探究槲皮素及其递送体系（二）

2 槲皮素的吸收、代谢及其生物利用率

2.1 吸收与代谢

槲皮素的体内吸收和代谢过程如图2所示。在口腔中，槲皮素能与唾液蛋白相互作用，形成可溶性槲皮素-蛋白质二元聚集体。在胃部强酸性环境中，槲皮素骨架结构被破坏可分解为酚酸等物质。小肠是槲皮素吸收的主要部位，槲皮素糖苷在小肠内经β-糖苷酶水解成苷元后被小肠上皮细胞吸收。槲皮素及其衍生物的吸收效果受糖苷类型、所在食品基质环境等因素的影响。经吸收后，槲皮素在小肠、结肠、肝脏和肾脏等器官中经生物转化酶（如尿苷二磷酸葡萄糖醛酸转移酶、儿茶酚-O-甲基转移酶、磺酸转移酶等）生成葡萄糖醛酸化、O-甲基化、硫酸盐等形式的代谢产物。在小肠中，槲皮素经糖醛酸化、O-甲基化后，经肝门静脉转运至肝脏。在肝脏中，槲皮素进一步代谢，产生的槲皮素衍生物和未代谢的槲皮素通过肝脏门静脉释放到血液循环。在肠道中，槲皮素在微生物和肠道黏膜上皮细胞酶类的作用下可发生环裂变，其结构骨架被破坏，形成酚酸等物质，随后被吸收、转化或排出。3-羟基苯乙酸、苯甲酸和马尿酸等槲皮素的主要代谢产物最终经粪便、尿液、呼吸等途径从体内排出。

图2 槲皮素体内吸收代谢过程

2.2 生物利用率

槲皮素在血液中的代谢速度快，半衰期短。槲皮素摄入30 min后血浆中可检测到其代谢产物，但在24 h内会大量排出。人体在短时内食用富含槲皮素的食物后，槲皮素及其代谢物在血浆中总浓度约72～193 nmol/L。槲皮素反复摄入可显著提高其生物利用率。Moon等测定了周期性摄入洋葱后槲皮素偶联物在人血浆中的积累情况。结果表明，参与者每日从洋葱片中摄入槲皮素93.6 mg，一周后空腹血浆中槲皮素的葡萄糖醛酸和硫酸盐形式代谢物浓度由0.04 μmol/L升高至0.63 μmol/L（P＜0.05）。Guo Yi等研究发现，连续3 d每日摄入槲皮素1 095 mg后血浆槲皮素总浓度可达1 430 nmol/L。此外，食品基质对槲皮素的生物利用率也起着重要作用。将槲皮素（10 mg/70 kg mb）溶解在蔬菜匀浆、葡萄汁和酒中，实验对象口服0.5 h后血清槲皮素质量浓度分别为10.8、25.3 ng/L和12.7 ng/L。服用含22 mg槲皮素二水合物明胶胶囊后，槲皮素在人体血浆中最高浓度为109 nmol/L。

3 槲皮素递送体系

食品胶体递送体系能有效地对生物活性物质进行包埋，在改善功能因子分散状态、稳定性，提高生物利用率等方面极具应用潜力。根据体系主成分的不同，槲皮素递送体系可分为表面活性剂基、乳液基、生物聚合物基递送体系3 类，常见类型有胶束、脂质体、乳液、固体脂质颗粒、生物聚合物纳米颗粒等（图3）。

图3 槲皮素递送体系示意图

3.1 表面活性剂基递送体系

表面活性分子的功能取决于其亲水端和疏水端的性质及其所在环境条件。因此，利用不同类型的表面活性分子可以制备出多种结构和功能特性递送体系。表面活性剂递送体系的主要类型有胶束、微乳液、脂质体等。

