基于植物基纳米纤维素Pickering乳液在递送体系中的应用研究进展

温靖 张炜 徐玉娟 吴继军 赖慧宁 傅曼琴 刘昊澄 刘海洋 赵振刚

摘要：许多生物活性成分因其化学性质不稳定而降低了其生物利用度和功效。植物基纳米纤维素颗粒以其生物相容性、可再生性和经济性等特点在新型Pickering乳液的配方中表现出优异性能，且能作为包封和递送体系提高生物活性成分的稳定性和生物利用度。文章归纳总结了植物基纳米纤维素来源、分类和常用的制备方法，纳米纤维素稳定的食品级Pickering乳液类型及其作为递送体系对生物活性成分的包封和控制释放等方面的最新研究进展，根据纳米纤维素乳液在食品基质中的安全问题，提出今后需进一步完善纳米纤维素在体内的毒性研究，利用体内模型深入探讨纳米纤维素对结肠微生物区系和整体肠道健康的影响，开展纳米纤维素乳液对生物活性成分的释放机制，以及功能性乳液与真实食物系统的相容性和功效等理论与应用研究，为纤维素资源在食品领域中的应用提供参考。

关键词： 植物基；纳米纤维素；Pickering乳液；生物活性成分；递送体系

中图分类号：S609.9；TS201.2                      文献标志码： A 文章编号：2095-1191（2023）02-0564-11

Abstract：The chemical instability of many bioactive components reduces their bioavailability and efficacy. Plant-based nanocellulose particles exhibit excellent performance in the formulation of novel Pickering emulsions due to their biocompatibility，reproducibility and low cost，and can be used as encapsulation and delivery systems to improve the stabi-lity and bioavailability of bioactive component. The article summarizes the latest research progress in plant-based nanocellulose sources，classification，and commonly used preparation methods，types of nanocellulose-stabilized food-grade Pi-ckering emulsions and their encapsulation and controlled release of bioactive components as delivery systems. According to the problems requiring further research on the safety of nano-cellulose emulsion in food matrix，it was proposed that the in vivo toxicity study of nano-cellulose should be further improved in the future，and use in vivo model to deeply explore the effect of nanocellulose on colonic microflora and overall intestinal health， carry out theoretical and applied research on the release mechanism of bioactive component from nanocellulose emulsions and the compatibility and efficacy of functional emulsions with real food systems. It is excepted that this review will provide references for the application of cellulose sources in food field.

Key words： plant-based； nanocellulose； Pickering emulsion； bioactive ingredients； delivery system

Foundation items： National Key Research and Development Program of China（2019YFD1002300）；The Talent Project of Guangdong Academy of Agricultural Sciences（R2020PY-JX011）；Meizhou Pomelo Cross-county Cluster Industrial Park Project（2022）；The Disciplinary Team Construction Project of Guangdong Academy of Agricultural Sciences（202109TD）

0 引言

納米材料因其独特的物理化学性质（小尺寸和大表面积）而常被用于改善食品的特性和功能（DeLoid et al.，2018）。纳米纤维素则是从可再生植物中获得的环境友好型纳米材料。由于近年来消费者对健康食品的需求逐步提高，这种来源于植物、具有膳食纤维特性及生物相容性的纳米纤维素受到人们的重点关注（McClements et al.，2017）。其中，纳米纤维素能通过Pickering机制形成稳定的Pickering乳液，在油滴周围形成保护性立体屏障，并通过形成三维网络增加连续相的粘度。迄今为止，人们已开发出多种类型的纳米纤维素食品级Pickering乳液（Bai et al.，2018；张欢，2021；Dai et al.，2021）。

