乳液基递送体系对植源活性物健康效应的影响研究进展

2022-07-29 02:40:58陈美妙王浩楠邱哲瀚
食品科学 2022年13期
关键词:乳液菌群凝胶

陈美妙,王浩楠,邱哲瀚,肖 杰,2,*

(1.华南农业大学食品学院,广东 广州 510642;2.广东省功能食品活性物重点实验室,广东 广州 510642)

近年来,类胡萝卜素、黄酮类化合物、花色苷及生物皂苷等植源活性物被广泛应用于功能食品的开发中。然而,部分植源活性物在食品加工贮存时受光照、温度等条件影响,容易出现氧化、异构化等活性降低现象。经口摄入后,部分敏感活性物易在胃肠道环境中降解失活,此外,溶解度低、分散性差、代谢速度快及小肠吸收转运效率低、非靶吸收部位释放等问题都限制了植源活性物经口摄入后的健康效应。递送体系是指在空间、时间和剂量等方面调控物质在生物体内吸收分布的技术体系。针对活性物功效发挥的限制性因素所特异性设计的递送体系能够在恰当的时间将一定剂量的活性物递送到目标位点,提高活性物在靶标的吸收效率,达到稳态化、增效递送效果,改善活性物在生物体内的健康效应。

目前,根据形态结构,递送体系可划分为纳米颗粒、脂质体、乳液、微胶囊、凝胶等多种类型。其中,乳液基递送体系是指两种互不相溶的液体在外力以及表面活性物质存在条件下,其中一相以小液滴状态分散在另一连续相中所形成的非均相分散体系。乳液基递送体系制备过程简单,采用高速剪切、高压均质、微射流、超声波处理等多种方式均可制备。且乳液油相能显著提高疏水性植源活性物的溶解度和分散性,对于易受外部环境如光照、氧气或胃肠道环境等因素影响的敏感活性物,乳液体系可对其起到保护性递送的作用,减少活性物在外部环境或胃肠道环境中的降解。乳液体系更为突出的增效递送优势在于:乳液基递送体系进入小肠后迅速被胰酶水解,所释放的游离脂肪酸能与胆盐、磷脂等形成亲水头疏水尾结构的胶束,疏水性植源活性物能负载于其中,从而提高活性物的跨肠膜吸收转运效率;同时乳液基递送体系还可通过增强活性物与乳糜微粒的结合程度或提高M细胞对活性物的吸收效率进而提高活性物的淋巴转运效率、降低肝脏的首过效应。此外,利用乳液基递送体系调节植源活性物在肠道中的释放及黏附行为调控活性物与肠道菌群之间的互作过程,能有效改善活性物的健康效应。基于上述优势,乳液基递送体系一直是极具开发应用潜力的功能食品制剂。本文主要总结乳液基递送体系的种类及优势,并系统综述乳液基递送体系对活性物的增溶效果、释放吸收特性及肠道菌群互作过程等的影响研究。

1 植源活性物递送的必要性

植源活性物是指存在于植物中并对机体生理功能或健康效应产生调控作用的微量或少量物质,又称植物性保护物质或植化活性物。据估计,植物能产生20多万种代谢物,除初级代谢物(碳水化合物、脂类和氨基酸)外,还能合成各种各样的次级代谢物,这些物质被广泛应用于制药、农化、食品添加剂等领域。目前市场上超过60%的抗癌药物和66%的抗菌化合物(包括抗菌、抗真菌和抗病毒化合物)均为植源活性物。表1列举了多种植源活性物的主要来源、功效及其作用机制。

表1 植源活性物的来源、功效及其作用机制Table 1 Sources, bioactivities and action mechanisms of phytochemicals

