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压力、超声物理场辅助构建蛋白-卵磷脂复合体系在递送系统中的研究进展

2023-11-07兰天彤宋亭喻刘景圣

食品科学 2023年19期
关键词:卵磷脂乳清微胶囊

兰天彤,宋亭喻,钱 圣,张 浩,刘景圣

(吉林农业大学食品科学与工程学院,小麦和玉米深加工国家工程研究中心,吉林 长春 130118)

近年来,构建蛋白基复合体系对生物活性成分、药物等进行包埋、保护、递送已广泛应用于食品、医药等领域,有研究表明卵磷脂的添加会引起蛋白质二级结构发生改变[1],且蛋白-卵磷脂复合体系还能够负载槲皮素[2]、胆钙化醇和α-生育酚[3]、鱼油等营养物质以应用于递送系统。为进一步提高该复合体系的包封率、运载效率和对环境的稳定性,可以通过压力或超声场辅助技术改变天然蛋白质特有的空间结构[4],从而改善蛋白-卵磷脂复合体系间的相互作用。

超声处理可以使蛋白质二级结构中α-螺旋含量降低,β-转角和β-折叠含量增加[5],进而影响蛋白质的空间构象;高压和高剪切力作用能使蛋白质二级结构中α-螺旋和β-转角向β-折叠和无规卷曲结构转化[6],以改善蛋白质功能特性,提高食品加工效率。高压均质还能有效提高乳液体系的稳定性[7];喷雾干燥处理能促使蛋白质二级结构在不同程度上从有规则的结构向无规则结构转化[8]。通过蛋白空间结构的改变,能够进一步加强蛋白-卵磷脂复合体系的互作,以拓宽其在递送系统中的应用。

因此,通过探究不同物理场辅助技术对构建蛋白-卵磷脂复合体系相互作用影响的机理,研究其功能特性和在递送系统中的应用很有意义。本综述将从玉米醇溶蛋白、大豆蛋白、乳清蛋白的结构,以及它们在不同场辅助技术下与卵磷脂结合的不同特征和在递送系统中的应用进行阐述,为提高蛋白-卵磷脂复合体系的稳定性和运载效率提供理论指导,使其能够得到进一步的开发利用。

1 构建蛋白-卵磷脂复合体的原料及辅助技术

1.1 蛋白质

1.1.1 玉米醇溶蛋白

玉米醇溶蛋白是玉米籽粒中最丰富的储存蛋白,根据其分子大小和溶解度的不同,可分为α-玉米醇溶蛋白、β-玉米醇溶蛋白、γ-玉米醇溶蛋白和δ-玉米醇溶蛋白[9],其中α-玉米醇溶蛋白占比最高。玉米醇溶蛋白的一级结构由3/4的亲脂性氨基酸和1/4的亲水性氨基酸组成,是一种典型的两亲性聚合物[10],其化学结构的稳定性来自范德华力相互作用及分子内氢键作用力[11],且玉米醇溶蛋白中的亲水、疏水部分分区明显,具有不溶于水、溶于乙醇水溶液的特点,它还有良好的生物相容性[12]、自组装特性和抗氧化特性等优点,所以玉米醇溶蛋白在作为生物活性物质、药物的运载体材料方面得到了深入的研究[13]。目前已有多种技术用于制备基于玉米醇溶蛋白的纳米颗粒,如喷雾干燥、超临界反溶剂法、pH值循环反溶剂法[14]和静电纺丝等[15],Chen Shuai等[16]采用抗溶剂共沉淀法制备负载姜黄素的玉米醇溶蛋白-透明质酸纳米颗粒,研究发现其具有高包封率和负载能力,且在模拟胃肠消化时具有更好的抗光降解和控释稳定性。Coelho等[17]采用静电纺丝和喷雾干燥技术制备含有VB12的玉米醇溶蛋白微结构,如薄膜、微粒和静电纺丝纤维等,研究发现其中静电纺丝纤维能够达到100%的封装效率,因此,基于玉米醇溶蛋白可以生产出具有高包封能力的特定形态微结构。综上,以纳米颗粒及膜等载体方式包封营养物质能够改善其水溶性、稳定性以及吸收特性等[18],可广泛应用于食品、医药等领域的递送系统中。

