天然大分子對花色苷的負(fù)載研究進(jìn)展

花色苷是自然界中廣泛存在的一種類黃酮化合物，是構(gòu)成植物果實(shí)、花瓣、莖、葉等組織顏色的主要水溶性色素。自然條件下，常見的花色苷大多都以糖苷的形式存在于植物體內(nèi)，其母核為2-苯基苯并吡喃，糖配體為一分子或者多分子的鼠李糖、葡萄糖、蕓香糖、半乳糖、木糖等。所以，花色苷的種類因母核上的基團(tuán)不同而不同(表1)。研究表明，自然界中天然存在的花色苷種類達(dá)600多種；食源植物中含量較高的花色苷有：矢車菊素(cyanindin，Cy)、天竺葵素(pelargonidin，Pg)、錦葵色素(malvidin，Mv)、矮牽?；ㄉ?petunidin，Pt)、飛燕草色素(delphinidin，Dp)以及芍藥色素(peonidin，Pn)[1]。目前，花色苷因其多種營養(yǎng)功能特性被廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn)，花色苷具有優(yōu)異的抗氧化活性，其消除游離自由基的能力是L-抗壞血酸的20倍，是維生素E的50倍，可保護(hù)人體免受自由基的傷害，有效延緩人體衰老[2]。另外，花色苷還具有降低血糖[3]、抑制脂質(zhì)過氧化[4]、保護(hù)視力[5]、預(yù)防腫瘤[6]、抗心血管疾病[7]等多種生理活性?？梢姡鳛橐环N安全、可食用且有一定保健功能的天然色素，花色苷在醫(yī)藥、食品、化妝品、保健品等行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

花色苷因含有多個活潑的酚羥基，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，易出現(xiàn)分子重排和降解，所以在食品加工過程中易損失，如在熱處理、pH變化、氧化劑、金屬離子、酶等作用下降解，從而失去活性。此外，花色苷因結(jié)構(gòu)特性，還表現(xiàn)出脂溶性差、親水性強(qiáng)的性質(zhì)，使其在親脂體系中的應(yīng)用涉及較少。在體內(nèi)消化過程中，由于脂溶性差，不易透過磷脂雙分子層被細(xì)胞吸收，使得花色苷的生物利用度也不高[8]。以上諸多因素都限制了花色苷在醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域的使用。由此可見，提升花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，有利于其更好地發(fā)揮生理活性。

表1 花色苷基本結(jié)構(gòu)與常見種類
Table 1 Basic structure and common species of anthocyanin

為改善花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，眾多研究者通過適宜的方法對花色苷分子進(jìn)行修飾，力爭在不破壞其生理活性的條件下提高穩(wěn)定性。迄今為止，花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提升方法主要分為兩大類，結(jié)構(gòu)修飾和大分子負(fù)載。大分子負(fù)載是基于花色苷和大分子之間以氫鍵、疏水作用、靜電作用等次級鍵結(jié)合，即不會影響花色苷天然結(jié)構(gòu)，又不會產(chǎn)生新的可能具有潛在危害的物質(zhì)，因而成為花色苷穩(wěn)定性提升的主要手段和研究熱點(diǎn)。基于以上研究現(xiàn)狀，本文系統(tǒng)綜述天然大分子對花色苷負(fù)載的相關(guān)研究進(jìn)展，對負(fù)載體系及其構(gòu)建技術(shù)進(jìn)行了歸納，以期為花色苷穩(wěn)定性以及生物利用度的提升提供參考依據(jù)。

1 天然大分子對花色苷的負(fù)載機(jī)制

天然大分子是源于植物、動物及微生物的高分子類物質(zhì)，是自然界廣泛存在的一種可再生資源。近年來，被廣泛應(yīng)用于花色苷負(fù)載的天然大分子主要有蛋白質(zhì)、糖類、脂類等。以天然大分子為基質(zhì)，通過適宜的技術(shù)構(gòu)建出不同類型的載體，可實(shí)現(xiàn)花色苷的高效負(fù)載。但在各類體系中，不同大分子基質(zhì)與花色苷的相互作用機(jī)理不同。