生物活性成分通常具有多种功能特性，然而植物甾醇、类胡萝卜素和多酚等许多生物活性成分化学性质不稳定且生物利用度低，易降解而难以发挥功效（Nordstr?m and Malmsten，2017）。因此，针对这些有价值的生物活性物质开发可食用的输送体系，对其在食品工业中的应用极为有利。构建基于纳米纤维素Pickering乳液的递送体系是一种用于封装、保护和促进生物活性成分吸收的有效方法（Lu et al.，2016；Lopes and Brandelli，2018）。虽然关于纳米纤维素的研究较多，其稳定的Pickering乳液作为生物活性成分递送体系也有不少报道，但该领域缺少系统而全面的总结。本文简要讨论植物基纳米纤维素的来源和分类，概述植物基纳米纤维素作为食品乳液稳定剂的最新进展，以及其稳定的Pickering乳液在生物活性成分包封和递送的潜在用途，为植物基纳米纤维素在食品中的应用提供科学依据。

1 植物基纳米纤维素概述

纤维素是由具有β-1，4-糖苷键的D-吡喃葡萄糖单元聚合而成的高分子量聚合物，可从许多植物中分离出（Dai et al.，2020）。纤维素分子在植物的生物反应过程中会发生相互作用形成有超细纤维束组成的多级层次结构——纤维素纤维（Mali and Sherje，2022）。有研究指出，这种纤维素纤维中存在有序和无序2种区域（Somerville，2006）。在无序区域中，纤维素分子可能以链错位的形式分布在沿原纤维的节段上，其中该部分的纤维因纤维内部应变而变形，发生倾斜和扭曲。在有序区域中，纤维素分子通过链内和链间的强氢键紧密地结合在一起形成微晶结构（Agarwal et al.，2016）。而纳米纤维素是通过不同的机械和化学方法从天然纤维素纤维中分离出。

1. 1 植物基纳米纤维素的来源

随着对可持续材料需求的不断增加，来自自然资源（木材、农业加工废弃物和藻类）的纳米纤维素备受关注。有研究对纳米纤维素的来源进行总结和分类。若只考虑工业和作物加工废物的纤维素来源分类，可分为原材料（木材和天然纤维）、未加工废弃物（稻草、树皮和树叶）和加工废弃物（纸浆、甘蔗渣和食品加工残留物）（García et al.，2016）。其中，从工业和农业废弃物中提取的木质纤维素纤维因其低成本和可持续性而被认为是优良的纤维素原料（Ng et al.，2015）。然而，木质生物质作为纤维素最重要的工业来源，其木质素含量也高于农业生物质，需消耗较多的化学品和能源来提取纳米纤维素。因此，更多的研究主要集中在从农业废弃物中提取纳米纤维素（Trache et al.，2017）。

1. 2 植物基纳米纤维素的分类

植物基纳米纤维素主要分为纤维素纳米晶（Cellulose nanocrystals，CNC）和纤维素纳米纤维（Cellulose nanofibrils，CNF）2种，是通过化学或机械处理选择性破坏纤维素的天然结构从木材或其他植物中分离出来（Montoya et al.，2019）。这2种类型的纳米纤维素具有不同的形态和大小，主要取决于其生物来源和分离过程。其中，CNC也称为纳米晶纤维素（Nanocrystalline cellulose，NCC）或纤维素纳米晶须（Cellulose nanowhiskers，CNW），具有纳米级的长度和直径，呈棒状。CNF则具有米级的长度和纳米级的宽度，呈长条状，也被称为纳米纤维化纤维素（Nanofibrous cellulose，NFC）或微纤维化纤维素（Microfibrillated cellulose，MFC）。

