类胡萝卜素稳态化技术的研究进展

王思元1,王惜童1,孙露川阳1,吴哲1,王帅1,任丹丹1,汪秋宽1,吴文忠2

(1.大连海洋大学 食品科学与工程学院,辽宁 大连 116023; 2.大连医诺生物股份有限公司,辽宁 大连 116023)

摘要:类胡萝卜素在人体健康方面发挥多种重要的作用,但由于类胡萝卜素在加工及贮藏中不稳定且生物利用率不高,需通过稳态化技术提高其稳定性和生物利用率。微胶囊包埋、脂质体和纳米乳液制备技术;这3种稳态技术均能有效提高类胡萝卜素的稳定性和生物利用率,但各具优势。微胶囊可掩盖包埋物的不良味道和气味、降低包埋物损失率等,但设备复杂、生产成本高;脂质体具有水分散性好、毒性小及生物相容性较好等特点,但产品稳定性相对较低;纳米乳液形态均一稳定,但所用溶剂大多为非食品级。本研究中对类胡萝卜素微胶囊包埋、脂质体制备、纳米乳液制备3种常见的稳态化技术进行了综述,可为进一步提高类胡萝卜素稳定性及生物利用率研究提供参考。

关键词: 类胡萝卜素;稳态化;微胶囊;脂质体;纳米乳液

类胡萝卜素(Carotenoids)是一类自然界中广泛分布的脂溶性色素。类胡萝卜素的生物合成仅在植物及一些细菌和真菌中发生,在人体内无法合成。目前,已发现的类胡萝卜素种类多达800余种,其主要分为两大类[1]:一类是仅含碳氢元素的胡萝卜素,如β-胡萝卜素、番茄红素等;另一类是含氧类胡萝卜素,如叶黄素、玉米黄质、岩藻黄素等。类胡萝卜素具有多种生物活性,在动植物界均具有重要的生理功能,如抗氧化、增强免疫、抗癌作用等[2],叶黄素、玉米黄质还具备独特的护眼、护肤和预防紫外线的功能[3-5]。它们在植物的光合作用中起着非常重要的作用,并且因其颜色鲜艳醒目,现已作为着色剂,被广泛应用于食品、药品中[6]

有研究显示,类胡萝卜素在食品加工及贮藏过程中易受光、热、氧、酸、碱等影响产生不同程度的异构化[7],且其在胃肠道消化时也会受到化学因素和酶等不同程度的影响,使其稳定性及生物利用率大幅降低[8]。Faukles等[9]研究发现,膳食类胡萝卜素吸收的每个步骤都可能受到多个因素的影响,从而难以评估每个因素对类胡萝卜素总体生物利用度的影响。因此,为了推广类胡萝卜素的应用,就必须对其采取一定的保护措施,提高其在应用体系中的稳定性。稳态化技术是通过物理或化学等方法对易受环境因素影响、不稳定的物质进行处理,以提高其稳定性的技术,其中较常用的主要包括微胶囊包埋、脂质体、纳米乳液制备等技术。目前,国内外学者针对该领域进行了大量研究,主要利用上述技术对类胡萝卜素进行处理,以提高其稳定性及生物利用率。本研究中对微胶囊、脂质体、纳米乳液这3种技术在类胡萝卜素上的应用进行了综述,以期为制备高稳定性和高生物利用率的类胡萝卜素制剂提供技术参考。

1 微胶囊包埋技术

微胶囊(Microcapsules)是将人们日常口服的胶囊缩小到直径为5~200 μm的微小胶囊,由壁材和芯材构成,芯材可以是固体、液体或气体[10]。微胶囊技术是近五十年重点研究的高新技术之一,并且在提高被包埋物的稳定性及生物利用率等方面起到重要的作用。目前微胶囊技术已应用于食品、医药、农药、饲料、化妆品等行业。

1.1 微胶囊的制备方法

从1954年美国的Green利用复凝胶法制备微胶囊至今,微胶囊的制备方法已有约200多种[11]

