基于乳液模板法的递送体系:增强生物活性物质稳定性和生物利用度

蒋玲1,王启明1,饶哲楠1,陈媛媛1,雷小娟1,明建1,2*

1(西南大学 食品科学学院,重庆,400715)2(川渝共建特色食品重庆市重点实验室,重庆,400715)

摘 要 富含生物活性物质的功能性食品和膳食补充剂可以预防和缓解许多慢性疾病。然而生物活性物质稳定性差,在生产加工和贮存过程中易受光、热和氧气作用分解失活,在进入人体胃肠道后易受酶、胃酸和胆汁盐作用转化失活,呈现出较低的生物利用度。递送系统的设计被认为是提高生物活性物质稳定性和生物利用度的良好策略。递送体系的构建方法有很多,其中乳液模板法由于制备简单、稳定性好、可为体系带来特定功能等特点受到广泛关注。因此,该文介绍了乳液模板法的基本原理和基于乳液模板法的各类食品递送体系的制备以及它们递送各类生物活性物质的应用效果,最后总结了乳液模板法的优点并提出了基于乳液模板法的递送体系的研究方向。

关键词 乳液模板法;递送体系;生物活性物质;生物利用度;稳定性

如今,由于对慢性疾病(如肥胖、Ⅱ型糖尿病和心血管疾病)的担忧,人们越来越倾向于在饮食中添加营养补充剂或增强剂[1],多酚[2]、类胡萝卜素[3]、益生菌[4]等生物活性物质因表现出增强免疫力、延缓衰老、缓解疲劳、调节血糖和血脂等功能而受到越来越多的关注。研究证明,生物活性物质在提供治疗或生理益处方面的有效性在很大程度上取决于其生物利用度(生物活性物质进入体循环并在特定部位发挥生物功能的比例)[5]。然而,大多数生物活性物质水溶性差,在光、热等条件下易降解。口服摄入的生物活性物质会在胃肠道中大量转化失活,只有小部分在小肠中以活性状态被机体吸收,其余的则进入结肠并受到肠道微生物群的分解代谢,导致其生物利用度低。因此,生物活性物质的稳定性和口服生物利用度的提高是其发挥有效功能亟待解决的问题。

递送体系(如乳液、凝胶、脂质体、纳米粒子等)因能够通过包封保护生物活性物质并实现其缓释或定点释放而受到广泛关注[6]。其中,乳液(分散相以小液滴或固体颗粒的形式均匀分散在连续相中)因具有在连续水相中溶解或运输疏水组分的能力,而被广泛应用于食品、制药、化妆品和油漆工业等各个领域[7]。乳液模板法是指将乳液体系作为模板,后续形成特定混合体系的方法,最早可以追溯到20世纪50年代后期,是GUENTHER申请的一项用于生产多孔塑料的专利[8]。其机理是首先制备由至少2种不互溶液体组成的乳液,其中一种相(分散相)分散在另一种相(连续相)中,并使乳液的连续相凝固;然后将分散相液滴去除获得多孔基质[8]。这些多相乳液系统可以是油包水或油包水包油(W/O或O/W/O)和水包油或水包油包水(O/W或W/O/W),具体取决于亲油(非极性)和亲水(极性)相的位置。该方法由于操作简单、适用性强、稳定性好、可为体系带来特定功能等特点受到广泛关注,是构建递送体系的常用方法。目前已报道了基于乳液模板法制备乳液凝胶[9]、水凝胶[10]、气凝胶[11]、油凝胶[12]、微胶囊[13]等递送体系的研究。论文综述了基于乳液模板法的递送体系的制备原理与过程以及在提高生物活性物质稳定性和生物利用度上的应用,总结了乳液模板法制备递送体系的优点,并对乳液模板法发展前景进行了展望。

1 基于乳液模板法构建的递送体系

1.1 水凝胶

水凝胶是由共价键和氢键、范德华力相互作用或物理缠结形成的亲水性聚合物网络,聚合物具有的各种官能团(如羟基、醛基、氨基等)赋予了水凝胶与其他物质结合的优良特性:(1)吸收大量的水而不溶解;(2)通过物理或者共价/非共价作用与生物活性物质结合,实现递送和缓释作用[10]。食品工业中水凝胶的形成基质主要是蛋白质(如乳清蛋白[14])、多糖(如纤维素[15])及其复合物[16]等生物聚合物。水凝胶的结构、功能特性受到基质种类、交联条件和方式等因素的影响[16]