3.1.1 胶束和微乳液

在合适的环境条件下，表面活性剂和其他组分在水溶液中会自发形成一种热力学稳定的胶束或乳液体系。胶束通常只由表面活性剂构成，而微乳液中还含有油相。在水溶剂中，胶束（d＜20 nm）和微乳液（d＜100 nm）通常以小球状颗粒的形式存在，疏水性核由非极性表面活性剂尾和油相组成，而表面活性剂的极性头与环境水分子接触形成亲水外壳。胶束或微乳液可将脂溶性的槲皮素包埋在其疏水核中，起到很好的保护效果。Shen Feng等以硫辛酸（alpha lipoic acid，ALA）和壳聚糖（chitosan，CS）为原料，合成了CS-ALA接枝聚合物，当CS-ALA在水中的质量浓度超过临界胶束质量浓度（0.007 6 mg/mL）时可自组装成球形纳米胶束并将槲皮素包埋在内部，胶束能显著提高槲皮素的水分散性、光热稳定性和抗氧化活性。Rogerio等以大豆卵磷脂、蓖麻油、12-羟基硬脂酸-聚乙二醇共聚物为原料，制备了负载槲皮素的水包油型微乳液，微乳液的摄入可有效抑制小鼠体内NF-κB活性、P-selectin的表达和肺部黏液的产生，具有良好的抗炎症效果。

3.1.2 脂质体

脂质体是由单层或多层脂质双分子膜以同心圆的形式包封组成的类球形囊泡体系。通过选择合适的原料（如磷脂、胆固醇、磷脂酰胆碱、吐温等）、采用不同的制备方法（如溶剂蒸发法、反溶剂沉淀法、微射流法），可以获得不同结构尺寸和功能特性的脂质体。由于不同区域极性存在差异，脂质体可以实现亲水性和疏水性物质的同时装载。Toniazzo等以磷脂为原料，采用乙醇注入法制备了负载槲皮素的脂质体，并以蔗糖作为保护剂，槲皮素包封在冻干脂质体中经100 d贮藏未发生降解。

脂质体作为一种载体，具有细胞膜结构，且生物相容性高、免疫原性低，可保护活性物质、延缓释放。但脂质体也易受高温、强酸/碱性和离子强度的影响，其稳定性较差、结构易发生崩溃，而通过生物聚合物涂层、加入稳定剂（如胆固醇或甘油）或阳/阴离子物质可提高其结构的稳定性。Caddeo等将槲皮素和白藜芦醇共荷载于由磷脂和油酸构成的脂质体中，并以琥珀酰化的壳聚糖对其加以保护，最终获得了球形、单泡、双层膜结构的琥珀酰壳聚糖-脂质体（平均粒度（81.6±3.0）nm、Zeta-电位（41.4±6.8）mV）。脂质体中槲皮素、白藜芦醇的包埋率分别为（78.0±3.3）%、（70.0±5.5）%。琥珀酰壳聚糖的加入不仅提高了脂质体的物理稳定性，多酚类物质在模拟肠道环境中的释放程度也有所提高。

3.2 乳液基递送体系

为提高乳液在加工贮藏过程的稳定性和对脂溶性活性物质的保护效果，人们开发设计了不同结构类型的乳液基递送体系，如乳液/纳米乳液、多重乳液、固体脂质颗粒/纳米脂质载体等。

3.2.1 乳液/纳米乳液

乳液由两种及以上不混溶的液体（通常是油和水）组成，根据尺寸的不同又可进一步分为乳液（100 nm～100 μm）和纳米乳液（＜100 nm）。乳液和纳米乳液是热力学不稳定体系，在贮存过程中易发生絮凝、聚结、乳析等现象。因此，乳液中通常会加入乳化剂，其吸附在油-水界面上可降低不相溶液体间的界面张力，进而使得乳液在一定时间内保持动力学稳定，防止贮存过程中液滴的聚集。乳液/纳米乳液的制备方法可分为高能耗法和低能耗法两大类。高能耗法通过设备（高压均质器、微射流器和超声仪）产生的强大能量使油水两相充分混合。低能耗法主要依靠乳化剂、油和水三者在特定条件下（如相转变乳化、自发乳化等）自发形成乳液。常用的食品乳化剂类型有蛋白、多糖、磷脂、小分子表面活性剂等。大量研究表明，乳液/纳米乳液可用作槲皮素及其他疏水性活性物质的递送体系，活性成分的稳定性及生物利用率显著提高（表2）。