植源活性物具有强大的生理功效,但部分植源活性物溶解度低、肠道渗透性差,导致其生物利用度较低,无法在生物体内发挥应有的健康效应。生物制药分类系统(biological pharmaceutical classification system,BCS)根据物质的溶解度和渗透性这两类影响物质生物利用度的因素将活性物分为4 类(表2)。I类活性物溶解度高且在肠上皮细胞膜上具有较高的渗透性,其生物利用度不受溶解度和渗透性的限制,这类活性物一般能在生物体内发挥良好的健康效应;II类活性物溶解度低,但肠道渗透性较高,大部分脂溶性活性物属于这一类,通过乳液基递送体系的包埋递送即可有效提高这一类物质的溶解度,从而改善活性物的健康效应;III类活性物溶解度高,但在肠上皮细胞膜上渗透性低,大部分亲水性活性物属于这一类,可通过与增加细胞膜通透性的物质(如卵磷脂等)共同递送提高其健康效应;IV类活性物溶解度低且肠道渗透性差,需要通过脂质给药系统递送或与增强细胞膜通透性的物质共同递送等多种机制联用最终改善活性物的健康效应。

表2 BCS对活性物的分类Table 2 Classification of active substances by the biological pharmaceutical classification system (BCS)

近年来,智能化设计递送增效体系对植源活性物进行包埋并探究递送体系对活性物健康效应的调控作用已成为研究热点。由表2可知,溶解度和/或肠道渗透性差可导致植源活性物生物利用度低,而较低的生物利用度将进一步影响植源活性物的健康效应,此外,胃肠道稳定性差、代谢速率快或肠道菌群互作效率低均会影响活性物在生物体内的消化、吸收、分布及代谢等各生理过程。提高植源活性物健康效应正是递送体系设计的出发点,而乳液基递送体系能够通过下列一种或几种方式提高植源活性物的机体健康效应:1)利用油相作为溶解介质提高疏水性活性物在体内外的溶解度,合理设计体系粒径以改善活性物在胃肠道的分散性;2)将植源活性物负载于乳液基递送体系分散相中,提高活性物在长期贮存或胃肠道环境中的稳定性,达到保护性包埋递送的效果,同时还能利用具有黏附、胶凝特性的聚合物(壳聚糖、果胶、海藻酸钠等)控制活性物在生物体内的时滞性释放和特异性黏附;3)利用特定的表面活性剂作为乳液界面稳定剂能够增强细胞膜通透性,且乳液在小肠消化过程中形成的胶束能有效提高活性物在肠上皮细胞处的吸收转运效率;4)增强活性物在肠上皮细胞内与乳糜微粒的结合程度,具有合适粒径范围、界面电势的乳液液滴能直接被M细胞胞吞,提高活性物的淋巴转运效率避免肝脏首过效应;5)乳液基递送体系可对植源活性物在生物体内的时滞性释放及特异性黏附特性进行调控,影响活性物与肠道菌群的互作效率进而改善活性物的健康效应。

2 不同乳液基递送体系的特点及优势

乳液由两种互不相溶的液体组成,是其中一种以液滴形式分散于另一种连续相液体中形成的分散体系。根据相组成的不同,乳液通常可以分为水包油型(O/W)和油包水型(W/O)两种。乳液基递送体系制备工艺简单,且能有效调控活性物在生物体内的稳定性、吸收转运及肠道菌群互作效率等多种生理途径。图1展示了部分乳液基递送体系的结构示意图,本文对纳米乳液、微乳液、皮克林乳液、双乳液、W/W乳液、乳液凝胶等多种类型乳液基递送体系的特点、优势及对植源活性物的递送研究进展进行综述。