1.1.2 大豆蛋白

大豆蛋白具有非常高的营养价值,是最优质的植物蛋白资源之一,它有良好的生物相容性,现已广泛应用食品工业和生物技术等领域中[19]。根据其蛋白含量不同,可分为大豆分离蛋白、大豆浓缩蛋白和大豆蛋白粉,其中大豆分离蛋白是大豆蛋白最重要的产品之一,它主要由β-伴大豆球蛋白(7S)和大豆球蛋白(11S)组成,并含有相当大比例的极性、非极性和带电氨基酸[20],是包封疏水性生物活性物质的理想递送材料[21]。而且大豆分离蛋白作为一种两亲性物质,能迅速吸附在油/水界面形成黏弹性薄膜,从而为乳液稳定性提供静电排斥。目前,大豆分离蛋白作为递送系统中的运载体已广泛应用于食品、医药等领域,特别是作为提高疏水性生物活性颗粒溶解度的载体[22]。Wu Di等[23]制备负载金丝桃苷的大豆分离蛋白和大豆可溶性多糖的纳米递送体,研究表明其在pH 3.5条件下有较高的封装效率,且金丝桃苷保留了其高抗氧化能力。Wang Songyan等[24]制备负载姜黄素的大豆分离蛋白-纤维素纳米晶体复合颗粒,研究发现该复合体系在不同环境的影响下都能保持相对稳定,并表现出较好的包封率和缓释作用。综上,以大豆蛋白为原料,开发具有高封装效率的可生物降解纳米载体,利用其负载疏水性生物活性化合物并应用于递送系统中有广阔的发展前景。

1.1.3 乳清蛋白

乳清蛋白是一种优质的动物蛋白,含有丰富的营养物质,它的相对分子质量小、氨基酸组成合理、消化吸收率高,并且在消化时还能够生成多种生物活性多肽,具有降低“三高”、提高人体免疫力等多种保健功能[25],所以在递送系统中它既可以作为蛋白组分又可以作为功能性组分,这使得它的应用领域非常广泛。乳清蛋白主要由β-乳球蛋白、α-乳白蛋白、牛血清白蛋白以及免疫球蛋白组成,其中β-乳球蛋白相对含量最高,能够达到50%~55%,它能够与脂溶性维生素相溶,提高生物利用率,而其中的牛血清白蛋白具有特殊的脂结合位点[26],这些特性更拓宽了乳清蛋白的应用方向。但乳清蛋白存在一定的致敏性,且自身的性质并不稳定,某些理化特性并不理想,这限制了它的应用。因此,改变乳清蛋白的结构,使其功能性质得到增强,以进一步扩大其在各个领域的应用是目前研究的重点[27],如在复合体系的构建中可以通过场辅助技术和与其他物质的相互作用改变其空间构象、疏水基团分布等[28],从而实现控制或消除乳清蛋白过敏性的目的。

1.2 卵磷脂

卵磷脂具有降低血清胆固醇含量、治疗糖尿病、保护肝脏等多种功能,广泛存在于动植物组织中,在大豆、蛋黄和动物肝脏中含量最高[29]。它由甘油、磷酸、胆碱和不饱和脂肪酸组成,是具有疏水尾部和亲水头部的两亲分子。目前有研究表明卵磷脂常应用于制备各种载体,且它能够显著提高复合纳米颗粒的包封效率,还可以用于开发功能性食品[30]。因此卵磷脂作为一种良好的乳化剂[31],可以在递送系统中作为生物活性物质和药物的运载体,以应用于食品、医药等领域。本综述中重点关注蛋白-卵磷脂复合体系的构建,因为卵磷脂能够和蛋白发生相互作用,通过改变蛋白的空间构象构建出稳定的复合体系,从而提高递送系统的包封率、运载效率以及实现控缓释等功能,这也是目前食品工业中的研究热点。

