鄧蘇夢,王 健,鄒立強(qiáng),劉 偉,彭盛峰,陳 興

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330047)

食品級納米粒子的合成及其應(yīng)用

鄧蘇夢,王 健,鄒立強(qiáng)*,劉 偉,彭盛峰,陳 興

(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江西南昌 330047)

納米粒子作為食品領(lǐng)域中重要的一員,近年來被廣泛研究。本文綜述了國內(nèi)外近年來食品級納米粒子的研究進(jìn)展,介紹了其分類、制備方法及其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用,旨在為納米粒子的制備和應(yīng)用提供技術(shù)參考。

納米粒子,合成,分類,食品,應(yīng)用

納米粒子(nanoparticles)是指粒徑范圍為10～1000 nm的微粒分散體或固體顆粒[1]。與塊狀材料相比,納米粒子具有尺寸小的特征,從而產(chǎn)生納米效應(yīng)(體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀隧道效應(yīng)和量子尺寸效應(yīng)等),使材料本身在熱學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)及力學(xué)等性能方面有明顯的提高,具有重要的研究價值和廣闊的應(yīng)用前景[2]。納米顆粒由于它們特殊的物理化學(xué)性質(zhì)和功能屬性而越來越多的被應(yīng)用于食品工業(yè)原料。納米顆粒在環(huán)境中無處不在,可以來源于自然也可以人工合成。目前,納米顆粒已經(jīng)存在于多種產(chǎn)品中,包括食品、飼料和農(nóng)藥,以及應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、水土凈化技術(shù)和土壤凈化中[3-5]。

食品級納米粒子可以由一些不同的材料制備,包括脂質(zhì)、多糖和蛋白質(zhì)等。本文概述了食品級納米顆粒的制備方法及其優(yōu)缺點(diǎn),講述了其重要應(yīng)用,并提出了其未來的發(fā)展趨勢和面臨的挑戰(zhàn)。

1 納米粒子的分類及其制備方法

目前對于食品級納米粒子的研究領(lǐng)域主要是構(gòu)建相應(yīng)的壁材和制備方法。根據(jù)制備納米粒子的原材料將其分為脂質(zhì)納米粒子、多糖納米粒子、蛋白質(zhì)納米粒子三類。

1.1 脂質(zhì)納米粒子的分類及其制備方法

1.1.1 納米脂質(zhì)體的制備方法 脂質(zhì)體(liposome)具有單層或多層的雙親性分子膜,是一種由磷脂雙分子層和膽固醇形成的小型球形囊泡分子[6]。脂質(zhì)體具有細(xì)胞親和性、緩釋性、靶向性和生物相容性等優(yōu)點(diǎn)[7]。納米脂質(zhì)體的制備方法主要有薄膜分散法、有機(jī)溶劑注入法、凍融法和復(fù)合法。薄膜分散法是最早使用且至今仍然常與其他方法連用的方法,薄膜分散法操作簡單,不需要特殊設(shè)備,但單獨(dú)使用此方法時制備的脂質(zhì)體粒徑偏大且分布不均勻,藥物包封率低,重復(fù)性差,不適合批量生產(chǎn)。如Chen等[8]用薄膜分散法制備了姜黃素脂質(zhì)體,其平均粒徑大小為182.64 nm,包封率為68%,在4 ℃可以儲存一個月。有機(jī)溶劑注入法比較常用,其操作簡單迅速,但其包封率偏低,如Gosangari等[9]分別用薄膜分散、乙醇注入和超聲三種不同的方法制備了多層囊泡和單層囊泡姜黃素脂質(zhì)體,研究得出乙醇注入法制備的脂質(zhì)體的包封率相對較低。凍融法易制備包封率高和穩(wěn)定性好的納米脂質(zhì)體,如Wang等[10]通過凍干法制備了姜黃素納米脂質(zhì)體,并探究了在體內(nèi)外其對頸部鱗狀癌細(xì)胞株HNSCC的抑制作用,研究得出在體內(nèi)外姜黃素脂質(zhì)體都能夠抑制HNSCC的增長。為了獲得顆粒小(小于100 nm)且均勻的脂質(zhì)體,通常會在上述基礎(chǔ)上再通過擠壓、動態(tài)高壓微射流或超聲等技術(shù)進(jìn)行處理,即復(fù)合法。例如Chen等[11]采用了薄膜分散法結(jié)合動態(tài)高壓微射流制備了平均粒徑為68.1 nm的姜黃素納米脂質(zhì)體,其電位為-3.16 mV。

