生物活性纳米微囊在食品中的应用

徐广伟

摘 要：本文简要分析生物分子纳米技术在食品领域的应用研究及其进展，包括纳米微囊的合成方法，利用纳米微囊技术增强生物活性物质的生物利用度、稳定性和控释效率等，以为生物活性纳米微囊在食品领域的应用和研究水平的提高奠定坚实的基础。

关键词：微囊;纳米技术;生物活性物质;食品领域

Abstract：The following is a brief analysis of the application and research progress of biomolecular nanotechnology in the field of food， including the synthesis methods of nano microcapsules and the enhancement of bioavailability， stability and controlled-release efficiency of bioactive substances by nano microcapsules， which lays a solid foundation for the improvement of the application and research level of bio active nano microcapsules in the field of food.

Key words：Microcapsules; Nanotechnology; Bioactive substances; Food field

纳米科学是21世纪最热门的学科之一。如今，纳米技术已经被广泛应用在航空航天、医学及食品等领域。纳米技术涉及纳米粒子合成、纳米粒子的表征及其在各个领域的应用。例如在抗癌药物递送系统中，纳米粒子可以提高药物的稳定性，避免药物被肾脏清除，延长其在血液中的循环时间;药物靶向运输可以降低对正常细胞及组织的破坏，在减小生物毒性、提高生物相容性的同时，提高癌细胞内的药物浓度，从而提高肿瘤的治疗效率。将纳米技术应用到食品领域能够提高食品的稳定性、溶解性和化合物的活性。在食品领域应用纳米技术可以提高食物的口感、味道和品质，促进人体对食物的消化吸收，提高有益成分的生物利用度。将纳米技术应用于食品包装，可以有效提高食品的安全性，延长食品的保质期，避免食品受外界环境污染，从而提高食品的稳定性。生物活性纳米微囊可作为运输工具，因其具有稳定性高、包封率高、可控释放等特点，在食品及药物等领域引起了人们的关注。生物活性纳米能对活性肽、功能性蛋白等活性物质进行包埋，具有保护作用，可提高活性物质的稳定性和生物利用度等。制备生物活性納米微囊的原辅材料和方法不同，所形成的纳米微囊的结构和性质也会有较大不同。

1 纳米微囊的优势

纳米微囊技术广泛应用在药物以及功能化食品等各个领域，其优势在于能改变物料的状态，能将非固态物料固态化。应用此技术制作的食品便于储存、加工及运输，同时还可延缓变质、损坏及氧化，可促进人体对营养成分的消化吸收，保证特殊功能不丧失。某些营养物质具有难闻的气味，使用纳米微囊技术可以降低或掩盖这些气味。纳米微囊还可以用于药物的靶向运输，控制药物的释放，降低药物对正常细胞和组织的毒性，从而减轻对人体的伤害，增加药物的生物相容性，同时提高目标组织的治疗效率。这为某些疾病的精准治疗提供了可能性，也是未来研究的热点课题之一。

2 纳米微囊的制备技术

随着各种新材料的涌现以及科技的快速发展，纳米微囊的制备技术也得到了迅速发展。

纳米微囊是一种运输系统，由某一特殊成分内核和一层高分子材料外壳构成。纳米微囊的外壳一般都是可生物降解的天然生物大分子，例如蛋白质、脂质、多糖、肽类等生物聚合物。其原因是因为蛋白质、多糖等生物大分子稳定性好，毒性小，生物相容性好，可降解，同时具有多样性的特点，易于用生物和化学方法修饰，并可携带一些对机体有益的生物活性成分。纳米微囊能够包裹药物和其他生物活性成分，增强生物活性分子的控释性、靶向性和稳定性，提高功能食品中有益成分的生物利用度，从而促进人体对营养物的消化、吸收。

制备纳米微囊的方法主要包括层层自组装法、乳液聚合法、原位自由基聚合法、表面吸附法与纳米沉淀法等。

2.1 层层自组装法

此种组装法是制备纳米微胶囊表面壳的常用技术。具有某些特殊性质或结构的分子在一定条件下能自动反应和结合，同时能自动控制反应程度和产物的形貌和尺寸。这种方法主要是基于聚电解质表面的静电力，选择带正负电荷的粒子作为模板粒子，将其浸入带有不同电荷的电解质聚合物溶液中，电解质聚合物会聚合或沉积在模板粒子表面，从而形成二维或三维纳米微胶囊。使用该方法制备纳米微囊可以精准控制微囊尺寸、形态及结构，同时也具备多样性。可以通过改变电解质的种类以及沉积次数等条件，从而改变囊壳的表面特性和厚度，但是层层组装法形成的纳米微囊的尺寸较大，在几百纳米以上，机械强度比较低，结构的稳定性差，并且该方法对合成条件的要求较为苛刻。