1.3 场辅助技术

目前,随着研究的不断深入,已有许多关于场辅助技术构建蛋白基复合体系的探索,其中主要有超声处理和高压处理等,由于这些技术具有生产效率高、延长保质期、改善感官品质等特点,已广泛应用于食品工业中[32]。更重要的是,这些技术能够使不同的物质间进一步发生相互作用,这不仅有助于提高最终产品的营养和安全性,还对复合体系的构建有着非常重要的意义。本文重点关注物理场辅助技术对蛋白-卵磷脂复合体系的影响,使其更好地应用于递送系统,表1整理了超声、高压均质及喷雾干燥的分类及优点。

表1 3 种物理场辅助技术Table 1 Three physical field-assisted techniques

1.3.1 超声处理技术

超声技术是一种新兴的绿色非热处理技术,可用于制造具有纳米颗粒尺寸和良好稳定性的纳米分散体[37],主要原理是通过空化泡、加热、动态搅动、剪切力和湍流等物理效应作用于改性对象[38]。它特殊的空化效应能够增加复合物凝聚的稳定性。它还能够诱导蛋白质暴露高级内部结构[39],蛋白质的结构决定其功能,因此将超声技术合理应用于蛋白复合体系中的前提是要掌握蛋白处理后结构性质的变化。目前超声技术由于具有制备工艺简单、生产成本低、对环境污染小等优点,广泛应用于制备纳米乳液,而纳米乳液对生物活性物质能够地实现有效的保护、递送,以解决其环境不稳定和生物利用率低等缺点。

1.3.2 高压均质处理技术

高压均质是一种非热能技术,可产生强烈的湍流、空化和水力剪切,从而引起蛋白构象发生变化,改善乳化性能[40]。利用高压均质技术处理物料,不仅能够避免营养成分的损失,还能够减小粒径以增加产品稳定性,从而改善其消化吸收特性[41]。高压均质技术还可用于有效制备纳米乳液和微乳,制备的纳米乳液具有抗聚沉、运载营养素吸收快速以及具有良好的贮存稳定性等特点[42],因此常被用作包封亲脂性化合物[43]。且有研究表明,负载疏水性植源活性物的乳液基递送系统在肠道中还能够提高活性物的跨肠膜吸收转运效率[44],因此可以利用这种特点开发出具有与目标物特异性结合能力的递送系统,使活性物质能在特定部位释放,以实现递送过程中控缓释的目的。因此在适当的高压均质条件下,可以构建出稳定的复合纳米乳液体系应用于递送系统。

1.3.3 喷雾干燥处理技术

喷雾干燥是一种应用广泛的微胶囊化技术,也是目前食品工业中制备微胶囊最常用的方法[45]。它的主要原理是将液体原料通过雾化器,形成很多微小的雾滴与干燥的热空气直接接触,溶剂迅速蒸发形成干燥的微小颗粒。目前,喷雾干燥在食品、化学、医药等工业中均具有广泛的应用前景[46],这种技术能够将生物活性物质包封在微胶囊的壁材中,对其进行保护以提高其生物利用率,并赋予芯材缓释、指示等特性。喷雾干燥也是目前蛋白干燥中常用的一种方法,而方法的不同也会导致蛋白的结构和功能特性发生改变,从而对蛋白质的品质产生一定影响[47],所以合理采用喷雾干燥技术能够通过改变蛋白的构象以构建更有效、更稳定的复合体系,从而应用于递送系统。

