鱼油/营养物质的包裹与精准递送是食品学术界和工业界共同关注的热点之一。商业核壳型鱼油胶囊一般为厘米级，对于老人和小孩等人而言难以吞咽，而微纳米核壳型胶囊由于壳薄会导致鱼油/营养物质稳定性不够理想。此外，一般胶囊壳层在胃内破坏导致释放出鱼油/营养物质，因而不能有效保护和精准递送营养物质至肠。综上，开发更为理想的新型核壳型鱼油/营养物质包裹胶囊是非常有必要的。
近期，上海海洋大学食品学院钟建副研究员课题组利用同轴静电喷雾技术制备出核壳型结构毫米级软胶囊，既有望避免传统厘米级胶囊的难以吞咽问题，也有望避免微/纳米级胶囊中鱼油/营养物质稳定性不够理想的问题。所制备的毫米级软胶囊具有定位输送鱼油/营养物质至胃或肠的功能，且营养物质在体内的生物利用度非常高(>90%)。整个制备方法一步合成、简单、不涉及复杂的聚合物改性和配方。因而，所制备的软胶囊在食品和医药等行业具有广阔的应用前景。
首先，研究人员采用同轴静电喷雾技术（图1A），鱼油为芯层，海藻酸钠为壁层，以CaCl2溶液为接收液，制备得到核壳型微米级球囊（图1B-1F），并通过调控制备条件（电压、浓度、喷射速度、壁芯喷射速度比率等），可以获得总直径为0.42-1.85 mm、芯层直径为0.36-1.75 mm的核壳型胶囊。
图1. 核壳型毫米级软胶囊的制备与确证。（A）采用同轴静电喷雾技术制备软胶囊的示意图。（B）核壳型毫米级软胶囊数码照片。（C-E）核壳型毫米级软胶囊的明场显微镜、荧光显微镜、及融合照片。（F）核壳型毫米级软胶囊（部分压坏）的扫描电子显微镜照片。
随后，研究人员研究了核壳型毫米级软胶囊的稳定性和体外模拟消化行为，软胶囊储存8周后仍然具有较好的稳定性（图2A）。分别将包裹鱼油/β-胡萝卜的毫米软胶囊浸泡于pH 2和pH 7.5的溶液中来模拟人体胃肠环境（图2B），浸泡不同时间后通过载玻片（5 g）承重来测试承载能力，发现在pH 7.5溶液中浸泡30 min后软胶囊会溶胀而容易被载玻片压破（图2C-2D）。而浸泡在pH 2溶液中浸泡即使超过18 h也不会溶胀且不会被载玻片压破（图2C-2D）。另外，研究人员也研究了先浸泡在pH 2溶液中10 min -4 h后再浸泡在pH 7.5溶液中的行为（图3），发现软胶囊在转移到pH 7.5溶液中15 min内完全破碎。
图2. 核壳型毫米软胶囊的稳定性和体外消化实验。（A）鱼油包裹软胶囊稳定性实验数码相机观察。（B）鱼油/β-胡萝卜素包裹软胶囊浸泡在pH 2或pH 7.5溶液中的实验观察。（C）浸泡不同时间后的载玻片（5 g）承重实验。（D）鱼油/β-胡萝卜素包裹软胶囊浸泡在pH 2或pH 7.5溶液中的直径变化。
图3. 包裹鱼油/β-胡萝卜素毫米级软胶囊浸泡在pH2溶液中10min-4h后再浸泡在pH7.5溶液中的观察。
最后，研究人员研究了包裹鱼油/β-胡萝卜素毫米级软胶囊的体内消化行为。通过建立饱腹和空腹兔子模型（图4A-4E），并将经过溶胀预处理和未经预处理的软胶囊灌胃给饱腹和空腹兔子服用，在特定时间点处死并切开胃肠观察胶囊是否存在（图4F-4J），并定时测量兔子血液中β-胡萝卜素含量（图4K），通过计算表明具有很高的体内生物利用度(>90%)。结合体外消化行为结果，可以分析得知，软胶囊通过灌胃空腹兔子模型可定位输送鱼油/营养物质至肠，软胶囊可能被肠蠕动破坏（图2）或者直接自我破坏（图3）而将鱼油/营养物质释放。另外，也可以将软胶囊在碱性饮料中浸泡一定时间，再灌胃至饱腹兔子模型的胃，此时胶囊可能通过胃蠕动而破碎并释放出鱼油和营养物质，从而实现定位输送鱼油/营养物质至胃。因而研究人员提出了静电喷雾核壳型毫米级软胶囊作为鱼油和脂溶性营养素容器系统潜在定位输送到胃（饱腹状态下食用溶胀的胶囊）或者肠（空腹状态下食用未膨胀的胶囊）的示意图（图4L）。
图4. 鱼油/β-胡萝卜素包裹毫米级软胶囊的体内消化行为。（A-B）空腹兔子模型的X光俯视图和侧视图。（C）空腹兔子模型服用硫酸钡1min后胃肠道X光片。（D-E）饱腹兔子模型服用硫酸钡1min和4h时胃肠道X光片。（F）饱腹兔子模型灌胃包裹鱼油/β-胡萝卜素毫米级微胶囊48h后胃切开的图片。（G-H）饱腹兔子模型灌胃膨胀包裹鱼油/β-胡萝卜素毫米级微胶囊0.5h后胃（G）和小肠（H）切开的图片。（I-J）饱腹兔子模型灌胃包裹鱼油/β-胡萝卜素毫米级微胶囊0.5h后胃（I）和小肠（J）切开的图片。（K）定位输送到胃或肠后兔子血液中β-胡萝卜素的浓度。（L）静电喷雾核壳型毫米级软胶囊作为鱼油和脂溶性营养素容器潜在定位输送到胃（饱腹状态下食用膨胀的胶囊）或者肠（空腹状态下食用未膨胀的胶囊）的示意图。
这一成果近期发表在ACS Applied Materials & Interfaces 上，文章的第一作者是上海海洋大学食品硕士研究生王盼盼和解放军第九六零医院李敏医师，通讯作者为上海海洋大学食品学院钟建副研究员。该研究成果得到了国家重点研发计划和上海市食品科学与工程高原学科的资助。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Electrosprayed Soft Capsules of Millimeter Size for Specifically Delivering Fish Oil/Nutrients to the Stomach and Intestines
Panpan Wang, Min Li, Daixu Wei, Mengzhen Ding, Lina Tao, Xunwei Liu, Fengping Zhang, Ningping Tao, Xichang Wang, Mingyuan Gao, Jian Zhong*
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, DOI: 10.1021/acsami.9b23623
Publication Date: January 15, 2020
Copyright © 2020 American Chemical Society
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