1.1.2 固體脂質(zhì)納米顆粒的制備方法 固體脂質(zhì)納米顆粒(solid lipid nanoparticles)在1991年提出后發(fā)展起來,是一種可代替脂質(zhì)體、聚合物納米粒子和脂質(zhì)體的新型給藥系統(tǒng)[12]。固體脂質(zhì)納米顆粒的制備方法主要有薄膜分散法、超聲/高壓均質(zhì)法和高溫乳化-低溫固化法等。超聲/高壓均質(zhì)法是最常用的固體脂質(zhì)納米顆粒的制備方法,是一種高效且可靠的方法,一方面所需制備時間短,另一方面又避免了有機(jī)溶劑的加入,同時適用于實(shí)驗(yàn)室研究制備和工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)[13]。如Ramalingamd等[14]通過高壓均質(zhì)和超聲技術(shù)制備了姜黃素修飾的固體脂質(zhì)納米粒子,其粒徑范圍為(451.80±19.62) nm,電位大小為(26.33±1.92) mV。Hajj Ali等[15]使用非離子型表面活性劑作為穩(wěn)定劑通過超聲技術(shù)制備了姜黃素修飾的乳木果固體脂質(zhì)納米粒子,其粒徑大小為50～230 nm,研究得出納米粒子粒徑越大姜黃素的包埋率越低。薄膜-超聲分散法制備的固體脂質(zhì)納米粒質(zhì)地均勻且粒徑較小,包封率高。如王靖雯等[16]通過薄膜超聲分散法制備了粒徑為(62.0±10.3) nm的齊墩果酸固體脂質(zhì)納米粒子,并得出其包封率高達(dá)98.29%。乳化蒸發(fā)-低溫固化法是將有機(jī)相和水相分別水浴加熱至一定的相同溫度,在攪拌的條件下將有機(jī)相加至水相,不斷攪拌使其有機(jī)溶劑揮發(fā)得到初乳,一定量初乳倒入外水相中在冰浴條件下攪拌后離心取沉淀物再分散于水中得分散液[17]。此方法的優(yōu)點(diǎn)為制備的納米粒子外觀形態(tài)圓整、粒徑小且較穩(wěn)定,但缺點(diǎn)則為若有機(jī)試劑殘留會有潛在毒性。如Zhang等[18]采用乳化蒸發(fā)-低溫固化法制備了基于乳脂的納米脂質(zhì)且用其運(yùn)載β-胡蘿卜素,粒徑大小約為25 nm,它具有很好的儲存穩(wěn)定性,在21 ℃可以儲存90 d。

1.2 多糖納米粒子的分類及其制備方法

天然生物大分子多糖是可食用納米顆粒物質(zhì)的潛在來源,通常因其來源廣泛、價值低廉,具有生物相容性且低毒性[19]。本文以淀粉、纖維素和殼聚糖對多糖進(jìn)行講述。

1.2.1 淀粉納米粒子的制備方法 淀粉作為生物質(zhì)能的第二組成部分,是一種滿足食品和生物醫(yī)學(xué)需求的優(yōu)良材料,主要優(yōu)點(diǎn)為生物可降解和低成本。總結(jié)近些年來的研究,淀粉納米粒子的制備方法主要有:酸水解法、沉淀法、機(jī)械法和微乳液法。酸水解法制備淀粉納米粒的優(yōu)點(diǎn)主要是操作簡單,但缺點(diǎn)則為制備時間長且得率低。例如LeCorre等[20]通過酸水解糯性玉米淀粉制備了淀粉納米晶。他們改進(jìn)了制備方法即酸水解前加入淀粉酶進(jìn)行預(yù)處理,此過程縮短了制備納米粒的時間,從6 d縮短至45 h。沉淀法是將淀粉或其衍生物和沉淀劑混合,降低淀粉在溶液中的溶解度使之析出形成納米粒。沉淀法制備的淀粉納米粒步驟簡單,所用化學(xué)試劑少,對設(shè)備要求低,應(yīng)用前景好。例如Tan等[21]的研究中淀粉由乙酸酐和鄰苯二甲酸酐改性后,然后再由一個簡單的沉淀過程制備了粒徑大小為270 nm的淀粉納米粒子。機(jī)械法是通過剪切、擠壓、沖擊和摩擦等機(jī)械作用力破碎淀粉顆粒以達(dá)到所需粒徑。此方法原理簡單,幾乎不需用化學(xué)試劑,制備的納米顆粒安全性高,但卻因耗能高而在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用少。Wu等[22]將玉米淀粉液反復(fù)通過微射流均質(zhì)機(jī),當(dāng)均質(zhì)次數(shù)超過多次后,才可制備穩(wěn)定且粒徑小(小于100 nm)的淀粉納米顆粒。微乳液法原理是在機(jī)械攪拌下,淀粉和其衍生物分散至另一不溶相中形成乳液,接著在交聯(lián)劑的作用下淀粉液滴固化成球,淀粉納米粒的粒徑為10～100 nm。微乳液法雖然對設(shè)備要求低,但由于需要較低淀粉濃度和較高油水體積比而使其生產(chǎn)效率低。如Chin等[23]在葵花籽油和淀粉溶液組成的微乳液中(5∶1,v/v)制備了淀粉納米粒并用其包埋姜黃素,其平均粒徑大小為87 nm,包封率為78%。

