郭 靜，胡 坦，潘思軼*

（華中農(nóng)業(yè)大學食品科學技術學院，湖北 武漢 430070）

類胡蘿卜素按化學結構的元素組成分為兩類，即胡蘿卜素類和葉黃素類。葉黃素是葉黃素類的一種萜類化合物[1]，在體內(nèi)可以合成VA，也是構成人眼視網(wǎng)膜黃斑區(qū)域的主要色素[2]。人體自身無法合成葉黃素，體內(nèi)的葉黃素大多來源于膳食攝取[3]。葉黃素主要存在于萬壽菊、蛋制品、綠葉蔬菜以及一些水果中（表1）。它不僅被認為是天然食品著色劑，還是一種天然的抗氧化劑，具有多種生物活性功能[4]。葉黃素可有效抵抗紫外線照射，避免視網(wǎng)膜色素上皮細胞（retinal pigment epithelium，RPE）受藍光損傷，并預防黃斑變性（agerelated macular degeneration，AMD）[5]、心腦血管疾病和癌癥等多種疾病的發(fā)生[6]。據(jù)統(tǒng)計，大多數(shù)美國人每日從膳食中獲得的葉黃素大約為1～3 mg，而葉黃素的每日推薦攝入量為6 mg，說明其葉黃素的攝入量明顯不夠，應提供葉黃素功能食品或補充劑來增加葉黃素的平均攝入水平[7]。

表1 各食物中葉黃素含量[8-9]Table 1 Lutein concentrations in various foods[8-9]

葉黃素是一種長鏈疏水分子，且分子結構中含有多個共軛雙鍵，因此化學穩(wěn)定性較差，對酸性條件、氧氣、溫度和光照等因素較為敏感，故在食品加工、貯存、運輸和應用過程中容易受到化學、機械或物理等因素的影響，導致生物活性和產(chǎn)品品質(zhì)的損失[10]。為了解決葉黃素水溶性和理化穩(wěn)定性較差、生物利用度較低等缺點，研究人員進行了大量的研究工作。目前在食品、藥物領域已經(jīng)開展了使用遞送系統(tǒng)（例如脂質(zhì)體、納米顆粒、乳液、微膠囊等包埋）運載葉黃素的研究。

本綜述分析了限制葉黃素利用的原因，重點介紹了幾種葉黃素遞送體系的優(yōu)勢及局限性，并針對這些遞送體系提高葉黃素溶解性和生物利用度的研究現(xiàn)狀進行總結，同時對葉黃素遞送體系的未來發(fā)展進行展望。

1 葉黃素應用限制

葉黃素在人體口腔通過咀嚼和酶的作用下，被大量釋放到胃腸道中，在膳食脂肪、胰液和膽汁的幫助下分散到人體消化道中，在小腸形成的混合膠束期內(nèi)被溶解，之后直接被上皮細胞吸收，最后被包裝成脂蛋白輸送到血液中[11-12]。然而葉黃素由于溶解度低，難以到達消化道被小腸上皮細胞吸收，這就導致了葉黃素的吸收效率和生物利用率很低。葉黃素的結構非常不穩(wěn)定，易發(fā)生異構化、降解和氧化，將含有葉黃素的食物暴露在油炸和烘烤等極端條件下會降低葉黃素含量和活性[13-14]。因此葉黃素的生物利用度主要受食物基質(zhì)[15]、脂類[16]、食品加工處理方法[17]等影響。

2 包埋技術

在食品、藥品研究領域，常常將對光照、溫度、pH值等外界環(huán)境敏感的功能活性物質(zhì)（如葉黃素）進行包埋，以改善其水溶性，提高穩(wěn)定性，控制遞送、釋放，進而提高其生物利用度。常用的葉黃素包埋系統(tǒng)有脂質(zhì)體、納米顆粒、乳液、微膠囊等（圖1），其特點如表2所示。

圖1 各種類型的葉黃素運載體系Fig.1 Diagrammatic representation of nanodelivery systems for lutein

表2 不同種類運載體系的特性及優(yōu)缺點對比Table 2 Comparison of characteristics, advantages and disadvantages of different delivery systems

