纳米结构脂质载体的制备、表征及其在食品领域的研究进展

朱子昊，卢晓明

（山东农业大学食品科学与工程学院 山东省高校食品加工技术与质量控制重点实验室 山东泰安 271018）

脂质纳米粒（lipid nanoparticles，LN）本质上是一种胶体颗粒，由有生物相容性，并可生物降解的脂质基质组成，其粒径在100～400 nm 之间[1]。与其它胶体体系相比，LN 的生物相容性更高，物理稳定性更好，能控制活性物质的释放，实现大规模批量生产[2]。

固体脂质纳米粒 （solid lipid nanoparticles，SLN） 是在LN 的基础上发展起来的一种胶体颗粒，是固态脂质组成的一种脂质纳米粒。SLN 的主要制备流程是将固态脂质与包埋的活性物质共同分散于水相中[3]。SLN 在研究过程中存在不足，如活性物质在储存过程中较容易发生泄露，载药量有限等[4]。

纳米结构脂质载体（nanostructured lipid carrier，NLC）是针对SLN 的不足加以完善的一种创新型载体系统[5]。NLC 由液态脂质和固态脂质混合制备而成，相比于之前的纳米脂质体，NLC 提高了活性物质的溶解度，改善了物质的突释能力，同时也延长了活性物质在载体中的储存期限[6]。

在医药和化妆品领域，NLC 已得到广泛的应用，而在食品领域中的应用还处于一个相对初级的阶段[7]。在医药领域，NLC 可作为一种纳米给药系统，作为各种药物的传递载体，还能起到运输和保护药物的作用[8]。在化妆品领域，NLC 可以控制活性物质的释放速度，使活性因子能够缓慢持续地从体系中释放出来，达到长时间作用于人体皮肤的效果[9]。在食品领域，NLC 在包封、运输、释放活性成分和营养物质方面的优势已愈发明显[10]。本文综述纳米结构脂质载体的形态结构、表征、制备材料与方法等，及其在食品领域的主要研究进展，为纳米结构脂质载体的研究提供参考。

1 NLC 结构特征

对于NLC 总体的结构特征有许多不同的看法，目前普遍被人们所接受的观点是由Müller 等[1]在2002年提出的3 种结构：缺陷型、无定型和复合型。

缺陷型NLC 由于其固液脂质的性质不同，很难形成高度有序的结晶体，容易产生晶型缺陷，使包埋对象获得了更大的调节空间，提高了NLC 的载药量；无定型NLC 的特别之处在于脂质的性质，无定型NLC 在制备过程中会加入一些在冷却过程中不产生结晶体的特殊脂质，能长时间维持NLC 内部处于无定型状态，这样就避免了重结晶而导致的活性物质泄露的问题；固态脂质中存在微小的液态油纳米隔室，是因为当固液脂质二者达到一定的比例时，在冷却过程中会发生固液分离，导致液态油纳米隔室的形成[11-12]。这种纳米隔室的形成显著提高了NLC 的载药量，被称作复合型NLC。

在SLN 和NLC 中，活性物质还有可能黏附在纳米粒子的表面，有的还会在粒子表面形成分子束，结构如图2所示[13]。活性物质存在于脂质中的形式以及其与脂质的相互作用会影响活性物质的吸收，所以NLC 不同的结构会对最后的制备与表征产生影响[14]。Lombardi 等[15]采用拉曼光谱法、顺电光谱法和荧光分析法对存在于NLC 中的尼罗红分子进行研究，研究结果显示在NLC 表面的确存在着一定数量的尼罗红分子束。

图2 活性物质黏附于纳米结构脂质载体颗粒表面的新模型[13]Fig.2 A new model of active substances adhering to the surface of nanostructured lipid carrier particles[13]

2 NLC 制备材料

NLC 的制备材料通常可以分为脂质材料和表面活性剂两类主要组成成分，脂质材料分为固态脂质和液态脂质。脂质种类与比例、表面活性剂种类与浓度都会影响NLC 的制备效果。与SLN 不同的是，制备NLC 时用液态脂质替代了SLN 中的部分固态脂质。

2.1 脂质材料

可用来制备NLC 的常见固体脂质有棕榈酸甘油酯[16]、单硬脂酸甘油酯[17]、山嵛酸甘油酯[18]、固醇类物质[19]、鲸蜡[20]等。而液态脂质则要求对包埋对象要具有一定的溶解度，能增大NLC 的载药量，与固态脂质的亲和力要强[21]。一些常见的制备NLC 的液态脂质包括饱和烷基甘油三酯[22]、油酸[23]、肉豆蔻酸异丙酯[24]以及含多不饱和脂肪酸的功能性油脂[25]等。