1.1 蛋白質(zhì)對花色苷的負(fù)載作用

蛋白質(zhì)是一種具有高級空間結(jié)構(gòu)的聚集體，其多肽鏈中含有多種氨基酸。蛋白質(zhì)來源十分廣泛，價格低廉，不僅具有食用安全性和高的生物相容性，而且營養(yǎng)價值極高。蛋白質(zhì)上的氨基酸殘基可通過疏水、靜電、范德華力、氫鍵等作用形成多種作用位點(diǎn)，與花色苷分子不同基團(tuán)非共價結(jié)合，從而表現(xiàn)出較強(qiáng)的親和性，其結(jié)合機(jī)理如圖1所示。蛋白質(zhì)氨基酸殘基上的羧基、氨基可與花色苷分子上的羥基形成氫鍵，酪氨酸、苯丙氨酸等殘基上的苯環(huán)可與花色苷分子苯環(huán)形成疏水作用，而花色苷母核2-苯基苯并吡喃陽離子可與氨基酸殘基上的羧基等負(fù)電基團(tuán)以靜電作用力結(jié)合。另外，各基團(tuán)如果足夠靠近，均可形成范德華力，進(jìn)而穩(wěn)定花色苷結(jié)構(gòu)[9-10]。而且，蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)具有一定柔性，花色苷的加入使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而將花色苷分子固定在蛋白質(zhì)特定的空間結(jié)構(gòu)內(nèi)，起到保護(hù)花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定而免受外界環(huán)境及加工條件影響的作用，還可能改善其生理活性[11-12]。

另外，蛋白質(zhì)含有人體所需的多種氨基酸，在體內(nèi)易被吸收，具有較高的營養(yǎng)價值，在保護(hù)花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的同時還能補(bǔ)充機(jī)體所需氨基酸。由此可見，蛋白質(zhì)因其氨基酸種類的多元化和廣泛的來源、較高的營養(yǎng)價值以及低廉的成本，成為花色苷載體首選基質(zhì)之一。

圖1 蛋白質(zhì)與花色苷的作用機(jī)理
Fig.1 Interaction mechanisms between protein and anthocyanin 注：多肽鏈中的R表示氨基酸的不同側(cè)鏈基團(tuán)

1.1.1 蛋白質(zhì)與花色苷的作用機(jī)理

(1)植物源蛋白

用于負(fù)載花色苷的植物蛋白主要有大豆分離蛋白(Soy protein isolate,SPI)、小麥蛋白、花生分離蛋白、黑豆蛋白等。不同來源的蛋白質(zhì)與不同花色苷分子的作用機(jī)理具有差異。研究表明，麥醇溶蛋白與矢車菊素-3-O-葡萄糖苷以范德華力、氫鍵相結(jié)合，其結(jié)合位點(diǎn)更接近色氨酸殘基附近，而麥谷蛋白與矢車菊素-3-O-葡萄糖苷以疏水作用為主要結(jié)合力，其結(jié)合位點(diǎn)更接近酪氨酸殘基附近；二者均形成了物質(zhì)的量比約為1∶1的靜態(tài)復(fù)合產(chǎn)物[9]。大豆分離蛋白與黑米花青素通過疏水作用結(jié)合，且結(jié)合位點(diǎn)數(shù)接近1[13]。SPI中提取的11S、7S球蛋白與矢車菊素-3-葡萄糖苷均以疏水作用結(jié)合[10]。由此可見，不同來源蛋白質(zhì)與同一花色苷分子的結(jié)合作用可能不同，其原因在于不同蛋白質(zhì)具有不同的空間結(jié)構(gòu)?；ㄉ辗肿又饕Y(jié)合于暴露在多肽鏈外側(cè)且對花色苷具有較高親和力的殘基上，這就要求該殘基所處位置位阻小，結(jié)構(gòu)柔韌性強(qiáng)，可直接負(fù)載花色苷或通過結(jié)構(gòu)改變使花色苷高效負(fù)載。由于花色苷母核空間結(jié)構(gòu)較大，因此花色苷分子更易于以疏水作用結(jié)合于蛋白質(zhì)疏水區(qū)域。