在乳液模板法制备水凝胶过程中,首先将生物活性物质溶解在生物聚合物水溶液中组成水相,将水相分散在含有表面活性剂的油相中,通过均质形成油包水或油包水包油(W/O或O/W/O)乳液[17];然后改变体系条件(如温度、pH、钙离子等),使水滴内的生物聚合物分子凝胶化形成水凝胶颗粒;最后通过离心、过滤和/或溶剂萃取去除油相,形成水凝胶(图1)。一般来说,水凝胶用于包封亲水性生物活性物质(如亲水性多酚),现有研究发现水凝胶也可用于包封亲脂性生物活性物质(如β-胡萝卜素)。在与聚合物混合之前,疏水性生物活性物质溶解在油相中,亲水性生物活性物质将直接与生物聚合物混合。SUNG等[14]利用玉米油和含有乳清蛋白的水相通过多步乳液模板法成功制备了包裹亲脂性成分β-胡萝卜素的填充水凝胶颗粒(图2):(1)含有亲脂性生物活性物质的内部油相与含有乳清蛋白分离物的水相混合后高压均质产生O/W乳液;(2)O/W乳液与外部油相(含有油溶性乳化剂)混合后剪切产生O/W/O乳液;(3)将O/W/O乳液热处理,使乳清蛋白分子在水相中展开并形成凝胶;(4)用正己烷洗涤O/W/O乳液,分离出填充的水凝胶颗粒。结果显示室温下贮存7 d期间,填充的水凝胶颗粒的尺寸或电荷没有显著变化,具有优良的贮藏稳定性。

图1 基于乳液模板法制备含生物活性物质的水凝胶
Fig.1 Preparation of bioactive compounds-loaded hydrogel based on emulsion-templated method
注:水相;聚合物;油相;生物活性物质(下同)

图2 使用多步乳液模板形成填充水凝胶颗粒[14]
Fig.2 Formation of filled hydrogel particles using multi-step emulsion template[14]
注:W相是水相(包含水和乳清蛋白分离物);O1相是内部油相(含有亲脂性生物活性物质);O2相是外部油相(含有油溶性乳化剂)

1.2 乳液凝胶

通过将油滴限制在三维固体状水网络内,可以大大提高乳液的稳定性,由此产生“乳液凝胶”的概念。乳液凝胶是乳化油滴分散在凝胶基质中的一种具有凝胶网络结构的半固体材料,因此兼具水凝胶(即热力学稳定性)和乳液(即传递脂溶性分子)的双重优势[9]。乳液凝胶因可以替代固体脂肪、包封和控释亲水和疏水成分等,在食品、药品及化妆品等行业具有广泛的应用[18]。按照凝胶基质的不同可将乳液凝胶分为蛋白质乳液凝胶[19]、多糖乳液凝胶[20]、复合乳液凝胶[18]等。其结构、功能特性取决于凝胶基质和填充颗粒间的结合特性[19]

乳液凝胶可通过适当调整含有高浓度生物聚合物乳液的温度、pH值和离子强度等条件形成,也可通过向乳液液滴之间具有物理交联的连续相中添加凝胶剂形成[9](图3)。LU等[21]分别用变性乳清蛋白和天然乳清蛋白制备了负载β-胡萝卜素的乳液凝胶,结果发现变性蛋白含量越高,乳液凝胶的力学性能越好,所有乳液凝胶均能有效增强β-胡萝卜素的光稳定性和热稳定性。

图3 基于乳液模板法制备载生物活性物质乳液凝胶
Fig.3 Preparation of bioactive compounds-loaded emulsion gel based on emulsion-templated method

1.3 气凝胶

气凝胶是通过从前驱体凝胶中去除溶剂而获得的高表面积、高孔隙率和超低密度(最低可达0.16 mg/cm3)的网络结构固体材料[11],具有优异的机械和隔热性能。气凝胶的结构特点使其可作为生物活性物质的递送体系、营养物质的控释材料、传统脂肪的替代品以及新型可生物降解智能食品包装材料,因此在食品工业中受到广泛关注[22]。生产食品级气凝胶的前驱体有多糖(如果胶[23])、蛋白质(如乳清蛋白[24]、酪蛋白酸钠[24])和种子黏液[22](种皮外层细胞产生的多糖和蛋白质组成的混合物)。其结构、功能特性受前驱体和增强剂的种类、制备方法(包括凝胶方法和干燥方式)和制备条件(温度、压力等)等因素的影响[22]

乳液模板法是一种可有效调控气凝胶形貌和孔结构的制备方法。该方法以乳液为模板,将前驱体填充到模板内进行聚合,再通过冷冻干燥将水相除去从而获得以空气为介质的多孔性凝聚态材料,即气凝胶(图4)。WU等[25]以柑橘果胶为前驱体,纤维素纳米纤维为增强剂,通过乳液模板法成功制备了机械性能、吸湿/解吸和抗菌性能良好的的载百里酚复合气凝胶。

图4 基于乳液模板法制备载生物活性物质气凝胶
Fig.4 Preparation of bioactive compounds-loaded aerogel based on emulsion-templated method