2.2 表面活性剂

表面活性剂是NLC 体系保持稳定的关键因素。表面活性剂能够使NLC 表面形成有一定强度的界面膜，改善NLC 体系的稳定性[26]。制备NLC常用的表面活性剂有卵磷脂[27]、泊洛沙姆[28]、生物胆盐[29]、吐温[30]、司盘[31]以及某些氨基酸和蛋白质等。表面活性剂的种类与浓度等指标都会直接或间接影响脂质载体的制备效果和稳定性。何娜[32]研究了吐温80 的添加量对鲢鱼鱼油纳米结构脂质载体包封率的影响，研究结果显示，当吐温80添加量从0%到10%时，NLC 包封率随吐温80 添加量的增加而增大，当其含量大约在10%到25%时，该脂质体达到最大包封率值，当含量高于25%时，由于吐温80 浓度过大破坏了脂质载体的膜结构，导致包封率下降。Miftakhur 等[33]通过研究表面活性剂（吐温80）与脂类和水的比例来优化β-胡萝卜素纳米结构脂质载体的处方，当脂质∶表面活性剂=1∶4.9，（脂类+表面活性剂）∶水=6∶19 时为最佳处方，脂质体各项表征效果最好。

图1 纳米结构脂质载体3 种常见的结构[1]Fig.1 Three common structures of nanostructured lipid carriers[1]

3 NLC 制备方法

脂质体的结构和形成原理如图3所示（以磷脂分子为例）。磷脂分子在水相中形成磷脂双分子层后，磷脂双分子层在各种作用力的影响下形成封闭的囊泡结构，即脂质体[34]。在日常的工业生产和试验研究中，根据活性物质和制备原料的性质不同，制备NLC 的方法也各不相同[35]。NLC 主要的制备方法如下：

图3 脂质体的结构及形成原理[34]Fig.3 Structure and formation principle of liposome[34]

3.1 高压均质法

高压均质法是制备NLC 的常用方法，是一种可以实现大规模生产的NLC 制备方法[36-37]。高压均质法的原理是将粗分散液流经微小的入口孔板处进入高压均质机，通过高压作用形成纳米粒径的乳液[38]。高压均质法也包含了许多类型，按照制备温度划分，分为高温和低温两种均质方法[39]。高温均质法主要流程是先将固态脂质进行高温溶解，加入液态油和包埋对象，在相同温度条件下，将上述高温混合物分散到水相中，加入表面活性剂，经过高压均质机均质后快速冷却制得NLC；低温均质法的使用对象主要是一些亲水性物质和对温度比较敏感的物质，具体流程是将固液混合脂质与包埋对象一起熔融后于液氮条件下进行冷却粉碎，加入含有表面活性剂的水相当中制得粗分散液，在室温条件下通过高压均质机制得NLC。

Siriporn 等[40]通过高压均质法制备出了番茄红素纳米结构脂质载体，脂质材料选取的是果蜡和米糠油，番茄红素稳定性良好，将NLC 中的番茄红素低温贮藏也可延缓其降解，如表1、表2所示。Bharti 等[41]用辛酸癸酸聚乙二醇甘油酯和单硬脂酸甘油酯作为脂质原料，泊洛沙姆为表面活性剂，通过高压均质法制备出了盐酸特比萘芬纳米结构脂质载体（TH-NLC），该体系经检测稳定性良好，有较好的缓释效果。

表1 NLC 样品在4，30 ℃和40 ℃下储存120 d 后的粒径[40]Table 1 Particle size of the NLC samples were stored 120 days at 4，30，and 40 ℃[40]

表2 在4，30 ℃和40 ℃下储存120 d 后NLC 样品的多分散指数（PDI）[40]Table 2 PDI of the NLC samples were stored 120 days at 4，30 and 40 ℃[40]

3.2 微乳法

微乳法也是制备NLC 的常用方法之一，将固液混合脂质与目标活性物一同加热溶解，搅拌分散于含有表面活性剂的冷水中，最后进行低温固化制得NLC 分散液。张科等[42]以硬脂酸和油酸作为脂质材料，吐温和泊洛沙姆作为复合型表面活性剂，乙醇为助乳化剂，采用微乳法制备出氧化苦参碱磷脂复合物纳米结构脂质载体 （OMT-PCNLC）。Lin 等[43]以中链甘油三酯、单己酸单酯为脂质原料，吐温80 为表面活性剂，成功通过微乳法制备出单月桂酸酯纳米脂质载体。