2.1 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是一種具有生物膜結構的球形或近似球形的囊泡，通常由一個或者多個磷脂雙分子層或薄層構成。它具有親水親油的兩性性質(zhì)，能包裹親水性物質(zhì)和親脂性化合物，還能將兩性制劑包埋于水相與膜內(nèi)部的交界磷脂上，因此脂質(zhì)體具有良好的生物相容性、緩釋性和靶向性，能夠用于包裹生物活性物質(zhì)并抑制其在光等環(huán)境條件下的降解[18]。采用乙醇注入法制備葉黃素脂質(zhì)體，葉黃素被包埋在磷脂雙層中，磷脂雙層作為囊泡進行靶向遞送，包埋率達92%，但存在有機溶劑污染的問題[19]。采用超臨界反溶劑法制備由葉黃素和氫化大豆磷脂酰膽堿組成的脂質(zhì)體能解決有機溶劑污染的問題，且制備過程簡單、包埋率高達90%[20]。同樣，使用超臨界二氧化碳（supercritical carbon dioxide，SC-CO2）也能制備葉黃素脂質(zhì)體，與其他方法相比，SC-CO2綠色環(huán)保、操作條件溫和。對于采用SC-CO2制備的脂質(zhì)體，葉黃素在脂質(zhì)體中的包埋率和位置取決于壓力，這是因為減壓過程中磷脂和葉黃素聚集體發(fā)生重組，導致葉黃素在脂質(zhì)體中有更高的包埋率（包埋率達（97.0±0.8）%）[21]。但脂質(zhì)體屬于熱力學不穩(wěn)定性體系，在理化穩(wěn)定性方面存在貯存過程中容易發(fā)生融合、聚集、磷脂水解和氧化等問題，對貯存條件要求過高[22]。納米脂質(zhì)體技術可以解決上述問題，它能夠提高生物活性物質(zhì)的溶解度和生物利用度、體外和體內(nèi)穩(wěn)定性，也是目前研究最廣泛的一種保護和控制葉黃素釋放的包埋系統(tǒng)。如制備的以蛋黃卵磷脂和膽固醇為膜材的納米脂質(zhì)可以保護葉黃素，使其在納米脂質(zhì)體內(nèi)部均勻分布，減少葉黃素在光、熱、pH值等各種貯存條件下的損失，且還可以提高葉黃素的抗氧化性[23]。采用親水性陽離子多肽多聚賴氨酸修飾后的葉黃素納米脂質(zhì)體粒徑增大、電位升高，葉黃素的消化吸收利用率也得到了提高，這是因為多聚賴氨酸通過靜電吸附作用與葉黃素脂質(zhì)體結合，提高了脂質(zhì)體對葉黃素的包埋率，且多聚賴氨酸親水性和生物穿膜性能強，可以提高葉黃素脂質(zhì)體在胃腸中的吸收和釋放性能，從而改善葉黃素的生物利用率[24]。多肽加入葉黃素納米脂質(zhì)體后，除了可以提高葉黃素的包埋和釋放性能，還可以提高脂質(zhì)體抗氧化活性和抗癌活性，保護葉黃素免受外界環(huán)境的氧化[25]。

2.2 納米顆粒

納米顆粒傳遞體系，是指通過納米顆粒對生物活性成分進行包埋并遞送，以實現(xiàn)對其控釋的目的[26]。納米顆粒體積小、穩(wěn)定性高，對藥物的負載率也高，使用納米載體包埋不穩(wěn)定營養(yǎng)素可以減少其在食品加工、貯藏過程中的損失，因此構建納米顆粒是當下食品、醫(yī)藥和化妝品行業(yè)進行物質(zhì)運載常用且有效的方法[27]。納米載體一般為多糖納米粒子和蛋白質(zhì)納米粒子以及復合納米載體。

制備納米載體最常用的多糖之一為殼聚糖。殼聚糖包裹的納米顆?？纱龠M細胞膜的通透性，從而增強腸上皮吸收，且其來源廣、成本低，因此可以作為一種理想的壁材用來包埋活性物質(zhì)[28]。Hong等[29]制備的殼聚糖/γ-聚谷氨酸納米粒可以提高葉黃素的水溶性，是未經(jīng)納米封裝葉黃素溶解度的12 倍。而Toragall等[30]用離子凝膠法制備殼聚糖-油酸-海藻酸鈉復合納米載體的不僅能提高葉黃素的溶解度（比游離葉黃素高1 000 倍），也能提高其熱穩(wěn)定性和生物利用度，且急性和亞急性毒性實驗結果顯示即使在較高濃度（半數(shù)致死量大于100 mg/kgmb）下也沒有毒性作用。

