葡萄多酚微胶囊化研究进展

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(中国农业科学院农产品加工研究所,北京 100193)

葡萄多酚微胶囊化研究进展

方芳,王凤忠*

(中国农业科学院农产品加工研究所,北京100193)

葡萄多酚是人类饮食中重要的天然抗氧化剂,但由于其水溶性差且极易降解,导致其生物利用率低,在食品工业中的应用受限。微胶囊技术是一种可将生物活性物质进行包埋从而实现内容物有效递送的技术,可有效提高内容物的生物利用度。近年来其在葡萄多酚包埋领域得到广泛关注。本文综述了近年来有关葡萄多酚微胶囊化研究进展,并对现存问题进行分析,对今后研究重点进行展望,以期为后续葡萄多酚稳定性提升研究提供依据。

葡萄,多酚,微胶囊化

Abstract:Grape polyphenols are important natural antioxidants in human diet,but its utilization in food industry is limited because of its low water solubility and easy degradation to various external environmental factors. Microencapsulation technology is a new technology which can encapsulate bioactive into carriers and helps to deliver it to the target sites,thereby to improve its bioavailability. Nowadays,microencapsulation technology has aroused great interest in the stabilization of grape polyphenols. In this paper,the latest research progress on microencapsulation of grape polyphenols was reviewed,the existing problems in the research field and the research prospect was also elaborated in order to lay a basis for the scientific research of the stabilization improvement of grape polyphenols in the future.

Keywords:grape;polyphenols;microencapsulation

葡萄是世界上种植面积最大、最受消费者欢迎的水果之一,是多种与人体健康密切相关的营养物质及生物活性物质的重要来源[1]。葡萄皮渣是葡萄酒酿造工业的副产物,其主要由葡萄皮和葡萄籽组成[2],目前主要用于饲料或者直接丢弃,造成了极大的资源浪费和环境污染,因此如何将葡萄皮渣副产物转化为高附加值产品成为葡萄酒行业亟待解决的重要问题[3-4],同时也成为食品科学界共同关注的课题[5-6]。

多酚类化合物是广泛存在于植物体内的一类重要的次生代谢产物[7],同时也是人类饮食的重要组成部分[8]。葡萄是多酚类物质,尤其是白藜芦醇、花色苷、原花色素、黄酮醇等的重要来源[9-12]。尽管多酚类物质具有抗氧化、抗癌等多种重要的生理功能[13-14],但因其极易受外界环境条件的影响而降解,同时极易与其它食品组分发生反应而导致其在食品加工领域的应用受限[15-17],因此如何对多酚提取物进行有效递送对于多酚提取物在食品工业中的应用具有重要意义。

微胶囊技术是将一种或多种组分通过适当处理包裹于某种基质中从而实现对内容物有效递送的技术[18]。因其具有可有效提高内容物的分散性、保护内容物免受外部环境因素的影响、提高内容物的生物利用度、最大限度减少内容物在到达靶标位点前的代谢反应等优点而被广泛用于食品工业中[16]。近年来,微胶囊技术在葡萄多酚有效递送领域也得到了探索性应用。本文对微胶囊技术在葡萄多酚稳定性提升领域的应用进行综述,旨在为植物多酚提取物稳定性提升研究提供参考依据。

1 葡萄多酚混合提取物微胶囊化研究

葡萄多酚提取物作为食品工业中重要的抗氧化剂、营养增强剂、天然色素及防腐剂等[19-21],有关微胶囊技术在其稳态化及有效递送领域的应用备受关注,尤其在包埋技术的选择、载体材料的选择及微囊特性对于内容物的影响方面开展了一系列研究[16]。