3.3 溶剂乳化蒸发法

将脂质材料溶于可以与水混溶的有机溶剂中，溶解后将溶液分散在含有表面活性剂的水相中，通过降压旋蒸的方法除去溶液中含有的有机溶剂，最后冷却至室温制得NLC。该方法的优点是对温度要求不高，在室温下即可进行；缺点是制备过程中有机溶剂可能会因蒸发不彻底而导致残留，在食品应用中会受到一定的限制。高国太等[44]通过溶剂乳化蒸发法成功制备出姜黄素纳米结构脂质载体（C-NLC），初步稳定性试验中发现，在4℃条件下稳定性较好，但不适宜在室温下储存（表3）。Saeideh 等[45]以硬脂酸和油酸为脂质材料，泊洛沙姆和卵磷脂作为复合型表面活性剂，采用溶剂乳化蒸发法成功制备出阿霉素纳米结构脂质载体（Dox-NLC），冷冻干燥后以及在4 ℃下储存60 d后的载药量没有发生显著变化，稳定性良好，具备了一定的缓释能力。

表3 纳米粒初步稳定性（n＝3）[44]Table 3 Preliminary stability of nanoparticles （n=3）[44]

3.4 高速搅拌-超声分散法

高速搅拌-超声分散法的前期制备流程和高压均质法类似，最后用超声设备对前期制备的初乳进行超声分散即可制成NLC。超声法与其它制备方法相结合可以起到良好的NLC 制备效果。喻姣等[46]以肉豆蔻酸异丙酯，胆固醇为脂质材料，通过溶剂乳化蒸发与超声法相结合的方式制备了卵清蛋白纳米结构脂质载体（Ova-NLC），测得的包封率为（86.54±2.13）%，载药量为（18.03±1.65）%，品质良好，体外具有一定的缓释作用且有较高的细胞摄取能力。魏永鸽等[47]通过乳化超声技术成功制备出了莪术醇纳米结构脂质载体，粒径、Zeta电位、包封率等指标均表现良好，该纳米结构脂质载体也提高莪术醇的肿瘤抑制率，对中药活性成分的抗肿瘤研究有参考价值。

4 NLC 表征

NLC 的表征直接决定了制备是否成功，集中主要体现为表征NLC 的稳定性，稳定性高的NLC体系可以更好的发挥其主要功能。表4为近几年国内外研究学者制备的各种活性物质的纳米结构脂质载体及其表征和研究成果。

表4 NLC 技术研究情况Table 4 NLC technology research

4.1 粒径大小及其分布

NLC 分散体系内的粒径平均直径可通过光子相关光谱 （Photon correlation spectroscopy，PCS）和激光衍射法（Laser diffraction，LD）测得，PCS和LD 操作简单迅速，测量结果精确，数据的重复性较好[48]。纳米粒子分布情况可以通过多分散指数（Polydispersity index，PI）直接反应，PI 值越低，说明分散体系内粒子分布越均匀，如果PI 值＜0.1，粒子大小范围为100 nm，此时可以将分散体系视为单分散；而PI 值越高，表明粒子之间大小差异越大，物理稳定性差，容易发生粒子聚合现象[49]。

NLC 粒径大小与多种因素都有关，例如固液脂质的比例、投药量、pH 值、表面活性剂浓度等[50]。也有研究表明，制备方法也可以影响粒径的大小，在高压均质法制备NLC 的过程中，NLC 粒径随着均质次数的增加而减小[51]。

4.2 Zeta 电位

Zeta 电位是表征NLC 稳定性的重要指标[52]。流动电位法、超声波法、电泳法以及电渗法是测量Zeta 电位的主要方法[53]。一般来说，Zeta 电位的绝对值和NLC 体系的稳定性呈正相关的关系，Zeta电位绝对值越高意味NLC 体系中携带的电荷越多，粒子间斥力越大，体系稳定性越好[54]。