图1 部分乳液基递送体系结构示意图Fig. 1 Schematic diagrams of emulsion-based delivery systems

2.1 纳米乳液

纳米乳液是由水、油和乳化剂组成的,具有各向同性的热力学稳定体系,液滴粒径通常在10~1 000 nm之间。纳米乳液液滴尺寸小且分布均匀,在贮存时不易发生聚集、沉降、絮凝或分层,具有良好的贮存稳定性,且较小的液滴尺寸能提高胰酶在乳液界面处的吸附效率,提高脂质消化速率,改善其所负载活性物的生物利用度。Singh等的研究表明,与白藜芦醇悬浮液相比,经纳米乳液负载后白藜芦醇的口服生物利用度提高430%,明显改善了白藜芦醇的体内健康效应。同样地,Zhang Man等研究发现,与多甲氧基黄酮悬浮液相比,经纳米乳液负载后多甲氧基黄酮的生物可及性得到明显改善,而这一改善效果与纳米乳液较小的液滴尺寸引起脂质消化程度的提高有关。此外,有研究表明纳米乳液能够改善细胞膜通透性或打开细胞间紧密连接,提高物质跨膜运输效率,最终影响活性物的生物利用度。Li Yongjiang等制备了负载黄连素的纳米乳液,并通过采用Caco-2细胞单层膜模型研究经纳米乳液负载后黄连素的细胞膜渗透率,研究发现,纳米乳液能够提高黄连素在肠道内的被动转运效率,从而改善黄连素在肠道中的吸收效率。此外,有研究表明,与桔皮素悬浮液相比,经纳米乳液负载后桔皮素对小鼠肿瘤发生相关蛋白表达的调控作用更显著,能更加有效地改善桔皮素的健康效应。

2.2 微乳液

微乳液是由表面活性剂及一定比例的水相、油相在环境诱导或自发条件下形成的透明的热力学稳定体系,其液滴粒径通常分布在20~200 nm之间。作为一种液体递送系统,微乳液具有热力学稳定性好、制备工艺简单、对亲脂和亲水性活性物均有较高增溶能力等优点。微乳液不仅能提高活性物的溶解度,而且能降低敏感活性物在光照、氧气等环境中的降解程度。马雪松等利用W/O型微乳液负载紫甘薯色素,成功解决了紫甘薯色素由于油溶性差而限制其作为食品色素使用的问题。Uchiyama等发现经微乳液负载后,辅酶Q的溶解度得到较大程度改善。-亚麻酸水溶性低、氧化稳定性差,Chen Boru等利用微乳液对-亚麻酸进行包埋,发现-亚麻酸经包埋后的抗氧化能力提高80%左右。此外,微乳液较小的液滴尺寸能够增加活性物的溶解度或改善活性物在肠上皮细胞和淋巴转运吸收效率进而影响活性物的健康效应。Tang Tiantian等利用微乳液负载葛根素并通过乳糜微粒流阻断法研究微乳液的淋巴转运情况,研究发现葛根素在生物体内主要通过淋巴途径进行吸收并最终发挥其健康效应。石明芯等研究吴茱萸碱经微乳液负载后在SD大鼠体内的吸收情况,发现微乳液能够延长吴茱萸碱的作用时间、提高其胃肠道吸收效率从而改善吴茱萸碱的健康效应。

2.3 皮克林乳液

皮克林乳液是指利用具有适当表面润湿性的固体颗粒作为界面稳定剂从而形成的O/W或W/O型乳液。与由小分子表面活性剂稳定的传统乳液相比,皮克林乳液具有独特优势:界面吸附过程为不可逆吸附过程,并具有突出的抗乳液聚结、抗奥氏熟化稳定性,独特的流变特性以及稳定大液滴尺寸或高内相乳液的能力。皮克林乳液可采用食品级固体颗粒作为稳定剂以满足消费者对绿色消费的需求,因此皮克林乳液近年来在食品领域的基础及应用研究越发广泛。冯鑫等研究发现高黏弹性的皮克林乳液可显著降低-胡萝卜素的光降解率,体系经30 d的贮藏(4 ℃)后-胡萝卜素保留率仍可维持70%以上。本课题组前期研究利用皮克林乳液负载姜黄素,结果显示在紫外线照射下,经皮克林乳液包埋后的姜黄素的保留率高达(56.3±4.9)%,而植物油中姜黄素的保留率仅为(6.5±3.1)%,说明经皮克林乳液包埋递送后,活性物的氧化稳定性能够得到较大程度的提高。姜黄素体外较高的保留率很大程度上归功于皮克林乳液独特的结构,胶体颗粒作为稳定剂使皮克林乳液在界面处形成的物理屏障能够有效隔离氧气,且利用胶体颗粒作为稳定剂还赋予了皮克林乳液突出的稳定性,使其对负载的活性物起到保护性包埋的效果。皮克林乳液独特的结构不仅对活性物起保护性包埋递送的作用,还能提高活性物的口服生物利用度,发挥增效递送的作用。Ning Fangjian等利用皮克林乳液递送5-甲基陈皮素,发现5-甲基陈皮素在皮克林乳液中的生物利用度为18.3%,高于其在纯油中的生物利用度(9.2%)。皮克林乳液制备成本低,其界面稳定粒子主要由食品中的蛋白质类、糖类以及脂肪类的物质组成,不含表面活性剂,在脂肪替代品、食品包装材料、营养素或药物的递送等方面具有广阔的应用前景。