1. 3 植物基纳米纤维素的制备

植物基纳米纤维素可通过不同的物理、化学或生物方法制备。常见的具体制备方法如表1所示。CNC是通过选择性去除纤维素纤维中存在的较无序结构域后产生，例如使用酸选择性水解，从而使结晶结构域保持完整，所得的纤维素纳米颗粒为刚性纳米棒，具有较高的结晶度（Klemm et al.，2011）。目前，生产CNC最常用的方法是硫酸水解，此法会使纤维素分子表面生成硫酸盐半酯基，这种带负电荷的基团会让CNC粒子之间产生强静电排斥作用，增强CNC在水介质中的胶体稳定性（Kian et al.，2020）。CNF则通常是通过使用高能机械剪切使纤维细胞壁崩解（目前主要是高压均质、微射流和球磨3种方法）或再进行适当的处理（酸、酶水解或化学氧化）而获得，导致CNF颗粒较CNC更长，结晶度更低（Kontturi et al.，2018）。

2 纳米纤维素作为Pickering乳液稳定剂

乳液是2种不互溶液体的混合物，是食品领域的主要体系之一，为满足食品乳液的基本要求，需天然、可持续的乳化剂（袁亚芳，2021）。天然的胶体颗粒可用于形成和稳定乳液，这种乳液被称为Pickering乳液，乳液的类型取决于颗粒的润湿性。例如，优先被水或油润湿的胶体颗粒更适合分别形成水包油或油包水乳液。Pickering乳液稳定的机理主要是胶体颗粒不可逆地吸附在油水界面上形成一个机械坚固的屏障，在空间上限制液滴相互接近，因此，Pickering乳液通常比分子乳化剂稳定的油滴更耐聚结（杨涛，2020）。目前关于食品级Pickering乳液稳定剂的研究主要集中在蛋白质、脂质和淀粉基颗粒上（Yang et al.，2017）。然而，为进一步提高乳液的穩定性和抗消化性，制备纤维素纳米颗粒用于稳定Pickering乳液正逐步成为研究热点（Bai et al.，2018）。纳米纤维素的乳液稳定性能取决于多种因素，包括其厚度、长度和表面性质等。纳米纤维素亲水性通常较强，意味着其通常用于稳定水包油乳液；也可对纳米纤维素进行改性后用于稳定油包水乳液（Guo et al.，2017）。

2. 1 CNC作为乳液稳定剂

从棉花（Kalashnikova et al.，2013）、菠萝皮（罗苏芹，2019）、柠檬籽（张欢，2021）和其他生物源（Wang et al.，2016）中分离的棒状CNC可在油—水界面不可逆地吸附，形成稳定的乳液。CNC的长宽比会影响油滴的表面覆盖率，短棒的填充更密集，长棒的填充更松散。长而柔韧的CNC还可通过在水相中缠结形成凝胶网络来抑制液滴运动，从而提高乳液稳定性（Kalashnikova et al.，2013）。有研究报道CNC表面硫酸盐半酯基含量对其形成和稳定水包油Pickering乳液能力的影响，结果表明，表面硫酸盐半酯基含量较高的CNC更有利于乳液的形成和稳定（Hu et al.，2016）。Wen等（2014）用玉米纳米纤维素稳定的含有香精油的Pickering乳液对静电效应高度敏感。乳液在低pH和高盐浓度下变得不稳定，归因于静电屏蔽效应。相反地，在均质前添加NaCl有助于形成具有可调液滴大小的CNC基Pickering乳液，这是因为盐离子能部分屏蔽CNC上的负电荷，从而促进CNC在油滴上的吸附及更紧密的界面填充（Kalashnikova et al.，2012）。然而，使用未改性CNC稳定乳液的粒径相对较大，一般在微米范围内，因此，这些乳液在储存期间易分层。也有研究通过优化均质条件，用未改性的CNC作为Pickering稳定剂，生成的乳液平均粒径小于1 μm（Capron and Cathala，2013），这种能提高乳液稳定性的方法对于乳液在许多食品和递送体系中的应用至关重要。

对CNC进行表面疏水改性后也能有效提高乳液稳定性。有研究将食品级辛烯基琥珀酸酐（OSA）用于修饰CNC以改善其乳化性能（陈秋宏，2018）。使用OSA-CNC形成的Pickering乳液中的油滴具有高度的抗聚结性，当通过改变pH或离子强度使二者之间的静电斥力降低时，油滴易于絮凝。