1.2.2 纖維素納米粒子的制備方法 纖維素是自然界中分布最廣、含量最多的可再生資源[24]。董鳳霞[25]等人總結(jié)了纖維素納米粒子的制備方法有機(jī)械法、化學(xué)法和生物法。機(jī)械法主要有高壓均質(zhì)和化學(xué)機(jī)械法,機(jī)械法因需要特殊設(shè)備和高耗能而應(yīng)用較少?；瘜W(xué)法包括酸水解法和酶解法,化學(xué)法制備納米纖維素的同時還可以對其進(jìn)行表面改性,因此目前該方法是制備納米纖維素常用的方法。Maria V等[26]酸水解蟹殼中的甲殼素制備了甲殼素納米晶,甲殼素納米晶的平均粒徑大小為240 nm。Kargar等[27]利用酶水解纖維素粉法制備了平均粒徑為(415±1.5) nm的微晶纖維素納米粒子。Kalashnikova等[28]也通過酸水解法制備了棒狀纖維素納米晶,其長度為855 nm。通過微生物法制備的纖維素稱為細(xì)菌纖維素。生物法制備納米纖維的優(yōu)點(diǎn)為無污染和耗能低,所以國內(nèi)外都在發(fā)展此技術(shù)。但是其過程復(fù)雜、成本高和得率低。如許威震等[29]將濕態(tài)細(xì)菌纖維素剪碎,加入NaBr、NaClO、TEMPO催化氧化制備了細(xì)菌纖維納米纖維,該纖維素的尺寸約5～8 nm。

1.2.3 殼聚糖納米粒子的制備方法 殼聚糖具有良好的成膜性、生物相容性、安全性和微生物可降解性,已經(jīng)作為藥物載體研究的熱點(diǎn)。殼聚糖納米粒子的制備方法有離子交聯(lián)法、凝聚法或沉淀法、自組裝法和反相微乳法。離子交聯(lián)法不使用有機(jī)溶劑,反應(yīng)溫和,顆粒粒徑可調(diào)控,因此使用廣泛。例如Hong Ni等[30]用粒子交聯(lián)法制備了低分子量的殼聚糖納米粒子,其粒徑大小為138 nm。他們的研究得出該方法制備的納米粒子具有良好的貯存穩(wěn)定性,在室溫下至少能夠儲存20 d。反相微乳法制備的殼聚糖納米粒子粒徑分布均一,但是反應(yīng)消耗有機(jī)試劑多且制備的納米粒子濃度低。如Brunel等[31]采用辛酸癸酸甘油三酯(Miglyol 812N)作為油相,span 80作為乳化劑,異丁醇作為助表面活性劑,殼聚糖溶液作為水相制備反相微乳液,滴加TPP溶液于微乳液中制得低濃度納米微球。自組裝法的缺點(diǎn)之一也是制得納米粒子濃度偏低且工藝復(fù)雜。例如Chuang等[32]將殼聚糖溶于乙酸溶液中,充入氮?dú)饧訜嶂?0 ℃,加入提前加熱至40 ℃的硝酸鈰銨溶液引發(fā)自由基的反應(yīng),通過自組裝法制備了粒徑為295 nm殼聚糖納米粒子。沉淀法的原理是基于乳化溶劑的擴(kuò)散作用。Berthold等[33]最先提出沉淀法(沉淀劑為硫酸鈉)制備殼聚糖微粒。近年來,沉淀法主要用于制備磁性殼聚糖納米粒子,如Cao等[34]通過一個簡單的還原沉淀法(亞硫酸鈉部分還原Fe3+,室溫下用氨水沉淀,然后用環(huán)氧氯丙烷交聯(lián))制備了粒徑大小為3～10 nm的磁性殼聚糖納米粒子。

表1 食品級蛋白納米粒子的制備方法、形狀、粒徑大小Table 1 Preparation method,shape and size of food grade protein nanoparticles

1.3 蛋白質(zhì)納米粒子的制備方法

蛋白質(zhì)是生物體內(nèi)一種極其重要的高分子化合物,蛋白納米粒子具有很多優(yōu)點(diǎn),如生物相容性和生物降解性。蛋白納米粒子的制備是基于蛋白質(zhì)的吸引力和排斥力的平衡。一般來說,增強(qiáng)蛋白質(zhì)的展開面和減少分子內(nèi)的疏水相互作用(hydrophobic interaction)對蛋白質(zhì)納米粒子的形成是至關(guān)重要的[35]。蛋白納米粒子的制備方法有:凝聚/反溶劑法、乳液/溶劑萃取、復(fù)凝聚法和電噴霧法。

1.3.1 凝聚/反溶劑法 凝聚法或反溶劑法是基于蛋白質(zhì)在溶劑中的溶解度與溶劑極性、pH、離子強(qiáng)度和電解質(zhì)存在函數(shù)關(guān)系。凝聚過程降低了蛋白的溶解度從而導(dǎo)致相分離,凝聚顆粒的大小可以通過調(diào)整工藝參數(shù)控制,納米粒子形成后,它們由交聯(lián)劑如戊二醛和已二醛交聯(lián)(如圖1)[36]。凝聚/反溶劑法和乳化法是最常用的蛋白納米粒子的制備方法。

圖1 凝聚法或相分離法制備蛋白納米顆粒Fig.1 Preparation of protein nanoparticles by coacervation or phase separation method