2.4 双乳液

双乳液,亦称为多重乳液,是一种多重腔室液体分散体系,其典型结构为分散相的液滴中仍含有更小的液滴,即液滴中包含更小液滴的结构。双乳液具有“两膜三相”独特结构,包括3个互不相容的相(内水相W、油相O、外水相W)以及2个油-水界面(W-O、O-W)。根据体系相组成的不同,双乳液可分为W/O/W型和O/W/O型两种。目前,两步乳化法是制备双乳液最常用的方法:第一步在高速剪切(或高压均质)条件下将W与含亲脂性乳化剂的油相混合,制备粒径较小的W/O乳液;第二步则在较温和的剪切条件下,将W/O乳液与含亲水性乳化剂的W混合制备W/O/W型双乳液。相比于单乳液,双乳液突出的优势表现为:其内水相能保护性包埋敏感化合物、益生菌等物质,在胃肠道消化过程中,双乳液液滴聚合、油相脂解、内相负载物释放逐步发生,因此负载于双乳液内水相的活性物具有程序性释放的效果。此外,双乳液的内水相和油相可同时负载水溶性及脂溶性活性物实现活性物的共负载递送。本课题组前期利用皮克林双乳液包埋递送嗜酸乳杆菌(,LA)并研究LA的存活率及结肠黏附效果。结果发现经皮克林双乳液包埋后,LA在胃肠道连续消化后存活率仍高达84.24%,且LA在结肠中的黏附效率是游离LA的3 倍。Aditya等利用双乳液共负载脂溶性姜黄素和水溶性儿茶素,结果发现与姜黄素或儿茶素悬浮液相比,双乳液的包埋递送显著提高活性物在模拟胃肠道溶液中的稳定性,并使活性物的生物可及性增加了4 倍。同样地,Chen Xing等利用双乳液共负载儿茶素和槲皮素,发现双乳液能极大改善儿茶素的胃肠道稳定性及槲皮素的胃肠道溶解度,并最终使儿茶素和槲皮素的生物可及性分别提高2 倍和4 倍。双乳液独特的“两膜三相”结构不仅使其具有保护性递送、程序性释放和共负载活性物的功能特性,且与单乳液相比,双乳液中的内水相代替部分油相,降低了体系的油脂含量,因此在低脂食品开发领域也具有较好的开发潜力。

