【南昌大学食品学院食品营养与健康创新团队最新研究】通过与食物大分子相互作用提高脂溶性维生素的生物利用度和稳定性:现代技术方法
- 2026-06-14 12:51:10
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通过与食物大分子相互作用提高脂溶性维生素的生物利用度和稳定性：现代技术方法
# 引文 #
近日，南昌大学食品学院食品营养与健康创新团队的硕士研究生刘念、邓泽元教授、李静教授等人在国际期刊Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety发表了题为“Enhancing Bioavailability and Stability of Fat-Soluble Vitamins Through Interactions With Food Macromolecules: Modern Technological Approaches”的综述论文。该文聚焦脂溶性维生素（维生素 A、D、E、K）在食品体系中因水溶性差、环境敏感性强而导致稳定性不足和生物利用度偏低的关键科学问题，系统梳理了脂溶性维生素通过与蛋白质、脂质和多糖等食物大分子发生相互作用，在分子和结构层面实现稳定性增强与吸收效率提升的作用机制。文章从脂质载体、蛋白结合、多糖包埋及化学修饰等多个角度，总结了近年来在功能食品和营养递送领域的代表性技术进展，并对常用表征手段及其适用性进行了系统比较。该研究为脂溶性维生素高效递送体系的理性设计提供了重要理论依据，也为其在功能食品与营养健康产品中的精准应用提供了技术参考。本研究第一作者为2024级硕士研究生刘念，通讯作者为李静教授。
（原文链接）https://doi.org/10.1111/1541-4337.70362
#Key words #
结合机制 脂溶性维生素 食品强化 食品工业 食品大分子结合
# Introduction #
脂溶性维生素（FSV，维生素 A、D、E、K）是维持人体正常生理功能不可或缺的微量营养素，在视觉健康、骨代谢、抗氧化和凝血等方面发挥关键作用。然而，由于其高度疏水性以及对光、热、氧和极端 pH 条件的敏感性，脂溶性维生素在食品加工、贮藏和体内消化吸收过程中极易发生降解，导致生物利用度偏低，严重制约了其在功能食品和营养强化产品中的有效应用。近年来的研究表明，脂溶性维生素在天然食物体系和体内代谢过程中多以“结合态”存在，这一现象为通过模拟天然结合方式来提升其稳定性与吸收效率提供了重要启示。
早期研究主要集中于脂溶性维生素的理化特性及代谢路径，随着对其体内结合形式认识的加深，研究者逐渐将关注点转向通过蛋白质、脂质和多糖等载体对脂溶性维生素进行结构调控和递送优化。尽管游离态脂溶性维生素因制备简单、成本较低而仍被广泛应用，但其稳定性不足的问题日益突出，而结合态脂溶性维生素在稳定性、生物利用度和功能表现方面展现出明显优势。文章同时指出，成本控制和规模化生产仍是限制该类技术产业化应用的关键瓶颈。
# Results and Discussion #
1、FSV生物利用度与稳定性增强的机制
表 1 从作用机制层面对提升脂溶性维生素性能的主要策略进行了对比总结。可以看出，不同机制在提升生物利用度和稳定性方面各具侧重：脂质体系在模拟体内吸收路径、促进胶束形成和肠道转运方面具有显著优势，但对环境条件和体系稳定性较为敏感；蛋白载体依托特异性结合口袋和可调控的界面电荷，可有效改善脂溶性维生素在水相中的分散性并实现选择性递送，但易受构象变化和离子条件影响；多糖体系则以结构稳定性和胃肠道保护能力见长，适用于控释和加工稳定性需求较高的应用场景，但在促进快速吸收方面存在一定局限；化学酯化通过分子层面的修饰提高了内在化学稳定性，但其生物活性释放依赖体内酶促水解。基于此，文章强调将不同机制进行复合整合，是实现稳定性与高效吸收协同优化的关键方向。
（1）脂质结合机制
脂质是脂溶性维生素体内吸收和转运过程中最关键的载体。本节系统阐述了脂溶性维生素在消化道中通过与胆盐、磷脂和甘油酯形成混合胶束进入肠上皮细胞，并进一步经乳糜微粒参与淋巴转运的过程。研究表明，脂溶性维生素通过疏水作用和氢键嵌入脂质双层或油相结构，可显著提高其溶解度和吸收效率。脂质体、乳液等递送体系在模拟生理吸收路径方面具有独特优势，但其稳定性易受配方组成和环境条件影响。