(2)動物源蛋白

用于負(fù)載花色苷的動物源蛋白質(zhì)主要為乳源蛋白質(zhì)，如牛血清白蛋白、酪蛋白、乳清蛋白等。雖然乳蛋白來源相同，但因其結(jié)構(gòu)各具特點(diǎn)，與花色苷的結(jié)合作用存在差異，如表2所示。牛血清白蛋白與錦葵色素-3-半乳糖苷的主要作用力為靜電引力[14]。α-酪蛋白與氯化錦葵色素-3-O-葡萄糖苷結(jié)合作用以范德華力和氫鍵為主，結(jié)合過程放出熱量且自發(fā)進(jìn)行；而β-酪蛋白與氯化錦葵色素-3-O-葡萄糖苷以疏水作用結(jié)合，結(jié)合過程自發(fā)進(jìn)行但吸收熱量[11]。乳清蛋白、酪蛋白混合物可通過疏水作用力和氫鍵與紫薯花色苷相互作用形成復(fù)合物，并且酪蛋白與紫薯花色苷的親和力較乳清蛋白強(qiáng)[15]。

綜上所述，動物源蛋白質(zhì)與花色苷的結(jié)合作用因蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)不同而具有差異。雖然結(jié)合作用不同，但是不同來源蛋白質(zhì)對花色苷的親和力均較高，結(jié)合常數(shù)多大于103。蛋白質(zhì)與花色苷的結(jié)合作用強(qiáng)弱不僅與蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與花色苷結(jié)構(gòu)有關(guān)。如，牛血清白蛋白與藍(lán)莓花色苷通過靜電作用結(jié)合，而其與黑米花色苷的結(jié)合作用為范德華力和氫鍵。即使結(jié)合作用存在差異，但各類蛋白質(zhì)與各類花色苷分子間的結(jié)合機(jī)理主要為靜態(tài)結(jié)合，即形成穩(wěn)定的非共價復(fù)合物。

表2 蛋白質(zhì)負(fù)載花色苷機(jī)理及其結(jié)合常數(shù)
Table 2 Loading mechanism and binding constants between protein and anthocyanin

1.1.2 蛋白質(zhì)對花色苷穩(wěn)定性的影響

由于蛋白質(zhì)與花色苷分子間形成非共價作用，可保護(hù)花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，緩解其在不利環(huán)境下的降解。例如，氯化錦葵色素-3-O-葡萄糖苷與α-酪蛋白、β-酪蛋白結(jié)合后，熱穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性以及光穩(wěn)定性顯著提升[11]。牛血清白蛋白負(fù)載的藍(lán)莓花色苷分別在光照、蔗糖+光照、維生素C+光照的條件下都表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性[14]。蛋白質(zhì)對花色苷的結(jié)合作用、結(jié)合位點(diǎn)不同，結(jié)合后蛋白質(zhì)構(gòu)象變化不同，因此對花色苷分子穩(wěn)定性提升效果不同。如，蠶蛹蛋白負(fù)載后的矢車菊素-3-O-葡萄糖苷，在熱處理?xiàng)l件下的降解速率常數(shù)由原來單體花色苷的0.010 7減小為0.002 7，半衰期由64.81 min提高到261.99 min[17]。WU等[18]研究發(fā)現(xiàn)，以酵母甘露蛋白作為載體對花色苷進(jìn)行負(fù)載后，在80 ℃以及126 ℃的條件下加熱30 min，復(fù)合物中花色苷的顏色穩(wěn)定性相較于單體花色苷提升了4～5倍。

