油脂体微胶囊化的研究进展

李 佳 郑晓宇 吴秦柔 姜瞻梅 江连洲 侯俊财 田 波

(东北农业大学食品学院，哈尔滨 150030)

油脂体是一种微米或亚微米大小的天然油滴，大小为0.5～2 μm，因植物种类、环境因素和营养状况而异[1]，主要存在于高等植物(被子植物)的种子、叶片、花粉、果实、花朵和根部，低等植物的营养和生殖器官，哺乳动物的腺体和脂肪组织，以及藻类、真菌、线虫和细菌中[2]，在植物种子中，油脂体占其质量的20%～50%[3]，并在种子萌发和生长过程中主要起到能量储存的作用[4]。油脂体生成于内质网中，内质网中特定的酶产生的甘油-3-磷酸和脂肪酸合成油脂体内部的甘油三酯[5]，之后在内质网-磷脂双层之间聚集，产生由磷脂单层包围的甘油三酯液滴，接着内质网将其包围而获得油脂体蛋白表层，最后成熟的油脂体被释放到细胞质中[1]。

目前，油脂体天然乳液在胶体科学领域也有着广阔的应用前景，如能量储存、蛋白质重组以及食品、化妆品和药品功能成分中活性剂的输送载体等[6]，可以保护活性成分不受外部环境的影响，掩盖不需要的味道，控制活性物质的释放。本文主要综述了油脂体结构、油脂体稳定性和油脂体的微胶囊化技术的最新研究进展，以期为油脂体的综合利用提供参考。

1 油脂体的结构

油脂体以甘油三酯为核心，被一层连续的单层磷脂覆盖，并嵌入油脂体表面蛋白，其中所包含磷脂的种类主要有磷脂酰胆碱、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇和磷脂酸[7]，油脂体表面蛋白主要有3种类型：首先是含量最为丰富的油素蛋白(Oleosin)(15～26 ku)，其次是少量的油脂体钙蛋白(Caleosin)(25～35 ku)和油脂体固醇蛋白(Steroleosin)(40～55 ku)[8]。这些蛋白质的疏水结构域锚定在甘油三酯核内，而它们的亲水性N-和C-末端结构域完全覆盖了油体的表面。油脂体的磷脂-蛋白质表层(图1)导致的低界面张力也有助于提高油脂体的物理化学稳定性，保护油脂体免受外部化学以及机械应力的影响[6, 9]。因此，从种子中提取油脂体，可以得到一种天然的蛋白质稳定的水包油乳液，与技术制备的乳液相比，该乳液具有较好的氧化稳定性[10]。而且由于其富含脂肪酸、生育酚和磷脂的特性，它们可以在食品中作为优质原料来代替乳化油，例如用于调味品、酱料、蘸料、饮料和甜点[11-13]。

图1 油脂体表面的蛋白质和磷脂的示意图[6]

油脂体等电点在pH 4左右，低pH值(pH 2)和高pH值(pH≥6)时，油脂体的平均粒径相对较低(分别约为6、4 μm)，聚结减少，电荷增加，静电斥力增强，稳定性提高，而在中值时(接近等电点，3≤pH≤5)则结构不稳定，平均粒径增加到14～15 μm，产生乳析现象，这是由于此时液滴表面电荷被中和，ζ-电位较低所致；在相对较低的盐浓度(NaCl≤25 mmol/L，pH 7)下，油脂体的凝聚和凝乳稳定，但在较高的盐浓度下，由于静电屏蔽效应，油脂体结构不稳定；在30～90 ℃(0 mmol/L NaCl，pH 7)范围内对热稳定，但在超过60 ℃的温度下，其界面电位有所降低[14, 15]，将分散的油脂体在95 ℃加热6 min不会改变油脂体的物理性质，并且因显著降低了脂解酶活性(酶失活率>90%)，从而形成稳定的乳液[16]。另有研究发现菜籽油脂体的结构还会受到阳离子的影响，在中性pH条件下，一价阳离子会导致油脂体少量的聚结，而二价阳离子的存在则导致了油脂体广泛的聚结[17]。

当提取出的油脂体乳液初始尺寸尽可能接近它们在天然状态下的乳状液尺寸时，油脂体乳液是相对稳定的[18]。Nan等[6]应用原子力显微镜对大豆、芝麻和花生油脂体膜的力学性能进行了研究，发现天然油脂体为不破裂的软液滴，在高达ε=0.3的压缩应变下可完全恢复，且高蛋白油比的油脂体粒径小，力学性能强，稳定性好。Karkani等[18]还发现提取油脂体的方法对天然油脂体乳液的结构稳定性有很大的影响，其中超滤得到的乳液是最稳定的一种，具体表现在黑暗中45 ℃加速氧化条件下液滴尺寸没有任何增加。