对于NLC 而言，如果需要通过离子型表面活性剂来达到稳定状态，将对整个NLC 体系产生影响。Alguacil 等[55]认为，胶体粒子表面的离子型表面活性层对粒子的Zeta 电位有着重要的影响。离子型表面活性剂影响了不光滑的胶粒剪切平面的位置，导致了Zeta 电位降低。Mosharraf 等[56]通过研究发现，粒径大小与Zeta 电位呈负相关，在一定范围内，随着粒径的增大，Zeta 电位会减少，证明了表面电荷的特性可以影响粒径的大小。另外，Zeta电位还与离子浓度、pH 值、温度等因素有关。

4.3 包封率

对于NLC 包封率的测定也是衡量NLC 性能的一个重要指标，是指形成NLC 体系的药物量占总药量的比例[57]。NLC 的包封机理主要有包合和吸附两种模式[58]，在包合模式中，包埋对象可以存在于脂质层内、脂肪酸链间或者结晶缺陷中；而在吸附模式中，包埋对象则主要集中在脂质表面的表面活性剂中。

NLC 的包封率也受温度、pH 值等因素的影响，其中固液脂质的比例是影响NLC 体系包封率大小的关键因素[59]。Pathak 等[60]通过超声分散法成功制备出利多卡因纳米结构脂质载体，通过单因素分析表明，当液态脂质的比例在10%时该体系有最大包封率（95.96±0.985）%，当液态脂质的占比超过10%时，包封率就会发生下降。

4.4 晶型结构

NLC 的晶型结构某种程度上决定了包埋对象的包封释放性能，NLC 中的液态脂质可以增加NLC 中纳米粒骨架的不规则性和非稳态晶型的比例，扩大活性物质的容纳空间，提高NLC 的载药能力[61]。NLC 的晶型结构可通过差示扫描量热法（Differential scanning calorimetry，DSC）、核磁共振 （Nuclear Magnetic Resonance，NMR）、X 射线衍射分析（X-ray diffraction analysis，XRD）等方法进行测定研究[62]。

差示扫描量热法可以测量NLC 样品的结晶度和熔点，用来进一步分析脂质的状态以及生物活性物质在体系中的存在形式[63]。在X 射线衍射分析法中，在相应的波长范围内，当X 射线穿过NLC 中的晶体时，会发生衍射，利用这一点可以用来研究晶体的内部结构[64]。

4.5 形貌观察

对NLC 进行形貌观察可以直观的反映NLC的制备效果。Lin 等[43]制备单月桂酸酯纳米脂质载体时，通过透射电子显微镜（transmission electron microscope，TEM）和环境扫描电镜（environmental scanning electron microscope，ESEM）观察到了相应NLC 和SLN 的具体形貌，测得SLN 粒径为50 nm，含5%中链甘油三酯的NLC 粒径为80 nm，如图4、图5所示。冷冻透射显微镜（cry TEM）可以使样品短时间内冷冻，使其包埋于无定型状态的冰状物中，减少纳米粒发生聚集或融合的现象[65]。Liu 等[66]在设计制备多西紫杉醇纳米脂质载体（DTX-NLC）时，将样品通过冷冻干燥法处理，再进行电镜观察，也可以避免颗粒融合聚集现象。随着研究的不断发展，冷冻分析技术将会成为NLC形貌观察的主要分析技术[50]。

图4 SLN 和NLC 粒子的ESEM 图像Fig.4 ESEM images of SLN and NLC particles

图5 SLN 和NLC 粒子的TEM 图像Fig.5 TEM images of SLN and NLC particle

5 NLC 在食品中的应用

总体来说，NLC 在食品领域主要是起到保护包埋对象的作用，降低外界因素对其的干扰，并且控制包埋活性物质的释放[77]；具体来说，NLC 作为一个口服运载体系，在人体胃肠道消化的过程中对包埋在体系内的活性物质的保护、控释和提高生物利用率等重要作用[78-79]。

5.1 NLC 在功能性食品中的应用

功能性食品指的是含有对人体健康有益的活性成分的一类食品，对人体无任何毒副作用[80]。亲脂性功能食品因其具有优异的营养价值、抗氧化、抗炎、创伤愈合、抗癌等多种保健作用而更加受到人们的关注。但大部分是亲脂性化合物，其水溶性较差、容易与空气发生氧化反应，在食品体系中的应用受到了一定的限制，这也是亲脂性保健食品需要解决的关键问题[81]。为了突破这一限制，纳米结构脂质载体系统已经在世界范围内得到了广泛的发展与研究，可以用来包埋功能性食品成分，作为功能性食品的载体[82]。