2.5 W/W乳液

W/W乳液是一种特殊而稳定的乳液结构,由两种互不相溶的聚合物溶液组成,通常由一种水溶性聚合物溶液以细小的液滴形式分散在另一种水溶性聚合物溶液或盐水介质中。由于分散相和连续相具有相似的物理性质,相之间的微小密度差异意味着与相同平均粒径的油/水液滴相比,W/W乳液的层析速度更慢。此外W/W乳液不含油相,其在低热量食品、无油化妆品及药品的开发应用中具有良好的潜力,且乳液的分散相水溶性聚合物溶液可对亲水性敏感化合物及风味化合物起到保护性包埋、控制性释放的作用。但W/W乳液对制备工艺条件要求较高,分散介质和稳定剂的种类及浓度均影响体系稳定性。由于与常规油-水分散体系流体界面相比,水-水界面的有效厚度更大且界面张力更低,通常需要应用不同于传统乳液的乳化剂才能稳定。目前主要利用胶体颗粒,如蛋白质或多糖颗粒聚集在水-水界面形成强有力的屏障以防止乳液聚结和相分离,其界面稳定机制与皮克林乳液相似。Chen Jiafeng等利用玉米醇溶蛋白颗粒作为界面稳定剂成功制备W/W乳液,并将其作为亲水性物质核黄素的递送体系,经研究发现W/W乳液能有效延缓核黄素在紫外光照射下的光降解,最大限度地保持核黄素的颜色。

2.6 乳液凝胶

乳液凝胶是一种由乳液填充并在乳液基础上经一定条件诱导形成的具有凝胶网络结构和机械强度的凝胶体系。按照凝胶基质的不同可将乳液凝胶分为蛋白质乳液凝胶、多糖乳液凝胶及复合乳液凝胶,常用的凝胶诱导方式有热诱导、酸诱导、酶诱导、盐诱导和化学交联剂诱导等。乳液凝胶独特的质构特性能为酸奶、甜点等食品提供所需的高黏质构特性,并延长食品的保质期,且凝胶致密的网络结构能够阻碍脂肪酶在界面处的吸附,延缓体系在胃肠道的消化进程,使体系到达回肠远端激活回肠制动,从而降低食欲,因此乳液凝胶具有开发成为低脂食品的潜能;当乳液凝胶作为递送体系时,能对活性物起到固定化和保护性递送作用,进一步提高活性物的稳定性。此外,乳液凝胶可同时负载水溶性和脂溶性活性物,不仅能提高活性物的胃肠道溶解度和分散性,还能使活性物在胃肠道中达到程序性释放的效果,有针对性地改善活性物的健康效应。本课题组前期成功制备了由蛋白质颗粒作为界面稳定剂的皮克林乳液凝胶,发现该乳液凝胶在碱性(pH 8.5)、高温(60 ℃)及模拟胃液中均具有较好的稳定性,液滴聚结和油相释放程度得到显著抑制,说明凝胶网络结构能够改善由蛋白质颗粒稳定的皮克林乳液的胃肠道稳定性。Li Songnan等利用皮克林乳液凝胶作为叶黄素的递送体系并研究体系对叶黄素的保护性效果,结果表明,贮藏31 d后,乳液凝胶中叶黄素的保留指数可达55.38%,叶黄素含量减半的时间由12 d延长至41 d,且凝胶网络结构为叶黄素提供了抗氧化应激保护作用。Mao Like等研究乳液凝胶的流变性能与其负载风味物质释放特性的关系,发现与未凝胶组相比,乳液凝胶的风味物质释放速率及空气-凝胶分配系数更低,且乳清蛋白含量越高,凝胶弹性越强,风味物质释放率和分配系数越低。由于乳液凝胶在结构上具备乳液和凝胶的双重优势,乳液较强的流动性和增溶特性能够改善活性物的溶解度和稳定性,而凝胶良好的物理稳定性能和机械性能使其除具备良好的质构特性外,还能延缓脂肪酶扩散、控制油相的脂解速度和程度,对活性物起到控释和缓释的效果。因此乳液凝胶作为包埋递送体系,在活性物保护性包埋递送、控制性释放吸收及减脂食品开发等方面具有广阔的应用前景。