1.1.3 蛋白質(zhì)對花色苷生物活性的影響

花色苷分子中的部分基團(tuán)與蛋白質(zhì)特定氨基酸殘基非共價結(jié)合，不僅影響其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而且使其生物活性受到影響。經(jīng)蛋白質(zhì)負(fù)載后，花色苷生物活性變化程度與載體蛋白質(zhì)來源、結(jié)合作用、蛋白質(zhì)構(gòu)象變化程度等因素有關(guān)。研究表明，以SPI作為載體對葡萄籽原花青素(grape seed procyanidins,GSP)進(jìn)行負(fù)載，發(fā)現(xiàn)在貯藏初期，游離GSP溶液的抗氧化性強(qiáng)于SPI-GSP復(fù)合物溶液，且包埋率越高，復(fù)合物抗氧化活性越弱；貯藏5 d后，游離GSP溶液的抗氧化活性顯著降低，而SPI-GSP復(fù)合物抗氧化活性顯著高于游離GSP溶液，其本質(zhì)在于SPI負(fù)載抑制了GSP的降解[19]。β-乳球蛋白與黑米花色苷形成的復(fù)合物對DPPH自由基清除能力相較于未負(fù)載黑米花色苷提高了13.16%[20]。

綜上所述，以蛋白質(zhì)作為載體對花色苷進(jìn)行負(fù)載，可有效降低花色苷因光、熱、氧化以及pH等多種不利因素導(dǎo)致的降解，顯著提升花色苷的生物利用度。不同的載體蛋白對花色苷的生物活性會產(chǎn)生一定的協(xié)同或拮抗作用，但在不利于花色苷穩(wěn)定存在的條件下，載體蛋白都可以有效保護(hù)其生物活性。

1.2 多糖對花色苷的負(fù)載作用

多糖是由單糖通過糖苷鍵連接形成的一類天然大分子物質(zhì)，因具有優(yōu)越的功能特性、制備工藝簡單、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)被廣泛用于食品工業(yè)。多糖結(jié)構(gòu)中存在的羥基可與花色苷分子通過氫鍵作用結(jié)合，殘基上連接的羧基離子可與花色苷烊鹽通過靜電相互作用結(jié)合。此外，多糖還可與花色苷母核結(jié)構(gòu)中的苯環(huán)以疏水作用或π-π堆積結(jié)合，且二者間產(chǎn)生的氫鍵可以更好地穩(wěn)定該堆積作用[21-22]。在不同pH條件下，多糖基質(zhì)的凈電荷以及電荷分布不同，且花色苷分子也呈現(xiàn)不同的電性，例如：在強(qiáng)酸性環(huán)境中，花色苷主要以帶正電荷的烊鹽離子形式存在，而在弱酸性環(huán)境中負(fù)電荷形式則更為普遍。因此，調(diào)節(jié)多糖基質(zhì)的pH可以實(shí)現(xiàn)與花色苷分子通過不同作用力結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)以多糖作為基質(zhì)對花色苷分子的有效負(fù)載。