张峻等以壳聚糖-海藻酸钠复合物为壁材,对葡萄多酚的微胶囊工艺及在模拟胃肠道环境中的控释效果进行研究。发现壳聚糖-海藻酸钠可作为包埋葡萄多酚提取物的有效壁材,壳聚糖浓度对微胶囊的包埋率影响最大,pH对微胶囊的控释效果具有重要影响,被包埋物分子量越大,可持续释放时间越长[22]。Gibis等通过多聚物包衣脂质体手段制备葡萄籽多酚提取物微胶囊,发现所得微粒的抗氧化稳定性明显提高,储藏过程中乙醛生成量明显减少,80%以上的葡萄籽提取物包被于脂质体膜上,仅少量包被于脂质体内部,脂质体外部多聚物包衣最多可达4层。经多聚物包衣后,多酚提取物不再暴露于水相中。证明多聚物包衣脂质体可作为葡萄籽多酚提取物应用于复杂食物介质中减少与其它食物组分互作反应的重要壁材选择[23]。Boschetto等以Malbec和Franc两个酿酒葡萄品种的葡萄籽混合物为原料,通过超临界法对葡萄籽提取物进行包埋,并研究温度、压力、投料比及物质浓度等技术参数对所得微粒的尺寸、形态及包埋率的影响。发现压力为8 MPa,温度为308 K,投料比为1∶1,葡萄籽提取物和包被材料浓度均为20.00 kg·m-3时,所得微粒的质量最佳,可观察到均匀的球形微粒[24]。王爱霞等通过流化床手段研究葡萄多酚微胶囊的制备工艺并对其稳定性进行考察,发现0.25 mL·min-1的流速,0.6 bar的雾化压力,0.22 bar的进风压力,30 ℃的包衣温度为最佳制备工艺,所得葡萄多酚微粒在光照及高温条件下比未经包埋的葡萄多酚的稳定性均明显提高[25]。Boonchu和Utama-ang以麦芽糊精和羟甲基化纤维素(CMC)为壁材,通过喷雾干燥方法制备红酒葡萄皮渣提取物微胶囊,发现麦芽糊精用量为10.21%(w/v),CMC用量为0.21%(w/v)时,所得微胶囊的多酚含量最高,包埋效果最好,所得微粒的苦味和涩味最小[26]。Lavelli等同样以麦芽糊精为壁材,发现喷雾干燥所得葡萄皮多酚微胶囊较之葡萄皮干粉具有更高的多酚含量、更好的收湿型和抗氧化活性,对高血糖损伤相关酶具有更好的抑制效果。从而证明喷雾干燥制备葡萄皮多酚微粒可作为有效利用葡萄皮渣进而减少资源浪费的有效手段[6]。Gibis等通过高压均质技术制备脂质体,研究壳聚糖包衣对葡萄籽多酚脂质体体外释放效果的影响,发现壳聚糖包衣可明显降低脂质体中生物活性物质的释放度,说明包衣脂质体可作为水性食物中葡萄多酚提取物有效控释的绝佳选择[27]。Aizpurua-Olaizola等以海藻酸纳为多聚物,氯化钠为硬化剂,通过微胶囊化振动喷嘴制得葡萄皮渣提取物微胶囊,发现该微胶囊具有更高的多酚含量和更好的形态特征,多酚微胶囊较之未经包埋多酚对于温度和光照的影响具有更好的稳定性[28]。

由此可见,物理、化学及机械等多种微胶囊化方法均可用于葡萄多酚提取物的微胶囊制备,进而提高葡萄多酚提取物的稳定性,保持其抗氧化性及多种生物活性,减少其与复杂食物介质中其它组分间的相互作用,改善微粒形态学特征,控制其在消化系统中的释放效果,进而实现其在生物体内的有效递送。但目前仍无法确定葡萄多酚提取物的最适微胶囊化技术手段,后续研究中还有待进一步探寻。

2 葡萄多酚单一提取物微胶囊化研究

2.1 葡萄花色苷提取物的微胶囊化研究

花色苷因其着色性好、低毒、水溶性好,同时又具有抗氧化、抗炎等多种生理功能而成为食品工业中红色素的重要来源[29]。为提高花色苷在食品中的稳定性,克服其对外部环境因子敏感,及在加工、配伍及储藏过程中易受食品体系中其它组份干扰的问题,微胶囊技术在其有效递送手段开发过程中得到了重点关注[30]。目前喷雾干燥技术在葡萄花色苷提取物微胶囊化领域的应用较多。Burin等分别以麦芽糊精、麦芽糊精/γ环糊精、麦芽糊精/阿拉伯胶为壁材,通过喷雾干燥手段制备赤霞珠葡萄(VitisviniferaL. Cabernet Sauvignon)果实花色苷提取物微胶囊,发现麦芽糊精/阿拉伯胶在三种壁材中表现的包埋效果最佳,所得微粒降解率最低,性质最为稳定[31]。Silva等以巴西葡萄皮渣的花色苷提取物为对象,以麦芽糊精为壁材,通过喷雾干燥制得天然色素微粒,所得产品不仅包埋率高,具有较高的抗氧化活性和抗菌活性,同时对精氨酸酶具有良好的抑制作用[11]。Souza等同样以麦芽糊精为壁材,研究喷雾干燥后麦芽糊精对波尔多葡萄皮渣花色苷提取物的保护效果,发现所得微粒具有良好的储藏稳定性,且对金黄色酿侬葡萄球菌和李斯特氏菌具有良好的抑制作用[32]。Souza等又对所得花色苷提取物微粒的品质特性进行研究,发现与冷冻干燥样品相比,该微粒具有更低的水分含量和吸湿性,更高的溶解性和颜色稳定性,进而证明酿酒葡萄皮渣可作为天然色素的有效来源[33]。