3 乳液基递送体系对植源活性物健康效应发挥的调控作用

3.1 影响活性物在胃肠道消化过程中的稳定性及时滞性

水溶性差的植源活性物暴露于体液中易形成不溶性聚集物,因此对疏水性活性物来说,胃肠道中溶解性低及稳定性差是其在生物体内发挥健康效应的限制性因素。但乳液基递送体系的油相能够改善疏水性活性物的溶解度,提高其在胃肠道中的分散程度,通过增溶效应改善活性物生理功效。相关研究表明,经微乳液或纳米乳液负载后,活性物在胃肠道中的分散性和稳定性显著提高,有利于活性物在胃肠道内充分稳定吸收。Salvia-Trujillo等的研究表明,利用纳米乳液负载-胡萝卜素时,活性物的胃肠道稳定性及生物利用度显著提高。Tang Tiantian等发现微乳液提高葛根素胃吸收效率的原因是微乳液在胃中具有较好的分散性,进而增强葛根素与胃黏膜之间的相互作用,最终使葛根素在胃中易于吸收。此外,对于易受pH值、电解质、酶等环境因素影响的敏感性活性物,乳液基递送体系可对其进行保护性递送以避免接触苛刻的胃肠道环境,减少活性物在胃肠道降解失活进而改善其健康效应。而乳液凝胶或双乳液作为递送体系能够达到控制释放的效果,特别是乳液凝胶体系,其显著的抗剪切特性使体系在贮存过程中具备良好的结构稳定性,且凝胶网络结构能延缓胃蛋白酶、胰酶等物质在油-水界面的吸附从而抑制脂肪的脂解,使其负载的活性物具有时滞性释放特性。本课题组前期制备了由蛋白颗粒稳定的皮克林乳液凝胶并研究其消化释放特性,与皮克林乳液相比,凝胶体系在模拟胃液中被胃蛋白酶消化的程度降低、乳液聚结程度得到抑制,且凝胶体系中姜黄素释放率不足非凝胶乳液体系的1/10,说明乳液凝胶体系能够有效抑制体系的胃肠道消化速率,实现活性物的时滞性控制释放。

3.2 影响活性物在小肠处的吸收和/或淋巴转运效率

大部分植源活性物的吸收位点在小肠,主要涉及肠上皮细胞和M细胞,可利用细胞膜被动扩散、相邻细胞间扩散(细胞旁途径)和载体介导转运等途径进入淋巴循环或血液循环。图2揭示了植源活性物在小肠上皮细胞和M细胞的几种吸收途径。乳液基递送体系的粒径是影响肠黏液渗透和紧密连接运输效率的重要因素。粒径较小的体系更容易穿透黏液屏障,可逆地打开紧密连接并将活性物释放到毛细血管中。此外,乳液体系还可通过调节活性物的体内代谢过程进而影响物质的健康效应。Xia Fei等利用活体荧光成像技术研究纳米乳液粒径对其在生物体内迁移的影响,组织学分析结果显示粒径较小的乳液(80 nm)普遍分布于肠上皮细胞和基底外侧组织,而粒径较大的乳液(550、1 000 nm)则主要黏附于绒毛表面,且纳米乳液在胃肠道的消化及吸收效率都与其粒径有关。Zhou Jing等利用不同的表面活性剂制备白藜芦醇纳米乳液,发现利用酸甘油酯稳定的纳米乳液能够有效降低白藜芦醇代谢物(白藜芦醇-3-葡糖苷酸)的含量,并最终使白藜芦醇生物利用度提高5.6 倍。Kadappan等发现与负载VD的粗乳液相比,VD经纳米乳液负载后肠道基因、肝脏基因表达量均显著提高,而这两种基因的表达与VD的血清生物标志物25-(OH)-VD水平相关,说明乳液基递送体系可通过调节与活性物代谢相关的基因表达从而调控活性物在体内的健康效应。此外,乳液基递送体系在小肠脂解程度的提高通常伴随着所递送活性物生物利用度的提高。其机理为脂质水解后形成的游离脂肪酸与生物体内的磷脂和胆盐形成具有亲水头和疏水尾结构的混合胶束,活性物能够重新负载于胶束中并经肠上皮细胞吸收。活性物在混合胶束中溶解的量通常被认为是其生物可及性。本课题组前期研究发现,皮克林乳液脂解程度大于纯油脂解程度且其负载姜黄素的生物可及性呈现同样的趋势。