2 蛋白-卵磷脂复合体系

2.1 玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合体系

Poureini等[48]制备了负载芹菜素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合纳米颗粒,研究发现与单一采用玉米醇溶蛋白或卵磷脂制备的纳米颗粒相比,复合纳米颗粒对芹菜素有更高的包封效率,且具有更好的稳定性和更高的释放率。邓卓丹等[49]制备了包埋槲皮素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合纳米颗粒,研究发现三者主要以氢键、静电和疏水吸引相互作用,且复合纳米颗粒与单一蛋白纳米颗粒相比,能够使槲皮素对热处理的稳定性更高。Dai Lei等[50]制备了用于递送姜黄素的玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合纳米颗粒,研究发现玉米醇溶蛋白与卵磷脂间的相互作用主要是氢键、静电和疏水作用力,且复合纳米颗粒能够显著提高姜黄素的包封率,并提高其对环境的稳定性。玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合体系之间发生的相互作用能够改变蛋白质的二级结构,减少玉米醇溶蛋白颗粒之间的疏水吸引力和增加空间斥力[51],使体系更加稳定。且该复合体系能够作为一种潜在的水不溶性生物活性化合物的递送系统,对物质进行保护和递送。这些发现拓宽了玉米醇溶蛋白的应用,特别是可为功能性食品提供生物活性物质。Shinde等[52]制备了负载香芹酚的玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒,研究发现复合体系有较高的封装效率,并且可以通过口服递送活性物质以治疗结肠癌。由此,玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒具有用于植物酚类化合物口服给药的潜力。Jiang Hang等[53]通过研究水包油包水(W/O/W)双乳液发现,玉米醇溶蛋白纳米颗粒和大豆卵磷脂对乳液的稳定具有协同作用,二者的组合能够实现快速降低界面张力,改善界面活性。可见将玉米醇溶蛋白和卵磷脂复合能够制备出更加稳定的纳米乳液体系,且双乳液的形式也为递送系统的应用提供了一种更好的载体。Dai Lei等[54]研究发现,卵磷脂的存在能够使玉米醇溶蛋白的热稳定性和盐稳定性得到增强。目前许多研究中都可以发现采用单一玉米醇溶蛋白制备纳米粒子应用于递送系统存在着许多局限性,如包封率低、等电点稳定性差[55]、控释效果差以及对环境敏感等[56],导致其难以在食品工业中大规模应用。综上,将玉米醇溶蛋白与卵磷脂复合(图1)能够较好地解决这些局限性所带来的问题,因为构建该复合体系作为运载体具有更强的包封效率,且能够在一定程度上缓解生物活性物质对环境敏感的问题,显著提高了生物活性物质的稳定性和生物利用度[57]。

图1 蛋白-卵磷脂递送系统Fig.1 Protein-lecithin delivery system

2.2 大豆蛋白-卵磷脂复合体系

Liu Conghui等[58]研究发现,经大豆分离蛋白和卵磷脂稳定的亚麻籽油乳液表现出了更好的乳化稳定性。Li Jufang等[59]研究发现卵磷脂与大豆蛋白中两种球蛋白荧光的猝灭方式均为静态猝灭,与荧光剂之间形成了络合物,相互作用主要是通过疏水作用力驱动的,并且结合过程是自发的。王欢等[60]研究发现,增加大豆分离蛋白的浓度能够提高蛋白与卵磷脂复合体系的乳化活性指数和乳化稳定性。这是由于在增加蛋白浓度时,磷脂的亲水基团向水面排列,降低了油-水界面张力,在蛋白质量浓度达到10 mg/mL时,乳化性能趋于稳定。毕爽等[61]研究发现当大豆分离蛋白和卵磷脂质量比为10∶1时最有助于二者发生相互作用,从而使乳液的粒径减小、分散均匀。而有研究表明,乳液平均粒径的减小能够提高乳液的均一性,进而提高其稳定性,并且能够显著提高非水溶性物质、营养素的生物利用率[62]。目前研究较多的大豆蛋白-卵磷脂复合体系为纳米乳液体系,而构建纳米乳液对生物活性物质进行包埋运载能够较好地解决挥发性营养素在水性介质中溶解度差、易挥发等问题,还可以增强人体对活性物质的吸收,并起到在胃肠道中控释的作用[63]。因此构建大豆蛋白与卵磷脂的复合体系不仅能够改善单一大豆蛋白作为运载体的稳定性,还能够对生物活性物质进行更加有效的包埋、传递,使其能够广泛应用于递送系统中。