1.3.2 乳液/溶劑萃取法 在此方法中,蛋白質(zhì)水溶液和油相通過高壓均質(zhì)機(jī)或者超聲波剪切乳化后在W/O交界面形成納米粒子,交聯(lián)劑戊二醛加入乳液中是為了獲得粒徑大小為100～800 nm的納米粒子(如圖2)[37]。蛋白溶液的濃度和體積比都對粒徑大小有所影響,即濃度和體積比的增大都會使納米粒子粒徑的增大。一般來說,乳液/溶劑萃取法制得的納米粒子的粒徑大于凝聚法制備的納米粒子[38]。乳液/溶劑萃取法已經(jīng)被用于制備各種蛋白納米粒子,包括白蛋白和乳清蛋白納米粒子。

圖2 乳液/溶劑萃取法制備蛋白納米粒子Fig.2 Preparation of protein nanoparticles by emulsion/solvent extraction method

1.3.3 復(fù)凝聚法 此種納米粒子的制備方法適用于DNA的包封,即可用于基因治療應(yīng)用。由于蛋白質(zhì)具有雙親性且?guī)в写罅康墓倌軋F(tuán),它可以通過調(diào)節(jié)pH高于或者低于蛋白的等電點(diǎn)而分別變成陽離子型或陰離子型。然后帶電的蛋白質(zhì)可以和其它聚合電解質(zhì)發(fā)生靜電相互作用,以便通過凝聚將DNA或寡核苷酸包封于納米粒子(圖3)[37]。

圖3 復(fù)凝聚法制備蛋白納米粒Fig.3 Preparation of protein nanoparticles by complex coacervation method

1.3.4 電噴霧法 電噴霧法是一種相對較新的蛋白納米粒子的制備技術(shù),它主要用于制備麥醇溶蛋白和彈性蛋白肽(elastin-like peptide)納米粒子[39-40]。在此方法中,在微電流泵的作用下,使蛋白質(zhì)溶液勻速通過不銹鋼毛細(xì)管,同時在毛細(xì)管管尖處施加足夠高的電場,把電場力作為蛋白質(zhì)溶液的驅(qū)動力,在液體破裂成霧滴的過程中能夠通過調(diào)節(jié)各種參數(shù)獲得粒徑均勻且單分散的蛋白納米粒子。食品級蛋白納米粒子的制備方法和粒徑大小等列于表1[41-47]。

2 納米粒子在食品中的應(yīng)用

2.1 納米粒子作為Pickering乳液穩(wěn)定劑

在過去幾年里,生物來源的納米粒子被廣泛應(yīng)用作食品領(lǐng)域中的乳液穩(wěn)定劑,比如Pickering乳液。Pickering乳液是由固體膠粒穩(wěn)定的乳液,與傳統(tǒng)表面活性劑穩(wěn)定的乳液相比,它具有可再生、低成本、低毒、強(qiáng)界面穩(wěn)定性等優(yōu)勢[48]。然而多種因素影響乳液的整體穩(wěn)定性,比如粒子大小、粒子濃度、粒子形狀、油相類型和比例、pH和電解質(zhì)濃度[49-50]。

蛋白納米粒子是最常見的Pickering乳液穩(wěn)定劑,包括高粱醇溶蛋白納米粒子、麥醇溶蛋白納米粒子、大豆蛋白納米粒子、乳鐵蛋白納米粒子、玉米醇溶蛋白納米粒子和豌豆蛋白納米粒子。如Xiao等[51]用高粱醇溶蛋白通過反溶劑法制備高粱醇溶蛋白納米粒子并制備的Pickering乳液,并得出水相中粒子的濃度越大乳液越穩(wěn)定,油相比例越大乳液也越穩(wěn)定。改性后的淀粉納米顆?？梢苑€(wěn)定水包油型乳液,如Song等[52]用辛烯基琥珀酸酐修飾秈稻淀粉后制得疏水淀粉顆粒作為穩(wěn)定劑,大豆油作為油相制備了Pickering乳液,系統(tǒng)地研究了影響乳液穩(wěn)定性的主要因素,顆粒濃度、油相比例、pH對乳液穩(wěn)定性的影響較大,而鹽濃度和蔗糖濃度對其并沒有明顯的影響。此外,殼聚糖納米粒子也可以作為皮克林乳液穩(wěn)定劑,如Wei等[53]通過調(diào)節(jié)pH制備了平均粒徑為50 nm的殼聚糖納米粒子,研究表明未改性殼聚糖顆粒能夠吸附在油水界面形成穩(wěn)定的O/W型乳液,且pH6.6殼聚糖納米粒穩(wěn)定的乳液具有較好的儲存穩(wěn)定性,可以儲存2個月。脂質(zhì)納米粒子亦可以用于穩(wěn)定W/O型Pickering乳液,如Rousseau等[54]制備了平均粒徑為152 nm、電位-49 mV固體脂質(zhì)納米顆粒并制備了Pickering乳液,此乳液可以穩(wěn)定12周。

2.2 納米粒子用于運(yùn)載食品活性成分(納米載體)