1.4 油凝胶

油凝胶或有机凝胶,是使用低浓度油凝胶剂(有机凝胶剂)将液体油包裹在三维有机凝胶网络中形成的胶体系统[12]。油凝胶的三维网络能够装载生物活性物质并控制其释放速率,提高生物活性物质的稳定性和生物利用度。油凝胶的结构、功能特性受基底油和凝胶剂种类、制备方法、油胶比等因素影响[12]。油凝胶的直接制备方法存在一定的局限性:(1)通常需要通过高温加热后冷却来促进其形成,这可能导致油变质;(2)凝胶剂的需求量大或含有大量的饱和脂肪。因此,使用乳液模板法的间接方法制备油凝胶成为研究热点。

乳液模板法制备油凝胶包括3个步骤[12]:首先,聚合物溶液(水相)与油相混合后均质处理形成乳液;然后,完全除去水分得到紧密包裹油滴的聚合物网络;最后可以通过剪切聚合物网络以诱导油凝胶的形成(图5)。用于基于乳液模板法制备油凝胶的聚合物有多糖(如甲基纤维素[26]、羟丙基甲基纤维素[26]等)、蛋白质(如玉米醇溶蛋白[27]等)、聚合物复合物(如杨梅叶原花青素-明胶-黄原胶/果胶/阿拉伯胶[28]等)等。该方法制备的油凝胶在递送生物活性物质方面越来越受到关注。PAN等[28]用杨梅叶原花青素、明胶和各种多糖(黄原胶、果胶和阿拉伯胶)通过乳液模板法制备了高稳定性、低油损失、高凝胶强度并且可替代人造黄油的油凝胶,该油凝胶具有递送疏水性生物活性物质的潜力。

图5 基于乳液模板法制备载生物活性物质油凝胶
Fig.5 Preparation of bioactive compounds-loaded oleogel based on emulsion-templated method.

1.5 微胶囊

微胶囊技术是一种将固态、液态或气态材料作为芯材包在微型密封颗粒中的技术,形成的微胶囊直径为1~1 000 nm。在微胶囊中包裹生物活性物质,可以保护其免受不良条件的损害[29],实现其缓慢释放、提高其稳定性和生物活性。生物聚合物,如多糖(如海藻酸盐[30]、淀粉[30])、蛋白质(如明胶[31])及其混合物[29]可以用作封装生物活性物质的外壳材料。微胶囊的结构、功能特性因聚合物种类、芯材种类和制备方法等因素的变化而不同[32]

乳液模板法制备微胶囊是在稳定的乳液基础上,用物理或化学的方法(如添加Ca2+、静电吸附等)增强油水界面处固体颗粒间的相互作用,将颗粒连接起来(图6)[13]。此方法条件温和,所制备的微胶囊具有更加良好的机械强度和耐溶剂性。通过挑选乳液的壁材和芯材,可以制备不同结构和功能的微胶囊。徐娜[33]以酸改性凹凸棒颗粒稳定的O/W型Pickering乳液为模板,利用超临界CO2萃取的姜精油为芯材,果胶和壳聚糖盐酸盐为壁材,通过响应面优化试验对制备工艺进行优化,获得了包封率高、具有良好热稳定性和结肠定位缓释效果的姜精油微胶囊。

图6 基于乳液模板法制备微胶囊(以包封精油为例)[13]
Fig.6 Preparation of microcapsules based on emulsion-templated method (taking encapsulated essential oil as an example)[13]

2 基于乳液模板法的递送体系在生物活性物 质方面的应用

大部分生物活性物质不仅在生产加工和贮存过程中易分解失活,而且在进入人体后由于溶解性差、化学稳定性低,易受到胃肠道转化作用等呈现出较低的生物利用度,因此常通过制备合适的递送体系来提高其稳定性和生物利用度。目前已报道的利用基于乳液模板法递送体系递送的生物活性物质有多酚、类胡萝卜素、精油、益生菌等。

2.1 多酚

多酚是广泛存在于所有维管植物中的次生代谢产物,具有抗炎、抗氧化、抑菌等生物活性和抗癌、抗神经性疾病等生理功能[2],常作为膳食补充剂添加到食品中。但多酚含有多个羟基,易受外界环境(光、热、紫外等)和生理条件(pH、盐、酶等)影响,导致其生物利用度低,这限制了它们在食品和医药等领域的应用[8]。MANACH等[34]以人体摄入多酚后的血浆浓度等数据衡量多酚的生物利用度,研究显示摄入50 mg苷元当量时,血浆中总代谢物的最大浓度仅为0~4 μmol/L,表明多酚的生物利用度普遍较低,具体取决于多酚的种类。如口服3.6 g姜黄素1 h后,血浆中的姜黄素浓度仅为11.1 nmol/L[7]。因此,需要设计合适的递送体系来克服这些难点,提高这类物质的稳定性和生物利用度。递送多酚的体系有乳液、纳米颗粒、脂质体、凝胶等,其中基于乳液模板法构建的递送多酚的体系有乳液凝胶和水凝胶(表1)。