2.2 乳液聚合方法

乳液聚合主要分为两步。第一步是利用乳化剂、分散剂在机械搅拌或振荡条件下将单体分散在内核材料表面，然后加入引发剂引发聚合反应而得到纳米微囊。第二步是除去纳米微囊溶剂并对纳米粒子进行沉降。乳液聚合法具有很多优势。例如操作简单、原料成本低廉、包裹率好，单体在体系中以微小液滴的形式存在，在聚合反应过程中产生的热量能够通过溶质扩散。但是通过该方法制备的纳米微囊尺寸分布较广。

2.3 表面吸附法

一般除了使用静电力作用组装外，还可以使用其他作用力（氢键、疏水作用、范德华力）将高分子物质吸附在纳米尺寸的模型核中，表面吸附法一般形成的是单层高分子纳米微囊。该方法应用范围较广，可以制备简单的纳米微囊，在要求较高的生物制药领域也有应用。

2.4 纳米沉淀法

纳米沉淀法指的是先将高分子物质溶解在有机溶剂中，然后加入到水溶液中，在不断的搅拌下高分子物质不断沉降，分散在水相中，从而形成纳米微囊。纳米沉淀法的纳米微囊的包封率比一般方法高，尺寸较小且分布较窄，单分散性好，一般该方法不需要外力，操作成本较低，易于规模化生产[1]。

3 纳米微囊在食品中的应用

将纳米技术应用于食品包装，可以有效提高食品的安全性，延长食品的保质期，避免食品受到外界环境的污染，从而提高食品的安全性和稳定性。例如纳米微囊技术可以包裹生物活性物质让它与外部环境隔离，降低温度、氧化、湿度、空气等环境因素对生物活性物质的影响，从而提高生物活性物质的稳定性。通过适当的选取材料，可赋予生物活性物质靶向性和控缓释性。

3.1 维生素的微囊化

维生素作为人体中的重要物质，对维持机体正常新陈代谢有着重要作用。人们需要从食物中获取维生素且大多数维生素不稳定，外界环境对其稳定性的影响很大。如果将它们制成纳米微囊，可以大大提高维生素功能和结构的稳定性。可采用复合凝聚法制备维生素A微囊，以有效保护维生素A，防止其被外界环境影响，从而增强其稳定性。

3.2 活性肽微囊化

活性肽是人体中重要的活性物质之一，它在人体中具有非常重要的作用。活性肽具有抗菌、增强免疫力、抗氧化、调节血压、促进元素吸收等生理功能。活性肽容易受外界环境的影响而失活，可通过纳米微囊技术对活性肽进行包埋，使其不受外界环境的影响，从而提高其结构和性能的稳定性，增加其在加工、运输和储存过程的热稳定性，及在胃液中的耐酸腐蚀性等。

3.3 功能性蛋白微囊化

功能性蛋白是人体中非常重要的蛋白质，它们参与人体的各种新陈代谢活动。功能性蛋白按其功能可分为催化蛋白、运输蛋白、免疫蛋白、调节蛋白。这些功能蛋白活性较强，容易受微环境的影响从而失活。因此可以將这些功能性蛋白微囊化，利用纳米微囊进行包埋，从而增强其稳定性，维持其生理活性，达到稳定性能的目的。例如将免疫球蛋白微囊化可提高其在加工贮存过程中的抗热稳定性、耐酸碱腐蚀能力[2]。

3.4 抗氧化剂类的微囊化

一般情形下，食品中包含多种抗氧化剂，包括酚类物质、生物碱类、β-胡萝卜素与番茄红素等，这些抗氧化剂具有较强的还原性，易被外界氧化性物质氧化，从而导致结构被破坏、失活。因此，对抗氧化剂进行纳米微囊化非常有必要。这有利于改善抗氧化剂结构和功能的稳定性，提高机体对抗氧化剂的生物利用率，从而促进机体对抗氧化剂的消化吸收。

4 结语

随着社会和经济的发展，人们对于食品品质的要求越来越高。人们在要求食品安全可靠的同时希望得到品质好、口味佳，有益活性成分含量高，易于消化吸收的食物。由于生物活性纳米微囊具有许多不可替代的优点，如可控缓释，增加生物相容性以及提高生物活性物质的结构稳定性和热稳定性，从而提高机体对生物活性的生物利用率，促进机体对其的消化吸收等。因此生物活性纳米微囊被广泛应用于食品领域，它在食品制备、包装等方面的作用越来越显著，提高了人们的生活质量，同时给国家和社会创造了巨大的经济效益。生物活性纳米微囊的制备、修饰与应用研究也成为目前的研究热点。目前，生物活性纳米微囊已经有了很大的发展，但是其基础研究还不成熟，例如纳米微囊的制备方法仍然存在一些缺点，反应体系传热效率低，导致纳米微囊的包埋量少，纳米微囊形态不均一，单分散性较差，尺寸分布较广，限制了纳米微囊在食品领域的应用。这些问题需要人们进一步研究。

参考文献：

[1]石燕，李如一，王 辉，等.月见草油微胶囊的制备及微观结构分析[J].食品科学，2014，35（21）：5-9.

[2] Li-Chan ECY. Bioactive peptides and protein hydrolysates： research trends and challenges for application as nutraceuticals and functional food ingredient[J]. Curr Opin Food Sci，2015（1）：28-37.