根据其形成机制微胶囊的制备方法大致分为3大类,即机械法、化学法、物理化学法。

机械法即利用物理和机械原理的制备方法,该方法需要的设备较复杂,生产成本较高[12-15]。其中喷雾干燥法、喷雾冷却法、挤压法等方法较多地运用到类胡萝卜素微胶囊的制备中,而喷雾干燥法制备工艺简单、费用小,产物分散性和溶解性较好。周迪等[16]利用高温喷雾干燥法和冷凝喷雾干燥法制备类胡萝卜素微胶囊,通过优化制备条件,得到冷凝喷雾干燥在乳液黏度为500~1000 CP、乳液/淀粉流量比为1/5、离心头转速为900 r/min、淀粉送风温度为 12.5 ℃、喷雾环孔径为0.33 mm、乳液温度为45~55 ℃的条件下,制备的类胡萝卜素微胶囊稳定性较好。Shen 等[17]利用喷雾仪干燥法以乳蛋白(乳清蛋白分离物,WPI或酪蛋白酸钠,SC)和碳水化合物(可溶性玉米纤维,SCF 70)的混合物用作壁材料包封虾青素,以提高其在食物中的稳定性。朱选等[18]利用喷雾干燥法优化β-胡萝卜素微胶囊的制备工艺,得到在乳化温度为70 ℃、均质压力为40 MPa 、 喷雾干燥进风温度为195 ℃、出风温度为(85±5)℃、进料固形浓度为20%的条件下,β-胡萝卜素微胶囊产率最大。

化学法即利用小分子聚合生成高分子或膜材料包埋芯材[19]。该方法较少用于包埋类胡萝卜素。

物理化学法即通过调节温度、pH值等在溶液中聚沉并将芯材包埋成微胶囊,该方法普遍存在成本高的缺点[20]。物理化学法中制备类胡萝卜素微胶囊的主要方法为复合凝聚法[21]。李世伟等[22]利用复凝聚法制备β-胡萝卜素微胶囊,并优化制备工艺,得到在芯壁比为1∶2、壁材比为1∶1、pH值为3.8、搅拌速度为400 r/min的条件下,β-胡萝卜素微胶囊产率为94.38%。周庆新等[23]以乳清蛋白/阿拉伯胶为壁材,利用复凝聚法制备雨生红球藻虾青素酯微胶囊,有效提高了虾青素酯的稳定性。杜艳丽等[24]在研究辣椒红素稳定性时利用复凝聚法并加入多种非离子型表面活性剂对其进行包埋,结果显示,蔗糖脂肪酸酯有效提高了辣椒红素微胶囊的稳定性。

1.2 微胶囊包埋技术对其性能的影响

微胶囊技术在20世纪30年代被Wuster和Green研发,随后发展迅速。微胶囊最早在食品领域的应用是用于固体香料的制备[25]。微胶囊的主要作用有:使液体粉末化;掩盖被包埋物质的苦味和难闻气味;保护被包埋物质免受外界环境的影响,降低其损失率;还可控制被包埋物质的释放,提高其利用率[26]。将类胡萝卜素通过微胶囊技术包埋可提高其溶解性、对外界环境的耐受性及生物利用率。1985年Beatus等[27]较早地将微胶囊技术应用于类胡萝卜素,其通过喷雾干燥技术,利用麦芽糊精作为壁材,制备出形态较好的虾青素微胶囊。Wagner等[28]研究不同DE值的淀粉水解物对喷雾干燥后的胡萝卜素稳定性的影响,得出高DE值的淀粉水解物对胡萝卜素有更好的保留效果。熊科等[29]研究了天然β-胡萝卜素微胶囊的稳定性,经长期储存并检测显示,被微囊化的天然β-萝卜素的稳定性有明显提升。王丽等[30]通过研究得到海带类胡萝卜素微胶囊包埋率为92.16%、产率为89.95% 的制备工艺,并且在该工艺下制备的类胡萝卜素微胶囊具有良好的稳定性。周迪等[31]通过喷雾冷凝干燥技术对玉米黄质进行多重包埋,结果显示,经包埋后的玉米黄质其稳定性和温水易溶性得到了明显的提升,从而扩大了玉米黄质的应用范围。彭文等[6]将叶黄素微胶囊化,与牛磺酸、菊花、VC、糖等辅料制备成保健饮品,经考察,与未经处理的纯叶黄素相比,其保存率提升至90%。