表1 基于乳液模板法构建的食品级递送体系递送多酚的应用
Table 1 Application of food-grade delivery system based on emulsion-templated method to deliver phenolic compounds

多酚生物聚合物递送体系提高稳定性和生物利用度的表现参考文献羟基酪醇大豆蛋白-海藻酸盐乳液凝胶在加热(70 ℃水浴加热30 min)时无破乳现象,表现出良好的热稳定性[35]姜黄素富含鼠李糖半乳糖醛酸-Ⅰ(RG-Ⅰ)果胶乳液凝胶随着果胶浓度的增加,姜黄素的热稳定性提高且释放减缓[7]蒲公英多酚提取物乳清蛋白-海藻酸盐-明胶水凝胶实现β-胡萝卜素和多酚的共包封,多酚包封率为77.35%[36]蒲公英多酚提取物羟丙基甲基纤维素-海藻酸盐-明胶水凝胶实现β-胡萝卜素和多酚的共包封和缓释效果[36]槲皮素大豆分离蛋白-葡聚糖乳液凝胶槲皮素包封率高于81.56%,生物利用度提高到(5.13±0.16)%[37]

2.2 类胡萝卜素

类胡萝卜素是类异戊二烯色素(如黄色、红色或橙色色素),由光合生物或一些非光合细菌和真菌合成,具有多种功能,如作为维生素A原活性、强效抗氧化性和抑制活性氧(如细胞膜脂质双分子层内的单线态氧和脂质过氧化物)等,因此在食品和制药行业受到关注[3]。然而,类胡萝卜素是亲脂性的,在水性介质中溶解性差,在食品加工、贮存和胃肠道的刺激环境条件下容易降解,表现出较差的口服生物利用度。如β-胡萝卜素(四萜烯类脂溶性化合物)对光、氧和热敏感,据报道,成人混合饮食中的β-胡萝卜素的吸收率仅11.9%~16%[38]。因此,需要设计合适的递送体系来提高类胡萝卜素的溶解度、稳定性和生物利用度。递送类胡萝卜素的体系有乳液、纳米颗粒、水凝胶、乳液凝胶、油凝胶等,其中基于乳液模板法构建的递送类胡萝卜素的体系有水凝胶、乳液凝胶和油凝胶(表2)。

表2 基于乳液模板法构建的食品级递送体系递送类胡萝卜素的应用
Table 2 Application of food-grade delivery system constructed based on emulsion-templated method to deliver carotenoids

类胡萝卜素生物聚合物递送体系提高稳定性和生物利用度的表现参考文献β-胡萝卜素海藻酸钠水凝胶β-胡萝卜素的包封率最高约50%[39]β-胡萝卜素天然乳清蛋白和热变性乳清蛋白乳液凝胶有效提高了β-胡萝卜素的光稳定性和热稳定性[21]β-胡萝卜素羟丙基甲基纤维素-海藻酸盐-明胶水凝胶实现了β-胡萝卜素和多酚的共包封和缓释效果[36]β-胡萝卜素明胶-单宁酸/葡萄籽原花青素油凝胶体外模拟消化显示3种植物油基油凝胶的β-胡萝卜素保留率分别为59.3%、56.2%和58.7%,相比于3种植物油中的β-胡萝卜素分别提高了20.9%、3.7%和19.2%[40]虾青素乳清蛋白-亚麻籽胶美拉德反应产物乳液凝胶虾青素的包封率随着亚麻籽胶浓度的增加而显著提高。体外模拟消化显示乳液凝胶的包封实现了缓释效果,虾青素生物可及性最高达72.08%[41]番茄红素乳清蛋白-海藻酸钠乳液凝胶乳液凝胶延长了番茄红素在光下(45 ℃,8 h,0.35 W/m2)的半衰期,有效提高了番茄红素的光化学稳定性。体外模拟消化显示乳液凝胶提高了番茄红素的生物利用度[42]

2.3 精油

精油是从香料植物或泌香动物中加工提取所得到的挥发性含香物质的总称。植物精油是芳香植物产生的复杂次生代谢产物,含有大量的萜、烯、酚、酮等生物活性物质[43]。常见的植物精油具有抑菌特性、抗病毒特性、抗寄生虫特性、抗氧化活性等作用,某些植物精油(如迷迭香精油)还具有心脏保护作用,含有抗心血管疾病的活性化合物,可以通过影响血管舒张、降低心率和降低血压来改善心血管系统[44]。然而,作为一种油状液体,精油难溶于水,且多具有刺激性气味、易于氧化降解和挥发。因此,改善精油的稳定性、保护其生理活性并屏蔽其不良风味是目前精油研究的关键。迄今为止已有许多改善精油稳定性的方法,如微胶囊技术、脂质体技术、精油微乳液和精油纳米乳液等[43]。近年来,基于乳液模板法的水凝胶和微胶囊在包封精油中得到关注(表3)。

