖修飾脂質(zhì)體維生素C的釋放速率明顯低于空白脂質(zhì)體。表明海藻酸鈉和殼聚糖修飾脂質(zhì)體具有良好的緩釋性能和消化穩(wěn)定性。圖2闡明海藻酸鈉和殼聚糖修飾的脂質(zhì)體形成的機(jī)理，外附的海藻酸鈉和殼聚糖，能夠使脂質(zhì)體的環(huán)境脅迫穩(wěn)定性，緩釋性能，在一定程度比裸脂質(zhì)體更好。

圖2 海藻酸鈉和殼聚糖修飾的脂質(zhì)體機(jī)理圖

2 脂質(zhì)體的制備

脂質(zhì)體的制備工藝經(jīng)過數(shù)十年發(fā)展已相對成熟，不同的應(yīng)用有著不同的制備方式。所涉及的過程基本一致，只是不同的工藝會有所區(qū)別。常見的幾種脂質(zhì)體制備主流方法分別有乙醇注入法、薄膜超聲分散發(fā)、凍融法等。乙醇注入法，此方法優(yōu)點(diǎn)是操作簡易，所需的條件簡單，缺點(diǎn)是制備的脂質(zhì)體濃度較低，對于水溶性物質(zhì)的包封率較低[8]。薄膜超聲分散法，該方法優(yōu)點(diǎn)是制得的脂質(zhì)體包裹脂溶性物質(zhì)的能力優(yōu)越，幾乎可以全部封裝，缺點(diǎn)是粒徑較大且脂膜內(nèi)水相容積很小，無法大量包封水溶性藥物[9]。凍融法，該方法優(yōu)點(diǎn)是被包封的藥物不與有機(jī)溶劑接觸、沒有經(jīng)過機(jī)械剪切等，對被包覆物質(zhì)的損傷小[10]。

不同制備方法可以制備多種不同類型的脂質(zhì)體，如根據(jù)結(jié)構(gòu)和粒徑劃分的小單室脂質(zhì)體、大單室脂質(zhì)體、多室脂質(zhì)體和多囊脂質(zhì)體等；根據(jù)表面電荷分類的正電荷、負(fù)電荷、中性脂質(zhì)體；根據(jù)功能特性區(qū)分的熱敏感、pH敏感、重組和長循環(huán)脂質(zhì)體等[11]。這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)和適用對象，可根據(jù)需要選擇不同的制備方法或?qū)追N制備方法聯(lián)合應(yīng)用以達(dá)到最佳效果。

3 脂質(zhì)體的表征研究

3.1 粒徑大小及分布、Zeta電位測定、PDI（分散系數(shù)）、包封率

脂質(zhì)體粒徑、Zeta電位、PDI評估的方法有許多，包括透射電鏡觀察法、X射線衍射線寬法、動態(tài)光散射法和激光粒度分析法等。一般來講脂質(zhì)體的Zeta電位絕對值越高，其所攜帶的電荷越多，體系的穩(wěn)定性越好；反之，Zeta電位絕對值越小，脂質(zhì)體越易凝聚，穩(wěn)定性越差[12]。脂質(zhì)體的分散性可以用PDI表征。脂質(zhì)體分散性PDI值也是考察脂質(zhì)體物理穩(wěn)定重要指標(biāo)，PDI通常小于0.20為優(yōu)良。

脂質(zhì)體的包封率是包封于脂質(zhì)體中物質(zhì)量占脂質(zhì)體系中物質(zhì)總量的百分比。也有人用測定包封體積表征脂質(zhì)體的包封特性。包封率是評價(jià)脂質(zhì)體制劑質(zhì)量好壞的最重要的指標(biāo)之一。包封率也是脂質(zhì)體好壞的一個重要指標(biāo)。包封率的測定方法一般是用柱層析法、透析法、超速離心法等方法，考察脂質(zhì)體包封率時，需將理論與實(shí)際相結(jié)合選擇合適方法，以測得合適且有效的包封率。