2. 2 CNF作为乳液稳定剂

CNF具有比CNC更长的长丝组成。He等（2020b）研究发现通过高压均质工艺从金针菇中提取的CNF可有效用作Pickering稳定剂，平均宽度约为24 nm，高度4 nm；此外，将竹笋用碱处理去除木质素，并用HPH处理以获得CNF，用十二烷和0.3%（w/w）CNF的悬浮液以1∶9混合配制成的乳液在pH 3.0～9.0、温度4～50 ℃范围内稳定性较好（He et al.，2020a）。Franco等（2020）从棕榈桃的废弃物中提取CNF，并成功制备了含油量为50%的Pickering乳液，乳液在30 d无聚结或脂肪上浮行为。这是因为CNF的柔性较好，可通过形成三维网络结构并增强乳液液滴之间的空间位阻，在油水界面表现出良好的乳化能力。在许多农业或工业生产过程中产生的废弃物均可用于制备CNF，并进一步用于构建新型食品级Pickering乳液。通过控制固体颗粒含量或油相比例，可成功制备出不同性质的乳液，且不同的CNF成分具有不同功能。与CNC稳定的乳液相比，CNF稳定的乳液形成的油滴尺寸更大。相比之下，CNF乳液较CNC乳液更稳定，归因于长CNF形成的凝胶网络，增强了乳液的粘度和模量，对乳液稳定性具有较大的贡献。Costa等（2018）研究不同乳化方式（高压均质和超声）对香蕉皮CNF稳定Pickering乳液稳定性的影响，结果发现在使用高压均质机生产的乳液中觀察到聚结现象，这是因为剪切应力对CNF分解的影响不明显，且CNF在油滴界面上的容纳量减少（更高的长度和纵横比）。然而，在使用超声波的乳化过程中，CNF的尺寸显著减小，导致更多的CNF颗粒吸附在油水界面上，从而防止油滴聚结。这说明香蕉皮CNF乳液的动力学稳定性仍可通过改变粒子（表面电荷和疏水性）和乳液性质（液滴尺寸减小和粘度增加）来改善。表2总结了各种类型植物基纳米纤维素稳定的Pickering乳液。

2. 3 纳米纤维素结合其他成分作为Pickering乳液稳定剂

纳米纤维素的功能或乳化性能可通过不同纳米纤维素的组合或通过将其与其他天然成分结合使用来扩展。Hu等（2016）使用CNC、单宁酸和水溶性纤维素衍生物的组合制备了对脱水和再水化稳定的Pickering乳液，该研究首先将CNC与甲基纤维素或羟乙基纤维素混合制备抗脂肪上浮和聚结的乳液，然后将单宁酸加入乳液中，以提高其冷冻干燥和再水化稳定性。主要是因为油滴表面上的纤维素衍生物和单宁酸之间形成复合物，从而在其周围形成保护壳。因此，油滴易于再水化，无需高能混合，且在再水化前后液滴大小无明显变化，大体流程和机理如图1所示。Zhang等（2020b）用大豆分离蛋白（SPI）纳米颗粒对TEMPO氧化细菌纤维素（TOBC）进行表面改性以稳定O/W乳液，乳液的液滴尺寸为10～15 μm，随着配合物含量的增加，其物理稳定性更好。此外，有研究表明将CNF与羧甲基纤维素或瓜尔豆胶结合使用，可改善CNF的乳化性能（Golchoobi et al.，2016）。