2 脂质体制备技术

脂质体(Liposome)是由两亲磷脂组成的直径仅为几十纳米甚至数微米的微小球形结构,其排列在磷脂双层内部和磷脂双层间的一个或多个同心双层与水相中。脂质体根据其结构分为多层囊泡(MLV,0.1~15 μm)、小单层囊泡(SUV,25~50 nm)、大单层囊泡(LUV,100 nm~1 μm)、巨单层 (GUVs,1.0~200 μm)和多囊泡(MVVs,1.6~10.5 μm)。

2.1 脂质体的制备方法

常用的制备脂质体方法分为机械分散法和溶剂分散法。

2.1.1 机械分散法 机械分散法主要包括薄膜分散法、超声分散法和挤压法等[32]

薄膜法是最传统的制备方法,它是用有机溶剂溶解包埋物后除去有机溶剂,加入缓冲溶液充分溶解后进行旋转蒸发,形成一层均匀薄膜即为脂质体。李淑梅等[33]采用逆相蒸发法和薄膜分散法制备番茄红素脂质体并通过优化工艺提高包封率,在卵磷脂与胆固醇之比为3∶1、温度为35 ℃、番茄红素与磷脂比例为1∶6、旋转速度为200 r/min的条件下,番茄红素脂质体的包封率可达71.26%。Xia等[34]选用薄膜超声法分别制备叶黄素、β-胡萝卜素、番茄红素、角黄素脂质体,以探究类胡萝卜素与脂质双层相互作用机制,结果表明,类胡萝卜素的分子结构和掺入浓度决定脂质体膜的动力学、结构和疏水性。

超声分散法又分为探头超声和水浴超声,该方法可使多层囊泡(MLV)被超声波处理,或被探头式超声波仪进行超声波处理得到单层囊泡(SUV)。其主要缺点是内部体积/封装效率较低,磷脂和待包封物可能降解消除大分子、探针尖端的金属污染,以及处理不完全导致MLV与SUV共同存在[35]。孔祥辉[36]采用薄膜-超声分散法制备番茄红素脂质体,确定最佳工艺条件为:植物甾醇与磷脂质量比为4∶5、番茄红素载量为3%、Tween80浓度为1.5%、磷脂浓度5%、超声功率为225 W/cm2、超声时间为10 min,在此优化工艺条件下得到番茄红素脂质体包封率为88.05%。陈萌[37]利用将薄膜法和超声分散法结合制备辣椒红素脂质体,通过响应面分析方法优化制备工艺,在脂药比为22∶1、超声时间为12 min、有机溶剂添加量为25 mL的条件下,包封率为98.98%。金文等[38]为解决叶黄素和花青素不能在同一溶液体系下使用问题,利用超声分散法制备出包埋率为38.37%±4%的叶黄素-花青素脂质体,为两者在功能性饮品及口服液应用方面奠定了理论基础。Pintea等[39]选用蛋黄卵磷脂为壁材,通过薄膜-超声法制备叶黄素、玉米黄质、β-隐黄质等多种类胡萝卜素脂质体,用于比较不同类胡萝卜素与脂质体间的相互作用,结果表明,叶黄素经叶黄素酯作用后与脂质体膜的结合更好。

挤压法是利用压力传感器通过一个小孔口挤压MLV。该方法得到的脂质体比超声处理的SUV更大。其缺点是高温难以达到,体积相对较小(最大约为50 mL)[40]。该方法较少应用于类胡萝卜素脂质体的制备。

2.1.2 溶剂分散法 溶剂分散法主要包括乙醇(乙醚)注入法、逆相蒸发法等[41]

乙醇(乙醚)注入法是将溶解在乙醇或乙醚的甲醇混合物中的脂质溶液逐渐注入待封装材料的水溶液中,在55~65 ℃、减压、真空条件下除去乙醚产生脂质体。焦岩等[42]选用乙醇注入法制备叶黄素脂质体,得到叶黄素脂质体最佳制备工艺为:叶黄素用量为0.51 mg/mL、卵磷脂与胆固醇(质量比4∶1)用量为5.0%、pH为7.4、温度为62.9 ℃,在此优化条件下得到叶黄素纳米脂质体包封率为91.20%±0.56%,经研究显示,叶黄素纳米脂质体能有效提高叶黄素的热稳定性和抗氧化性能。该技术的主要缺点是产生的脂质体不均匀。马玉萍[43]选用磷脂胆固醇为壁材,通过乙醚注入法制备叶黄素脂质体,并优化制备工艺,在磷脂与胆固醇比为5∶1、叶黄素与磷脂比为1∶10、磷脂浓度为4%、磷酸盐缓冲液pH值为6.5、剪切速度为12 000 r/min、剪切时间为3 min的条件下,包封率为97%,且经壳聚糖包埋后包埋率达到98.26%,通过将叶黄素脂质体和叶黄素壳聚糖脂质体对大鼠灌胃试验得出,叶黄素壳聚糖脂质体提高了叶黄素的水溶性、稳定性及在大鼠体内的生物利用率。