1.2.1 多糖與花色苷的作用機(jī)理

多糖作為天然大分子的一種，也被廣泛應(yīng)用于花色苷的負(fù)載。多糖對花色苷的負(fù)載能力受到其結(jié)構(gòu)和pH的影響。由表3可以看出，不同pH下，多糖所帶凈電荷不同，其結(jié)構(gòu)不同，對花色苷的結(jié)合機(jī)理不同。研究發(fā)現(xiàn)，藍(lán)莓果膠對花色苷的結(jié)合率與pH有關(guān)，當(dāng)pH為3.0時，花色苷的負(fù)載率最高，pH為4.0時最低，且當(dāng)pH從4.0變化到更強(qiáng)酸性時，藍(lán)莓果膠與花色苷之間的靜電相互作用減小、疏水作用增加[23]。藍(lán)莓果膠與花色苷的結(jié)合機(jī)制主要為果膠游離羧基與花色苷烊鹽離子間的相互作用以及花色苷的堆積效應(yīng)[21]。崔靈敏等[24]還通過等溫滴定量熱反應(yīng)證明了芒果果膠與蓮原花青素的結(jié)合機(jī)制主要為氫鍵驅(qū)動的放熱反應(yīng)。綜上所述，多糖對花色苷的負(fù)載機(jī)理和蛋白質(zhì)類似，都依賴于大分子鏈上的活性基團(tuán)，而這些基團(tuán)的帶電性與pH有關(guān)。因此，可通過調(diào)控體系pH達(dá)到調(diào)控多糖與花色苷的結(jié)合作用。

表3 多糖負(fù)載花色苷機(jī)理
Table 3 Loading mechanism of polysaccharide for anthocyanin

1.2.2 多糖對花色苷穩(wěn)定性的影響

經(jīng)多糖負(fù)載后，花色苷非共價結(jié)合于多糖鏈上，再經(jīng)過其他大分子的保護(hù)或適宜的構(gòu)建，形成包覆物，將花色苷包裹在大分子內(nèi)部，從而顯著提升花色苷穩(wěn)定性。因此，不同性質(zhì)多糖的復(fù)配物是常用的花色苷載體。麥日艷谷·亞生等[27]研究了果膠、海藻酸鈉、殼聚糖、黃原膠以及羧甲基纖維素鈉對黑莓果汁中花色苷穩(wěn)定性的影響，發(fā)現(xiàn)低濃度(0.05%～0.1%)的羧甲基纖維素鈉或者黃原膠負(fù)載提高了黑莓果汁中花色苷的穩(wěn)定性，且當(dāng)加入載體的濃度低于0.1%時，可有效地減緩花色苷的降解。在低pH條件下，硫酸軟骨素、κ-卡拉膠復(fù)合凝膠體系對藍(lán)莓花色苷具有保護(hù)作用[22]。

1.2.3 多糖對花色苷生物活性的影響

多糖不但可以有效提升花色苷穩(wěn)定性，對其生物活性也會產(chǎn)生一定影響。另外，大多數(shù)天然多糖本身具有一定的抑菌、抗氧化等功效，其與花色苷的復(fù)合物表現(xiàn)出比單一物質(zhì)優(yōu)異的生物活性。有研究表明，果膠-原花青素復(fù)合物對金黃色葡萄球菌有顯著的抑制作用，且抑制作用強(qiáng)于游離原花青素和純果膠[24]。LIN等[21]還證明了花色苷與藍(lán)莓果膠復(fù)合后，其結(jié)腸微生物菌群發(fā)酵的生物利用度提高，更加有利于促進(jìn)結(jié)腸健康。

1.3 脂質(zhì)對花色苷的負(fù)載作用

1.3.1 脂質(zhì)對花色苷的負(fù)載能力

脂類物質(zhì)是由脂肪酸和醇組成的天然大分子及其衍生物的總稱，是人體需要的重要營養(yǎng)素之一。脂類物質(zhì)經(jīng)過適宜的構(gòu)建后，對花色苷的負(fù)載不僅可以提高花色苷穩(wěn)定性，而且還可在其疏水空腔中同時結(jié)合疏水性物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)親水分子和疏水分子的同時負(fù)載，進(jìn)一步提升目標(biāo)分子的穩(wěn)定性及生理活性。研究證明，原花青素-維生素E復(fù)合磷脂前體脂質(zhì)體的協(xié)同抗氧化性顯著，且復(fù)合物穩(wěn)定性良好，對原花青素的包封率為86%[28]。膽固醇、大豆卵磷脂復(fù)合脂質(zhì)體對紫甘薯花青素的包埋率為76.61%[29]。負(fù)載姜黃素的磷脂脂質(zhì)體同時負(fù)載原花青素，包封率為66.96%[30]。