图2 植源活性物小肠吸收机制示意图[25-26]Fig. 2 Schematic diagram of intestinal absorption mechanism of phytochemicals[25-26]

肠淋巴系统在调节组织液稳态以及由肠道运输脂肪、脂肪酸及其他营养物质到血液的过程中发挥重要作用。肠系膜淋巴液与门静脉血液流动方向相反,淋巴液直接进入体循环,因此经肠淋巴转运的活性物能够避免肝脏首过代谢效应提高其口服生物利用度。M细胞大部分位于派尔集合淋巴结(Peyer patch)中,一般情况下带正电荷、疏水性强的、具有较小粒径的载体粒子更容易被M细胞胞吞进入淋巴循环。而在淋巴转运中发挥重要作用的乳糜微粒主要由游离脂肪酸和肠上皮细胞内的部分脂蛋白合成,其能与疏水性活性物结合并使活性物经淋巴转运途径进入体循环,因此活性物与乳糜微粒结合的程度是影响活性物经肠道淋巴转运吸收的关键因素。研究表明含有脂质的纳米乳液能够改变活性物从门静脉系统到淋巴系统的转运途径,抑制活性物的肝脏首过代谢效应从而减少活性物基于肠细胞的转运与沉积。Zhang Man等提出,乳液油相种类对肠淋巴转运效率产生影响,与中链甘油三酯相比,长链甘油三酯形成的胶束可促进活性物与乳糜微粒的结合,进而改善5-去甲氧基川陈皮素的淋巴转运效率。Tang Tiantian等利用乳糜微粒阻断模型探究微乳液对葛根素吸收机制的影响,证实微乳液可以通过淋巴转运影响葛根素的吸收且淋巴转运吸收是葛根素体内吸收的主要途径。Chuang等制备负载姜黄素的纳米乳液,经研究发现纳米乳液可被动靶向M细胞并通过淋巴转运直接靶向胰腺组织,导致组织中的姜黄素信号比未包埋的游离姜黄素信号强12 倍,极大地改善了急性胰腺炎的症状。

3.3 影响植源活性物与肠道菌群互作过程

肠道菌群,作为人体肠道的有效生物反应器几乎对人体健康各方面都产生一定影响,其通过肝-肠轴、肠-脑轴,对神经、免疫、内分泌等方面的显著影响正逐渐被人们所认识。但部分植源活性物强大的健康效应与其较低生物利用度之间存在的巨大差异也引起科学界的广泛关注。有研究表明植源活性物在肠道环境中具有类益生元效应,并能调节肠道菌群组成,且肠道菌群可通过以下4种途径对植源活性物的健康效应进行调节:1)将母体活性物直接转化为具有更高生物活性的代谢化合物;2)增强对短链脂肪酸(肠道菌群或活性物产生)等具有生理活性的非母体组分的吸收从而改善活性物的健康效应;3)受非母体组分的调节减少肠道菌群产生的有害代谢物;4)利用益生元等非母体成分,抑制母体活性物代谢为其非活性形式使活性物在生物体内以母体形式吸收。