表2 乳液在槲皮素递送体系中的应用

3.2.2 多重乳液

多重乳液是指在有限空间内，分散液滴中包含有更细小分散液滴所形成的多相分隔型乳液。根据连续相存在顺序的不同，多重乳液又可分为水包油包水（waterin-oil-in-water，W/O/W）或油包水包油（oil-in-waterin-oil，O/W/O）两种类型。相比于传统乳液，多重乳液递送体系可将疏水和亲水物质分别包埋在油、水两相中，实现多活性组分的同时递送。对于多重乳液而言，其结构更为复杂（图3）。因此，选择合适的油水相和乳化剂类型、浓度以及乳液制备方法对提高多重乳液的稳定性和功能特性而言尤为重要。

Chouaibi等采用两步法制备了W/O/W型多重乳液，并探究了不同油相（橄榄油、辣椒籽和葵花籽油）对多重乳液中槲皮素释放效果的影响。受油相组成和性质的影响，辣椒籽油对槲皮素的包封效果最好；同时稠度较高的油相可延迟内部水相的扩散排出，因此在贮藏过程中（5 ℃、30 d），红辣椒籽油中的槲皮素释放率（5.89%）比葵花籽油（8.64%）和橄榄油（7.85%）中的更低。Silva等将橄榄油、亚麻籽油和鱼油作为混合油相（70∶20∶10，V/V），以聚甘油聚蓖麻酸酯（polyglycerol ester of polyricinoleic acid，PGPR）和酪蛋白酸钠作为亲油亲水乳化剂，采用两步法制备了W1/O/W2多重乳液，并分别将没食子酸和槲皮素分别封装于内部水相（W1）和外部水相（W2）中，结果表明双重乳液在贮存条件下（4 ℃、28 d）具有良好的物理稳定性，槲皮素和没食子酸的加入也使双重乳液的氧化稳定性显著提高。

3.2.3 固体脂质颗粒/纳米结构脂质载体

固体脂质纳米颗粒（solid lipid nanoparticles，SLNs）与O/W型纳米乳液的结构非常相似，其与纳米乳液的区别主要在于SLNs中的脂相为结晶/部分结晶的固体而非液态。SLNs通常指脂相完全结晶的体系，而纳米结构脂质载体（nanostructured lipid carriers，NLCs）通常指脂相部分结晶或非晶态的体系。作为疏水活性物质的递送体系，SLNs和NLCs具有生物相容性好、生物利用度高、可控释等优点。Li Houli等以单硬脂酸甘油酯、大豆卵磷脂、吐温-80、聚乙二醇400为原料，采用乳化-低温固化法制备了包埋有槲皮素的固体脂质颗粒（quercetin-loaded solid lipid nanoparticles，QT-SLNs）。在透射电子显微镜下观察到QT-SLNs呈球形，平均直径为155.3 nm，槲皮素包埋率为91.1%。与槲皮素混悬液相比，QT-SLNs在大鼠体内的相对生物利用度提高了5.7 倍。Bose等采用超声探针技术，制备了一种以甘油二山嵛酸酯为固体脂质的SLNs用于槲皮素的局部给药。SLNs在2～8 ℃下贮存8周后仍保持良好的物理稳定性，并对槲皮素起到了缓释的效果。

通常，在SLNs中包埋活性物质是通过将其溶解在液体脂质中，再经均质、冷却实现的。然而在冷却的过程中，由于脂质晶型的转变，生物活性物质可能会从固体脂质中排出，造成其稳定性的降低。通过制备具有不同熔点的脂质混合物或使用在冷却后形成非晶态凝固相的NLCs可解决这一问题。因NLCs脂质核心无法形成高度有序的晶体结构，活性物质仍能有效地包埋在脂质相中。为探究脂质物理状态和组成对脂基纳米载体形成和性能的影响，Aditya等以固体脂质（Imwitor 900 K）和液体脂质（如MCT）为原料制备获得了SLN、NLC和脂质纳米乳液（lipid nanoemulsions，LNE）3种不同类型的脂质递送体系。负载槲皮素后，SLN、NLC、LNE的粒径分别为（127±10）、（34±6）、（82±9）nm，负载率均达90%以上。体外模拟消化实验表明，递送体系对槲皮素的消化起到了一定的控释效果。SLN、NLC、LNE中槲皮素的生物利用度分别为39.7%、52.7%和58.4%，显著高于游离槲皮素对照组（7%）。Huang Juan等以亚麻籽油和单硬脂酸甘油酯作为油相，将槲皮素包埋在其中，获得了平均粒径小于100 nm的球形NLCs。X射线衍射结果显示，NLCs的脂质核中晶体排列更无序，槲皮素在NLCs中为非晶态。加速氧化实验结果表明，与传统的亚麻籽油乳液相比，槲皮素使NLCs中脂质氧化水平显著降低。此外，NLCs对槲皮素起到了缓释的效果，槲皮素的贮藏稳定性（25 ℃、3个月）也显著提高。