3.2 形貌觀察

食品中脂質(zhì)體形貌觀察的顯微鏡方法主要有透射電子顯微鏡（TEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）、原子力顯微鏡（AFM）等。透射電子顯微鏡（TEM）進(jìn)行形貌觀察時，具有樣品處理復(fù)雜，樣品薄，放大倍數(shù)高的特點(diǎn)。通常用于觀察樣品內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)，微觀組織分析、晶體結(jié)構(gòu)分析等方面[13]。Luo等[14]利用TEM觀察殼聚糖-脂質(zhì)體顆粒，顯示為光滑的球形。SEM主要用于樣品表面形貌觀察，可直接觀察樣品結(jié)構(gòu)，操作簡易，對樣品損傷和污染小[15]。與SEM和TEM相比，AFM具有更高的分辨率、更少對樣品的損傷和更寬的工作范圍，并能展示物質(zhì)間的力學(xué)性能。Sriamornsak等[16]通過AFM觀察脂質(zhì)體，果膠和納米復(fù)合物的納米結(jié)構(gòu)顯示具有少量分支的鏈狀結(jié)構(gòu)，而脂質(zhì)體的AFM圖像顯示為球形。AFM圖像還為果膠鏈上陽離子脂質(zhì)體的締合提供直接證據(jù)。Liang等[17]通過分析基于Hertzian模型的AFM接近力曲線，量化基底上單層小囊泡的楊氏模量（E）和彎曲模量（kC），發(fā)現(xiàn)膽固醇摻入純蛋黃磷脂酰膽堿后，楊氏模量和彎曲模量增加數(shù)倍。顯著差異歸因于膽固醇分子的摻入，導(dǎo)致蛋黃磷脂酰膽堿囊泡的剛性增強(qiáng)。結(jié)果表明，原子力顯微鏡可以提供一種直接方法測量固定化的小脂質(zhì)體的機(jī)械性能和檢測脂質(zhì)體的穩(wěn)定性變化。

TEM與SEM在食品領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，特別是TEM對脂質(zhì)體的形態(tài)表征方面已有大量研究，而原子力顯微鏡（AFM）在細(xì)胞生物學(xué)，微生物學(xué)或生物物理應(yīng)用技術(shù)方面運(yùn)用較多，但在食品領(lǐng)域運(yùn)用較少，向食品系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的技術(shù)機(jī)會很多，并有望展示更多有關(guān)納米級食品結(jié)構(gòu)的信息。如圖3所示，原子力顯微鏡所觀察的脂質(zhì)體與透射電子顯微鏡相比，原子力顯微鏡具有更高的分辨率，觀察到的脂質(zhì)體也更加具象化，所獲得的信息也越多（如粒徑、粗糙度等），對于展示更多有關(guān)納米級食品結(jié)構(gòu)的信息，原子力顯微鏡顯然較有優(yōu)勢。

圖3 脂質(zhì)體原子力顯微鏡[17]（a）和脂質(zhì)體透射電子顯微鏡[18]（b）圖

4 脂質(zhì)體在食品領(lǐng)域的應(yīng)用

脂質(zhì)體在靶向藥物領(lǐng)域的應(yīng)用較為成熟。脂質(zhì)體能將營養(yǎng)分子和特定的功能成分進(jìn)行包埋和運(yùn)載；因其在體內(nèi)快速降解的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域，目前在食品化學(xué)中應(yīng)用較為深入。