逆相蒸发法是在脂质体制备技术方面的一个新进展,因其可制备具有高含水空间-脂质比率的脂质体,并具有捕获大百分比含水物质的能力。郎朗等[44]利用逆相蒸发法制备叶黄素口服脂质体,平均包封率达到54.33%,物理稳定性较好。该技术的主要缺点是有机溶液的残留及超声处理,这些条件可能会导致DNA链断裂或某些蛋白质变性。

2.2 脂质体制备技术对其性能的影响

脂质体自20世纪60年代由Bangham等[45]发现并命名以来,因其具有良好的水分散性和生物相容性,无免疫抑制作用,毒性小,以及可提高被包埋物的稳定性和生物利用率等,被广泛地应用于生命科学领域。脂质体作为药物输送体系从实验室研究到临床应用已经历近60年,在抗肿瘤、抗感染等方面取得了优异的效果。Fresta等[46]发现,脂质体作为抗微生物药物递送载体,脂质体能增强感染部位的抗生素浓度(被动或主动靶向),增加杀菌效力(通过与细菌膜融合),改善药物摄取并降低潜在毒性的毒性抗菌剂。Satoru等[47]用脂质体包裹β-胡萝卜素,并研究β-类胡萝卜素和β-类胡萝卜素脂质体的抗肿瘤效果,结果后者的抗肿瘤效果更好。田艳燕等[48]通过对大鼠灌胃番茄红素油和番茄红素脂质体以研究番茄红素脂质体的药代动力学和抗氧化功能,结果显示,番茄红素油相比番茄红素脂质体可显著提高机体内抗氧化酶的活力,抑制脂质过氧化。张必芳等[49]利用薄膜-超声法制备平均粒径小于40 nm的番茄红素纳米脂质体,通过在小鼠体内试验得出,番茄红素脂质体可提高口服番茄红素的生物利用率,且具有明显的抗氧化作用。蒋江虹等[50]研究β-胡萝卜素脂质体对大鼠中性粒细胞内外源活性氧损伤膜的保护作用,结果显示,β-胡萝卜素脂质体对细胞外源活性氧造成的膜脂、膜蛋白质的损伤,以及内源活性氧造成的膜蛋白质损伤均有较好的防护效果。Peng等[51]通过超声波法制备虾青素脂质体,解决了虾青素在应用过程中的在水溶液中溶解性差的缺点,并通过细胞测试得出,虾青素通过脂质体包封提高了其在细胞中的生物利用率。

近年来,脂质体也逐渐在食品工业、农业中被广泛应用。脂质体在食品工业中最重要的是作为营养物质的输送体系,主要负载类胡萝卜素、维生素等稳定性及利用率较低的可为人体提供诸多重要生物活性的物质。脂质体最早应用于食品领域是用于乳制品中酶的包埋[52]。脂质体可以改善营养物质溶解性和分散性,提高人体对营养物质的吸收,控制营养物质的释放速度,提高营养物质的稳定性和生物利用率,掩盖难闻气味等。Moraes等[53]研究经脂质体包封的β-胡萝卜素在一定贮存期后的变化,结果显示,贮存60 d后β-胡萝卜素脂质体的包封率良好,其色值变化较小。