2 油脂体的化学稳定性

目前的研究表明，冷冻、冻干或一定温度加热对大豆分离油体中油脂的化学稳定性影响不大。天然油脂体乳状液具有较高的化学稳定性可能与在连续相中发现的外源蛋白质以及高度稳定的脂水界面的形成有关[19]，因为外源蛋白质可通过增加液滴之间的排斥力和空间效应对油脂体脂滴提供第二层保护[20]。但当温度在70 ℃和90 ℃并长时间加热时，油脂体内部油脂会加速氧化而导致化学稳定性降低[21]，且脂肪含量越高化学稳定性降低越快[22]，另有Fe3+存在时对油脂体中油脂的化学稳定性有显著影响，尤其在酸性pH条件下，脂质氧化程度会更高[23]。

提取的天然油脂体中所含有的生育酚和不饱和脂肪酸，是存在于内部甘油三酯中天然主要成分[20]，生育酚有着很好的抗氧化活性，可以避免不饱和脂肪酸氧化，保证脂膜的稳定性[24]。此外，与普通乳液相反，油脂体乳液的物理和氧化稳定性在短暂的热处理后可以进一步提高，这是由于热处理可以降低脂肪酶和脂氧合酶等内源酶和微生物的活性，从而延缓油脂体内脂类的降解[25]。Wei等[26]对高油酸花生中提取的油脂体研究发现，从脂肪酸、氨基酸和生育酚的成分分析来看，花生油脂体具有丰富的营养价值和抗氧化能力，同时还具有良好的热稳定性和贮存稳定性，可见花生油脂体是一种有利的乳化剂和有额外价值的抗氧化剂来源。有研究证实，在25 ℃条件下，在0、50、100、150、200 mmol/L NaCl贮藏了12 d的大豆油脂体、花生油脂体和向日葵油脂体的TBARS值和过氧化值变化无显著性差异，说明NaCl浓度对这3种油脂体氧化稳定性影响相对较小[13]。而且，不同植物来源的油脂体的氧化稳定性会有所不同，姜梦婷等[27]通过对贮藏的花生、大豆和葵花籽油脂体的成分分析，并对比了TBARS值、过氧化值和酸价，发现大豆油脂体的氧化稳定性最好。

许多研究表明，一定浓度的多糖的存在可提高油脂体的稳定性。如Nikiforidis等[28]经试验证实，黄原胶可与油脂体的表面蛋白质相互作用，进而减少耗竭絮凝效应，增强了多糖分子吸附在油脂体表面的空间稳定度，从而提高了油脂体乳液的贮藏物理稳定性。Iwanaga等[29]采用静电沉积法在大豆油脂体表面制备果胶层，发现在NaCl(0～500 mmol/L)、pH(2～8)、冻融循环3次(-20 ℃冷冻22 h，再转移至 40 ℃水浴2 h)条件下，有果胶层的油脂体具有相似或更好的稳定性。随后，又有Chen等[30]利用漆酶使果胶与油脂体交联，并得出了同上相似的结论。吴娜娜[31]考察了卡拉胶提高大豆油脂体乳液稳定性的作用，发现ι-卡拉胶效果最好，能明显提高大豆油脂体乳液对NaCl(0～500 mmol/L)，热处理(30、60、90、120 ℃，30 min)和冻融循环3次(-20 ℃冷冻22 h，再 30 ℃加热2 h)的稳定性。Su等[32]研究了不同环境条件下，海藻酸钠对大豆油脂体乳液稳定性的影响：与未添加海藻酸钠的油脂体乳液相比，在pH值4～8时，有海藻酸钠层的油脂体乳液更稳定，粒径更小，粒径分布更均匀；当pH 7时，NaCl浓度在0～250 mmol/L时也很稳定，并显著提高了天然油脂体乳液抗冻融循环的稳定性。另外，绿茶多酚与油脂体相互作用，会导致乳液分散且不稳定，在相对较低的水平上添加ι-卡拉胶似乎对在中性pH下稳定混合物非常有效[18]。