表3 基于乳液模板法构建的食品级递送体系递送精油的应用
Table 3 Application of food-grade delivery system based on emulsion-templated method to deliver essential oil

精油生物聚合物递送体系提高稳定性和生物利用度的表现参考文献肉桂油明胶水凝胶体外模拟消化和抑菌试验显示水凝胶包封实现了肉桂油的控释效果和长期抗菌效果[45]百里香精油壳聚糖-海藻酸钠微胶囊对百里香精油的包封率为(71.13±0.03)%。微胶囊包埋能有效保持百里香精油的主要挥发性成分[46]姜精油果胶和壳聚糖盐酸盐微胶囊对姜精油的包封率为(94.064±0.133)%。体外模拟消化显示微胶囊具有良好的结肠定位缓释效果。微胶囊包埋能够有效保持姜精油主要挥发性成分并保持其生物活性[33]茶树油壳聚糖-海藻酸钠微胶囊提高了茶树油的贮藏稳定性,实现了茶树油的控释效果[47]

2.4 益生菌

益生菌指通过定殖在人体内,改变宿主某一部位菌群组成的一类对宿主有益的活性微生物[4]。益生菌(包括多种微生物,主要是细菌,如乳杆菌、双歧杆菌,也包括酵母和一些放线菌)具有促进营养物质的消化吸收、增强机体免疫力、维持肠道菌群结构平衡、提高机体抗氧化水平、抑制肠道炎症、保护肠道黏膜屏障等功能[4]。益生菌要对宿主的健康产生有益影响,其细胞活力至关重要。然而,在含有游离益生菌细胞的产品中,益生菌的存活率通常很差[48]。因此,为益生菌活细胞提供物理屏障以抵抗不利的环境条件,是亟待解决的问题。

KAILASAPATHY[49]通过将乳液模板微胶囊化包封酸奶中的益生菌:首先将少量细胞聚合物悬浮液(水相)加入到油相中,均质化处理使液滴乳化分散,然后通过添加Ca2+硬化液滴,形成封装益生菌细胞的微胶囊。此方法延长了益生菌的存活时间,比未处理酸奶中益生菌的存活时间长7周,表明乳液模板微胶囊化能够有效保护益生菌。也有研究探索了以乳液模板制备气凝胶来包封益生菌。邓伶俐等[50]制备了以乳液为模板的海藻酸钠/壳聚糖气凝胶颗粒来包埋酸面团来源的植物乳杆菌,结果显示气凝胶具有良好的冻干稳定性和贮存稳定性且其包封对植物乳杆菌的消化稳定性有显著提升。

3 结论与展望

在食品领域,利用乳液模板法制备的递送体系有水凝胶、乳液凝胶、气凝胶、油凝胶和微胶囊,它们在提高生物活性物质稳定性和生物利用度方面具有很多优势:(1)可克服乳液的热力学不稳定性,更稳固地封装生物活性物质;(2)在制备过程中可以通过改变均质条件和溶液成分来控制液滴大小,从而控制所制备的递送体系的结构和尺寸;(3)能够克服油凝胶的直接制备方法中的局限性,利用食品级的生物聚合物制备更具有递送生物活性物质潜力的油凝胶;(4)针对不同的生物活性物质选择适宜的递送体系和制备材料,能够有效提高生物活性物质的稳定性和生物利用度。未来,乳液模板法在食品领域的发展前景有:(1)探索食品级高效材料制备乳液模板,在保证体系食用安全的同时改善其加工稳定性(如冻融稳定性、贮存和热稳定性);(2)探索基于乳液模板法的递送体系在生物活性物质共包封方面的可能性;(3)研究基于乳液模板法制备的负载生物活性物质的递送体系在实际生产中的应用(如基于乳液模板法制备的油凝胶在替代人造黄油制备蛋糕上的应用)。

参考文献

[1] 吴航. 食品组学在生物活性化合物营养功能特性研究中的应用[J].中国食品, 2021(17):150-151.

WU H.Application of food genomics in the study of nutritional functional characteristics of bioactive compounds[J].China Food, 2021(17):150-151.

[2] 邢晨, 王俐娟, 王晓琴.可食用植物不同形态酚类化合物研究进展[J].食品科学, 2020, 41(5):266-275.

XING C, WANG L J, WANG X Q.Recent studies on free and bound phenolic compounds in edible plants:A review[J].Food Science, 2020, 41(5):266-275.

[3] BOONLAO N, RUKTANONCHAI U R, ANAL A K.Enhancing bioaccessibility and bioavailability of carotenoids using emulsion-based delivery systems[J].Colloids and Surfaces. B,Biointerfaces, 2022, 209(Pt2):112211.

[4] BURGAIN J, GAIANI C, LINDER M, et al.Encapsulation of probiotic living cells:From laboratory scale to industrial applications[J].Journal of Food Engineering, 2011, 104(4):467-483.