2.3 乳清蛋白-卵磷脂复合体系

Wang Zhangtie等[64]研究发现乳清分离蛋白和磷脂复合能够减小乳液粒径并提高乳液稳定性。二者发生的相互作用主要是疏水和氢键作用力,这能够改变蛋白质的二级结构。此外,与单一乳清分离蛋白制备的乳液相比,将蛋白-磷脂复合乳液作为递送系统能提高营养素的生物利用度。Sun等[65]研究发现卵磷脂能够增加乳清蛋白的粒径和表观黏度,还能够显著缩短乳清蛋白的凝胶化时间。且二者发生的相互作用主要是疏水力和静电力,这会使蛋白的α-螺旋含量增加,β-折叠含量减少,从而使乳清蛋白的功能特性发生变化。贾娜等[66]研究发现大豆磷脂能够通过疏水作用力改变乳清蛋白的构象,还能够通过增加静电斥力使乳状液的热稳定性得到提高。因此,构建乳清蛋白-卵磷脂复合体系能够改善乳清蛋白本身不稳定所造成的限制,从而提高其对营养素等物质的包封效率和生物可及性,以更好地应用于食品、医药等领域的递送系统中。

表2对蛋白-卵磷脂复合体系的形态、比例及二者相互作用进行了总结。

表2 3 种蛋白与卵磷脂的复合体系特征Table 2 Characteristics of composite systems of three proteins and lecithin

3 构建蛋白-卵磷脂复合体系的方法及其在递送系统中的应用

3.1 物理场辅助技术构建蛋白-卵磷脂复合体系

3.1.1 超声辅助构建蛋白-卵磷脂复合体系

Sui Xiaonan等[67]研究发现超声处理能有效改善大豆分离蛋白和卵磷脂复合乳液体系的乳化活性和乳化稳定性,但应当注意超声功率和处理时间的设置,如果选择不当会对乳液产生负面影响,如超声功率大于300 W时,乳化性能会降低,这可能是因为过度超声使蛋白分子内疏水区域暴露过多,从而导致蛋白质的聚集,复合乳液稳定性降低。毕爽等[68]采用超声技术处理了大豆蛋白-卵磷脂复合凝胶体系,发现在低、中功率的条件处理下,大豆蛋白的α-螺旋结构和无规卷曲结构相对含量减少,而β-折叠结构相对含量提高,这说明在此功率下大豆蛋白和卵磷脂间的相互作用较为明显,有助于改变其结构和功能性质。此外,过度超声处理会导致二者相互作用减弱,从而降低凝胶体系的亲油性和持水性。综上,选用适当频率、时间的超声技术能够有效地构建稳定的大豆蛋白-卵磷脂复合纳米乳液体系(表3),这是由于超声处理能提供给各个油滴之间足够的排斥力。且超声诱导能破坏蛋白质天然折叠结构,使暴露的蛋白质发生分子间的相互作用和聚集。因此,采用如图2中超声处理后的蛋白-卵磷脂复合体系能够更加广泛地应用于包埋、运载和保护营养素、活性因子等物质[69],解决其对环境敏感、生物利用率低等问题。

图2 超声波处理技术的原理Fig.2 Principle of ultrasonic processing technology

表3 物理场辅助构建的蛋白-卵磷脂复合体系Table 3 Physical field-assisted construction of protein-lecithin composite systems

3.1.2 高压均质辅助构建蛋白-卵磷脂复合体系

Xie Hujun等[70]采用高压均质的方法处理了放入薄荷油的玉米醇溶蛋白-卵磷脂-EGCG复合纳米颗粒,研究表明当玉米醇溶蛋白和卵磷脂质量比为4∶1时通过高压均质技术制备的乳液稳定性最高,对薄荷油的保留率也最高。毕爽等[71]研究发现高压均质能使大豆蛋白和卵磷脂复合体系的构象发生改变,二者的相互作用随着压力的增加而增强,从而改善复合体系的稳定性。但应当注意均质压力过高可能会导致蛋白质的重聚集,对乳液产生负面影响。Flores-Andrade等[72]通过高压均质技术制备了加入辣椒油树脂的乳清蛋白-大豆卵磷脂-阿拉伯树胶水包油纳米乳液,以保护和稳定其中的类胡萝卜素,研究表明粒径随着压力的增加而减小,当液滴最小时,类胡萝卜素最稳定。这为未来采用高压均质技术制备封装亲脂性分子的蛋白-卵磷脂递送系统提供了参考。