王佳丽等[83]以硬脂酸为固态脂质、藻油（含40%的DHA） 为液态脂质，通过高压均质法制备DHA-NLC，经试验表明，当高压均质机的压力为1 500 bar，均质次数为3 次时，制备出的DHANLC 分散性较好，在4，20 ℃及40 ℃下均能保持良好的稳定性，载体对于DHA 的包封率和载药量可以达到88.49%和10.62%。有研究发现，两种或多种双亲性物质的复配可以提高NLC 的稳定性，李彤等[84]选取了白藜芦醇和亚麻籽油两种活性物质作为包埋对象，采用高压均质法制备出二者复配的纳米结构脂质载体，研究结果显示，NLC 体系的包封率高达（98.4±0.2）%，载体化后的白藜芦醇具有更好的抗氧化活性，有效延缓了亚麻籽油的氧化。Tamjidi 等[85]用虾青素制备纳米结构脂质载体，将其应用于饮料生产中，表明了将含有疏水性营养保健品的NLC 用于功能性饮料具有一定的前景和开发价值。刘会晓等[86]通过高压均质法制备了番茄红素纳米结构脂质载体，水分散性和物理稳定性均表现良好，包封率达到了91.95%，促进了番茄红素在人体内的吸收和利用，起到了更好的抗肿瘤效果。熊文慧等[87]对制备番茄红素纳米脂质体做了进一步优化，筛选酪蛋白酸钠、乳清分离蛋白等物质作为天然乳化剂，选择含多不饱和脂肪酸的功能性油脂为脂质材料制备番茄红素纳米结构脂质载体，结果表明，该体系包封率高达94.6%，在4 ℃的贮藏温度下能保持良好的物理稳定性，天然乳化剂的风味也更容易被消费者接受。

5.2 NLC 在食品添加剂中的应用

随着居民饮食水平不断提高，对食品添加剂的创新性与安全性的要求也越来越高。纳米结构脂质载体逐渐广泛应用于我国食品添加剂领域中，将添加剂包埋于NLC 中，降低了外界因素对食品添加剂的影响，延长其使用时间[88]。

焦岩等[89]通过乳化蒸发法制备了用壳聚糖修饰的玉米黄色素纳米结构脂质载体，通过稳定性试验证明，壳聚糖的修饰增强了NLC 体系的稳定性，有效地保护了玉米黄色素，延长其使用时间。林琳等[90]通过超声分散法制备了丁香精油纳米结构脂质载体，具有良好的稳定性，通过抑菌试验发现，丁香精油纳米结构脂质载体可以达到长时间抑菌的效果，在各类豆制品中金黄色葡萄球菌的杀菌率均可达到99.8%以上。胡晓波等[91]通过乳化蒸发-超声分散法制备了苏氨酸铁纳米结构脂质载体，提高了铁的生物利用率，该体系作为铁强化剂加入牛奶中，减缓了牛奶中脂质的氧化速率，是一种前景可观的铁强化剂。

6 总结与展望

NLC 是一种极具发展前景的载体系统。目前只有高压均质法可以达到NLC 的大规模生产，其它制备方法虽然也各有优点，但是无法进行大规模生产，多停留在试验层面的研究。纳米结构脂质载体的相关产品最后都是要推向市场，服务于广大消费者，纳米结构脂质载体的大规模工业化生产是必需的。在今后的研究中需要进一步去创新探索更加简便高效、可大规模生产的制备方法，减少有机溶剂等有害物质的残留问题，使其扩大生产并应用到工业中去。

目前，纳米结构脂质载体在食品领域的研究还处于一个相对初级的发展阶段，主要集中在功能性食品载体的研究上。功能性食品的初衷是保障人们的身体健康，预防各种疾病的发生，纳米结构脂质载体的制备需要更好的与医学接轨，做到医疗与食疗相辅相成。除此之外，还要做好NLC产品的优化工作，探究影响产品表征的各项指标及其内在联系，力求发现最优处方，不断改善产品的品质。

无论将NLC 应用在功能性食品还是食品添加剂中，均需要口服使用，因此对食品进行严格的安全性评价尤为重要，如进行细胞毒性试验、动物试验等。而且当纳米脂质体分散于饮料、乳制品等食品中时，对食品本身的理化性质的影响也是需要后续完善解决的问题。

除了作为功能性食品和食品添加剂的载体之外，还需要进一步研究NLC 在食品领域其它方面的应用。随着人类对于NLC 的研究不断深入，NLC将具有更广阔的发展空间。