使用SAXS在納米尺度上表征功能性食品介紹

用于輸送功能性食品的納米載體的開發(fā)是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。功能性食品的開發(fā)和生產(chǎn)過程都需要表征技術(shù)來提供關(guān)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如何負(fù)載、加工條件如何影響納米載體的最終結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性、以及納米載體在食物中的分散信息。本文則概述了小角X射線散射(SAXS)為什么是功能性食品表征中必不可少的技術(shù)之一。

功能性食品是指在提供基本營(yíng)養(yǎng)成分（如脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物）之外額外提供其他健康益處的食品。簡(jiǎn)單的例子包括強(qiáng)化早餐麥片和益生菌�？焖僭鲩L(zhǎng)的健康和保健市場(chǎng)，加上消費(fèi)者健康意識(shí)的提高，意味著功能性食品是當(dāng)今營(yíng)養(yǎng)科學(xué)研究中最為活躍的領(lǐng)域之一。^1-3

大自然提供了穩(wěn)定且生物可利用的功能性食物

最近的研究側(cè)重于在確保功能性成分可供人體隨時(shí)使用的前提下，保持這些成分的完整性。自然界中，譬如植物或動(dòng)物體內(nèi)天然存在的囊泡和膠束，其性質(zhì)對(duì)食品科學(xué)家們而言極具吸引力，因?yàn)槲覀兊南�化系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)化到可以消化吸收其中的成分。而表征技術(shù)的最新發(fā)展提高了人們對(duì)天然生物結(jié)構(gòu)及其如何自組裝的理解，從而使得我們能夠創(chuàng)造出與自然界中所發(fā)現(xiàn)的脂質(zhì)體非常相似的合成脂質(zhì)體。^4-7

輸送功能性食品的納米載體的設(shè)計(jì)

食品科學(xué)家目前面臨的挑戰(zhàn)是為功能性食品的保護(hù)、控釋以及提高化合物（如維生素、礦物質(zhì)、抗氧化劑、芳香化合物和油）的生物利用率設(shè)計(jì)新的解決方案。^5,9-13 最近的研究多集中在設(shè)計(jì)多種用于食物輸送的自組裝納米載體，包括基于脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的微乳液、液晶相和納米結(jié)構(gòu)分散體。

納米載體在加工過程中穩(wěn)定功能性食品化合物以及在需要時(shí)釋放其成分的能力在很大程度上取決于其組成和結(jié)構(gòu)。功能性食品輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容是表征自組裝納米結(jié)構(gòu)，并理解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如何負(fù)載、組裝環(huán)境如何影響其最終結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。而小角X射線散射 (SAXS)便是一種特別適合表征功能性食品中納米載體和分散體的分析技術(shù)。¹⁴

小角 X 射線散射(SAXS)提供有關(guān)納米載體及其分散的基本信息

SAXS 是一種可以在原位環(huán)境中表征納米載體分散體的分析技術(shù)。它不需要其他分析技術(shù)中常見的干燥、冷凍、染色等樣品制備步驟，從而確保樣品處于和食品所處環(huán)境相同的條件下。

在SAXS分析中，樣品中電子產(chǎn)生的X射線散射光子反映了納米尺度上的密度差異，從而給出了中間相、納米結(jié)構(gòu)和分散體的納米尺度信息。SAXS使科學(xué)家能夠觀察到營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的負(fù)載等因素和外部條件（如稀釋和pH值變化）對(duì)納米載體最終結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的影響。^14-16

例如，SAXS可用于表征納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)微乳液（亞微米顆粒）的液晶相，用于配制包含食品級(jí)成分的混合物。下圖來自奧爾良大學(xué)的科學(xué)家們對(duì)食品香精微乳液進(jìn)行的SAXS表征研究。這項(xiàng)研究的一個(gè)重要結(jié)論是：盡管化學(xué)成分非常相似，但隨著香精用量的改變，乳液卻表現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)（所謂的相），而這可能會(huì)影響它們的釋放行為。此外，研究還表明在觀察到自組裝微乳液的主要結(jié)構(gòu)發(fā)生變化之前，其添加量可高達(dá)20% 或25%（相對(duì)于脂質(zhì)質(zhì)量，取決于香精化合物的類型）。超過這個(gè)量后，可觀察到有序性急劇降低，這表明隨著香精化合物釋放可能性的增加從而結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定。¹³