Dai等（2021）通过调节柠檬籽CNC和CNF的浓度与比例得到不同的Pickering乳液，结果表明，在固定的总纳米纤维素浓度（1%）下，增加柠檬籽CNF比例会导致乳液不稳定；然而，在固定的柠檬籽CNC浓度（0.5%）下，可通过增加CNF添加量（0～1%）改善柠檬籽CNC稳定乳液性能。较短的CNC优先不可逆吸附在油滴表面以防止油滴聚结，而较长的CNF在相邻油滴之间形成桥连接，从而形成三维网络结构并增强乳液粘度，由于CNF的引入，得到的乳液表现出更好的抗絮凝储存稳定性和性能可调性。此外，乳液在不同离子强度和pH下的稳定性也得到提高。Bai等（2018）使用CNC和CNF混合物制备的食品乳液观察到同样的结果，CNC优先吸附在油滴表面并使其稳定以防止聚结，而CNF促进聚合油滴和聚合物在乳液中形成3D网络，从而提供机械强度并抑制重力分离。在最佳CNF浓度下，乳液稳定6个月以上，无任何分离迹象。Kalashnikova等（2013）用未改性和化学改性纳米纤维素组合制备了O/W/O双重乳液，其尺寸范围为43～76 μm，其中成功封装了含有约3 μm油滴的O/W乳液体系，O/W/O双重乳液在一个月内表现出良好的稳定性，且乳液可抵抗高达5000 g的相对离心力而不会破乳。Zhou等（2020）通过混合2种不同纳米颗粒包覆的油滴制备混合Pickering乳液，一种由阴离子CNF稳定，另一种由阳离子纳米甲壳素（Nano chitin，NCh）稳定，通过改变阴、阳离子油滴比例，制备出性能可调的乳液；在适当的条件下，可形成由NCh涂层液滴的外壳围绕CNF涂层液滴的复合粒子，然后发现混合乳液比仅含有CNF涂层液滴的单一乳液具有更好的聚结稳定性，其稳定的机理如图2所示。因此，在控制纳米纤维素和其他天然食品成分之间相互作用的基础上，创造具有新功能属性的食品乳液具有相当大的空间。

3 纳米纤维素Pickering乳液用于生物活性成分的包封和递送

目前对生物活性和功能性食品成分的需求不断上升，因为这些成分可改善大多数慢性和不良生活习惯引起的疾病（肥胖、糖尿病和癌症等）（Lu et al.，2016）。然而，许多生物活性成分（生育酚、类胡萝卜素和多酚等）化学性质不稳定，具有令人不快的味道，易被温度、光和氧气降解，导致其功效降低（Nordstr?m and Malmsten，2017）。此外，不同的活性成分表现出不同的水/油溶解度，其中疏水性活性成分的生物利用度较低，限制了其在食品中的应用（Yuan et al.，2008）。由于Pickering乳液的稳定性、高负载能力和功能可调性，人们已开发出多种Pickering乳液体系用于封装和递送多种生物活性成分（Song et al.，2015；Shao and Tang，2016；Bertolo et al.，2019）。其中，纳米纤维素稳定的Pickering乳液的结构稳定性和生物相容性，以及具有膳食纤维的功能特性表明其在生物活性成分递送应用中具有很大的潜力。

3. 1 包封生物活性成分

纳米纤维素Pickering乳液具有较好的抗脂质氧化和绿色环保等性能，可提供封闭的微环境来包封生物活性物质，使生物活性成分的溶解度、稳定性和抗光热降解性明显提高。为最大限度地减少姜黄素的降解，Tang和Huang（2022）制备了包封姜黄素（Cur）的皮克林乳液，并通过菠萝皮纤维素纳米晶体（PCNCs）和（-）-表没食子儿茶素-3-没食子酸酯（EGCG）进行稳定化；30 d的储存期显示，PCNCs/EGCG（0.04%）-Cur中姜黄素的保留率为70.35%，而对照中的保留率为47.15%。PCNCs/EGCG（0.04%）-Cur在热处理和紫外线处理条件下最稳定，姜黄素的最大保留率分别为92.20%和93.56%；同时，发现EGCG可提高所制备乳液的抗氧化性。Wei等（2021）利用不同类型的颗粒来稳定载有β-胡萝卜素的Pickering乳液：球形疏水性玉米醇溶蛋白胶体颗粒（ZCPs）（517.3 nm） 和棒状亲水性纤维素纳米晶体（CNCs）（115.2 nm）；当ZCPs和CNCs的质量比为1∶4时，Pickering乳液表现出最好的物理和光热稳定性，与ZCP稳定的Pickering乳液（9.29%）相比，在55 ℃下储存28 d后，由ZCP和CNC共稳定的Pickering乳液中β-胡萝卜素的保留率增至60.23%。此外，Lu和Huang（2020）利用研磨纤维素稳定的Pickering乳液用于封装和传递亲脂性生物活性化合物，在大约一个月的储存期内，观察到姜黄素在具有不同脂相的Pickering乳液中具有很高的稳定性，且封装在Pickering乳液中的姜黄素生物利用度高于Span/Tween 80稳定的乳液。表3列举了植物基纳米纤维素Pickering乳液包封生物活性成分的示例。