大量的納米運(yùn)載系統(tǒng)已經(jīng)用于運(yùn)載食品活性成分,各種各樣的營養(yǎng)物質(zhì)可以被封裝,如維生素、抗氧化劑、不飽和脂肪酸、類胡蘿卜素和生物活性肽等。營養(yǎng)物質(zhì)的有效性取決于它們的生物利用率,而影響生物利用率的主要是處理過程中的不穩(wěn)定、在胃腸道的低溶解度/滲透率和在胃腸道降解、代謝。食品科學(xué)家一直在開發(fā)可用于食品中的口服藥物的運(yùn)載系統(tǒng)[55]。如Huang等[56]制備了表兒茶素彈性脂質(zhì)體,其平均粒徑為35～70 nm,在含有1%吐溫80時茶表兒素的包封率高于80%。表沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)具有抗氧化性和抗癌作用而引起廣泛的研究,但又因吸收差而在口服應(yīng)用方面被限制。為了改善此問題,Dube等[57]將EGCG包封于殼聚糖-三聚磷酸鹽納米粒子,此納米粒子提高了EGCG的口服吸收率。納米粒子可用于運(yùn)載生物活性物質(zhì)從而改善活性物質(zhì)的水溶性、分散性和化學(xué)穩(wěn)定性,提高生物利用率。如Hu等[58]通過靜電作用力制備了玉米醇溶蛋白-果膠復(fù)合納米粒子用于運(yùn)載姜黃素,封裝的姜黃素主要通過疏水相互作用和玉米醇溶蛋白結(jié)合。此粒子具有良好的水溶性,聚合納米顆粒能使姜黃素有效地用于功能性食品飲料和膳食補(bǔ)充劑藥品。Tan等[59]制備了β-胡蘿卜素脂質(zhì)體,β-胡蘿卜素被包埋于脂質(zhì)體中,研究得出β-胡蘿卜素脂質(zhì)體可以顯著提高β-胡蘿卜素的抗氧化性。納米運(yùn)載系統(tǒng)可以提高活性成分的抗菌活性,如Bhawana等[60]通過濕加工法制備了姜黃素納米粒子,從而提高了姜黃素對金黃葡萄球菌、大腸桿菌、枯草桿菌、青霉菌、綠膿桿菌和黑曲霉菌的抗菌活性。

2.3 納米粒子在食品包裝中的應(yīng)用

目前,各種納米材料已經(jīng)作為功能性添加劑被引入到食品包裝中,主要有纖維素納米晶和淀粉納米晶[61-62]。食品包裝中納米粒子的使用可以提高對食品的保護(hù),比如通過減少氣體的滲透、減少損失和增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度與熱穩(wěn)定[63]。每種納米材料由于化學(xué)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)和差異具有獨(dú)特的性能,從而導(dǎo)致不同的功能包裝應(yīng)用。與普通淀粉相比,淀粉納米晶在水中表現(xiàn)出較好的分散性,因?yàn)榈矸奂{米晶的表面積是普通淀粉的400倍[64]。

淀粉納米晶可以是食品軟包裝的填料和加固材料,因?yàn)樗鼈兛梢栽鰪?qiáng)機(jī)械性能和屏障性能。而且淀粉納米顆粒不同于普通煮熟的淀粉,它們能形成一個透明且靈活的薄膜。淀粉納米晶已經(jīng)應(yīng)用于美國的麥當(dāng)勞漢堡蚌殼,代替其傳統(tǒng)的粘合劑[65]。淀粉納米復(fù)合材料常應(yīng)用于生物可降解的食品包裝應(yīng)用中,Alavi等[66]總結(jié)了近年來開發(fā)的淀粉-聚乙烯醇可降解材料,研究得出淀粉/聚乙烯醇共混物具有良好的機(jī)械性能,可代替LDPE薄膜,且Novamont公司(諾瓦拉,意大利)已經(jīng)將此種材料制備的水溶性洗衣袋商業(yè)化。又因淀粉/聚乙烯醇共混物可以有效地隔絕O2和CO2,它們可以保持被包裝食品原有的香味和味道。在食品包裝領(lǐng)域中,殼聚糖納米粒子由于其可生物降解、可被吸收和殺菌而被廣泛研究[67]。如Lima等[68]制備了殼聚糖/聚甲基丙烯酸(CS/PMAA)納米粒子并用于食品包裝薄膜,結(jié)果表明,食品包裝膜添加殼聚糖和聚甲丙烯酸復(fù)合納米粒子后可以增加其器械性能,減少水蒸氣和氧氣滲透。并且通過體內(nèi)外毒性實(shí)驗(yàn)得出只有濃度較高且較大粒徑的粒子具有毒性,粒徑小的粒子可以安全使用。

3 挑戰(zhàn)與展望

納米粒子的快速發(fā)展及在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用,使得其備受關(guān)注。納米粒子雖然可以用于許多食品領(lǐng)域中,但仍然存在一些問題需要解決。首先是納米粒子在人體體內(nèi)代謝的毒理學(xué)數(shù)據(jù)較少,其次制備納米粒子的過程復(fù)雜、耗能較高且對環(huán)境產(chǎn)生潛在的污染。最后,缺少政府機(jī)構(gòu)對于納米材料是否安全的驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)。針對上述問題,應(yīng)該創(chuàng)建綠色(廉價、低耗能、無污染)的納米粒子制備方法,如開發(fā)廉價的壁材,創(chuàng)建方便、快速和低耗能的制備方法,盡量少用甚至不用有機(jī)試劑的方法制備納米粒子。并且多開展納米粒子在人體體內(nèi)代謝的毒理學(xué)研究。此外,政府機(jī)構(gòu)迫切需要制定關(guān)于制備的納米顆粒對于環(huán)境效應(yīng)和健康潛在影響的安全指引。

[1]Mohanraj V J,Chen Y. Nanoparticles-A review[J]. Tropical Journal of Pharmaceutical Research,2006,5(1):561-573.