3 油脂体的微胶囊化

基于油脂体具有较好的物理稳定性和化学稳定性，用其进行微胶囊化包被生物活性物质具有很好的应用前景。目前油脂体微胶囊化包埋的天然物质种类如表1所示，其优点主要在于：首先油脂体在自然界的存在范围很广，可以从不同来源的植物种子中提取[2]；其次，油脂体的提取工艺并不复杂，与技术制备的乳液相比，使用天然乳液更经济，而且在制备微胶囊过程中可不需额外添加乳化剂[10, 33]；最后，油脂体微胶囊可使其内部芯材靶向释放，提高生物利用度[34]。至今为止，科研工作者已经研究出天然油脂体、重组油脂体和人造油脂体这3种油脂体的微胶囊制备方法，其工艺流程如图2。

表1 油脂体包埋的天然物质种类

图2 油脂体微胶囊化工艺流程图[34, 35, 41]

3.1 天然油脂体的微胶囊化

油脂体由于其独特的结构，可看作是一种天然且稳定的油核生物微胶囊，其内部的甘油三酯基质可以作为疏水性分子的适当载体[35, 42]。Maurer等[10]对纯大豆油脂体直接喷雾干燥，经扫描电镜和激光共聚焦扫描显微镜对其形态观察发现，高温会使油脂体破裂导致内部的三酰甘油保留率低，但随着麦芽糖糊精的加入，甘油三酯包封效率显著提高，说明若要对油脂体微胶囊进行喷雾干燥工艺，还需加入多糖进行保护提高包埋率。

虾青素是一种具有很强抗氧化性的化合物，但在加工或储存过程中会受到环境因素影响而快速降解使其应用受限[43]，Acevedo等[35]为提高虾青素的氧化稳定性，并利用疏水化合物的被动运输，实现了甘蓝型油菜油脂体对虾青素的包埋，得到了微胶囊率大于99%的包埋条件，由于虾青素通过多烯结构嵌入到油脂体单层中，使得包埋虾青素的油脂体的粒径(3.444±0.479)μm明显大于油脂体。微胶囊化后的油脂体在pH值5.5～9.5和离子强度0～150 mmol/L NaCl条件下并没有显著改变静电斥力，说明包埋虾青素不会影响油脂体的稳定性，而且在空气和光照下，被包埋的虾青素的降解半衰期是游离虾青素的两倍，说明油脂体对虾青素的降解起到了保护作用。通过对细胞活力检测发现，该油脂体微胶囊没有产生细胞毒性，微胶囊化使虾青素可逐渐从油脂体释放到细胞中，发挥比游离虾青素更高的抗氧化作用。姜黄素是一种天然的双酚化合物，具有抗氧化和抗癌等特性[44]，Liu等[36]选用大豆油脂体制备了包埋姜黄素的乳液，5.0%油脂体制备的微胶囊平均粒径为1.77 μm，在pH 2.0和6.0～10.0范围内通过对其粒径和电位的测量发现表现出良好的物理稳定性，在100～500 mmol/L NaCl浓度下，因盐的加入减弱了静电斥力，增大了液滴尺寸，使得液滴粒径明显高于初始姜黄素乳液粒径，但25～95 ℃温度下，液滴粒径变化不大且乳液聚集性稳定，这说明，在一定的热处理条件下，用油脂体制备的姜黄素微胶囊可以防止姜黄素的降解或氧化。

另外，油脂体作为风味传递载体的应用也少有研究，Fisk等[39]提取葵花籽油脂体后对一种挥发性亲脂性香气化合物D-柠檬烯进行微胶囊化并喷雾干燥成固体粉末，发现油脂体在喷雾干燥过程中基本单元结构是稳定的，但加入麦芽糊精后的油脂体内部的脂质和D-柠檬烯的保留率更高，分别为89%～93%和24%～27%。微胶囊粉末储存6个月后，其平均粒径大小没有发生改变，表明喷雾干燥所得的微胶囊具有较好的物理稳定性。

3.2 重组油脂体的微胶囊化

一般而言，油脂体中含有约92%～98% 的中性脂质，0.6%～2%的磷脂和0.6%～3%的蛋白质[11]。目前根据中性脂质、磷脂和蛋白质的相对比例，在技术上可以用这3种基本成分通过超声技术重建稳定的油脂体。李杨等[45]研究了不同超声功率和超声时间对重组油脂体乳液稳定性的影响，发现超声处理后的重组油脂体乳液的贮藏稳定性及乳液乳化性都显著优于未经给超声处理的乳液，而且超声时间越长，乳液粒径越小但形状规则分布均匀。Peng等[41]用三酰甘油、磷脂和油体蛋白等多种成分成功的重组了芝麻油脂体，重组油脂体大小与三酰甘油和油脂体蛋白的比例成正比，重组油脂体的热稳定性和结构稳定性随体积的增大而降低，但与天然油脂体相比，重组油脂体的稳定性大大提高。Simona等[11]用SDS-PAGE和FTIR光谱对重组油脂体进行表征，证实了重组后油脂体的二级蛋白结构保持不变。目前，重组油脂体在微胶囊方面多用于作为疏水性分子和益生菌的适当载体，并应用于医学和乳制品中。