通常用于納米載體的蛋白質(zhì)包括動物來源的蛋白質(zhì)或植物來源的蛋白質(zhì)。天然植物蛋白來源多種多樣，通常比動物蛋白便宜易得，且具有可持續(xù)性和可再生性。近年來天然植物蛋白已比動物蛋白更受歡迎，因此，天然植物蛋白是生產(chǎn)天然納米顆粒的理想來源[31]。玉米醇溶蛋白也稱玉米朊，是一種天然植物大分子，來源廣泛、價格低廉、富含多種氨基酸[32-33]。因其具有良好的生物相容性、生物可降解性、自組裝特性以及骨誘導性，在食品、醫(yī)藥等領域有著廣泛的研究和應用[34-35]。研究人員采用簡易的抗溶劑沉淀法，在體積分數(shù)75%乙醇溶液中，玉米醇溶蛋白能與葉黃素自組裝形成球形納米粒子，且玉米醇溶蛋白負載葉黃素的納米顆?？梢燥@著降低天然色素葉黃素的光降解速率，包埋率達到80%左右[36]。但由單一蛋白質(zhì)制成的納米顆粒，封裝通常不穩(wěn)定，葉黃素在胃中受到保護，然而在腸中易被蛋白酶降解，破壞納米顆粒的結構，降低了葉黃素的膠束化效率[37]；因此蛋白質(zhì)基通常需要涂上一層其他化合物，以提高穩(wěn)定性和封裝效率。為了提高膠體穩(wěn)定性，研究人員最近使用了一些多糖來穩(wěn)定玉米醇溶蛋白顆粒，如果膠、海藻酸鈉和卡拉膠等。然而，這些多糖在水中較差的溶解性和室溫下較高的黏度可能限制了其應用。大豆多糖是一種天然陰離子多糖，具有優(yōu)異的水溶性，且在室溫下具有較低的黏度，可用于穩(wěn)定玉米醇溶蛋白納米顆粒并提高其膠體穩(wěn)定性。與純玉米醇溶蛋白納米粒相比，大豆多糖涂層可以作為物理屏障，阻擋光照和氧，保護葉黃素不被降解，在胃腸中還可以阻礙蛋白酶對玉米醇溶蛋白的水解，因此玉米醇溶蛋白/大豆多糖復合納米粒的水溶性、化學穩(wěn)定性、pH值穩(wěn)定性和鹽穩(wěn)定性都有較大提高[38]。除了多糖能穩(wěn)定玉米醇溶蛋白顆粒外，一些小分子表面活性劑也可以提高膠體穩(wěn)定性，例如與茶皂素結合或與槐糖脂結合，制備的納米粒子包埋率達90%以上，水溶性也是單獨葉黃素的80 倍左右，穩(wěn)定性和生物利用度也得到了較大提高，而且表面活性劑和葉黃素的加入改變了玉米醇溶蛋白的二級結構[39-40]。

除了玉米醇溶蛋白，還有一些不同來源的蛋白質(zhì)被用作葉黃素的載體，例如大米蛋白、牛血清白蛋白。大米蛋白因高生物效價、低致敏性和高消化率以及氨基酸含量高等特點成為公認的優(yōu)質(zhì)且營養(yǎng)的天然植物蛋白。Xu Yu等[41]以天然大米蛋白為原料開發(fā)大米蛋白酶水解物-羧甲基纖維素納米載體，包埋脂溶性生物活性分子葉黃素，成功構建了葉黃素的食品運載體系，該體系能夠有效保護葉黃素，提高其穩(wěn)定性，還可以有效地減緩葉黃素在胃中的釋放，促進在小腸內(nèi)釋放，抑制乳腺癌細胞增殖和促進細胞吸收。侯惠靜等[42]利用牛血清白蛋白制備的牛血清白蛋白-葡聚糖-葉黃素納米顆粒同樣可以提高葉黃素的貯藏穩(wěn)定性，包埋率達95%，具有更好的細胞抗氧化活性。