1.3.2 脂質(zhì)對花色苷穩(wěn)定性的影響

負(fù)載花色苷常用的脂質(zhì)有卵磷脂、膽固醇等，研究者通常將脂質(zhì)構(gòu)建成脂質(zhì)體，實(shí)現(xiàn)對花色苷的負(fù)載。脂質(zhì)體對花色苷的穩(wěn)定性影響顯著，納米脂質(zhì)體中的原花青素在25 ℃黑暗條件下保存16 d的保留率為85.60%[31]。此外，納米脂質(zhì)體的包封有效提高了原花青素的熱、pH、光照穩(wěn)定性。王子敏等[28]將制備的原花青素-維生素E復(fù)合前體脂質(zhì)體進(jìn)行了穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，將50 mL原花青素-維生素E復(fù)合前體脂質(zhì)體與質(zhì)量濃度為1 g/L的原花青素溶液在室溫條件下保存35 d、60 d后，復(fù)合物中原花青素保留率分別比未負(fù)載原花青素高30.3%、15.5%。常影等[32]還發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過殼聚糖修飾的納米脂質(zhì)體可有效減緩花色苷在金屬離子、熱、光等條件下的降解。

1.3.3 脂質(zhì)對花色苷生物活性的影響

脂質(zhì)體對花色苷生物活性也具有一定的影響。SUN等[33]研究表明，脂質(zhì)體花色苷的DPPH自由基清除能力高于單一未負(fù)載花色苷，且在相同濃度下，脂質(zhì)體花色苷的細(xì)胞抗氧化活性顯著高于未負(fù)載花色苷。胡興佳等[30]研究發(fā)現(xiàn)，姜黃素-原花青素復(fù)合磷脂脂質(zhì)體的抗氧化性顯著強(qiáng)于未負(fù)載姜黃素和原花青素抗氧化性的物理疊加。

2 天然大分子負(fù)載體系及其構(gòu)建技術(shù)

選擇適宜的大分子基質(zhì)，經(jīng)過物理或化學(xué)的方法使花色苷與大分子基質(zhì)相互作用，形成復(fù)合物，進(jìn)而通過干燥、凝膠化、微膠囊化、乳化等手段形成終產(chǎn)物，在保護(hù)花色苷自身穩(wěn)定性的同時還可對其進(jìn)行緩釋，提高生物利用度。負(fù)載體系的基質(zhì)、構(gòu)建技術(shù)、載體類型是影響負(fù)載率的主要因素。常見的負(fù)載體系有乳液、微膠囊、脂質(zhì)體、凝膠等。不同體系構(gòu)建方法不同，負(fù)載能力也有所不同(表4)。

表4 不同負(fù)載體系構(gòu)建工藝
Table 4 Construction process of different loading systems

注：-表示未測定

2.1 乳液

乳液是指通過機(jī)械攪拌將1種或者多種液體分散于另一種與其不相溶的液體中，從而形成具有一定穩(wěn)定性、抗聚集、抗絮凝的分散體系。單一乳液按其分散形式可分為水包油(O/W)乳液、油包水(W/O)乳液。以天然大分子為基質(zhì)對花色苷負(fù)載后，在其乳化過程中天然大分子不但可以形成穩(wěn)定的乳液，而且可以通過靜電、疏水、范德華力、氫鍵等作用力與花色苷結(jié)合。但乳液在受到物理、化學(xué)作用后會發(fā)生破乳，出現(xiàn)分層現(xiàn)象。因此，選擇適宜的兩親性聚合物與表面活性劑是乳液穩(wěn)定的關(guān)鍵。在乳液技術(shù)中常以表面活性高、乳化性能好的蛋白質(zhì)基質(zhì)作為首選(例如：酪蛋白、大豆蛋白等)，表面活性較差的則需要添加表面活性劑輔助乳化。