脂质体在实际生产中存在许多局限性,例如脂质体对酸、热等敏感,在贮藏期间易聚集融合、絮凝,导致芯材泄漏。近年来,研究者逐渐解决了这一问题。刘玮琳等[54]利用壳聚糖修饰的粗脂质体为研究对象,通过加速氧化(加热)、紫外照射-自由基诱导和模拟体外消化等处理后的脂质体平均粒径、表面电荷、丙二醛含量等的变化,研究壳聚糖的修饰对脂质体稳定性的影响。经修饰的脂质体比未经修饰的脂质体的稳定性明显提升。焦岩等[55]利用乙醇注入法制备玉米黄素脂质体,并用壳聚糖修饰,结果显示,经修饰的脂质体比未经修饰的脂质体可更有效提高玉米黄素的稳定性。Tan等[56]利用静电吸附壳聚糖修饰类胡萝卜素脂质体以弥补脂质体在特定环境下的不稳定性,结果显示,通过壳聚糖保护层有效地解决了类胡萝卜素脂质体对酸、热等环境敏感的问题。目前,脂质体不稳定问题严重地限制了其在类胡萝卜素包埋应用中的前景。除壳聚糖外,还有海藻酸钠等也可对类胡萝卜素脂质体进行包埋以提高脂质体的稳定性。

3 纳米乳液制备技术

纳米乳液(Nanoemulsion)这一概念在1959年由Schulman提出,是一类由粒径非常小的液滴构成的透明或半透明液体,其大小通常在50~200 nm范围内,比传统乳液(1~100 μm)小得多。根据水油比例可分为水包油型、油包水型和双连续型,具有粒径小、光学透明、表面活性强和吸附性强等特性,且与大尺寸颗粒相比,其在化学反应、电导率和光学效果等方面体现了不同的特性[57]

3.1 纳米乳液的制备方法

目前,纳米乳液常见制备方法主要分为低能乳化法和高能乳化法。低能乳化法基于在特定环境条件(组成、温度、搅拌)下在表面活性剂-油-水(SOW)体系中自发形成细油滴,然后被捕获在亚稳态[58]。高能乳化法是通过外界机械能将乳液粒子破碎达到均一稳定的乳化体系[59]

3.1.1 低能乳化法 低能乳化法包括自发乳化(Spontaneous emulsification,SE)法、相转变温度(Phase inversion temperature,PIT)法和乳液转变点(Emulsion inversion point,EIP)法[60-61]。该类方法所需能量、成本较低,但需较高浓度的表面活性剂和助表面活性剂才可形成均一稳定的乳液。其中自发乳化法在类胡萝卜素微胶囊的制备中常用。

自发乳化法是在特定条件下,油相和水相混合后水溶性物质从油相穿过到达水相过程中自发形成的纳米乳液的小液滴。影响因素主要有水/油相组成、温度、pH、离子强度、搅拌速度、料液比等[62]。Anarjan等[63]利用乳化-蒸发法制备虾青素纳米乳液,并利用响应面技术研究其主要的加工条件。Anarjan等[64]将稳定体系通过自发乳化法制备虾青素纳米乳液,并评估其对pH、盐度和温度的稳定性,结果显示,虾青素纳米乳液的物理稳定性良好。陈风平[65]利用低能乳化法制备虾青素纳米乳液,并比较了几种纳米运载体系,结果表明,最佳纳米乳体系为油酸聚乙二醇甘油酯/聚氧乙烯氢化蓖麻油(35)/蒸馏水。

对于食品和饮料行业中的某些应用,低能方法可能比高能方法更具有优势:其通常在生产非常细小的液滴方面更有效;更低的设备和能源成本,并且更容易实施;另一方面,低能量体系也存在一些潜在的缺点,包括可用于形成稳定的超细乳液油和表面活性剂类型的限制,以及需要相对高浓度的表面活性剂。

3.1.2 高能乳化法 在食品工业中,通常使用高能量方法生产超细乳液,例如高压微射流、高压阀均质化和超声处理[66-68]。这些方法会产生强烈的破坏力,机械地将油相分解成分散在水相中的微小液滴[69]。使用高能方法生产超细乳液有许多限制,例如初始设备和操作成本高,功率要求高,存在设备故障的可能性,以及难以符合食品添加成分(如高黏度油或缓慢吸附乳化剂)的要求[70]

高压微射流法是利用液压泵使乳液再穿过一个狭小的空间时发生强烈的碰撞,从而形成均一稳定的纳米乳液。该方法制备的纳米乳液的粒径受均值压力、次数、乳化剂浓度等的影响,可有效制备更小粒径的纳米乳液。徐丽青[71]利用高压微射流法制备岩藻黄素纳米乳液,经研究得出加大均质压强和均质次数均可减小其粒径,可达到均一稳定的岩藻黄素纳米乳液,与Qian等[72]研究的高压均质中均质压力和次数对粒径大小的影响结果一致。