综上,采用如图3中适宜参数的高压均质技术可以增强蛋白和卵磷脂间的相互作用,从而构建稳定的复合乳液体系,这是由于随处理压力增加,大豆蛋白和卵磷脂自身空间结构都发生改变,蛋白质分子暴露出更多的疏水基团,磷脂的疏水尾部与其发生相互作用使体系亲油亲水程度增强并达到较好的平衡,从而改善大豆蛋白-卵磷脂乳液体系的乳化稳定性等,使复合体系更加稳定。因此通过高压均质处理后的蛋白-卵磷脂复合体系能对生物活性物质有更好的包封效率和保护作用,特别是在亲脂性分子中有着广阔的应用前景。

图3 高压均质与喷雾干燥技术的工作原理Fig.3 Working principle of high pressure homogenization and spray drying

3.1.3 喷雾干燥辅助构建蛋白-卵磷脂复合体系

Wang Shujie等[73]研究发现,采用喷雾干燥技术处理乳清分离蛋白和卵磷脂复合乳液,获得的微胶囊颗粒表面致密,在水中有良好的可再分散性,且具有较高的封装效率,这表明利用喷雾干燥技术可以得到具有理想性能的乳清分离蛋白-卵磷脂微胶囊,但应当注意在制备过程中卵磷脂的浓度不宜过高。石燕等[74]研究发现,添加卵磷脂能使乳清分离蛋白的内源荧光发生静态猝灭,酪氨酸和色氨酸残基周围微环境同时发生改变,降低疏水性,导致乳清分离蛋白构象发生改变,从而影响界面蛋白间的相互作用,防止因油滴合并导致的破乳现象,再经喷雾干燥技术处理,就能够获得完整的乳清分离蛋白-卵磷脂复合体系微胶囊壁,从而提高微胶囊化的效率。

综上,通过如图3中喷雾干燥技术制备微胶囊时,首先要制得稳定的乳状液,而乳清分离蛋白和卵磷脂是制备微胶囊时常用的壁材及乳化剂,且经喷雾干燥技术构建的乳清分离蛋白-卵磷脂微胶囊表面致密完整,有良好封装效率,因此将其作为运载体包封保护生物活性物质、药物能够有效应用于递送系统中。

3.2 蛋白-卵磷脂复合体系在递送系统中的应用

3.2.1 负载药物的复合体系在递送系统中的应用

Fu Wen等[75]制备负载三七总皂苷(notoginsengtriterpenes,PNS)的玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒(nanoparticles of PNS-lecithin-zein,PLZ-NPs),其中玉米醇溶蛋白用于增加复合体系在胃肠环境中对酸和酶的抵抗能力,卵磷脂被用作脂质组合物改善PNS的吸收率以及增强纳米颗粒的载药能力,研究表明PLZ-NPs的口服生物利用度高于游离的PNS,且其对胃肠环境的酸和消化酶具有较强的抗酶解能力。Zhang Shuang等[76]制备了具有核壳结构的负载酮康唑的玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒(ketoconazole loaded lecithins-zein nanoparticles,KLZ-NPS),研究发现由于卵磷脂具有与细胞膜相似的成分,所以该纳米颗粒能够提高酮康唑的渗透能力,还能延长其在不同皮肤层的滞留时间,从而增加皮肤中药物的浓度。KLZ-NPs还能够实现持续释放以延长给药间隔,解决了抗真菌药物制剂在临床使用中药效持续时间短的缺点。Xie Zhonghui等[77]制备了具备核壳结构的负载雷帕霉素(rapamycin,RAPA)的VE聚乙二醇琥珀酸酯(vitamin E polyethylene glycol succinate,TPGS)-卵磷脂-玉米醇溶蛋白纳米颗粒(rapamycin loaded TPGS-lecithins-zein nanoparticles,RTLZ-NPs),研究发现其有较高的载药能力,且在胃肠道环境中都有良好的抗酸/酶能力。此外,SD大鼠对于经RTLZ-NPS负载的RAPA的相对口服生物利用度比游离RAPA高4.33 倍。