[2]陳夢君,楊萬泰,尹梅貞. 納米粒子的分類合成及其在生物領(lǐng)域的應(yīng)用[J].化學(xué)進(jìn)展,2012(12):2403-2414.

[3]Li Q,Mahendra S,Lyon D Y,et al. Antimicrobial nanomaterials for water disinfection and microbial control:Potential applications and implications[J]. Water Research,2008,42(18):4591-4602.

[4]Lombi E,Donner E,Taheri S,et al. Transformation of four silver/silver chloride nanoparticles during anaerobic treatment of wastewater and post-processing of sewage sludge[J]. Environmental Pollution,2013,176C(5):193-197.

[5]Sekhon B S. Food nanotechnology-an overview[J]. Nanotechnology,Science and Applications,2010,3(1):1-15.

[6]Wang T,Wang N,Wang T,et al. Preparation of submicron liposomes exhibiting efficient entrapment of drugs by freeze-drying water-in-oil emulsions[J]. Chemistry & Physics of Lipids,2011,164(2):151-157.

[7]Mohanraj V J,Barnes T J,Prestidge C A. Silica nanoparticle coated liposomes:A new type of hybrid nanocapsule for proteins[J]. International Journal of Pharmaceutics,2010,392(1-2):285-293.

[8]Lu Y,Ding N,Yang C,et al. Preparation andinvitroevaluation of a folate-linked liposomal curcumin formulation[J]. Journal of Liposome Research,2012,22(2):110-119.

[9]Gosangari S L,Watkin K L. Effect of preparation techniques on the properties of curcumin liposomes:Characterization of size,release and cytotoxicity on a squamous oral carcinoma cell line[J]. Pharmaceutical Development and Technology,2012,17(1):103-109.

[10]Wang D,Veena M S,Stevenson K,et al. Liposome-encapsulated curcumin suppresses growth of head and neck squamous cell carcinomainvitroand in xenografts through the inhibition of nuclear factor kappaB by an AKT-independent pathway[J]. Clinical Cancer Research,2008,14(19):6228-6236.

[11]Chen X,Zou L Q,Niu J,et al. The Stability,Sustained Release and Cellular Antioxidant Activity of Curcumin Nanoliposomes[J]. Molecules,2015,20(8):14293-14311.

[12]Müller R H,M?der K,Gohla S. Solid lipid nanoparticles(SLN)for controlled drug delivery - a review of the state of the art[J]. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics,2000,50(1):161-177.

[13]Müller R H,Radtke M,Wissing S A. Solid lipid nanoparticles(SLN)and nanostructured lipid carriers(NLC)in cosmetic and dermatological preparations[J]. Advanced Drug Delivery Reviews,2002,54(Supplement):S131-S155.

[14]Ramalingam P,Sang W Y,Ko Y T. Nanodelivery systems based on mucoadhesive polymer coated solid lipid nanoparticles to improve the oral intake of food curcumin[J]. Food Research International,2016,84:113-119.

[15]Hajj Ali H,Michaux F,Bouelet Ntsama I S,et al. Shea butter solid nanoparticles for curcumin encapsulation:Influence of nanoparticles size on drug loading[J]. European Journal of Lipid Science & Technology,2016,118(8):1168-1178.

[16]王婧雯,湯海峰,沈敏,等. 齊墩果酸固體脂質(zhì)納米粒的制備與質(zhì)量評價[J]. 醫(yī)學(xué)爭鳴,2007,28(5):472-474.

[17]夏愛曉,宋倩倩,孫淵. 固體脂質(zhì)納米粒制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].藥學(xué)實(shí)踐雜志,2012,30(5):331-333.

[18]Zhang L,Hayes D G,Chen G,et al. Transparent Dispersions of Milk-Fat-Based Nanostructured Lipid Carriers for Delivery ofβ-Carotene[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry,2013,61:9435-9443.

[19]Diab R,Jaafar-Maalej C,Fessi H,et al. Engineered Nanoparticulate Drug Delivery Systems:The Next Frontier for Oral Administration?[J]. Aaps Journal,2012,14(4):688-702.

[20]Lecorre D,Vahanian E,Dufresne A,et al. Enzymatic pretreatment for preparing starch nanocrystals[J]. Biomacromolecules,2011,13(1):132-137.

[21]Tan Y,Xu K,Liu C,et al. Fabrication of starch-based nanospheres to stabilize pickering emulsion[J]. Carbohydrate Polymers,2012,88(4):1358-1363.

[22]Liu D,Wu Q,Chen H,et al. Transitional properties of starch colloid with particle size reduction from micro-to nanometer[J]. Journal of Colloid & Interface Science,2009,339(1):117-124.

[23]Chin S F,Yazid S N A M,Pang S C. Preparation and Characterization of Starch Nanoparticles for Controlled Release of Curcumin[J]. International Journal of Polymer Science,2014(1 a):1-8.