3.2.1 重组油脂体对疏水性化合物微胶囊化

荧光染料在生物学中被广泛用于检测有机靶点，如蛋白质和核苷酸，以及无机靶点，如钙、钠和氢离子[46]，Bonsegna等[37]从榛子和杏仁种子提取油脂体，并利用有机溶剂对甘油三酯进一步分离提纯后再重组油脂体，进而对荧光素异硫氰酸盐和羧基荧光蛋白进行包埋，所得到的微胶囊粒径比天然油脂体小4～10倍(50～200 nm)，两种荧光化合物的回收率都在40 %左右，经布鲁斯特角显微镜、扫描力显微镜和ζ-电位确定重组油脂体微胶囊在疏水性基底上是稳定的，可形成有序的单分子膜，而且肿瘤细胞对经油脂体微胶囊化后的两种荧光化合物的吸收没有受到影响，仍可以很容易的对肿瘤细胞进行染色观察。Bettini等[42]同样使用榛子和杏仁种子中提取的油脂体作为载体，并对油脂体进行同上的重组操作，对易受环境因素影响且水溶性差的姜黄素进行包埋，通过对癌细胞活力的测定，证实了经微胶囊化的姜黄素对癌细胞的抗增殖作用与游离姜黄素相同，说明天然油脂体作为微胶囊在药物释放方面有着巨大潜力。槲皮素是一种疏水性化合物，在人体内可有效抑制炎症，但生物利用度低，Elisabetta等[38]将槲皮素和胡椒碱的多酚组合包埋到重组杏仁油脂体中，使其在适当的作用部位保护和释放多酚，这样可有效减少多酚的降解，结果表明，低剂量重组多酚油脂体微胶囊可有效抑制脂多糖介导的炎症细胞因子分泌，用其治疗的小鼠可部分免受急性结肠炎的影响，还降低患病小鼠死亡率，表明重组油脂体是一种稳定且有效的多酚化合物载体。

3.2.2 重组油脂体对益生菌微胶囊化

Santiago等[40]对菲律宾椰子油脂体进行了提纯再重组，并使其对肠道益生菌菌株乳酸片球菌和戊糖假单胞菌进行包埋，重组的椰子油脂体对益生菌活力无拮抗作用，微胶囊平均粒径为10～50 μm，在喂食和禁食状态下微胶囊形态保持完整以及聚集性相对稳定，在肠道和结肠禁食条件下，益生菌活力虽降低到约20%，但仍能保持推荐的每人正常消化代谢所需106菌落(CFU)。这证明重组椰子油脂体可能是一种潜在的包埋材料，可适用于安全、有效和有针对性地输送益生菌，并以最大限度地开发有益于健康的功能性食品。Hou等[47]在70 ℃下分解芝麻油脂体来进行重组，并对乳酸菌包埋添加到脱脂乳中，通过对细菌数量的测量，发现包埋在重组油脂体乳液中的乳酸菌存活率从0.023%显著提高到5.45%(200倍以上)，在体外模拟的高酸性胃液和胆汁盐中，被包埋的乳酸菌在pH 2.0条件下的存活率均提高了约104倍，可见重组芝麻油脂体对乳酸菌包埋后具有显著的保护作用。因此，重组芝麻油脂体可作为一种理想的微生物胶囊，用于乳制品中的细菌包埋。

3.3 人造油脂体微胶囊化

人造油脂体与重组油脂体的区别和相似处如表2所示。

表2 人造油脂体与重组油脂体的区别和联系

目前，人造油脂体更多的应用在医用方面，如作为疏水药物口服给药系统[48]。因为一个有效的药物载体必须是小的、生物相容的以及可生物降解的，而由天然生物材料组成的人造油脂体正具有这些特性[49]。Chang等[34]在大肠杆菌中利用非融合表达载体重组了芝麻油脂体Caleosin，并制备了人造油脂体，其中油脂体内部是溶解了姜黄素的多种种子油，发现人造油脂体对姜黄素的包埋率可达95%，经冻干后微胶囊粉末平均粒径约为180 nm，经光学显微镜观察到其粒径比天然芝麻油脂体小得多，在4 ℃下存放一周其电位变化不大，说明油脂体提高了姜黄素的贮藏稳定性，通过对大鼠灌胃微胶囊并测定平均血药浓度可确定，包埋后姜黄素的生物利用度显著提高，说明人造油脂体制剂具有很大的包封口服疏水性药物的潜力。