[5] KANDEMIR K, TOMAS M, MCCLEMENTS D J, et al.Recent advances on the improvement of quercetin bioavailability[J].Trends in Food Science & Technology, 2022, 119:192-200.

[6] YIN Z Y, ZHENG T, HO C T, et al.Improving the stability and bioavailability of tea polyphenols by encapsulations:A review[J].Food Science and Human Wellness, 2022, 11(3):537-556.

[7] ZHANG L M, ZHENG J Q, WANG Y, et al.Fabrication of rhamnogalacturonan-I enriched pectin-based emulsion gels for protection and sustained release of curcumin[J].Food Hydrocolloids, 2022, 128:107592.

[8] ALDEMIR DIKICI B, CLAEYSSENS F.Basic principles of emulsion templating and its use as an emerging manufacturing method of tissue engineering scaffolds[J].Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2020, 8:875.

[9] 崔梦楠, 鹿瑶, 高彦祥, 等.食品乳液凝胶的制备及其应用研究进展[J].食品科学, 2019, 40(3):323-329.

CUI M N, LU Y, GAO Y X, et al.A review on the preparation and application of food emulsion gels[J].Food Science, 2019, 40(3):323-329.

[10] 饶哲楠, 陈媛媛, 王启明, 等.食品水凝胶-多酚递送体系构建及其提高多酚生物利用度研究进展[J].食品与发酵工业, 2022, 48(7):304-311.

RAO Z N, CHEN Y Y, WANG Q M, et al.Construction of food hydrogel-polyphenol delivery system and their enhancement of polyphenol bioavailability:A review[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(7):304-311.

[11] SELVASEKARAN P, CHIDAMBARAM R.Food-grade aerogels obtained from polysaccharides, proteins, and seed mucilages:Role as a carrier matrix of functional food ingredients[J].Trends in Food Science & Technology, 2021, 112:455-470.

[12] ZHAO W J, WEI Z H, XUE C H.Recent advances on food-grade oleogels:Fabrication, application and research trends[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2022, 62(27):7 659-7 676.

[13] LI Y Z, LIU J M, HE X F, et al.Preparation of cinnamon oil-loaded antibacterial composite microcapsules by in situ polymerization of pickering emulsion templates[J].Macromolecular Materials and Engineering, 2020, 305(3):1900851.

[14] SUNG M R, XIAO H, DECKER E A, et al.Fabrication, characterization and properties of filled hydrogel particles formed by the emulsion-template method[J].Journal of Food Engineering, 2015, 155:16-21.

[15] 沈娟莉, 付时雨.纤维素基水凝胶的研究进展[J].化工进展, 2022, 41(6):3 022-3 037.

SHEN L J, FU S Y.Research progress of cellulose-based hydrogels[J].Chemical Industry and Engineering Progress, 2022, 41(6):3 022-3 037.

[16] 太敏瑞, 蔡泓滢, 李瑞, 等.多糖-蛋白质复合水凝胶研究进展[J].食品与发酵工业, 2022, 48(3):291-297.

TAI M R, CAI H Y, LI R, et al.Research progress of polysaccharide-protein composite hydrogels[J].Food and Fermentation Industries, 2022, 48(3):291-297.

[17] MCCLEMENTS D J.Recent progress in hydrogel delivery systems for improving nutraceutical bioavailability[J].Food Hydrocolloids, 2017, 68:238-245.

[18] 丁玲, 唐艺华, 张丽芬, 等.花生蛋白-果胶复合乳液凝胶的流变学特性和微观结构[J].食品科学, 2022, 43(16):46-52.

DING L, TANG Y H, ZHANG L F, et al.Rheological properties and microstructure of peanut protein-pectin composite emulsion gel[J].Food Science, 2022, 43(16):46-52.

[19] MIAO J Y, XU N, CHENG C, et al.Fabrication of polysaccharide-based high internal phase emulsion gels:Enhancement of curcumin stability and bioaccessibility[J].Food Hydrocolloids, 2021, 117:106679.

[20] 穆硕, 鹿瑶, 高彦祥, 等.果胶和热处理对蛋白质乳液凝胶结构特性和复合维生素稳定性的影响[J].食品科学, 2018, 39(18):29-34.

MU S, LU Y, GAO Y X, et al.Effect of pectin and preheating on the structure and stability of mixed vitamins in protein emulsion gels[J].Food Science, 2018, 39(18):29-34.

[21] LU Y, MAO L K, ZHENG H X, et al.Characterization of β-carotene loaded emulsion gels containing denatured and native whey protein[J].Food Hydrocolloids, 2020, 102:105600.

[22] UBEYITOGULLARI A, CIFTCI O N.Fabrication of bioaerogels from camelina seed mucilage for food applications[J].Food Hydrocolloids, 2020, 102:105597.