3. 2 生物活性成分的递送

尽管纳米纤维素Pickering乳液的制备和对生物活性成分包封技术已相当成熟，但用于口服的Pickering乳液在具有极端pH、高酶含量和微生物含量的胃肠道（GIT）运输时可能被破坏，從而无法到达其目标位置。这些极端条件可能导致生物活性成分在Pickering乳液中过早释放，从而导致生物活性成分的降解。此外，生物活性成分与受体、细胞或器官之间可能存在一些不必要的相互作用，可能会产生不良的副作用，所以在设计Pickering乳液递送生物活性成分需考虑这些因素（Harman et al.，2019）。一般而言，纳米纤维素Pickering乳液传递生物活性成分可分为缓释和触发释放2种类型。缓释指在整个给药期内周期性释放生物活性成分的Pickering乳液。为实现可持续释放，需控制生物活性物质以指定的速率释放，从而延长其释放时间（Mwangi et al.，2020）。纳米纤维素Pickering乳液主要通过延迟酶水解油滴来达到持续释放生物活性物质。为了使该方法成功，必须首先确保沿GIT的纳米纤维素Pickering乳液的稳定性，同时允许酶附着到油滴界面进行水解反应。罗钰湲等（2022）制备了柠檬籽（Lemon seeds）纳米纤维素（LSCNC/LSCNF）协同稳定的Pickering乳液用于姜黄素（Cur）的包埋递送，经乳液包埋后的姜黄素保留率提高，LSCNF浓度最高（1% Cur）的乳液姜黄素保留率可达75%以上。包埋乳液的体外模拟消化试验表明纳米纤维素颗粒在水相和油滴表面均能形成致密的三维网络结构，可在一定程度上抑制脂肪酶对油滴的酶解，减缓游离脂肪酸释放。Liu等（2019）的研究中也观察到类似结果，增加CNFs浓度会明显延缓脂质的消化速率和消化程度，但包封的维生素生物利用度会降低。Winuprasith等（2018）用山竹皮的NFC稳定Pickering乳液包埋维生素D3，模拟消化结果表明NFC可能具有在脂质消化和运输过程中起重要作用的结合成分，例如胆汁盐、游离脂肪酸、脂肪酶或钙离子，使用相对较低水平NFC时，NFC对维生素D3的生物可及性和稳定性无重大影响，然而，在使用高水平NFC时，维生素D3的生物可及性和稳定性明显下降。Bai等（2019）制备了由CNC稳定的Pickering乳液，与阿拉伯树胶稳定乳液相比，体外脂质消化减少，可能与CNC在脂滴表面的不可逆吸附有关，导致有限的胆汁盐置换和脂肪酶结合活性表面积减少，以及游离脂肪酸在油滴表面的积累抑制脂肪酶活性（图3）。Mackie等（2019）关于纳米纤维素在胃肠道消化的研究中使用了CNC作为水包油乳液中的Pickering稳定剂，将CNC和对照乳液暴露于模拟的上消化道消化中，并将结果与常规蛋白质稳定乳液中获得的结果进行比较，最后将消化的乳液暴露于鼠肠粘膜并监测脂质和胆汁吸收，结果表明，CNCs被困在肠粘液层中，而无法到达下面的上皮细胞，与对照乳液相比，这种夹带还可能导致CNC乳液对饱和脂质的吸收减少。疏水改性的纤维素纳米晶体（MCNC）稳定的Pickering乳液也被用作短链脂肪酸（SCFA，包括丙酸和丁酸）的递送体系（Le et al.，2020）。乳液经历2个体外消化途径：在第一途径中，通过绕过胃相将乳液用于直接肠消化，而在第二途径中，将乳液依次进行肠胃消化。乳液液滴的絮凝是由于胃电解质对电荷的屏蔽作用而发生的。这种胃絮凝减少了液滴的表面积，降低了整体脂解动力学，因此降低SCFA释放的程度，后者在胃绕过的乳液中为40%～45%，在顺序消化的乳液中为30%～35%。但CNC涂层的存在抑制了模拟胃肠道条件下脂滴的消化，导致更高浓度的短链脂肪酸到达结肠。综上所述，CNCs可用于调节Pickering乳液脂质的消化，从而提高所包封的生物活性物质的生物利用度，可能有助于开发功能性食品。