综上,玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合纳米颗粒可以有效地应用于药物的递送系统中,其不仅能够通过口服给药,还能够用于皮肤给药。在通过口服给药时,玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒在胃肠道中能够抵抗酸、酶等环境对药物的影响,从而提高口服生物利用度,且目前许多研究都表明口服药物具有缓释作用[73];在通过皮肤给药时,玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒能够使负载药物通过皮肤附着结构渗透到皮肤中,增加药物的渗透率和保留率,值得注意的是,药物还可以从纳米颗粒中持续释放以达到缓释效果。因此玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒也是一种很有前景的药物递送系统,具有控缓释、提高药物生物利用度、延长疗效等优点,具体总结见表4。

表4 蛋白-卵磷脂复合体系在递送系统中的应用Table 4 Application of protein-lecithin composite systems in delivery systems

3.2.2 包封油脂的复合体系在递送系统中的应用

Sandoval-Cuellar等[79]分别制备了乳清蛋白和大豆卵磷脂复合粗乳液和纳米乳液作为高油酸棕榈油的递送系统,并进行了体外消化实验。研究发现,在肠道阶段,纳米乳液较粗乳液相比显示出更高的释放速率常数和更少的游离脂肪酸最终释放量,但是在胃阶段两种乳液都不稳定,这是由于乳清蛋白容易受到胃高酸性环境的影响。Wang Shujie等[80]采用喷雾干燥技术,将乳清分离蛋白、卵磷脂和玉米糖浆作为壁材,对牡丹籽油进行包封,研究发现微囊化能够增强牡丹籽油的氧化稳定性。在模拟胃肠消化后,结果表明在胃阶段,微胶囊的壁材能够较好地保护油脂,而在肠道中消化一段时间后,微胶囊释放的油量会急剧增加,显著高于胃阶段的释放量。周麟依等[81]分别采用高压均质、超声和空化射流3 种方法制备了包裹鱼油的大豆分离蛋白-磷脂酰胆碱纳米乳液和微胶囊,研究发现这3 种微胶囊的包埋效果都较好,但空化射流得到的微胶囊具有最高的包埋率,且具有更好的热稳定性和氧化稳定性。因此,微胶囊可以作为一种有效的递送载体,它可以在肠道中的理想部位进行释放,确保脂质的消化和吸收主要发生在小肠中,以达到递送体系的控释效果。

综上,乳清蛋白-卵磷脂复合纳米体系可以有效地应用于油脂的递送系统中,它能够较好地包封脂类物质,但是在模拟胃肠道消化实验时可以看出,微胶囊递送方式似乎要优于乳液递送方式,因为在胃部阶段时乳清蛋白-卵磷脂复合乳液并不稳定,乳清蛋白较易受到胃环境的影响,因此针对这一问题可以进行更深的研究,以提高包封在纳米乳液中生物活性化合物的生物可及性,拓宽其在各个领域递送系统中的应用(表4)。

3.2.3 包封其他物质的复合体系在递送系统中的应用

Xie Hujun等[82]制备了包封EGCG的玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合纳米颗粒(zein-lecithin-EGCG complex nanoparticles,ZL/E),研究表明其具有良好的包封率,且在进行模拟胃肠道消化实验中,发现随着消化时间的延长,玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合纳米颗粒包封的EGCG在模拟胃液中得到了很好的保护,具有良好的稳定性,而在模拟肠液中EGCG大量释放,累计释放量分别为19%和92%,这表明ZL/E实现了控缓释的目的。Chuacharoen等[83]研究了在有卵磷脂和泊洛沙姆F127表面活性剂的条件下,负载叶黄素的玉米醇溶蛋白纳米颗粒的稳定性和控释能力,结果表明使用表面活性剂能显著提高纳米颗粒的包封效率以及在不同环境下的化学稳定性,并且发现其在磷酸盐缓冲液(phosphate buffered saline,PBS)中能够减缓叶黄素的释放。江连洲等[84]利用超声技术制备了包埋β-胡萝卜素的大豆蛋白-磷脂酰胆碱复合纳米乳液,发现大豆蛋白与磷脂酰胆碱相互作用的增强能够提高纳米乳液对营养素的包埋运载效果,从而提高β-胡萝卜素的稳定性及生物利用度。