2.3 乳液體系

傳統(tǒng)的乳液是將油-水兩相混合后，添加乳化劑均質(zhì)而成，物理穩(wěn)定性低，容易在極端環(huán)境（冷卻、加熱、高離子強度和極端pH值）下發(fā)生破乳現(xiàn)象。為了解決這些問題，已研究出多種不同結構和性質(zhì)的乳液體系，如微乳、多重乳液、納米乳液和Pickering乳液等。

2.3.1 微乳

微乳液至少由3 種組分組成：非極性相、極性相和表面活性劑，在某些情況下，需要額外的組分（例如助表面活性劑），這幾種組分在適當比例下形成的無色、透明（或半透明）和低黏度的穩(wěn)定熱力學體系[43-44]。微乳液的制備與傳統(tǒng)乳液相比需要更高的表面活性劑濃度，但制備過程更簡單，同時也具有提高食品組分消化率、抗氧化以及抑菌的作用，因此被廣泛應用于包裹疏水性物質(zhì)，提高其在胃腸道的生物利用度[45]。使用食品級非離子表面活性劑（Tween-80）制備的微乳液已被證明能有效地將葉黃素和玉米黃質(zhì)包裹在飲料中，并提高其生物利用率[46]。中鏈甘油三酯（medium-chain triglycerides，MCT）30.00%、聚氧乙烯氫化蓖麻油（cremophor RH40）41.37%、聚乙二醇-400（polyethylene glycol-400，PEG-400）28.63%時形成葉黃素微乳的負載量為1 mg/g，其在10 min內(nèi)可基本溶出，溶出百分比為67%左右，但負載量較低、酸性環(huán)境下易降解，需后續(xù)繼續(xù)研究[47]。以Tween-80和無水乙醇分別為表面活性劑和助表面活性劑，采用轉相乳化法制備葉黃素微乳，能夠克服普通乳液的熱力學不穩(wěn)定性，提高葉黃素水溶性，并且可以運用到實際食品生產(chǎn)中[48]。但在微乳形成過程中表面活性劑和助表面活性劑用量較大，增加了微乳的毒性；且在食品加工過程中，微乳結構會被水相稀釋及由于各種成分的添加而破壞，引起微乳相變。微乳液除了可以包埋葉黃素外還可以作為提取劑來提取萬壽菊中的葉黃素，逐漸成為葉黃素提取的新方法。

2.3.2 多重乳液

多重乳液是一種復雜的三相體系，乳液的分散相液滴中還分散著另一相與之不互溶的液滴[49]。多重乳液種類較多，分別為油包水包油（oil in water in oil，O/W/O）型和水包油包水（water in oil in water，W/O/W）型[50]。傳統(tǒng)乳液進行包埋時，常出現(xiàn)泄露，導致包埋率低。與傳統(tǒng)乳液相比，多重乳液包埋率高，還可同時包埋親疏性不同的物質(zhì)，廣泛地應用于食品、醫(yī)藥和化妝品等領域中[51]。例如，通過靜電層層組裝技術，利用乳清分離蛋白、殼聚糖和亞麻籽膠形成不同界面層的葉黃素乳狀液，雙層及3 層乳液的物理穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性都明顯優(yōu)于單層乳液[52]。由魚明膠、乳清分離蛋白和十二烷基三甲基溴化銨形成的多重乳液也被證明可提高葉黃素的穩(wěn)定性[53]。