[23] VERONOVSKI A, TKALEC G, KNEZ et al.Characterisation of biodegradable pectin aerogels and their potential use as drug carriers[J].Carbohydrate Polymers, 2014, 113:272-278.

[24] KLEEMANN C, SCHUSTER R, ROSENECKER E, et al.In-vitro-digestion and swelling kinetics of whey protein, egg white protein and sodium caseinate aerogels[J].Food Hydrocolloids, 2020, 101:105534.

[25] WU W N, WU Y Y, LIN Y, et al.Facile fabrication of multifunctional citrus pectin aerogel fortified with cellulose nanofiber as controlled packaging of edible fungi[J].Food Chemistry, 2022, 374:131763.

[26] ESPERT M, SALVADOR A, SANZ T.Cellulose ether oleogels obtained by emulsion-templated approach without additional thickeners[J].Food Hydrocolloids, 2020, 109:106085.

[27] GAO Z M, YANG X Q, WU N N, et al.Protein-based Pickering emulsion and oil gel prepared by complexes of zein colloidal particles and stearate[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2014, 62(12):2 672-2 678.

[28] PAN H B, XU X L, QIAN Z Q, et al.Xanthan gum-assisted fabrication of stable emulsion-based oleogel structured with gelatin and proanthocyanidins[J].Food Hydrocolloids, 2021, 115:106596.

[29] KIM J C, LEE H Y, KIM M H, et al.Preparation and characterization of chitosan/gelatin microcapsules containing triclosan[J].Colloids and Surfaces. B,Biointerfaces, 2006, 52(1):52-56.

[30] 马明月,姜宏宇,张华.紫苏油微胶囊的性质与体外模拟消化研究[J].中国粮油学报, 2022, 37(5):102-108.

MA M Y, JIANG H Y, ZHANG H.The properties of perilla oil microcapsules and simulated digestion in vitro[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2022, 37(5):102-108.

[31] LI D X, OH Y K, LIM S J, et al.Novel gelatin microcapsule with bioavailability enhancement of ibuprofen using spray-drying technique[J].International Journal of Pharmaceutics, 2008, 355(1-2):277-284.

[32] 付聪, 董鸿春, 刘玥婷, 等.番茄红素的微胶囊化、稳定性及生物利用率的研究进展[J].食品工业科技, 2022, 43(11):391-397.

FU C, DONG H C, LIU Y T, et al.Research progress on microencapsulation, stability and bioavailability of lycopene[J].Science and Technology of Food Industry, 2022, 43(11):391-397.

[33] 徐娜. 基于Pickering乳液模板法的姜精油微胶囊的性能表征及其肠道菌群调节作用[D].南京:南京财经大学, 2021.

XU N.Pickering emulsion templating methodology-based ginger essential oil microcapsules and their performance and effect on regulation of intestinal microbiota[D].Nanjing:Nanjing University of Finance and Economics, 2021.

[34] MANACH C, WILLIAMSON G, MORAND C, et al.Bioavailability and bioefficacy of polyphenols in humans.I.Review of 97 bioavailability studies[J].The American Journal of Clinical Nutrition, 2005, 81(1):230S-242S.

[35] MUOZ-GONZLEZ I, RUIZ-CAPILLAS C, SALVADOR M, et al.Emulsion gels as delivery systems for phenolic compounds:Nutritional, technological and structural properties[J].Food Chemistry, 2021, 339:128049.

[36] L, et al.Emulsion templated microencapsulation of dandelion (Taraxacum officinale L.) polyphenols and β-carotene by ionotropic gelation of alginate and pectin[J].Food Hydrocolloids, 2016, 57:139-152.

[37] DU X Q, HU M, LIU G N, et al.Development and evaluation of delivery systems for quercetin:A comparative study between coarse emulsion, nano-emulsion, high internal phase emulsion, and emulsion gel[J].Journal of Food Engineering, 2022, 314:110784.

[38] HASKELL M J.The challenge to reach nutritional adequacy for vitamin A:β-carotene bioavailability and conversion:Evidence in humans[J].The American Journal of Clinical Nutrition, 2012, 96(5):1 193S-1 203S.

[39] GUO J, JIANG J G, GU X L, et al.Encapsulation of β-carotene in calcium alginate hydrogels templated by oil-in-water-in-oil (O/W/O) double emulsions[J].Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects, 2021, 608:125548.

[40] 黄玉. 蛋白-多酚胶体复合物制备油凝胶及其性质研究[D].广州:暨南大学, 2018.

HUANG Y.Preparation and characterization of oleogel based on protein-polyphenol colloidal complex[D].Guangzhou:Jinan University, 2018.

[41] ZHANG Z, CHEN W C, ZHOU X, et al.Astaxanthin-loaded emulsion gels stabilized by Maillard reaction products of whey protein and flaxseed gum:Physicochemical characterization and in vitro digestibility[J].Food Research International(Ottawa,Ont.), 2021, 144:110321.

