脂质体的制备、表征及其在食品中应用的研究进展

邝鹏程，王伟华*，郭瑞成

塔里木大学生命科学学院/南疆特色农产品深加工兵团重点实验室（阿拉尔 843300）

在20世纪60年代，Bangham发现脂质体是一种优秀的药物、食品载体制剂，在此之后，对于脂质体的性能研究和生产工艺改良发展迅速[1]。脂质体是一种闭合的囊泡状结构，其形成于分散在水相中的磷脂。脂质体被作为细胞膜模型一直被研究，因为它们类似于细胞膜的脂质双层，不同情况下所形成的脂质体其直径大小有所差异，较小的为几十纳米，较大的可达到几十微米。脂质体的制备过程中，原料的来源广泛和多样，其中较为常用的是磷脂，磷脂的获取十分经济和便捷，特别是大豆卵磷脂可通过大豆制品生产的边角料中获取[2-3]。脂质体内部结构图如图1所示，磷脂的分子结构具有较为显著的特征，其有1个亲水极性头部，能够与水相结合，同时，还有2个疏水的尾部，能够与油溶性物质结合[4]。

图1 脂质体的结构图

近年来，脂质体在靶向药物的应用中取得显著效果，成为先进给药系统的主要制剂。脂质体的形成主要依靠磷脂之间的弱相互作用力，在结构上是由卵磷脂和胆固醇以特定的方式结合，在热力学上是一个比较不稳定的系统[5]。因此，在脂质体制备完成之后，脂质体结构上的不稳定是当下改进脂质体的主要方向，重在解决脂质体在运输、储存中的结构稳定。药物渗漏、脂质的氧化水解、粒子聚集等原因会造成脂质体结构上出现改变，导致其性能下降；脂质体的不稳定性限制其更广泛应用，是亟需解决的问题。

1 脂质体的特性

脂质体具有水分散性好、生物利用度高、生物相容性强和生物可降解性等特点[6]。总的来看，脂质体与其他剂型相比，具有两亲性，可包封的物质种类多且不改变其生理活性，是比较理想的包埋载体。随着对脂质体研究的深入，脂质体的应用越来越广泛。可通过改变脂质体的粒径大小，表面电荷等性质及利用多糖来修饰脂质体，形成多层膜组成的脂质体，这种结构可以提高脂质体的稳定性，延缓其缓释来提高其应用范围，随着这一方面的深入研究，脂质体的潜力延申到食品领域，特别在食品化学方面研究有颇多进展。Liu等[7]考察海藻酸钠和壳聚糖修饰脂质体并包封维生素C，观察其在pH变化、短期贮存和离子强度（NaCl）提高的影响，并进一步测定SGF（模拟胃液）和SIF（模拟肠液）中维生素C的释放速率，得到海藻酸钠和壳聚糖修饰脂质体维生素C的释放速率明显低于空白脂质体。表明海藻酸钠和壳聚糖修饰脂质体具有良好的缓释性能和消化稳定性。图2阐明海藻酸钠和壳聚糖修饰的脂质体形成的机理，外附的海藻酸钠和壳聚糖，能够使脂质体的环境胁迫稳定性，缓释性能，在一定程度比裸脂质体更好。

图2 海藻酸钠和壳聚糖修饰的脂质体机理图

2 脂质体的制备

脂质体的制备工艺经过数十年发展已相对成熟，不同的应用有着不同的制备方式。所涉及的过程基本一致，只是不同的工艺会有所区别。常见的几种脂质体制备主流方法分别有乙醇注入法、薄膜超声分散发、冻融法等。乙醇注入法，此方法优点是操作简易，所需的条件简单，缺点是制备的脂质体浓度较低，对于水溶性物质的包封率较低[8]。薄膜超声分散法，该方法优点是制得的脂质体包裹脂溶性物质的能力优越，几乎可以全部封装，缺点是粒径较大且脂膜内水相容积很小，无法大量包封水溶性药物[9]。冻融法，该方法优点是被包封的药物不与有机溶剂接触、没有经过机械剪切等，对被包覆物质的损伤小[10]。

不同制备方法可以制备多种不同类型的脂质体，如根据结构和粒径划分的小单室脂质体、大单室脂质体、多室脂质体和多囊脂质体等；根据表面电荷分类的正电荷、负电荷、中性脂质体；根据功能特性区分的热敏感、pH敏感、重组和长循环脂质体等[11]。这些方法各有优缺点和适用对象，可根据需要选择不同的制备方法或将几种制备方法联合应用以达到最佳效果。