乳液基递送体系对活性物的保护性递送、控制性释放能有效调控活性物在消化道的靶向释放位点,使活性物到达结肠处与肠道菌群发生相互作用。一方面,在小肠处,活性物主要通过人体消化酶作用进行吸收代谢,而在结肠处活性物通过肠道菌酶系进行吸收代谢,产生不同于上消化道的代谢产物,并通过代谢产物的重吸收过程发挥健康效应;另一方面,到达结肠处的植源活性物直接作用于肠道菌群,调节肠道菌群的组成结构,由肠道菌群相应功能变化调控植源活性物的健康效应。Sutili等利用纳米乳液包埋柠檬烯并研究体系对银鲶鱼肠道菌群的影响,结果发现与游离柠檬烯对比,纳米乳液能够有效减少肠道中的细菌总数。研究认为纳米乳液是通过影响柠檬醛的分散度、稳定性、释放速率和释放部位等调控活性物与肠道菌群的互作过程并最终改善了柠檬烯的健康效应。Al-Okbi等研究发现与罗勒精油对比,罗勒精油纳米乳液能有效地减少大鼠肠道菌群中厚壁菌门的比例,对非酒精性脂肪肝炎有更好的缓解作用。林艳利用纳米乳液负载紫檀芪,发现在紫檀芪纳米乳液的干预下,小鼠肠道中的厚壁菌门相对丰度升高,拟杆菌门相对丰度降低。同样的,陈羚的研究表明,与-胡萝卜素单分散体对比,-胡萝卜素纳米乳液能够有效提高高脂饮食诱导的肥胖小鼠肠道中放线菌门、拟杆菌门及疣微菌门的比例并降低厚壁菌门的比例,有效改善-胡萝卜素的体内健康效应。此外,乳液基递送体系的配方亦能调节肠道菌群的组成结构与功能,进而调控其所递送活性物的健康效应。有研究表明脂质能够通过改变肠道黏液屏障,如黏液蛋白表达或外部刺激从而调节肠道菌群环境。Korach-Rechtman等对口服大豆油乳液后的小鼠粪便微生物群进行分析,发现粪便中与动脉粥样硬化有关的拟杆菌门、瘤胃球菌等64个类群组成发生明显变化。同样的,Nejrup等研究发现在婴儿配方奶粉中添加的油脂及乳化剂种类对配方奶粉喂养无菌小鼠的肠道菌群建立有不同的影响。Lavallee等研究表明乳液中的脂质配方与新生仔猪肠道菌群的差异有关:-3长链多不饱和脂肪酸的添加能够改善肠道黏膜表面宿主与微生物的相互作用。综上,乳液基递送体系可通过调控活性物在消化道的时滞性释放及黏附行为影响活性物在消化道的吸收代谢过程或肠道菌群结构及功能,从而调节植源活性物的体内健康效应。

4 结 语

植源活性物在机体内发挥健康效应的限制性因素通常包括溶解度低、稳定性差、肠上皮细胞吸收及淋巴转运效率低、快速代谢排出或肠道菌群互作不充分等多种因素。而乳液基递送体系能通过提高活性物的溶解度或分散性、保护植源活性物免受外部环境及胃肠道环境的降解、增强其肠上皮细胞吸收和/或淋巴转运效率、调节活性物与肠道菌群互作过程等途径改善植源活性物的健康效应。乳液基递送体系制备工艺简单、可工业化生产,是功能食品液体制剂中具有较大应用潜力的剂型。纳米乳液或微乳液液滴粒径小、比表面积大,可有效突破肠上皮细胞的吸收屏障,通过表面功能性配体的修饰有望开发成具有目标特异性结合能力的递送体系,同时实现活性物的主动和被动靶向治疗。但随之产生的材料安全、生物毒性、体内分布和代谢评估等问题不可避免,因此多学科交叉研究是未来最大限度地发挥纳米乳液或微乳液在活性物递送或临床治疗潜力的重要途径。皮克林乳液具有粒子稳定的乳液界面特殊结构,对其界面粒子的功能化,如负载抗氧化等功能活性物将使其具有多元功能特性,是非常值得关注的研究方向。双乳液及其凝胶体系的多腔室结构使其在消化道时滞性控制以及多元活性物共负载领域颇具开发潜力,应加大其在精准营养制剂应用领域的开发研究;乳液凝胶质构特性与脂肪相似并具有较好的可调控性,具有开发成为低脂或代脂食品的潜能,今后研究中应注重揭示乳液凝胶的结构对感官质构特性调控作用。肠道菌群作为近年来的研究热点其生理功效显而易见,但目前关于递送体系与肠道菌群互作机制的研究甚少,大部分仍集中于肠道菌群组成结构的变化,应加强递送体系与肠道菌群互作效应通路的研究,使递送体系所递送的活性物能更有针对性地作用于肠道菌群发挥健康效应。

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