2.3.3 納米乳液

納米乳液是一種熱力學不穩(wěn)定體系，平均粒徑在50～200 nm[54]。納米乳液通常分為油包水（water in oil，W/O）型、水包油（oil in water，O/W）型和雙連續(xù)（bicontinuous，B.C）型[55]。與傳統(tǒng)乳液相比，納米乳液粒徑較小，貯存過程不易發(fā)生沉淀，還能夠避免體系發(fā)生絮凝現(xiàn)象，因此研究人員廣泛使用納米乳液來包裹活性成分，以提高其理化穩(wěn)定性和生物利用度[56]。采用高壓均質(zhì)法構建以酪蛋白酸鈉為乳化劑的葉黃素納米乳液，顯示出顯著的自由基清除活性，且納米乳液在4 ℃下保存30 d后仍保持物理穩(wěn)定性，能有效降低葉黃素的化學降解速率[57-58]。雖然蛋白質(zhì)被認為是良好的乳化劑，但蛋白質(zhì)通常對pH值的變化、高溫、高離子強度等十分敏感，在其等電點附近溶解度也較低。為了解決這個問題，Gumus等[59]研究發(fā)現(xiàn)以酪蛋白-葡萄糖美拉德共價復合物為乳化劑的乳液在pH 3～7下和不同溫度下對葉黃素有較好的保護作用，這是因為葡聚糖提供了強烈的空間排斥，同時美拉德共價復合物不會影響葉黃素的消化。Caballero等[60]開發(fā)了以豌豆蛋白-葡聚糖美拉德共價復合物為乳化劑的葉黃素乳液，與酪蛋白-葡聚糖美拉德共價復合物對比，兩者都能在不同離子強度、不同貯存溫度下有較好的物理穩(wěn)定性，但兩者都不能抑制葉黃素褪色。有學者發(fā)現(xiàn)在由酪蛋白-葡聚糖美拉德共價復合物制備的納米乳液中添加白藜蘆醇和葡萄籽油可抑制葉黃素降解和葉黃素在不同溫度下的褪色，有效提高葉黃素的化學穩(wěn)定性，這是因為白藜蘆醇具有很強的抗氧化性，此外葡萄籽油中存在內(nèi)源性抗氧化劑，進一步提高了葉黃素的化學穩(wěn)定性[61]。但目前納米乳液應用仍受到限制，原因之一是納米乳液的熱力學性質(zhì)不穩(wěn)定，加熱不利于其穩(wěn)定性。除熱力學不穩(wěn)定性外，納米乳液的工業(yè)化應用還受到生產(chǎn)成本、毒性等多個方面的限制[62]，因此還需要深入研究納米乳液，以提高其熱穩(wěn)定性。

2.3.4 Pickering乳液

Pickering乳液是一種以固體顆粒為乳化劑而不是表面活性劑穩(wěn)定的乳液[63]。這些固體顆粒具有明確的粒徑分布，且能降低油和水之間的界面能，有助于生成穩(wěn)定的Pickering乳液[64]。Pickering乳液與傳統(tǒng)乳液相比，具有低毒性、高抗聚結穩(wěn)定性和高貯存穩(wěn)定性等優(yōu)勢，同時還可以包埋生物活性成分，并對其成分起到保護、遞送、控制釋放等作用，在食品、藥品等行業(yè)具有廣泛的應用[65-67]。目前，常用于穩(wěn)定Pickering乳液的固體顆粒一般為多糖、蛋白質(zhì)和復合顆粒。Li Songnan等[68]通過調(diào)節(jié)油相體積分數(shù)構建了不同界面活性及乳液結構的辛烯基琥珀酸藜麥淀粉（octenylsuccinate quinoa starch，OSQS）Pickering乳液凝膠來遞送葉黃素，貯存31 d后，葉黃素保留率達55.38%。而Su Jiaqi等[69]選擇β-乳球蛋白-阿拉伯樹膠作為葉黃素傳遞的顆粒穩(wěn)定劑，制備的Pickering乳液具有很高的抗絮凝性和聚結性，并且具有顯著的化學穩(wěn)定性，貯存12 周后仍保留了91.1%的葉黃素。蛋白質(zhì)除了和多糖結合外，還可以通過非共價相互作用與表沒食子兒茶素沒食子酸酯（epigallocatechingallate，EGCG）組成蛋白質(zhì)基復合顆粒，復合顆粒穩(wěn)定的Pickering乳液能夠抑制葉黃素的降解[70]。近年來，雖然蛋白質(zhì)、多糖等可食性固體顆粒因其低毒性、環(huán)保性和高穩(wěn)定性得到廣泛應用，但其自身存在一定的局限性，需采取水解、加熱和復配等方法改善其濕潤性、粒徑和表面粗糙度等。另外，Pickering乳液在包埋葉黃素時提高其生物利用率的研究也較少，因此尋找新型具有良好雙親性和可食性的固體顆粒制備Pickering乳液和通過Pickering乳液提高葉黃素生物利用率等方面還有待研究。表3總結了關于運載葉黃素的各種乳液類型及乳液特性。

表3 運載葉黃素乳液的制備及性能Table 3 Preparation and properties of emulsions for lutein delivery