近年來，眾多研究者將乳液體系應(yīng)用于花色苷分子的負(fù)載，用于提高花色苷的穩(wěn)定性。SPI-花青素復(fù)合乳液表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性和抗氧化性[34]。與普通乳液相比，Pickering乳液的穩(wěn)定性更高，更有利于保護(hù)花色苷。JU等[35]以SPI與花色苷為原料制備了穩(wěn)定性和抗氧化性俱佳的SPI-ACN復(fù)合Pickering乳液，進(jìn)一步提高了花色苷的穩(wěn)定性。有學(xué)者在單一乳液的基礎(chǔ)上制備了多重乳液，即將油包水(W1/O)初級乳液進(jìn)一步分散于連續(xù)水相中，獲得了W1/O/W2型多重乳液，該乳液對花色苷分子包埋率高達(dá)(82.99±2.38)%，且表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，證實(shí)了多重乳液在負(fù)載能力方面的優(yōu)勢[36]。

2.2 微膠囊

微膠囊技術(shù)是以一定的壁材，將固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)等物質(zhì)包裹在核殼結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成微米級別的膠囊型物質(zhì)的技術(shù)(圖2)。壁材外殼可以有效防止小分子與外界不利因素的接觸，從而保證其穩(wěn)定性，同時也可通過壁壘作用起到對芯材的緩釋作用，降低芯材毒性，提高生物利用度。微膠囊技術(shù)因制備過程簡單、包埋率高、成本低的優(yōu)勢受到研究者的青睞。天然大分子基質(zhì)對花色苷負(fù)載后，通過不同的干燥技術(shù)制備形成微膠囊。多糖基質(zhì)因其成本低、來源廣等特點(diǎn)被廣泛用作微膠囊壁材。對于壁材的選擇可以是單一多糖，例如以硫酸軟骨素作為壁材，通過冷凍干燥技術(shù)獲得的微膠囊對藍(lán)莓花色苷的包埋率為73.2%[37]；也可以是多種多糖基質(zhì)聯(lián)合使用，例如明膠-阿拉伯膠和殼聚糖-羧甲基纖維素壁材，其對黑米花青素的包埋率高達(dá)84.9%～94.7%[38]。以蔗糖、阿拉伯膠、變性淀粉為壁材制備的微膠囊對原花青素的包埋效率可達(dá)90.58%[39]?？梢?，微膠囊對花色苷的包埋效果較好，而多種壁材聯(lián)合使用有利于提高包埋率。

圖2 微膠囊結(jié)構(gòu)示意圖
Fig.2 Structure diagram of microcapsule

2.3 脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是以膽固醇、磷脂等作為膜材料形成的一類類似生物膜結(jié)構(gòu)的閉合型囊泡物質(zhì)[40]，因其粒徑較小、易于吸收且具有一定靶向性等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于花色苷分子的負(fù)載。水溶性的花色苷分子被包埋于脂質(zhì)體的內(nèi)水相，不但可以保護(hù)花色苷分子免受外界不利因素的影響，并且可以有效彌補(bǔ)花色苷分子脂溶性差的缺點(diǎn)。脂質(zhì)體的制備工藝主要有注入法、薄膜分散法、超聲波分散法、逆相蒸發(fā)法、冷凍干燥法等。上述制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中逆相蒸發(fā)法制備的單層脂質(zhì)體具有較大的水性空間，更適合對水溶性物質(zhì)的包埋。在制備過程中，通常將多種方法聯(lián)合使用，以提高包埋率。胡博等通過逆相蒸發(fā)法將大豆卵磷脂、膽固醇與原花青素混合，制備了近似球狀的原花青素脂質(zhì)體，其粒徑介于185 nm～1.29 μm，對原花青素的包埋率達(dá)(88.89±2.5)%[41]。SUN等[33]采用乙醇注射法與超聲法結(jié)合制備了花青素納米脂質(zhì)體，花青素的包封率為(91.1±1.7)%。