Chiang等[50]选用植物油、磷脂、Oleosin和抗HER2/neu抗体的融合蛋白制成包埋姜黄素的人造油脂体微胶囊，其平均粒径随包埋姜黄素量的增加而增大，变化范围在430～710 nm，包埋率在60%～93%之间，ζ-电位在-40 mV左右，说明微胶囊相对稳定，通过对细胞活性检测可知，肿瘤细胞存活率降至50%以下，对其有较强的抗增殖作用，说明微胶囊可靶向向HER2/neu阳性肿瘤细胞输送姜黄素。Chen等[51]用橄榄油、磷脂和从大肠杆菌纯化的重组油脂体Caleosin制备人造油脂体，并在进行超声前使疏水性药物环孢素A溶于橄榄油中对其进行微胶囊化，在电子显微镜下观察到，形成的微胶囊是直径为50～200 nm的球形颗粒，在4 ℃储存1周后仍稳定的保持相似的粒径分布，包埋率达到99%，对大鼠平均血药浓度测定可确定，经重组油脂体Caleosin稳定的载环孢素A的人造油脂体微胶囊比商业制剂的生物利用度提高了71.3%。总体而言，这些结果说明了人造油脂体作载体的潜力。

4 油脂体微胶囊化产品的体内消化

油脂体特殊结构使其在人体内消化过程中首先分解周围磷脂-蛋白质结构，并从定位基质中释放脂质，因此油脂体中的脂质具有生物可及性，油脂体微胶囊对有效利用其脂质生物可及性和靶向释放的能力有着深远的影响[52]。

油脂体微胶囊在消化过程中首先进入胃消化道，在胃消化过程中的前30 min内，由于蛋白质外壳被胃蛋白酶解破坏以及胃液pH的影响，达到油脂体等电点，使粒径显著增加，而且由于缺乏静电斥力和空间位阻作用，液滴发生聚结。之后随着胃消化过程的进行，ζ-电位值有所增加，使得静电斥力和空间位阻作用增加，聚结的液滴逐渐分散，粒径减小，但因表面蛋白被胃蛋白酶水解后产生小分子肽会进一步降低静电斥力和空间位阻作用，使在整个胃消化过程中，油脂体液滴粒径明显高于初始乳液液滴粒径[36, 53]。胃液对表面蛋白的消化使脂肪酶能更快速地进入油水界面，从而有效地分解油脂体内部核心[52]。

经过胃消化后，在肠消化道中，通过与碱性胰液和胆汁液接触，消化道的pH值提高，随着消化时间的延长，乳液大液滴的数量减少，这种现象的产生可能因为蛋白质聚集并被肠液中的蛋白酶水解，或如脂肪酸、胆盐和吸附在脂肪液滴界面上的肽等某些小分子物质的存在，使静电斥力和空间位阻作用增强，降低了液滴的粒径。在肠道消化后60 min内，游离脂肪酸和在内的生物活性物质的释放会迅速增加，但程度较低[12, 36]。在肠道消化180 min后，胰酶水解油脂体表面的蛋白质后，油脂体脂解会继续释放出游离脂肪酸，这些游离脂肪酸能够在小肠中与钙和镁形成不溶性盐，通过小肠和大肠排出，减少钙和饱和脂肪酸的吸收。同时被包埋在内的生物活性物质的释放速率在这段时间内持续增加[36]。生物活性物质的消化性能和释放速率受到各种因素的影响，如液滴大小、界面的组成和结构以及连续相的粘度[52, 54-56]。

5 展望

基于油脂体具有很好的物理稳定性和化学稳定性，油脂体作为保持生物活性物质活性和益生菌稳定性的天然载体应用于功能性食品和医药产品，并提高油料作物附加值。但目前对于油脂体微胶囊的研究多侧重于理化性质的分析，而细胞对油脂体微胶囊的摄取机制以及体内消化过程的研究仍有不足，因此未来的研究重点应倾向于评价油脂体微胶囊产品的体内消化与靶向释放的研究，使其更好地应用于食品和医药行业。