[42] LIU F G, LIANG X P, YAN J, et al.Tailoring the properties of double-crosslinked emulsion gels using structural design principles:Physical characteristics, stability, and delivery of lycopene[J].Biomaterials, 2022, 280:121265.

[43] 汤友军, 鲁晓翔.植物精油稳定性的改善及其在食品中应用研究进展[J].食品工业科技, 2020, 41(7):353-357.

TANG Y J, LU X X.Research progress on stability improvement of plant essential oil and its application in food[J].Science and Technology of Food Industry, 2020, 41(7):353-357.

[44] 谢晓婷, 刘康珂, 邓爱华, 等.迷迭香提取物在功能食品领域研究进展[J].广东化工, 2020, 47(4):107-108;106.

XIE X T, LIU K K, DENG A H, et al.Research progress of rosemary extract in functional food[J].Guangdong Chemical Industry, 2020, 47(4):107-108;106.

[45] WANG J G, LI Y Z, GAO Y F, et al.Cinnamon oil-loaded composite emulsion hydrogels with antibacterial activity prepared using concentrated emulsion templates[J].Industrial Crops and Products, 2018, 112:281-289.

[46] 张珊珊, 冯武, 熊芸, 等.乳液模板-层层自组装法制备百里香精油微胶囊[J].食品工业, 2018, 39(8):87-92.

ZHANG S S, FENG W, XIONG Y, et al.Preparation of thyme essential oil microcapsules from emulsion templates by layer-by-layer self-assembly method[J].The Food Industry, 2018, 39(8):87-92.

[47] ZHANG S, CHEN J, YIN X Q, et al.Microencapsulation of tea tree oil by spray-drying with methyl cellulose as the emulsifier and wall material together with chitosan/alginate[J].Journal of Applied Polymer Science, 2017, 134(13):44662.

[48] DE VOS P, FAAS M M, SPASOJEVIC M, et al.Encapsulation for preservation of functionality and targeted delivery of bioactive food components[J].International Dairy Journal, 2010, 20(4):292-302.

[49] KAILASAPATHY K.Survival of free and encapsulated probiotic bacteria and their effect on the sensory properties of yoghurt[J].LWT-Food Science and Technology, 2006, 39(10):1 221-1 227.

[50] 邓伶俐, 刘松奇, 易顺, 等.海藻酸钠/壳聚糖气凝胶对酸面团来源植物乳杆菌的包埋分析[J].中国食品学报, 2021, 21(8):291-297.

DENG L L, LIU S Q, YI S, et al.Analysis of the encapsulation effect of Lactobacillus plantarum from sourdough by sodium alginate/chitosan aerogel[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2021, 21(8):291-297.

Delivery system based on emulsion-templated method: Enhancing the stability and bioavailability of bioactive compounds

JIANG Ling1,WANG Qiming1,RAO Zhenan1,CHEN Yuanyuan1, LEI Xiaojuan1,MING Jian1,2*

1(College of Food Science, Southwest University, Chongqing 400715, China)2(Chongqing Key Laboratory of Speciality Food Co-Built by Sichuan and Chongqing, Chongqing 400715, China)

ABSTRACT Functional foods and dietary supplements rich in bioactive substances can prevent and alleviate many chronic diseases. However, bioactive substances have poor stability, they are easily decomposed and inactivated by light, heat, and oxygen during production, processing, and storage, and are easily converted and inactivated by enzymes, gastric acid, and bile salts after entering the gastrointestinal tract of the human body, showing low bioavailability. The design of the delivery system is considered as a good strategy to improve the stability and bioavailability of bioactive substances. There are many methods to construct the delivery system, and the emulsion-templated method has attracted extensive attention due to its simple preparation, outstanding stability, and ability to bring specific functions to the system. Therefore, this paper introduced the basic principles of the emulsion-templated method, the preparation of various food delivery systems based on the emulsion-templated method, and their application effects in the delivery of various bioactive compounds. Finally, this paper summarized the advantages of the emulsion-templated method and proposed the research directions of the delivery system based on the emulsion-templated method.

Key words emulsion-templated method; delivery systems; bioactive compounds; bioavailability; stability

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.031970

引用格式:蒋玲,王启明,饶哲楠,等.基于乳液模板法的递送体系:增强生物活性物质稳定性和生物利用度[J].食品与发酵工业,2023,49(6):292-299.JIANG Ling,WANG Qiming,RAO Zhenan, et al.Delivery system based on emulsion-templated method: Enhancing the stability and bioavailability of bioactive compounds[J].Food and Fermentation Industries,2023,49(6):292-299.

第一作者:硕士研究生(明建教授为通信作者,E-mail:mingjian1972@163.com)

基金项目:国家自然科学基金面上项目(32272308)

收稿日期:2022-04-13,改回日期:2022-05-12