3 脂质体的表征研究

3.1 粒径大小及分布、Zeta电位测定、PDI（分散系数）、包封率

脂质体粒径、Zeta电位、PDI评估的方法有许多，包括透射电镜观察法、X射线衍射线宽法、动态光散射法和激光粒度分析法等。一般来讲脂质体的Zeta电位绝对值越高，其所携带的电荷越多，体系的稳定性越好；反之，Zeta电位绝对值越小，脂质体越易凝聚，稳定性越差[12]。脂质体的分散性可以用PDI表征。脂质体分散性PDI值也是考察脂质体物理稳定重要指标，PDI通常小于0.20为优良。

脂质体的包封率是包封于脂质体中物质量占脂质体系中物质总量的百分比。也有人用测定包封体积表征脂质体的包封特性。包封率是评价脂质体制剂质量好坏的最重要的指标之一。包封率也是脂质体好坏的一个重要指标。包封率的测定方法一般是用柱层析法、透析法、超速离心法等方法，考察脂质体包封率时，需将理论与实际相结合选择合适方法，以测得合适且有效的包封率。

3.2 形貌观察

食品中脂质体形貌观察的显微镜方法主要有透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）等。透射电子显微镜（TEM）进行形貌观察时，具有样品处理复杂，样品薄，放大倍数高的特点。通常用于观察样品内部空间结构，微观组织分析、晶体结构分析等方面[13]。Luo等[14]利用TEM观察壳聚糖-脂质体颗粒，显示为光滑的球形。SEM主要用于样品表面形貌观察，可直接观察样品结构，操作简易，对样品损伤和污染小[15]。与SEM和TEM相比，AFM具有更高的分辨率、更少对样品的损伤和更宽的工作范围，并能展示物质间的力学性能。Sriamornsak等[16]通过AFM观察脂质体，果胶和纳米复合物的纳米结构显示具有少量分支的链状结构，而脂质体的AFM图像显示为球形。AFM图像还为果胶链上阳离子脂质体的缔合提供直接证据。Liang等[17]通过分析基于Hertzian模型的AFM接近力曲线，量化基底上单层小囊泡的杨氏模量（E）和弯曲模量（kC），发现胆固醇掺入纯蛋黄磷脂酰胆碱后，杨氏模量和弯曲模量增加数倍。显著差异归因于胆固醇分子的掺入，导致蛋黄磷脂酰胆碱囊泡的刚性增强。结果表明，原子力显微镜可以提供一种直接方法测量固定化的小脂质体的机械性能和检测脂质体的稳定性变化。

TEM与SEM在食品领域运用广泛，特别是TEM对脂质体的形态表征方面已有大量研究，而原子力显微镜（AFM）在细胞生物学，微生物学或生物物理应用技术方面运用较多，但在食品领域运用较少，向食品系统转移的技术机会很多，并有望展示更多有关纳米级食品结构的信息。如图3所示，原子力显微镜所观察的脂质体与透射电子显微镜相比，原子力显微镜具有更高的分辨率，观察到的脂质体也更加具象化，所获得的信息也越多（如粒径、粗糙度等），对于展示更多有关纳米级食品结构的信息，原子力显微镜显然较有优势。

图3 脂质体原子力显微镜[17]（a）和脂质体透射电子显微镜[18]（b）图

4 脂质体在食品领域的应用

脂质体在靶向药物领域的应用较为成熟。脂质体能将营养分子和特定的功能成分进行包埋和运载；因其在体内快速降解的优点，被广泛应用于食品领域，目前在食品化学中应用较为深入。

4.1 包埋脂类

在一些高端食品中，脂类的性能容易被氧化或结构容易被光照破坏，常见的如鱼油主要成分二十碳五烯酸、6个双键的多元不饱和脂肪酸等，这些脂质分子结构中含有不饱和键，受到环境的影响容易降解。脂质体运用于特定脂类成分的保护性包埋成为了近年来的热点研究方向。目前国内已有一些报道，Bai等[19]研究发现，采用脂质体包埋薏米油方式，能改善薏米油因为不稳定和水溶性差的问题，提高薏米油在人消化系统中的吸收效率。Eckert等[20]采用薄膜分散法制备脂质体包埋多元不饱和脂肪酸，使其在食品中能够在较长时间和较复杂环境中维持生理膜的功能，促进其吸收。Liu等[21]采用动态高压微射流-冻融法制备中链脂肪酸脂质体，解决中链脂肪酸在食用过程中口感不佳的问题，同时进一步发展成为肥胖症能量替代品，提升食品品质。

4.2 包埋抗氧化剂

食品中抗氧化剂的应用广泛，在不同种类的食品中对于氧化剂的要求差异较大，同时采用脂质体包埋抗氧化剂运用于食品中也是脂质体生产制备产业的一个重要方向。脂质体包埋抗氧化剂的应用十分成熟，在使抗氧化剂避免被光、热、氧气等因素破坏的研究较为广泛。包埋抗氧化剂的效果包括三个方面：

