基于离子液体的纳米乳剂：提升盐生杜氏藻β-胡萝卜素生物可及性的创新策略

本研究针对β-胡萝卜素生物可及性低的关键问题，开发了一种基于胆碱油酸盐离子液体的纳米乳剂递送系统。研究人员系统评估了不同脂质浓度对纳米乳剂胃肠道行为及β-胡萝卜素生物可及性的影响，发现30%脂质含量的纳米乳剂可使β-胡萝卜素生物可及性显著提升至92.22%。该研究为开发高效功能性食品提供了新思路。

　　

在追求健康饮食的今天，天然活性成分的功效发挥面临着一个普遍难题：很多对人体有益的物质，在抵达其作用部位之前，就已经在消化旅程中“迷失”了。β-胡萝卜素就是这样一个典型的例子。它作为一种强大的抗氧化剂和维生素A的前体，对维持视力、促进细胞生长和增强免疫功能至关重要。然而，β-胡萝卜素天生“娇气”，对光、氧、热等环境因素极其敏感，容易降解，导致其生物利用度很低。更棘手的是，研究表明，膳食中高达三分之二的β-胡萝卜素无法被人体吸收，最终被排出体外。如何为这类宝贵的营养素穿上“防护服”，确保它们安全、高效地抵达目的地，成为了食品科学与营养学领域的一项重大挑战。

微藻，特别是盐生杜氏藻，是天然β-胡萝卜素的优质来源。与目前市场上占主导地位的合成β-胡萝卜素相比，来自微藻的β-胡萝卜素是天然的全反式和9-顺式异构体的混合物，具有更高的生物可及性和更显著的抗氧化特性。因此，开发利用微藻来源的天然β-胡萝卜素，并将其高效递送，具有重要的市场价值和健康意义。

面对这一挑战，纳米乳剂技术展现出巨大潜力。这种微小的载体系统能够将疏水性的活性物质（如β-胡萝卜素）包裹在脂质核心中，形成一道保护屏障，隔离外界不利环境，从而提高其稳定性和控制释放能力。然而，纳米乳剂的性能很大程度上取决于其组成成分，特别是所使用的乳化剂。传统的合成乳化剂可能存在健康风险和环境可持续性问题，因此，开发新型、安全、生物基的天然乳化剂替代品成为研究热点。

在这一背景下，离子液体，特别是由天然生物活性化合物衍生而来的新一代离子液体，引起了研究人员的浓厚兴趣。这些源自天然的离子液体不仅有望作为乳化剂，还可能兼具抗菌等协同功能。此前的研究已经证实，由胆碱和油酸合成的离子液体能够作为一种绿色溶剂，成功地从盐生杜氏藻中提取β-胡萝卜素，并作为生物基乳化剂稳定负载β-胡萝卜素的纳米乳剂。

基于此，发表在《Food Hydrocolloids》上的这项研究，并未止步于简单的封装，而是向前迈出了关键一步。研究团队旨在深入探究由这种离子液体稳定的β-胡萝卜素纳米乳剂在模拟胃肠道环境中的命运，特别是评估不同脂质浓度如何影响纳米乳剂的消化行为及其核心功能——提升β-胡萝卜素生物可及性的能力。

为开展本研究，研究人员首先培养了盐生杜氏藻并利用胆碱油酸盐离子液体从中提取β-胡萝卜素。随后，以该提取物（含离子液体和β-胡萝卜素）、葵花籽油和水为原料，通过高速剪切预乳化结合高强度超声处理，制备了三种不同脂质含量的纳米乳剂。研究系统表征了纳米乳剂在30天储存期内的物理稳定性，并采用国际通用的INFOGEST体外静态消化模型，模拟口腔、胃和肠道消化过程，详细评估了纳米乳剂在消化过程中的粒径、电位变化、游离脂肪酸释放以及最终的β-胡萝卜素生物可及性。

3.1. 离子液体胆碱油酸盐对盐生杜氏藻β-胡萝卜素的富集

研究首先成功利用胆碱油酸盐离子液体从盐生杜氏藻湿生物质中提取β-胡萝卜素，提取效率达到75.1%，高于一些传统方法，体现了该离子液体作为绿色溶剂的效率和潜力。所得提取物中β-胡萝卜素浓度为0.74 mg/mL，为后续纳米乳剂的制备提供了原料。

3.2. 纳米乳剂表征和稳定性

3.2.1. 粒径、多分散指数和ζ-电位

研究发现，所有纳米乳剂在30天储存期内均保持动力学稳定，无相分离。随着脂质含量从10%增加至30%，纳米乳剂的平均粒径显著增大，这是由于油水比增加所致。所有纳米乳剂的ζ-电位绝对值均高于50 mV，表明体系具有高度的静电稳定性，且离子液体作为乳化剂提供的稳定性优于大豆卵磷脂和乳清分离蛋白等传统天然乳化剂。

3.2.2. 傅里叶变换红外光谱

FTIR光谱分析显示，纳米乳剂的化学结构在储存期间未发生明显变化，不同脂质含量和储存时间对特征峰的影响很小，表明体系化学稳定性良好。

3.2.3. 包封效率

β-胡萝卜素的包封效率在制备24小时后均高于80%。储存30天后，脂质含量为30%的纳米乳剂显示出最高的包封效率，表明较高的油相含量为疏水性的β-胡萝卜素提供了更适宜的储存环境，有利于其长期稳定。

3.3. 体外消化

3.3.1. 粒径、多分散指数和ζ-电位

在模拟胃消化阶段，所有纳米乳剂的粒径均急剧增大，电位由负变正，这是由于酸性环境、离子强度变化和胃蛋白酶作用导致的液滴聚集和界面性质改变。进入肠消化阶段后，粒径显著减小，电位恢复负值，这归因于胰脂酶将甘油三酯水解为游离脂肪酸和单酰甘油，以及胆汁盐、磷脂等物质的吸附。脂质含量最高的纳米乳剂在肠道相和胶束相中均表现出最大的粒径，可能与形成了更多、更大的混合胶束以包载β-胡萝卜素有关。

3.3.2. 游离脂肪酸释放

脂质含量增加导致游离脂肪酸释放的百分比下降，这是由于固定量的消化酶和胆汁盐相对不足所致。然而，脂质含量为30%的纳米乳剂释放的游离脂肪酸绝对量最高，意味着有更多的脂质消化产物可用于形成混合胶束。

3.3.3. β-胡萝卜素生物可及性

最关键的研究发现是，β-胡萝卜素的生物可及性随纳米乳剂中脂质含量的增加而显著提高。脂质含量为10%、20%和30%的纳米乳剂，其β-胡萝卜素生物可及性分别为11.36%、45.11%和92.22%。高脂质含量带来的高包封效率、高绝对游离脂肪酸释放量（尤其是油酸）以及离子液体乳化剂的高效稳定作用，共同促进了β-胡萝卜素在混合胶束中的增溶，从而极大地提升了其生物可及性。

综上所述，本研究证实了基于胆碱油酸盐离子液体的纳米乳剂，特别是含有30%脂质的配方，是一种极具前景的递送系统，能够有效保护盐生杜氏藻来源的β-胡萝卜素，并显著提高其在胃肠道环境中的生物可及性。该策略不仅为克服β-胡萝卜素低生物利用度的难题提供了创新性解决方案，也展示了天然来源离子液体在开发下一代功能性食品和营养强化剂方面的巨大应用潜力。尽管离子液体在食品中的应用仍需进一步的毒理学和安全评估，但这项研究无疑为构建更健康、更可持续的食品体系开辟了新的技术路径。