3.3 生物聚合物基递送体系

胶体递送体系的构建也可选用蛋白、多糖等食品级生物聚合物，通过分子内的自主装或分子间的共组装，形成一定的空间结构的递送体系，用于疏水性生物活性物质的包埋递送。常见的递送体系类型包括纳米颗粒、微凝胶等。

3.3.1 生物聚合物纳米颗粒

生物聚合物的类型非常广泛，食品级纳米颗粒递送体系制备时通常可选用蛋白质（酪蛋白、乳球蛋白、明胶、大豆球蛋白、卵清蛋白）、多糖（果胶、卡拉胶、壳聚糖、海藻酸钠、黄原胶）等物质。纳米颗粒的制备根据所使用的方法可划分为自上而下法和自下而上法。自上而下法是指大颗粒（固体或液体）在剪切、撞击等力的作用下产生破碎，得到合适尺寸小颗粒的一类方法，主要包括高速剪切、研磨、均质、微射流法等。自下而上法则是通过环境因子诱导（如pH值、离子强度、溶剂极性），使生物聚合物分子间实现自组装或共组装，进而形成递送体系的一系列方法的统称，常见的有反溶剂沉淀法、复凝聚法、喷雾干燥法等。大量的实验研究表明，蛋白质、多糖及其复合物等均可用于槲皮素包埋（表3），纳米颗粒递送体系构建时所选择的原料、制备方法不同，会对纳米颗粒的形成、递送体系的理化性质、功能特性、稳定性产生影响。

表3 生物聚合物纳米颗粒在槲皮素递送体系中的应用

3.3.2 生物聚合物微凝胶

在共价/非共价力（静电相互作用、疏水相互作用、氢键等）的作用下，颗粒间可交联形成具有一定三维网络空间结构的微凝胶体系。为能实现疏水性生物活性的包埋负载，微凝胶的制备需先将疏水物质与其载体（如生物聚合物纳米颗粒、脂滴、乳液、脂质体等）复合，再通过改变溶液或环境条件使颗粒间产生交联形成微凝胶。

Liu Kang等以WPI和莲藕支链淀粉（lotus root amylopectin，LRA）为原料，制备了负载有槲皮素的水凝胶（WPI-槲皮素-LRA）。结果表明，在pH 7.0、WPI与LRA质量比为1∶2的条件下可形成稳定的微凝胶颗粒（平均尺寸179.5 nm、Zeta电位－18.6 mV），槲皮素包埋效率高达92.4%；WPI-LRA水凝胶能显著提高槲皮素的贮存稳定性、光化学稳定性与生物利用度。Li Dan等以部分酶解后获得的两亲性溶菌酶（lysozyme，Lys）为原料，对槲皮素进行封装，获得了具有类胶束结构的纳米颗粒（lys-nanoparticles，LNP）。在静电相互作用下，槲皮素/LNP吸附到氧化淀粉（oxidized starch microgels，OSM）上，形成了pH响应型槲皮素/LNP/OSM复合凝胶体系。OSM外壳可保护槲皮素/LNP不受胃部强酸环境的破坏，且其在肠道中展现了良好的黏附特性，槲皮素/LNP在肠道中的滞留时间延长。槲皮素在肠道环境下实现持续释放，其吸收效果也得到了显著的改善。