2.2 葡萄原花青素提取物的微胶囊化研究

原花青素又称缩合鞣质,广泛存在于葡萄皮和葡萄籽中的一类重要的黄烷-3-醇类化合物[34]。与其它多酚化合物类似,原花青素同样具有抗癌、预防肥胖、糖尿病等多种重要生理功能[35-37],但由于其稳定性和渗透性较差,生物利用率低,目前其在食品领域中的应用受到极大限制[38]。微胶囊技术作为可以有效保持内容物生物活性进而实现活性物质有效递送的技术手段,近年来在葡萄原花青素提取物包埋领域也得到了广泛的研究和应用。

王忠含以葡萄籽原花青素为原料,利用两步乳化技术制备双层原花青素微胶囊,发现该微胶囊不仅具有良好的溶解性、稳定性,且在模拟肠液环境中具有良好的释放性[39]。张连富等以阿拉伯胶与麦芽糊精为壁材,通过喷雾干燥制备葡萄原花青素提取物微胶囊,发现当壁材中的阿拉伯胶占比为40%,芯壁比为3∶7,混合液中的固形物占比为20%时,原花青素包埋率可达99.2%,且储藏稳定性明显提高[40]。吴朝霞等以喷雾干燥法研究β-环糊精,多孔淀粉-明胶,麦芽糊精-大豆分离蛋白3种壁材对葡萄籽原花青素提取物的包埋效果,发现麦芽糊精-大豆分离蛋白的包埋效果最好,β-环糊精最不适合包埋原花青素,而多孔淀粉-明胶对喷雾干燥的温度条件要求高[41]。Fernández等分别以葡萄皮和葡萄籽中的原花青素提取物为研究对象,通过乳化蒸发法制备原花青素聚乳酸纳米颗粒,并对微粒特性及体外递送效果进行分析,发现该方法对葡萄皮原花色素提取物的包埋率可达86.9%,平均粒径可达291.6 nm,对葡萄籽原花色素提取物的包埋率可达82.9%,平均粒径可达351.9 nm,所得微粒的理化特性稳定并可在模拟胃肠环境中实现可持续递送[10]。由此可见,微胶囊技术可作为提高葡萄原花青素稳定性和实现有效递送的重要手段,但目前采用的微胶囊化手段多为喷雾干燥和乳化法,采用的壁材多为麦芽糊精等传统壁材,整体而言,葡萄原花青素提取物的微胶囊化研究仅为起步阶段,后续研究中,新型微胶囊化方法的应用、创新型壁材的探索和开发及微粒特性的研究需得到更多关注。

2.3 葡萄白藜芦醇提取物的微胶囊化研究

白藜芦醇是芪氏家族中广泛存在于葡萄果皮中的一种重要的多酚类化合物,虽然其对癌症、心脑血管疾病等具有重要的预防和治疗作用,然而其低水溶性、低化学稳定性和低生物利用度等特性又极大限制了其在食品工业中的应用[42,16]。微胶囊技术因具有有效保持内容物特性和生物活性,利于提高其生物利用度等优势[23,43-44]在白藜芦醇有效递送领域引发关注。胡荣等通过滴制法制得白藜芦醇微囊,发现当海藻酸钠粘度为380 cps,芯壁比为1∶0.5,海藻酸钠和氯化钙的质量分数分别为2.0%和3.0%时所得微囊具有较高的包封率和载药量[45]。胡荣等以壳聚糖为壁材,通过喷雾干燥法制备白藜芦醇微囊,发现在一定的药载比和壳聚糖质量浓度条件下,白藜芦醇微囊的包封率和载药量均较高[46]。此外,周冉等通过单凝聚法制备白藜芦醇微囊时发现,当明胶质量分数控制在4%,芯壁比控制在1∶4,反应温度保持60 ℃,pH为3.9时,所得微粒粒径均匀、缓释效果好,包封率可达96.8%[47]。由此可见多种包埋方法均在白藜芦醇标准品的微胶囊制备过程中取得较好效果,但微胶囊技术在葡萄白藜芦醇提取物上的研究尚不深入,仍处于探索阶段。Davidov-Pardo和McClements以葡萄籽油和桔油为壁材,通过纳米乳剂法制备葡萄籽白藜芦醇提取物微胶囊,发现当壁材混合比例为1∶1 (w/w)时,可形成最为稳定的微粒,此时包埋于纳米乳剂中的白藜芦醇较之二甲基亚砜(DMSO)中的白藜芦醇对UV辐射具有更好的稳定性[4]。由此证明,以低能纳米乳剂为基质的递送体系可作为包埋葡萄白藜芦醇提取物的重要手段,其可有效防止白藜芦醇降解。