[24]陳珍珍,劉愛國,李曉敏,等. 微晶纖維素的特性及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 食品工業(yè)科技,2014,35(4):380-383.

[25]董鳳霞,劉文,劉紅峰. 納米纖維素的制備及應(yīng)用[J].中國造紙,2012(6):68-73.

[26]Tzoumaki M V,Moschakis T,Biliaderis C G. Mixed aqueous chitin nanocrystal-whey protein dispersions:Microstructure and rheological behaviour[J]. Food Hydrocolloids,2011,25(5):935-942.

[27]Kargar M,Fayazmanesh K,Alavi M,et al. Investigation into the potential ability of Pickering emulsions(food-grade particles)to enhance the oxidative stability of oil-in-water emulsions[J]. J Colloid Interface Sci,2012,366(1):209-215.

[28]Kalashnikova I,Bizot H,Cathala B,et al. Modulation of cellulose nanocrystals amphiphilic properties to stabilize oil/water interface[J]. Biomacromolecules,2012,13(1):267-275.

[29]許威震. 細(xì)菌纖維素納米纖維結(jié)構(gòu)調(diào)控的初步研究[D]. 南京:南京理工大學(xué),2013.

[30]Fan W,Wei Y,Xu Z,et al. Formation mechanism of monodisperse,low molecular weight chitosan nanoparticles by ionic gelation technique[J]. Colloids & Surfaces B Biointerfaces,2012,90(2):21-27.

[31]Brunel F,Véron L,David L,et al. A Novel Synthesis of Chitosan Nanoparticles in Reverse Emulsion[J]. Langmuir,2008,24(20):11370-11377.

[32]Chuang C Y,Don T M,Chiu W Y. Preparation of environmental-responsive chitosan-based nanoparticles by self-assembly method[J]. Carbohydrate Polymers,2011,84(2):765-769.

[33]Berthold A,Cremer K,Kreuter J. Preparation and characterization of chitosan microspheres as drug carrier for prednisolone sodium phosphate as model for anti-inflammatory drugs[J]. Journal of Controlled Release,1993,193(1):329-339.

[34]Cao C,Xiao L,Chen C,et al. In situ preparation of magnetic Fe3O4/chitosan nanoparticles via a novel reduction-precipitation method and their application in adsorption of reactive azo dye[J]. Powder Technology,2014,260(7):90-97.

[35]Ko S,Gunasekaran S. Preparation of sub-100-nmβ-lactoglobulin(BLG)nanoparticles[J]. Journal of Microencapsulation,2007,23(8):887-898.

[36]Langer K,Balthasar S,Vogel V,et al. Optimization of the preparation process for human serum albumin(HSA)nanoparticles[J]. International Journal of Pharmaceutics,2003,257(1-2):169-180.

[37]Lohcharoenkal W,Wang L,Chen Y C,et al. Protein nanoparticles as drug delivery carriers for cancer therapy[J]. Biomed Res Int,2014,2014:180549.

[38]Müller B G,Leuenberger H,Kissel T. Albumin nanospheres as carriers for passive drug targeting:An optimized manufacturing technique[J]. Pharmaceutical Research,1996,13(1):32-37.

[39]Rasekh M,Young C,Roldo M,et al. Hollow-layered nanoparticles for therapeutic delivery of peptide prepared using electrospraying[J]. Journal of Materials Science:Materials in Medicine,2015,26(11):1-12.

[40]Wu Y,Mackay J A,Mcdaniel J R,et al. Fabrication of elastin-like polypeptide nanoparticles for drug delivery by electrospraying[J]. Biomacromolecules,2009,10(1):19-24.

[41]Joye I J,Nelis V A,McClements D J. Gliadin-based nanoparticles:Fabrication and stability of food-grade colloidal delivery systems[J]. Food Hydrocolloids,2015,44:86-93.

[42]Gulfam M,Kim J E,Lee J M,et al. Anticancer drug-loaded gliadin nanoparticles induce apoptosis in breast cancer cells[J]. Langmuir,2012,28(21):8216-8223.

[43]Ko S,Gunasekaran S. Preparation of sub-100-nmβ-lactoglobulin(BLG)nanoparticles[J]. Journal of Microencapsulation,2006,23(8):887-898.

[44]Xu X,Capito R M,Spector M. Delivery of plasmid IGF-1 to chondrocytes via cationized gelatin nanoparticles[J]. Journal of Biomedical Materials Research Part A,2008,84A(1):73-83.

[45]王麗娟. 玉米醇溶蛋白膠體顆粒的制備及應(yīng)用研究[D]. 廣州:華南理工大學(xué),2014.

[46]Zhang W N,Zhong Q X. Microemulsions as nanoreactors to produce whey protein nanoparticles with enhanced heat stability by sequential enzymatic cross-linking and thermal pretreatments[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry,2009,57(19):9181-9.

[47]Liu F,Tang C H. Soy protein nanoparticle aggregates as pickering stabilizers for oil-in-water emulsions[J]. J Agric Food Chem,2013,61(37):8888-8898.

[48]周君,喬秀穎,孫康. Pickering乳液的制備和應(yīng)用研究進(jìn)展[J].化學(xué)通報,2012,75(2):99-105.

