ACSAMI|毫米級靜電噴霧核殼型軟膠囊

　　魚油/營養物質的包裹與精準遞送是食品學術界和工業界共同關注的熱點之一。商業核殼型魚油膠囊一般為厘米級，對于老人和小孩等人而言難以吞咽，而微納米核殼型膠囊由于殼薄會導致魚油/營養物質穩定性不夠理想。此外，一般膠囊殼層在胃內破壞導致釋放出魚油/營養物質，因而不能有效保護和精準遞送營養物質至腸。綜上，開發更為理想的新型核殼型魚油/營養物質包裹膠囊是非常有必要的。

　　近期，上海海洋大學食品學院鐘建副研究員課題組利用同軸靜電噴霧技術制備出核殼型結構毫米級軟膠囊，既有望避免傳統厘米級膠囊的難以吞咽問題，也有望避免微/納米級膠囊中魚油/營養物質穩定性不夠理想的問題。所制備的毫米級軟膠囊具有定位輸送魚油/營養物質至胃或腸的功能，且營養物質在體內的生物利用度非常高(>90%)。整個制備方法一步合成、簡單、不涉及復雜的聚合物改性和配方。因而，所制備的軟膠囊在食品和醫藥等行業具有廣闊的應用前景。

　　首先，研究人員采用同軸靜電噴霧技術（圖1A），魚油為芯層，海藻酸鈉為壁層，以CaCl2溶液為接收液，制備得到核殼型微米級球囊（圖1B-1F），并通過調控制備條件（電壓、濃度、噴射速度、壁芯噴射速度比率等），可以獲得總直徑為0.42-1.85 mm、芯層直徑為0.36-1.75 mm的核殼型膠囊。

圖1. 核殼型毫米級軟膠囊的制備與確證。（A）采用同軸靜電噴霧技術制備軟膠囊的示意圖。（B）核殼型毫米級軟膠囊數碼照片。（C-E）核殼型毫米級軟膠囊的明場顯微鏡、熒光顯微鏡、及融合照片。（F）核殼型毫米級軟膠囊（部分壓壞）的掃描電子顯微鏡照片。

　　隨后，研究人員研究了核殼型毫米級軟膠囊的穩定性和體外模擬消化行為，軟膠囊儲存8周后仍然具有較好的穩定性（圖2A）。分別將包裹魚油/β-胡蘿卜的毫米軟膠囊浸泡于pH 2和pH 7.5的溶液中來模擬人體胃腸環境（圖2B），浸泡不同時間后通過載玻片（5 g）承重來測試承載能力，發現在pH 7.5溶液中浸泡30 min后軟膠囊會溶脹而容易被載玻片壓破（圖2C-2D）。而浸泡在pH 2溶液中浸泡即使超過18 h也不會溶脹且不會被載玻片壓破（圖2C-2D）。另外，研究人員也研究了先浸泡在pH 2溶液中10 min  -4 h后再浸泡在pH 7.5溶液中的行為（圖3），發現軟膠囊在轉移到pH 7.5溶液中15 min內完全破碎。

圖2. 核殼型毫米軟膠囊的穩定性和體外消化實驗。（A）魚油包裹軟膠囊穩定性實驗數碼相機觀察。（B）魚油/β-胡蘿卜素包裹軟膠囊浸泡在pH 2或pH 7.5溶液中的實驗觀察。（C）浸泡不同時間后的載玻片（5 g）承重實驗。（D）魚油/β-胡蘿卜素包裹軟膠囊浸泡在pH 2或pH 7.5溶液中的直徑變化。

圖3. 包裹魚油/β-胡蘿卜素毫米級軟膠囊浸泡在pH2溶液中10min-4h后再浸泡在pH7.5溶液中的觀察。

　　最后，研究人員研究了包裹魚油/β-胡蘿卜素毫米級軟膠囊的體內消化行為。通過建立飽腹和空腹兔子模型（圖4A-4E），并將經過溶脹預處理和未經預處理的軟膠囊灌胃給飽腹和空腹兔子服用，在特定時間點處死并切開胃腸觀察膠囊是否存在（圖4F-4J），并定時測量兔子血液中β-胡蘿卜素含量（圖4K），通過計算表明具有很高的體內生物利用度(>90%)。結合體外消化行為結果，可以分析得知，軟膠囊通過灌胃空腹兔子模型可定位輸送魚油/營養物質至腸，軟膠囊可能被腸蠕動破壞（圖2）或者直接自我破壞（圖3）而將魚油/營養物質釋放。另外，也可以將軟膠囊在堿性飲料中浸泡一定時間，再灌胃至飽腹兔子模型的胃，此時膠囊可能通過胃蠕動而破碎并釋放出魚油和營養物質，從而實現定位輸送魚油/營養物質至胃。因而研究人員提出了靜電噴霧核殼型毫米級軟膠囊作為魚油和脂溶性營養素容器系統潛在定位輸送到胃（飽腹狀態下食用溶脹的膠囊）或者腸（空腹狀態下食用未膨脹的膠囊）的示意圖（圖4L）。

圖4. 魚油/β-胡蘿卜素包裹毫米級軟膠囊的體內消化行為。（A-B）空腹兔子模型的X光俯視圖和側視圖。（C）空腹兔子模型服用硫酸鋇1min后胃腸道X光片。（D-E）飽腹兔子模型服用硫酸鋇1min和4h時胃腸道X光片。（F）飽腹兔子模型灌胃包裹魚油/β-胡蘿卜素毫米級微膠囊48h后胃切開的圖片。（G-H）飽腹兔子模型灌胃膨脹包裹魚油/β-胡蘿卜素毫米級微膠囊0.5h后胃（G）和小腸（H）切開的圖片。（I-J）飽腹兔子模型灌胃包裹魚油/β-胡蘿卜素毫米級微膠囊0.5h后胃（I）和小腸（J）切開的圖片。（K）定位輸送到胃或腸后兔子血液中β-胡蘿卜素的濃度。（L）靜電噴霧核殼型毫米級軟膠囊作為魚油和脂溶性營養素容器潛在定位輸送到胃（飽腹狀態下食用膨脹的膠囊）或者腸（空腹狀態下食用未膨脹的膠囊）的示意圖。

　　這一成果近期發表在ACS Applied Materials & Interfaces 上，文章的第一作者是上海海洋大學食品碩士研究生王盼盼和解放軍第九六零醫院李敏醫師，通訊作者為上海海洋大學食品學院鐘建副研究員。該研究成果得到了國家重點研發計劃和上海市食品科學與工程高原學科的資助。

　　原文（掃描或長按二維碼，識別后直達原文頁面）：

　　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