4.1 包埋脂類

在一些高端食品中，脂類的性能容易被氧化或結(jié)構(gòu)容易被光照破壞，常見的如魚油主要成分二十碳五烯酸、6個雙鍵的多元不飽和脂肪酸等，這些脂質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中含有不飽和鍵，受到環(huán)境的影響容易降解。脂質(zhì)體運(yùn)用于特定脂類成分的保護(hù)性包埋成為了近年來的熱點(diǎn)研究方向。目前國內(nèi)已有一些報(bào)道，Bai等[19]研究發(fā)現(xiàn)，采用脂質(zhì)體包埋薏米油方式，能改善薏米油因?yàn)椴环€(wěn)定和水溶性差的問題，提高薏米油在人消化系統(tǒng)中的吸收效率。Eckert等[20]采用薄膜分散法制備脂質(zhì)體包埋多元不飽和脂肪酸，使其在食品中能夠在較長時間和較復(fù)雜環(huán)境中維持生理膜的功能，促進(jìn)其吸收。Liu等[21]采用動態(tài)高壓微射流-凍融法制備中鏈脂肪酸脂質(zhì)體，解決中鏈脂肪酸在食用過程中口感不佳的問題，同時進(jìn)一步發(fā)展成為肥胖癥能量替代品，提升食品品質(zhì)。

4.2 包埋抗氧化劑

食品中抗氧化劑的應(yīng)用廣泛，在不同種類的食品中對于氧化劑的要求差異較大，同時采用脂質(zhì)體包埋抗氧化劑運(yùn)用于食品中也是脂質(zhì)體生產(chǎn)制備產(chǎn)業(yè)的一個重要方向。脂質(zhì)體包埋抗氧化劑的應(yīng)用十分成熟，在使抗氧化劑避免被光、熱、氧氣等因素破壞的研究較為廣泛。包埋抗氧化劑的效果包括三個方面：

4.2.1 提高抗氧化劑的穩(wěn)定性

抗氧化劑如果直接處于食品中，其穩(wěn)定性一般較差，不能夠長期保存。Gibis等[22]采用大豆卵磷脂制備的脂質(zhì)體包埋多酚，所得脂質(zhì)體具有較好的物理穩(wěn)定性，在長時間保存該脂質(zhì)體之后，其所產(chǎn)生的己醛含量相對于為采用脂質(zhì)體包埋的多酚降低40多倍。Zou等[23]利用動態(tài)高壓微射流-乙醇注入法制備茶多酚納米脂質(zhì)體（TPN），結(jié)果顯示TPN在抗氧化性方面與茶多酚十分接近，但是在堿性環(huán)境中，TPN的穩(wěn)定性更加優(yōu)秀。

4.2.2 氧化應(yīng)激效應(yīng)

脂質(zhì)在與氧氣接觸之后，容易產(chǎn)生過氧化的現(xiàn)象。Monica等[24]通過高壓均質(zhì)法制備丁香酰胺脂質(zhì)體，其結(jié)果顯示脂質(zhì)體能夠顯著抑制脂質(zhì)的過氧化現(xiàn)象，同時脂質(zhì)在與氧氣接觸之后產(chǎn)生的自由基也顯著下降；Vanaja等[25]采用薄膜水化法制備脂質(zhì)體包埋白藜蘆醇，結(jié)果顯示，白藜蘆醇脂質(zhì)體的抗氧化性較游離的白藜蘆醇有顯著提升。

4.2.3 抗氧化劑與脂質(zhì)體相互作用

Yuri等[26]采用薄膜分散法制備類黃酮槲皮素-花旗松素脂質(zhì)體，通過差示掃描量熱技術(shù)觀察到類黃酮槲皮素-花旗松素能使脂質(zhì)體膜的親脂性增強(qiáng)，并且改變脂質(zhì)體雙分子層的相變溫度，使其從雙層結(jié)構(gòu)變成六角形結(jié)構(gòu)。