[49]Aveyard R,Binks B P,Clint J H. Emulsions stabilised solely by colloidal particles[J]. Advances in Colloid and Interface Science,2003,100:503-546.

[50]Binks B P,Clint J H. Solid wettability from surface energy components:relevance to Pickering emulsions[J]. Langmuir,2002,18(4):1270-1273.

[51]Xiao J,Wang X a,Gonzalez A J P,et al. Kafirin nanoparticles-stabilized Pickering emulsions:Microstructure and rheological behavior[J]. Food Hydrocolloids,2016,54:30-39.

[52]Song X,Pei Y,Qiao M,et al. Preparation and characterizations of Pickering emulsions stabilized by hydrophobic starch particles[J]. Food Hydrocolloids,2015,45:256-263.

[53]Wei Z,Wang C,Zou S,et al. Chitosan nanoparticles as particular emulsifier for preparation of novel pH-responsive Pickering emulsions and PLGA microcapsules[J]. Polymer,2012,53(6):1229-1235.

[54]Gupta R,Rousseau D. Surface-active solid lipid nanoparticles as Pickering stabilizers for oil-in-water emulsions[J]. Food & Function,2012,3(3):302-311.

[55]Bigliardi B,Galati F. Innovation trends in the food industry:The case of functional foods[J]. Trends in Food Science & Technology,2013,31(2):118-129.

[56]Huang Y B,Tsai M J,Wu P C,et al. Elastic liposomes as carriers for oral delivery and the brain distribution of(+)-catechin[J]. Journal of Drug Targeting,2011,19(8):709-718.

[57]Dube A,Nicolazzo J A,Larson I. Chitosan nanoparticles enhance the plasma exposure of(-)-epigallocatechin gallate in mice through an enhancement in intestinal stability[J]. European Journal of Pharmaceutical Sciences Official Journal of the European Federation for Pharmaceutical Sciences,2011,44(3):422-426.

[58]Hu K,Huang X,Gao Y,et al. Core-shell biopolymer nanoparticle delivery systems:synthesis and characterization of curcumin fortified zein-pectin nanoparticles[J]. Food Chem,2015,182:275-281.

[59]Tan C,Xue J,Abbas S,et al. Liposome as a delivery system for carotenoids:comparative antioxidant activity of carotenoids as measured by ferric reducing antioxidant power,DPPH assay and lipid peroxidation[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry,2014,62(28):6726-6735.

[60]Bhawana,Basniwal R K,Buttar H S,et al. Curcumin Nanoparticles:Preparation,Characterization,and Antimicrobial Study[J]. Journal of Agricultural & Food Chemistry,2011,59(5):2056-2061.

[61]Nalwa H S,A K Mohanty,M Misra,et al. Packaging Nanotechnology[M]. Los Angeles:American Scientific Publishers,2009.

[62]Tager J. Regulatory failure or institutional corruption?:The case of food standards Australia New Zealand and the ‘regulation’ of nanomaterials in food[J]. Chain Reaction,2014(121):43-45.

[63]Chau C F,Wu S H,Yen G C. The development of regulations for food nanotechnology[J]. Trends in Food Science & Technology,2007,18(5):269-280.

[64]Klass C P. Latest trends in printing,imaging and packaging[J]. Paper,2007,2(11):8-24.

[65]Blasco C,Picó Y. Determining nanomaterials in food. TrAC Trends Anal Chem[J]. Trac Trends in Analytical Chemistry,2011,30(1):84-99.

[66]Tang X,Alavi S. Recent advances in starch,polyvinyl alcohol based polymer blends,nanocomposites and their biodegradability[J]. Carbohydrate Polymers,2011,85(1):7-16.

[67]Coma V,Martial-Gros A,Garreau S,et al. Edible antimicrobial films based on chitosan matrix[J]. Journal of food science,2002,67(3):1162-1169.

[68]De Lima R,Feitosa L,do Espirito Santo Pereira A,et al. Evaluation of the genotoxicity of chitosan nanoparticles for use in food packaging films[J]. J Food Sci,2010,75(6):N89-96.

Synthesis and applications of nanoparticles in food

DENG Su-meng,WANG Jian,ZOU Li-qiang*,LIU Wei,PENG Sheng-feng,CHEN Xing

(State Key Laboratory of Food Science and Technology,Nanchang University,Nanchang 330047,China)

As an important part of food industry,nanoparticles have been widely studied in recent years. In this paper,the research progress of nanoparticles in recent years was reviewed,and the classification,preparation methods and applications of nanoparticles in the field of food were introduced,aiming to provide technical reference for the preparation and application for nanoparticles.

nanoparticles;synthesis;classification;food;application

2016-10-21

鄧蘇夢(1993-)，女，碩士研究生，研究方向：食品新技術(shù)與資源綜合利用，E-mail：sumengdeng11@163.com。

*通訊作者:鄒立強(qiáng)(1987-)，男，博士，助理研究員，研究方向：食品新技術(shù)與資源綜合利用，E-mail：zouliqiang2010@163.com。

國家自然基金(31601468)；江西省教育廳青年基金(150089)。

TS201.4

A

1002-0306(2017)07-0365-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.07.062