4 槲皮素及其递送体系的安全性评价

随着研究的不断深入，槲皮素及其递送体系在食品领域的应用也在不断拓展，其使用的安全性也成为了人们关注的重点。据估计，人们日常饮食中槲皮素最高摄入量约为250 mg/d，而在膳食补充剂中，槲皮素苷元的日服用推荐剂量在1 000 mg（通常为500 mg）内。慢性毒性实验研究表明，给予实验大鼠0.1%、1%和4%的槲皮素两年后（相当于40、400、1 900 mg/kg mb·d），雄性鼠中观察到肾小管局灶性上皮增生，慢性肾病的发病率随槲皮素摄入量的增加而略有增加，1%和4%槲皮素剂量会增加肾腺瘤的发病率。此外，其他实验研究结果表明，大鼠摄入槲皮素后出现了体质量减轻、盲肠非肿瘤性息肉增生发生率增加、雄性鼠甲状旁腺增生、尿液中检测出草酸钙晶体等症状。槲皮素在多种细胞和组织中有良好的抗氧化效果，但其自身被氧化后可转化为O-半醌、O-醌等反应性氧化产物，可能与硫醇发生反应，导致蛋白功能丧失和细胞毒性作用。槲皮素抗氧化或促氧化作用的发生可能取决于槲皮素的剂量、暴露时间和细胞氧化还原状态。在摄入相对低剂量的槲皮素（150 mg/d）6周后，超重或肥胖个体的肝肾功能指标、血清指标参数等均在正常范围内。王涛通过小鼠体质量、脏器指数、血生化指标以及主要脏器形态学等指标来综合评价以银杏纳米淀粉作为口服槲皮素载体的体内安全性，均未见显著异常，表明无毒副作用。

体外实验研究表明，槲皮素可引起细胞突变、染色体畸变、DNA单链断裂。这可能是因为槲皮素可氧化为邻醌和醌甲氧基等活性代谢物并与DNA形成加合物。相比之下，槲皮素的体外基因毒性作用无法在体内实验中得到证实。研究认为，由于槲皮素氧化产物与DNA形成加合物的化学稳定性差，因此槲皮素在体内引发基因毒性的可能性较低，也就是说缺乏基因毒性。冯香安等对槲皮素作为饲料添加剂的安全性进行了评价，结果表明，槲皮素半致死剂量大于10 g/kg mb，小鼠骨髓细胞微核实验结果为阴性，槲皮素各剂量组动物未见细胞毒性作用，小鼠精子畸形实验结果表明槲皮素剂量组与阴性对照组相比小鼠精子畸形率无显著差异（P＞0.05），是一种安全的饲料添加剂。另一项体外细胞实验证明，采用卵磷脂-壳聚糖对槲皮素进行负载的纳米颗粒不仅能改善槲皮素的水溶性和稳定性，且对小鼠成纤维细胞L-929和人外周血单核细胞PBMC无毒性，不影响细胞的正常代谢。

5 结 语

槲皮素及其衍生物是一类广泛存在于葡萄、苹果等天然食品中的类黄酮物质。大量的实验研究表明槲皮素具有广泛的生物学效应（抗氧化、抗炎症、抗肿瘤等），但同时其又具有水溶性差，稳定性易受氧浓度、pH值、温度、抗氧化剂以及金属离子等因素影响的特点，其在功能食品中的应用也因此受到了很大限制。通过构建食品胶体递送体系，能显著改善槲皮素的水溶性，对其起到很好的保护稳定效果，提高其生物利用率。常见的递送体系类型有乳液、生物聚合物颗粒、胶束、脂质体等。每种类型递送体系的组成结构、功能特性、应用范围各不相同，各具其优缺点。对于复杂的食品基质，需根据实际应用需求选择合适的递送体系。因此，新型递送体系的开发仍将是该领域的研究重点。在此基础上，递送体系加入食品基质后能否保持对槲皮素的保护效果、是否会对终产品性质产生不良影响仍有待明晰。此外，能将槲皮素递送体系应用于工业化生产的技术仍不够成熟。相信随着科学技术的不断发展，以槲皮素作为功能因子的递送体系将得到更多的研究与应用。

相关链接：槲皮素，茶酚-O-甲基转移酶，黄原胶，硫酸盐，马尿酸，壳聚糖，聚乙二醇，北纳生物

本文章来源于——《食品科学》，如有版权问题，请与本网联系