2.4 凝膠

凝膠是指通過一定作用使膠體粒子或高分子相互連接形成一種具有空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的軟固體分散體系[42](圖3)。該體系可以是水溶性體系，也可以是乳液體系，常用材料為天然大分子，具有穩(wěn)定性好、包封率高的特點(diǎn)。凝膠載體通常是將花色苷分子固定在凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部，因此，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越密集、網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部分子與花色苷分子作用力越強(qiáng)，對花色苷分子的負(fù)載能力和保護(hù)效果越明顯。凝膠化過程中可采用單一天然大分子基質(zhì)，也可采用復(fù)合基質(zhì)，通過基質(zhì)間相互作用產(chǎn)生更加致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，形成穩(wěn)定性高的凝膠。常用凝膠基質(zhì)為多糖和蛋白質(zhì)。吳曉瓊等[43]以殼聚糖水凝膠為原料制備的多重乳液水凝膠球?qū)υㄇ嗨氐陌饴蕿?8.47%，在25 ℃避光保存下具有較好的穩(wěn)定性。鈣離子誘導(dǎo)下的海藻酸鈉與果膠復(fù)合凝膠對紫薯花色苷的包封率為1.10 mg/mL，并且凝膠的包封作用有效緩解了胃液對紫薯花色苷的降解[44]。

圖3 凝膠負(fù)載機(jī)理
Fig.3 Mechanism of gel loading system

3 展望

花色苷因其天然的來源和功能的多樣性，受到消費(fèi)者的青睞。然而，花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，易出現(xiàn)分子重排和降解，所以在加工過程中易損失。因此，提升花色苷穩(wěn)定性是擴(kuò)大其應(yīng)用范圍的前提。眾多研究表明，天然大分子基質(zhì)經(jīng)過適宜的構(gòu)建，可形成優(yōu)良的負(fù)載體系，以保護(hù)花色苷結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，有效避免花色苷因熱、氧化、光等因素引起的降解。另外，負(fù)載基質(zhì)還可對花色苷起到控制性釋放作用，有效提升其生物利用率。

花色苷負(fù)載基質(zhì)及負(fù)載體系多種多樣，不同基質(zhì)和不同體系各有優(yōu)點(diǎn)。因此，基質(zhì)的選擇、復(fù)合，以及負(fù)載體系的構(gòu)建技術(shù)仍需不斷發(fā)展，且需綜合考慮工藝和原料成本，才能進(jìn)一步推動產(chǎn)業(yè)化。另外，現(xiàn)有研究對負(fù)載體系的構(gòu)建和性能評價均在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中進(jìn)行，其大規(guī)模生產(chǎn)時的包封率、產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品與實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品的差異等并未得到系統(tǒng)而深入的論證；花色苷與負(fù)載體系形成的復(fù)合物在實(shí)際加工過程中可能遭遇酸、熱和光等協(xié)同作用，其穩(wěn)定性評價仍需深入探討。而且，現(xiàn)有研究中負(fù)載體系對花色苷的緩釋效果及復(fù)合物活性評價多基于體外模擬胃腸環(huán)境，而生物體內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，消化系統(tǒng)包括多種物質(zhì)和豐富的酶系、微生物，實(shí)際機(jī)體內(nèi)負(fù)載體系對花色苷的控釋效果、花色苷的生物利用度與體外模擬差異較大。因此，有必要對負(fù)載產(chǎn)物開展相關(guān)動物實(shí)驗(yàn)研究。

由此可見，花色苷負(fù)載及遞送研究仍需深入開展，并不斷創(chuàng)新，才能高效、科學(xué)、系統(tǒng)地指導(dǎo)相關(guān)成果產(chǎn)業(yè)化。