4.2.1 提高抗氧化剂的稳定性

抗氧化剂如果直接处于食品中，其稳定性一般较差，不能够长期保存。Gibis等[22]采用大豆卵磷脂制备的脂质体包埋多酚，所得脂质体具有较好的物理稳定性，在长时间保存该脂质体之后，其所产生的己醛含量相对于为采用脂质体包埋的多酚降低40多倍。Zou等[23]利用动态高压微射流-乙醇注入法制备茶多酚纳米脂质体（TPN），结果显示TPN在抗氧化性方面与茶多酚十分接近，但是在碱性环境中，TPN的稳定性更加优秀。

4.2.2 氧化应激效应

脂质在与氧气接触之后，容易产生过氧化的现象。Monica等[24]通过高压均质法制备丁香酰胺脂质体，其结果显示脂质体能够显著抑制脂质的过氧化现象，同时脂质在与氧气接触之后产生的自由基也显著下降；Vanaja等[25]采用薄膜水化法制备脂质体包埋白藜芦醇，结果显示，白藜芦醇脂质体的抗氧化性较游离的白藜芦醇有显著提升。

4.2.3 抗氧化剂与脂质体相互作用

Yuri等[26]采用薄膜分散法制备类黄酮槲皮素-花旗松素脂质体，通过差示扫描量热技术观察到类黄酮槲皮素-花旗松素能使脂质体膜的亲脂性增强，并且改变脂质体双分子层的相变温度，使其从双层结构变成六角形结构。

4.3 脂质体包埋蛋白质和酶

部分食品中的蛋白质和酶能够极大影响食品的外观、口感，以及部分食品中酶拥有特定功效，脂质体能够确保其稳定性和降解时机。Voltaire等[27]研究脂质体包封保护性细菌素P34对美拉德反应产物的抑制作用，指出经过脂质体包封之后的食品能够提高抗生物肽的稳定性，能够实现对食品中特定化合物提供保护。除此之外，有研究对脂质体包埋酶技术进行拓展，发现其在干酪成熟过程中的作用也较为显著。Nongonierma等[28]采用微射流法制备乳酸菌无细胞提取物脂质体，结果显示脂质体在降低无细胞提取物生物乳清损失方面有较大的效用，并且其对于干酪的水分及生物群落的影响极低；除了干酪成熟中的应用，还有学者提出脂质体包埋食品级的酶制剂方面也有进展；徐冉等[29]采用逆向蒸发法制备溶菌酶脂质体并研究其对生物膜的剥离作用，研究指出其能够降低成产过程中细菌的污染。

4.4 包埋维生素

近年来，包含维生素的食品生产和销售逐渐成为一种趋势。维生素是人类必须的营养物质之一，但是其离体稳定向不容乐观，因此可以通过脂质体包埋技术，降低微生物受到光照、热、氧等因素的影响，进一步拓展维生素在食品中的添加和应用。如乳液、纳米脂质体、纳米粒等成功运用于维生素的包裹中的研究和报道较多。Yang等[30]采用动态高压微射流结合膜蒸发技术制备VC纳米脂质体，结果表明VC纳米脂质体和VC的生物活性相差不大，在37 ℃条件下能贮藏1 d或者在4 ℃条件下能贮藏60 d，前者稳定性更好，并且相比于其他方法制备的维生素C脂质体，该方法制备的脂质体具有更高渗透率。

5 结语

在食品工业中，脂质体在递送蛋白质、酶、维生素，抗氧化剂和调味剂方面都具有重要影响。在脂质体的制备过程中，脂质体的自组装技术能在一定程度上提升脂质体的稳定性，但对于如何提高包封率，仍需进行深入研究。脂质体表征过程中原子力显微镜对比透射电镜更适合表征脂质体的微观结构，原子力显微镜具有更高分辨率，观察到的脂质体也更加具象化，所获信息也更多，能展示纳米级食品结构信息更多。脂质体在食品领域的广泛应用仍是一个具有挑战性的课题。今后可侧重于2个方面开展研究，一是为食品工业开发更稳定、更低成本、更安全的脂质体壁材料，食品安全是消费者关注的主要问题，脂质体在包封抑菌物质运用在食品保鲜方面，前提也是要保证脂质体本身壁材的安全。二是包封率高、稳定性好的脂质体制备新方法。此外，要科学地开发对目标化合物具有充分保护作用的脂质体配方，以及在所需时间和准确位置上以特定速度释放其能力，这也是脂质体在食品保鲜方面所遇到的难题，脂质体在食品中的研发将成为食品领域发展的一个独特方向，随着脂质体制备和应用的深入，脂质体在食品中的应用前景更为广泛。