4.3 脂質(zhì)體包埋蛋白質(zhì)和酶

部分食品中的蛋白質(zhì)和酶能夠極大影響食品的外觀、口感，以及部分食品中酶擁有特定功效，脂質(zhì)體能夠確保其穩(wěn)定性和降解時機(jī)。Voltaire等[27]研究脂質(zhì)體包封保護(hù)性細(xì)菌素P34對美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抑制作用，指出經(jīng)過脂質(zhì)體包封之后的食品能夠提高抗生物肽的穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)對食品中特定化合物提供保護(hù)。除此之外，有研究對脂質(zhì)體包埋酶技術(shù)進(jìn)行拓展，發(fā)現(xiàn)其在干酪成熟過程中的作用也較為顯著。Nongonierma等[28]采用微射流法制備乳酸菌無細(xì)胞提取物脂質(zhì)體，結(jié)果顯示脂質(zhì)體在降低無細(xì)胞提取物生物乳清損失方面有較大的效用，并且其對于干酪的水分及生物群落的影響極低；除了干酪成熟中的應(yīng)用，還有學(xué)者提出脂質(zhì)體包埋食品級的酶制劑方面也有進(jìn)展；徐冉等[29]采用逆向蒸發(fā)法制備溶菌酶脂質(zhì)體并研究其對生物膜的剝離作用，研究指出其能夠降低成產(chǎn)過程中細(xì)菌的污染。

4.4 包埋維生素

近年來，包含維生素的食品生產(chǎn)和銷售逐漸成為一種趨勢。維生素是人類必須的營養(yǎng)物質(zhì)之一，但是其離體穩(wěn)定向不容樂觀，因此可以通過脂質(zhì)體包埋技術(shù)，降低微生物受到光照、熱、氧等因素的影響，進(jìn)一步拓展維生素在食品中的添加和應(yīng)用。如乳液、納米脂質(zhì)體、納米粒等成功運(yùn)用于維生素的包裹中的研究和報(bào)道較多。Yang等[30]采用動態(tài)高壓微射流結(jié)合膜蒸發(fā)技術(shù)制備VC納米脂質(zhì)體，結(jié)果表明VC納米脂質(zhì)體和VC的生物活性相差不大，在37 ℃條件下能貯藏1 d或者在4 ℃條件下能貯藏60 d，前者穩(wěn)定性更好，并且相比于其他方法制備的維生素C脂質(zhì)體，該方法制備的脂質(zhì)體具有更高滲透率。

5 結(jié)語

在食品工業(yè)中，脂質(zhì)體在遞送蛋白質(zhì)、酶、維生素，抗氧化劑和調(diào)味劑方面都具有重要影響。在脂質(zhì)體的制備過程中，脂質(zhì)體的自組裝技術(shù)能在一定程度上提升脂質(zhì)體的穩(wěn)定性，但對于如何提高包封率，仍需進(jìn)行深入研究。脂質(zhì)體表征過程中原子力顯微鏡對比透射電鏡更適合表征脂質(zhì)體的微觀結(jié)構(gòu)，原子力顯微鏡具有更高分辨率，觀察到的脂質(zhì)體也更加具象化，所獲信息也更多，能展示納米級食品結(jié)構(gòu)信息更多。脂質(zhì)體在食品領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用仍是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。今后可側(cè)重于2個方面開展研究，一是為食品工業(yè)開發(fā)更穩(wěn)定、更低成本、更安全的脂質(zhì)體壁材料，食品安全是消費(fèi)者關(guān)注的主要問題，脂質(zhì)體在包封抑菌物質(zhì)運(yùn)用在食品保鮮方面，前提也是要保證脂質(zhì)體本身壁材的安全。二是包封率高、穩(wěn)定性好的脂質(zhì)體制備新方法。此外，要科學(xué)地開發(fā)對目標(biāo)化合物具有充分保護(hù)作用的脂質(zhì)體配方，以及在所需時間和準(zhǔn)確位置上以特定速度釋放其能力，這也是脂質(zhì)體在食品保鮮方面所遇到的難題，脂質(zhì)體在食品中的研發(fā)將成為食品領(lǐng)域發(fā)展的一個獨(dú)特方向，隨著脂質(zhì)體制備和應(yīng)用的深入，脂質(zhì)體在食品中的應(yīng)用前景更為廣泛。