综述：油凝胶作为改善生物活性化合物生物可及性的新型载体：从设计到食品应用

《Future Foods》：Oleogels as novel carriers for improving the bioaccessibility of bioactive compounds: From design to applications in food products

本综述系统阐述了天然生物聚合物构建的油凝胶（OGs）作为功能性载体的前沿进展，重点探讨了其通过三维网络结构提升脂溶性生物活性物质（如类胡萝卜素、多酚等）包封率（EE）、稳定性和生物可及性（Baccess）的机制。文章详述了OGs的配方（如凝胶剂OGRs）、制备技术（直接/间接法）、结构-功能关系及其在模拟胃肠道（GIT）中的递送行为，为开发可调控释放的功能性食品提供了理论框架和应用前景。

　　

引言

慢性疾病如肥胖、糖尿病和心血管疾病的日益流行，促使人们关注通过膳食生物活性化合物（bioactives）来改善健康。然而，许多生物活性物质存在稳定性差、生物利用度低的问题。油凝胶（Oleogels, OGs）作为一种由天然凝胶剂（Oleogelators, OGRs）结构化液体油脂形成的半固体系统，因其能有效包载脂溶性生物活性物质、提高其化学稳定性、实现可控释放和增强生物可及性（Bioaccessibility, B_access）而成为研究热点。与合成凝胶相比，OGs具有更好的生物相容性和环境友好性。

用于配制油凝胶的成分视角

OGs的制备依赖于凝胶剂，这些凝胶剂可通过直接法（如聚合物网络、晶体颗粒、自组装系统）或间接法（如乳液模板法、气凝胶模板法）构建三维网络。食品级凝胶剂种类多样，包括琼脂（Agar）、卡拉胶（Carrageenan）、结冷胶（Gellan gum）等。卵磷脂（Lecithin）因其生物基来源和能与多种添加剂通过氢键（H-bonds）等非共价相互作用而成为多组分油凝胶中的关键成分。凝胶剂的比例和组合对OGs的机械性能和热稳定性有显著影响，例如，β-胡萝卜素（β-carotene, BC）的加入可增强蜡基OGs的机械强度。

油凝胶基递送系统的特性

OGs作为生物活性物质的载体，其三维网络能有效抵御外部环境（如氧化、温度、pH、光照）的不利影响。OGs的特性需要通过多种方法进行表征。

初步表征通过倒置试管等简单方法确认凝胶形成。视觉检查用于评估OGs的稳定性和均一性。

机械/流变学表征通过测量储能模量（G′）、损耗模量（G″）等参数来评估OGs的粘弹性和凝胶强度。例如，单硬脂酸甘油酯（Glycerol monostearate, GMS）浓度的增加会提高G′和G″值，从而增强凝胶强度和热稳定性。质地分析则用于评估硬度、粘附性等。

结构表征利用显微镜技术（如低温扫描电镜Cryo-SEM、激光共聚焦显微镜CLSM、原子力显微镜AFM）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）等技术观察OGs的微观结构和分子间相互作用。FTIR可检测氢键的形成，例如在3300 cm^-1附近的吸收峰。

热表征通过差示扫描量热法（DSC）和热重分析（TGA）评估OGs的热行为。DSC可显示结晶和熔融峰，而TGA则验证OGs的热稳定性。

释放曲线研究表明，OGs能有效包载如BC和姜黄素（Curcumin, CUR）等生物活性物质，并在模拟胃肠道环境中实现可控释放。OGs的结构在胃阶段保持完整，在肠道阶段被胆汁盐和酶破坏，从而释放包封的物质。

用于递送不同生物活性化合物的油凝胶系统

OGs已被成功应用于递送多种生物活性物质。

酚类化合物：如花青素（Anthocyanins）和CUR。通过超声处理等方式可提高花青素与卵磷脂复合物的包封率。CUR在OGs中显示出良好的保留率和清除活性。

类胡萝卜素：如BC和虾青素（Astaxanthin, ASX）。BC的加入能使OGs的微观结构更均匀，并增强其氧化稳定性。OGs的结构影响ASX的B_access，例如，GMS分子的自组装结构影响脂解和胶束化过程。

必需油脂（Essential oils, EOs）：如d-柠檬烯（d-limonene）。OGs可以保护这类挥发性物质免受氧化，并控制其释放。

必需脂肪酸：如ω-3脂肪酸。通过多层复合系统（如β-环糊精结合乳清蛋白隔离物Whey protein isolate, WPI）包封，可显著提高其氧化稳定性。

维生素：如维生素C（Vitamin C, VC）和维生素E（Vitamin E, VE）。以玉米油为基质的OGs在VC负载水平和氧化稳定性方面表现优异。添加黄原胶（Xanthan gum, XG）的VE强化OGs表现出良好的固体特性。

益生菌（Probiotics）：OGs可以保护益生菌免受胃肠道恶劣环境的影响，提高其存活率。乙基纤维素（Ethyl cellulose, EC）基OGs显示出更长的细菌释放时间。

生物活性物质负载油凝胶系统在胃肠道中的行为

OGs在胃肠道中的消化行为受其组成和周围环境影响。凝胶网络可以控制生物活性物质的释放速率和位置。生物可及性（B_access）是衡量生物活性物质在消化后能被吸收部分的关键指标，计算公式为：B_access(%) = (C_d/C_x) × 100，其中C_d为可及部分的浓度，C_x为原始样品中的浓度。OGs的结构（如凝胶网络的密度）显著影响脂解过程和生物活性物质的B_access。例如，更紧密的晶体网络能更有效地保护叶黄素（Lutein）免受胃酸降解。

在安全性方面，研究表明，基于固醇和蜂蜡的OGs在Caco-2细胞实验中显示出非细胞毒性，表明其具有良好的生物相容性。OGs基递送系统还可能通过影响肠道菌群和炎症反应来调节肠道健康。

油凝胶递送系统的应用

OGs在食品工业中主要作为动物脂肪的替代品，应用于饼干、面包、松饼等产品中，可以降低饱和脂肪酸含量，同时改善产品的质地和氧化稳定性。例如，用玉米油基OGs部分替代黄油制作饼干，能保持感官品质。此外，OGs因其可设计性和功能特性，在制药和化妆品领域也有广阔应用前景。通过优化原料组合和质地，可以开发出具有特定功能的新型OGs材料。然而，蛋白质和多糖等生物大分子成分的复杂性对OGs作为生物材料的重复性提出了挑战。

挑战与未来展望

OGs的商业化面临监管挑战，需要确保其使用的凝胶剂符合食品安全标准。技术挑战包括提高OGs的重复性、优化其负载特性以及深入理解OGs与人体生理过程的相互作用。未来的研究应侧重于为特定食品类别开发定制化的OGs配方，并探索其与食品加工条件的兼容性。加强产学研合作将加速OGs在功能性食品中的应用。