2.4 葡萄黄酮醇提取物的微胶囊化研究

黄酮醇是广泛存在于葡萄等植物源食品中的一类重要的类黄酮和多酚化合物[48]。其是人类饮食中重要的抗氧化功能因子[49],同时也是食品中重要的辅色因子,但其低水溶性、不愉快的风味特性及在不适环境条件下的不稳定性等缺陷极大限制了其作为功能活性组分在食品中的应用[50-51]。近年来,国内外食品科学领域试图通过微胶囊技术对黄酮醇提取物进行包埋,以提高其在食品加工过程中的稳定性和食用后的生物利用度。芦丁、斛皮素、杨梅酮等作为葡萄果实中最主要的黄酮醇组分,国内外针对其微胶囊化已经开展了一系列研究。其中,聚合物纳米胶囊[52]、壳聚糖颗粒[53]、低甲氧基果胶[54]、复合型乳剂[55]及多层脂囊[56]等多种壁材和包埋手段已在芦丁上得到应用,经验证其可有效保持芦丁的体外抗氧化活性。Lucas-Abellán等以环糊精为壁材,在酸性条件下制备斛皮素-杨梅酮微胶囊,发现环糊精可有效防止斛皮素和杨梅酮发生氧化反应,但环糊精不同修饰物对黄酮醇的保护效果存在差异,其中羟丙基-β-环糊精与内容物的复合效果最好,麦芽糖-β-环糊精的效果次之,未经修饰的β-环糊精效果最差[57]。Çelik等分别以β-环糊精及其三种修饰物为壁材,研究其对斛皮素、斛皮甙及芦丁的包埋效果,发现甲基-β-环糊精对芦丁和斛皮甙的包埋效果较好,羟丙基-β-环糊精对斛皮素的包埋效果较好,其中结合态的黄酮醇,较之游离态黄酮醇更易于与壁材形成复合物。经包埋后,三种黄酮醇的抗氧化性较之未包埋前均明显提高,其中斛皮素微胶囊的抗氧化活性提高7.18%,芦丁和斛皮甙的抗氧化性分别提高了4.3%和14.8%[58]。由此可见,微胶囊技术可作为改善葡萄黄酮醇提取物理化特性,提高其稳定性,保持其抗氧化活性的重要手段。了解不同黄酮醇内容物的特性,选择合适的壁材和微胶囊化手段对于葡萄黄酮醇提取物微胶囊的制备至关重要,对于提高葡萄黄酮醇提取物在食品工业中的应用及其生物利用度具有重要意义。但目前有关葡萄黄酮醇提取物微胶囊化研究多集中在单一化合物或少数几种化合物,而葡萄黄酮醇提取物种类繁多,现有微胶囊化研究尚无法满足工业生产需求,在后续研究中还有待进一步加强。

3 结论与展望

目前,随着人们生活水平的提高和健康意识的增强,消费者对营养健康食品和功能性食品的需求愈发旺盛。葡萄多酚作为人类饮食中生物活性物质的重要来源,其活性保持及食用品质改善受到广泛关注。微胶囊技术作为一种新兴的技术手段,对多酚类物质的活性保持具有重要作用,并被探索性应用于食品工业中。虽然前期国内外针对葡萄多酚微胶囊化研究开展了一系列研究工作,但整体而言,微胶囊技术在葡萄多酚提取物稳态化研究方面还处于起步阶段。壁材种类及包埋技术手段的选择性较少,创新性壁材及包埋技术手段则更少。可包埋葡萄多酚种类十分局限,有待进一步挖掘和开发。有关微胶囊生物活性评价方面的研究多集中在抗氧化活性研究方面,且多为体外评价模型,一方面评价技术手段存在局限性,一方面体内活性评价尚处于空白阶段。针对上述问题,后续有关葡萄多酚微胶囊化研究领域应以新型壁材开发、新型包埋技术应用及探索和新型内容物挖掘为重点,同时注意拓宽微胶囊产品的功能特性评价手段和模型,为后续葡萄多酚稳态化研究及有效递送提供理论依据和技术支持。

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Researchprogressonmicroencapsulationofgrapepolyphenols

FANGFang,WANGFeng-zhong*

(Institute of Food Science and Technology,Chinese Academy of Agricultural Sciences,Beijing 100193,China)

TS255

A

1002-0306(2017)18-0328-05

2017-03-13

方芳(1980-)，女，博士,副研究员，研究方向：植物源食品功能活性物质挖掘与代谢调控研究,E-mail:fangfang9992@126.com。

*通讯作者:王凤忠(1972-)，男，博士，研究员，研究方向：农产品功能因子研究与利用,E-mail:wangfengzhong@sina.com。

国家自然科学基金项目(31401823)。

10.13386/j.issn1002-0306.2017.18.062