综上,玉米醇溶蛋白-卵磷脂纳米颗粒能够提高对多酚及类胡萝卜素的包封效率,并且其递送系统具有良好的控缓释能力。大豆蛋白-磷脂酰胆碱复合纳米乳液能够提高对β-胡萝卜素的包埋运载效率,其中磷脂酰胆碱是卵磷脂的主要组成成分,所以可以推测大豆蛋白-卵磷脂复合乳液体系也能够对生物活性物质有良好的包埋运载效率。因此,可以尝试采用玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合体系和大豆蛋白-卵磷脂复合体系对生物活性物质进行包封运载,从而应用于食品、医药等领域(表4)。

4 结语

本文综述在超声、高压均质、喷雾干燥3 种场辅助技术下构建玉米醇溶蛋白、大豆蛋白、乳清蛋白与卵磷脂复合体系的研究进展,并对它们在递送系统中的应用进行总结,其中涉及纳米颗粒递送体系、纳米乳液递送体系、微胶囊递送体系,为这些递送体系在对生物活性物质、药物进行包封、保护、控缓释等方面的应用提供了理论指导。与此同时,对于物理场辅助构建蛋白-卵磷脂复合体系方面有以下展望:

除上文提到的3 种蛋白,目前对于其他单一蛋白与卵磷脂复合体系也有较多研究,如鱼卵水解蛋白-卵磷脂复合体系[85]、肌原纤维蛋白-卵磷脂复合体系[86]等,未来可以重点构建多组分蛋白和卵磷脂共同结合的复合体系,探讨组分之间相互作用对复合系统结构性能的影响,构建得到包封率更高、稳定性更好的精准“靶向”功能型递送体系。蛋白和卵磷脂相互作用会导致复合体系构象发生变化,而结构对于复合体系精准营养与个性化功能设计在食品领域的应用影响显著,目前已有研究将鱼卵水解蛋白和卵磷脂复合乳化剂应用于β-胡萝卜素饮料中[87];还有研究探索了蛋清蛋白与卵磷脂的互作,以及卵磷脂浓度对蛋白理化性质和复水行为的影响,这在一定程度上解决了蛋清蛋白粉在食品工业中的复水行为带来的限制[88],故未来可以进一步探索组分之间相互作用对蛋白和卵磷脂在特定功能特性方面是否会产生协同增效亦或拮抗作用。压力、超声物理场辅助构建玉米醇溶蛋白-卵磷脂复合体系和乳清蛋白-卵磷脂复合体系的研究相对较少,特别是在不同的压力、超声物理场辅助技术下对于这两种蛋白与卵磷脂之间的相互作用需进一步开展深入研究。而对于压力、超声物理场辅助构建大豆蛋白-卵磷脂复合体系的研究,现已能够较好地阐述二者间的相互作用,以及构象如何变化,但大多研究只针对于卵磷脂的添加对复合乳液体系的影响,也有部分对于亲脂性物质的包封,如牡丹籽油、鱼油等[89]。未来应在此基础上进一步开展对多种生物活性物质、营养功能组分、医用药物等成分的包埋与负载,以拓宽其在递送系统上的具体应用开发。在未来的研究中可以尝试联用两种及以上物理场辅助技术构建蛋白-卵磷脂复合体系,研究其对蛋白-卵磷脂构象的影响规律,阐明纳米复合体系中各组分间相互作用机制、动力学及热力学稳定模型,提高复合体系递送效率。

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新西兰恒天然浓缩乳清蛋白检出肉毒杆菌