此外，刺激响应型Pickering乳液进行触发释放生物活性成分引起了人们极大的兴趣。许多研究者已探索了各种刺激物，包括pH、离子强度、热能、光、磁场和酶。该方法利用颗粒乳化剂对周围环境中可用刺激的响应性来实现乳液失稳，从而释放封装的生物活性成分。纳米纤维素对环境因素较不敏感，需对其进行改性才能得到具有刺激响应性的Pickering乳液。Jackson等（2011）首次使用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）改性的CNC用于包封多西紫杉醇、紫杉醇和依托泊苷，这些活性成分可在2 d内以受控方式释放。Low等（2017）采用超声辅助共沉淀法制备Fe3O4-纤维素纳米晶体（MCNC）纳米复合材料作为乳液的Pickering稳定剂，其稳定的乳液对pH和磁性均有响应且在储存期间表现出优异的胶体稳定性，如图4所示。从药物释放曲线可看出，将MCNC Pickering乳液暴露于外部磁场（EMF）（0.7 T）刺激了从MCNC Pickering乳液释放生物活性成分，在4 d内达到初始负荷的53.30%。细胞毒性试验结果表明，在有EMF的情况下，包封姜黄素的MCNC-Pickering乳液可有效抑制人结肠癌细胞生长，降至18%；与对照样品相比，该乳液还导致结肠癌HCT116的3-D多细胞球体体积减少2倍。这种具有双重刺激响应的Pickering乳液可作为新一代智能纳米治疗载体，具有药物递送的潜力。此外，有研究使用季铵化纳米纤维素（Quaternized nanocellulose，Q-NC）和薯蓣皂甙元共轭藻酸盐（Diosgenin conjugated alginate，DGN-ALG）颗粒作为稳定剂制备多层自组装静电水包油Pickering乳液（PEs），PEs包封喹诺沙林在模拟生物体液和内/溶酶体酸性环境中，可有效促进抗癌药物的释放，从而达到强大的治疗效果（Erdagi et al.，2020）。

根据目前的研究，纳米纤维素的表面性质可通过物理或化学方法进行修改，以增强与目标分子或生物活性成分的相互作用，或提高油/水界面的稳定性，从而用于构建达到预期的递送体系。虽然基于纳米纤维素的递送体系可应用于许多功能性食品，但一些挑战仍有待解决，例如递送体系在不同食品基质中的稳定性，以及作为食品添加剂的安全问题。