高压均质法原理与微射流法相似,通过高压均质机产生的强大冲击力使较大的液滴破碎成小液滴,从而形成粒径较小的纳米乳液[73]。曹雯丽[74]利用熔融-乳化-高压均质技术制备番茄红素纳米分散体系,优化工艺为:将番茄红素油树脂、丙三醇、氢氧化钾、无水乙醇按体积比为4∶3∶1∶1的比例,于65 ℃条件下皂化、萃取分离,再用70 ℃乙酸乙酯溶解并自然冷却结晶,经分离后番茄红素含量高达98%,用Tween-20和Span-20复配作为乳化剂,在乳化剂添加量为3%、温度为50 ℃、时间为8 min的条件下制备出番茄红素-食用油-水乳化体系,其中番茄红素的含量可达4.770 mg/mL,研究显示,番茄红素的稳定性明显提升。毛立科等[75]选择吐温20、十聚甘油单月桂酸酯、辛烯基琥珀酸淀粉酯、乳清分离蛋白4种乳化剂(质量分数均为1%),利用高压均质法制备β -胡萝卜素纳米乳液,结果显示,纳米乳液粒径主要分布在115.0~303.0 nm, 多分散系数为0.09~0.30,含有辛烯基琥珀酸淀粉酯、乳清分离蛋白的纳米乳液粒径明显大于吐温20、十聚甘油单月桂酸酯的纳米乳液 (P<0.05),而含有乳清分离蛋白的纳米乳液中β-胡萝卜素的稳定性最高。吴婉怡等[76]为提高虾青素稳定性,以卵磷脂为乳化剂利用高压均质法,并通过响应面法优化制备,得到最佳制备工艺:乳化剂质量分数为1%、乳化温度为55 ℃、乳化时间为45 min、油水比为1∶8.5、虾青素添加质量分数为0.5%,在此条件下虾青素的负载率可达到90.41%。Tan等[77]为扩大β-胡萝卜素在食品方面的应用,利用高压均质法和微射流法制备得到粒径为60~140 nm的β-胡萝卜素纳米乳液。

超声波法是通过超声波探头释放超强破坏力使溶液破碎形成纳米乳液[78],常与其他方法结合制备纳米乳液。柴星星等[79]利用乳化法得到水包油型粗乳液,经超声波破碎后得到番茄红素纳米分散体。孙莹等[80]利用乳化-蒸发法,经超声破碎得到粒径为93.87 nm的番茄红素纳米乳液。魏红春[81]选用超声乳化法制得粒径为190 nm的β-胡萝卜素纳米乳液,且有较高的稳定性。张晓燕[82]从南极磷虾壳中提取虾青素,选用卵磷脂和壳聚糖经超声探头制备成虾青素纳米乳液,结果表明,虾青素纳米乳液可有效提高虾青素的稳定性,并可长效保持虾青素的总还原力和抗氧化活性。

3.2 纳米乳液制备技术对其性能的影响

2003年9月,美国学者Scott等[83]先报道了关于将纳米技术应用到农业和食品行业的研究。纳米乳液在食品和营养学中的一个重要的应用是设计和开发具有改善水溶性、热稳定性、口服生物利用度、感官属性和生理性能的新型功能性食品成分,被广泛地应用于药品、化妆品等行业领域。它主要起到包埋、保护和运载脂溶性功能成分的作用。近年来,纳米食品发展迅速,将食品分子进行纳米级控制可能会导致许多宏观特征的改变,例如质地、口感、其他感官属性、可加工性和货架期稳定性,其中,通过纳米技术构建营养物质输送体系,提高营养物质的稳定性、靶向性是纳米食品技术研究的核心和重点[84]。Salvia-Trujillo等[85]通过研究载体油组合物[中链甘油三酯(MCT)与长链甘油三酯(LCT)]和总载体油浓度(质量分数为1%或4%)在模拟消化过程中对物理稳定性、脂质消化率和β-胡萝卜素负载纳米乳液的生物可利用性的影响,得出通过使用低脂LCT纳米乳液或高脂MCT纳米乳液可提高β-胡萝卜素的生物可利用性。