2.4 微膠囊

微膠囊使用成膜材料將敏感性、具有揮發(fā)性或反應活性的固體或液體包裹成微小顆粒，在保護天然活性成分穩(wěn)定性和延緩釋放等方面有著廣泛的應用，但仍存在環(huán)境污染、芯材釋放時間長等缺點[71]。許多研究表明，葉黃素的微膠囊化可以提高葉黃素的水溶性和穩(wěn)定性，并控制葉黃素的釋放[72-73]。微膠囊化的方法中，噴霧干燥技術具有生產(chǎn)率高、能耗低、開發(fā)周期短、靈活性好等優(yōu)點，幾十年來已成為食品行業(yè)最主要的微膠囊化方法之一[74]。在噴霧干燥微膠囊化過程中，微膠囊壁材的選擇至關重要。在各種類型的微膠囊壁材中，多糖類聚合物（如低聚糖、麥芽糊精、透明質(zhì)酸和淀粉）因其成本低、溶解度高、黏度低和具有抗氧化性的特性而最常用[75]。Zhang Lihua等[76]將葉黃素均勻地分散在改性淀粉和蔗糖基質(zhì)中，用玉米淀粉包裹，使用噴霧干燥技術制備葉黃素微膠囊，制備出的葉黃素微膠囊可以使葉黃素直接溶于水中形成均勻的液體，使得葉黃素溶解性和貯藏穩(wěn)定性也得到了提高，并且增加了葉黃素的生物利用度，相對生物利用度也達到139.1%。Ding Zhuang等[77]選擇了3 種不同類型的多糖（海藻糖、菊粉和變性淀粉）及其組合，采用三因素三水平實驗制備葉黃素微膠囊。研究顯示以菊粉和變性淀粉為復合包埋材料的微膠囊的最大包埋率為（80.0±0.6）%，穩(wěn)定性也得到了顯著性提高。微膠囊的壁材除了多糖類聚合物，還有蛋白類聚合物（如蛋白和明膠），它們具有良好的生物降解性和相容性[78]。近幾年，選擇合適的蛋白質(zhì)類壁材以及復配和改性蛋白質(zhì)成為了研究熱點。Qu Xiaoying等[72]以阿拉伯樹膠和明膠作為微膠囊的壁材，用復凝聚法制備葉黃素微膠囊，并優(yōu)化其制備條件，提高了葉黃素對光照、溫度、相對濕度的穩(wěn)定性。Zhao Tong等[79]制備了不同的葉黃素微膠囊（卵磷脂-葉黃素微膠囊和酪蛋白-葉黃素微膠囊），并研究溫度、光照和pH值對葉黃素穩(wěn)定性的影響，結果表明酪蛋白-葉黃素微膠囊具有更好的穩(wěn)定性，且比天然葉黃素更易被腸道Caco-2細胞吸收。

3 結 語

近年來葉黃素的生理活性功能已被廣泛研究。攝入適量葉黃素不僅有助于眼睛健康，還可預防心腦血管疾病、促進大腦發(fā)育等，且葉黃素還是一種天然的食品著色劑和抗氧化劑。但由于葉黃素水溶性差、化學穩(wěn)定性差和生物利用度低的缺點，限制了其在食品中的應用。然而各種包埋體系（如脂質(zhì)體、納米顆粒、乳液體系和微膠囊）可以改善葉黃素的包埋、遞送和釋放，提高其在人體內(nèi)的生物利用率。但在開發(fā)葉黃素包埋系統(tǒng)時，也存在著一些不足之處，比如葉黃素的顏色問題，葉黃素是天然著色劑，所以含有葉黃素的產(chǎn)品要考慮其化學降解速率，還有一些包埋技術成本高、工業(yè)化生產(chǎn)難度大且存在納米級封裝系統(tǒng)的安全性等問題。除此之外，葉黃素在各種運載體系中消化吸收和代謝機制研究也較少，不同運載體系對葉黃素的吸收代謝起到的作用也需進一步了解。因此，未來的趨勢應集中在研究大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的經(jīng)濟可行的葉黃素運載體系、納米級封裝系統(tǒng)的安全性、消化吸收機制并開發(fā)更多由天然食品級聚合物（如蛋白質(zhì)和多糖）組裝而成的包埋系統(tǒng)。