4 纳米纤维素的安全问题

美国食品和药品管理局（FDA）已将纤维素指定为一般认为安全（GRAS）物质。然而，纳米纤维素不在名单上，因其具有不同的化学特性，其大小、形状、聚集特性和不同的未知因素仍可能影响其与细胞和其他生物体的相互作用（Huang et al.，2020）。目前關于纳米纤维素毒性特性的体外和体内研究报道仍较少。Coelho等（2018）评估了从葡萄渣中提取的CNC细胞毒性，在与葡萄渣CNCs（0.2 mg/mL）孵育48 h后，结肠上皮细胞（Caco-2）的活力与对照组一样高。Xiao等（2019）也报告了类似结果，暴露于从麦麸中提取浓度为1000 g/mL的CNC后，Caco-2细胞活力无显著变化。另外，Andrade等（2015）开展了一项体内研究，在该研究中，雄性小鼠（褐家鼠）被喂食含有7%、14%和21%桃树纳米纤维素悬浮液的饮食，结果表明，此剂量的纳米纤维素不会对动物代谢造成有害影响，说明纳米纤维素可用作膳食补充剂。根据上述研究结果，纳米纤维素不会产生细胞毒性或遗传毒性问题。然而，为了获得关于纳米纤维素安全影响的更明确信息，需国际标准化方法来确保其安全性。在使用纳米纤维素的食品商业化之前，需预测、理解和管理纳米纤维素消费可能产生的潜在积极和消极影响（Szakal et al.，2014）。若要实现完全工业化并将纳米纤维素纳入日常生活，还需验证标准来表征所获得的纳米结构，量化其特性并评估其在复杂基质（如食品）中的毒性，以避免其对人体毒性影响的不确定性（Gomez et al.，2016）。

5 展望

近年来，由于人们对绿色标签产品的需求不断增加，Pickering乳液因其无表面活性剂的特性引起了人们的研究兴趣，尤其是开发食品级的Pickering乳液。在众多类型的食品级Pickering乳液中，纳米纤维素稳定的Pickering乳液因具有优异稳定性和膳食纤维特性而备受关注，且其对化学性质不稳定和生物利用度差的生物活性成分包埋递送的研究也取得了一定进展，但还存在一些问题。第一，纤维素纯化需消耗大量化学品，会对环境造成污染，未来应开发更多绿色的工艺来纯化纤维素，限制污染性化学试剂的使用。第二，关于纳米纤维素体外和体内毒性的研究工作有限。不同原料的纳米纤维素具有不同的长径比，其表面官能团和电荷由萃取和改性方法决定。这些特性及剂量可能会影响纳米纤维素的生物相容性和毒性，其未有一个确定的添加剂标准，因此需通过短期或长期的体内研究来评估不同纳米纤维素的急性和慢性毒性，这些信息对其在食品中的安全应用至关重要。此外，作为膳食纤维特性的纳米纤维素，其对胃肠道的作用机制尚不明确，今后需利用体内模型开展纳米纤维素对结肠微生物区系和整体肠道健康的影响研究。第三，纳米纤维素Pickering乳液稳定的主要机制是颗粒在油—水界面的高度吸附，从而在液滴之间形成屏障和网络。这些机制虽然有许多文献描述，但仍需更进一步地研究纤维素结构和特性（表面电荷、颗粒半径和接触角等）对Pickering乳液稳定性的影响，以期为开发稳定的纳米纤维素基Pickering乳液提供理论基础。第四，纳米纤维素作为乳液和食品的稳定剂具有很大的潜力。虽然已开发出许多纳米纤维素Pickering乳液保护和控制不稳定生物活性成分的递送，但许多研究乳液消化仍局限在模拟体系中，需更多的研究来评估纳米纤维素乳液对生物活性物质的释放机制以及乳液与真实食物系统的相容性，开发出更多新型的纤维素基Pickering乳液用以对抗生物递送过程的极端环境，从而达到活性成分在目标位置发挥功效的目的。

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（責任编辑 罗 丽）