目前,与纳米乳液相关技术还有纳米颗粒、纳米囊、纳米球、纳米胶束、分散液等。刘占军等[86]利用将虾青素与淀粉接枝聚甲基丙烯酸甲酯纳米粒结合形成虾青素纳米颗粒的方法提高虾青素的稳定性。张泽生等[87]利用聚乙二醇-聚己内酯两亲性嵌段共聚物为载体包载叶黄素形成纳米束,有效地改善了叶黄素的光和热稳定性,减小了pH和氧气等对其的影响。赵英源[88]选用鲑鱼精DNA和壳聚糖两个天然大分子包裹虾青素形成稳定、均一虾青素纳米体系,并经体外试验进一步证实了虾青素纳米体系的抗氧化特性。孙莹[89]采用纳米技术制备番茄红素纳米分散体,提高了番茄红素与胃肠道的接触面积,从而有效提高了番茄红素的吸收率和生物利用率。类胡萝卜素纳米乳液混合体系更接近均相体系,改善后的产品外形达到消费者满意的感官需求。纳米乳液技术虽有较好的应用前景,但设备要求高、成本高,并且很多溶剂不是食品级的无法被消费者接受等问题还需进一步解决。

4 展望

类胡萝卜素是一种具有多种生物活性、来源丰富的健康资源。如何提高类胡萝卜素的稳定性、生物利用率已成为近期对类胡萝卜素研究的热点,因此,需要找到适合商业化应用的包埋方法,以拓展其在食品工业、农业、医疗保健中的应用。微胶囊技术、脂质体技术和纳米乳液技术是目前最常用且研究较多的稳态化技术。本研究中对这3种稳态化技术的研究现状进行了总结归纳。研究显示,3种技术均能有效提高类胡萝卜素的稳定性及生物利用率,但各具优势。下一步,应逐步建立对类胡萝卜素稳态化产品相关标准;进一步研究适合类胡萝卜素产品规模化生产的制备工艺条件;更深入地对类胡萝卜素稳态化产品进行后续稳定性、生物活性等方面的持续研究。随着人们对活性物质体内消化吸收代谢过程的关注,越来越多的研究重点放在活性物质在体内环境下的变化与生物利用率的研究上,因此,关于微胶囊产品、脂质体及纳米乳液产品在体内生物利用率方面的差异性研究也将成为下一步研究的重点。

随着科技的迅猛发展,研究出低成本、高效率、高得率、高产量,适用于大规模工业生产的制备技术指日可待。随着制备技术的不断发展,也可带动类胡萝卜素等营养物质在实际生产应用中取得更大的进步。

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Research progress on carotenoid steady state technology:a review

WANG Si-yuan1, WANG Xi-tong1,SUN Lu-chuanyang1,WU Zhe1,WANG Shuai1,REN Dan-dan1,WANG Qiu-kuan1,WU Wen-zhong2

(1.College of Food Science and Engineering, Dalian Ocean University, Dalian 116023, China;2.INNOBIO Corporation Limited, Dalian 116600, China)

AbstractCarotenoids are unstable during processing and storage, and thus have low bioavailability, even though they play various important roles in human health.So steady-state technology is often used to improve stability and bioavailability of carotenoids.Microcapsules can mask the bad taste and odor of the embedded materials, and reduce the loss rate of the embedded matter, with complicated equipment and high production cost; the liposome is characterized by good water dispersivity, low toxicity and good biocompatibility, with relatively low stability of product; nanoemulsion is uniform in shape, with most solvents used being non-food grade.In this study, three common steady-state techniques including carotenoid microencapsulation, liposome preparation and nanoemulsion preparation were reviewed to provide reference with further improvement of stability and bioavailability of carotenoids.

Key wordscarotenoid; steady state; microcapsule; liposome; nanoemulsion

中图分类号TS264

文献标志码:A

DOI:10.16535/j.cnki.dlhyxb.2019.01.021

文章编号2095-1388(2019)01-0145-08

收稿日期2018-03-28

基金项目辽宁省农业领域青年科技创新人才项目(2015005);现代农业产业技术体系专项(CARS-50)

作者简介王思元(1994—),女,硕士研究生。 E-mail:153105731@qq.com

通信作者任丹丹(1980—),女,博士,副教授。 E-mail:rdd80@163.com