（2）蛋白质结合机制
蛋白质在脂溶性维生素体内运输和功能发挥中同样发挥重要作用。文章重点总结了维生素 A 与视黄醇结合蛋白、维生素 D 与维生素 D 结合蛋白等经典结合体系，并进一步介绍了乳清蛋白、α-乳白蛋白等食品蛋白在体外递送体系中的应用。脂溶性维生素通常通过疏水相互作用和辅助氢键嵌入蛋白疏水口袋，从而改善其水相分散性并提高稳定性，但蛋白质构象对 pH 和离子强度较为敏感，可能影响结合效率。
（3）与碳水化合物结合的机制
多糖类物质因其良好的生物相容性和结构稳定性，被广泛用于脂溶性维生素的包埋与保护。本节总结了果胶、壳聚糖、海藻酸盐及环糊精等多糖与脂溶性维生素的相互作用机制，指出多糖通过氢键网络和疏水微区对维生素形成物理屏障，有效降低光、热和氧对其造成的破坏。其中，环糊精包合体系在减少分子聚集、提高分散性方面表现尤为突出，但其在肠道中促进吸收的效率仍需进一步优化。
（4）化学合成机制
化学酯化是提升脂溶性维生素稳定性的经典策略之一。本节从分子层面解析了通过羟基酯化暂时“屏蔽”反应活性位点，从而降低氧化和酸降解风险的机制，并指出该策略在体内可通过酶促水解释放活性形式，具有“前体维生素”的特征。尽管化学修饰可显著提升稳定性，但其实际生物利用度仍依赖体内酶活性及递送体系的协同设计。
2、提高FSV生物利用度与稳定性的现代分析方法
本节系统总结了用于解析脂溶性维生素–食物大分子相互作用的现代分析技术，包括紫外-可见光谱、荧光光谱、傅里叶变换红外光谱、核磁共振、等温滴定量热以及粒径分析等方法。这些技术可从热力学参数、结合位点、构象变化和体系稳定性等多个层面揭示相互作用机制，为递送体系的理性设计提供重要依据。文章强调，多手段交叉验证是避免单一方法误判、准确解析结合行为的关键。
表 2 对脂溶性维生素–食物大分子复合体系中常用分析技术的适用对象、信息维度及局限性进行了系统比较。总体来看，不同技术在解析尺度和侧重点上具有明显互补性：紫外–可见与荧光光谱适合用于快速筛查结合行为及微环境变化，但对体系浊度和信号重叠较为敏感；FTIR 和 CD 可揭示氢键作用及蛋白二级结构变化，是分析构象调控的重要手段；NMR 与 ITC 则可在原子和热力学层面提供结合位点、亲和力和化学计量信息，但对样品浓度和实验条件要求较高；DLS 与 NTA 主要用于评估粒径分布和体系稳定性，其中 NTA 能有效弥补 DLS 在非均一体系中的偏差。综上，合理组合多种表征方法并进行交叉验证，是准确解析脂溶性维生素–载体相互作用机制、指导递送体系优化设计的关键。
3、结合后的稳定性与生物利用度增强
（1）稳定性与溶解度变化
本节从分子与结构层面系统阐明了脂溶性维生素在与食物大分子结合后，其稳定性和表观溶解性的变化规律。总体而言，结合或包埋作用通过降低脂溶性维生素直接暴露于光、氧、热和极端 pH 条件下的概率，显著抑制了氧化、异构化和热降解等不利反应。其中，蛋白质和多糖通过形成疏水微环境或氢键网络，提高了脂溶性维生素在水相体系中的分散性；脂质载体则通过构建类生理环境的疏水相，增强其在复杂食品体系中的溶解与稳定存在。值得注意的是，这种“溶解性提升”并非真正意义上的水溶化，而是通过结构重组改善了脂溶性维生素在体系中的有效存在状态，为其后续吸收和功能发挥奠定了基础。
（2）结合形式生物利用度的提高
在生物利用度方面，文章指出脂溶性维生素以结合态存在更符合其体内天然吸收与转运方式。通过与脂质、蛋白或多糖结合，脂溶性维生素在胃肠道中更易参与混合胶束形成，或通过受体介导和界面转运机制进入肠上皮细胞，从而提高吸收效率。相比游离态形式，结合态维生素在消化过程中表现出更稳定的释放行为，能够避免过早降解或沉积损失，使其在吸收窗口期内保持较高的可利用比例。此外，不同载体还可能影响脂溶性维生素的吸收路径，例如促进淋巴转运或延长体内循环时间。总体来看，结合策略不仅提高了脂溶性维生素的“摄入量有效性”，也为实现更精准、更可控的营养递送提供了可能。
4、提高FSV生物利用度与稳定性的方法及应用
合成结合态脂溶性维生素已成为现代食品强化、营养补充剂和药物递送体系中的重要形式。通过乳化体系、蛋白或环糊精分子嵌合，以及脂质体、纳米乳和固体脂质纳米粒等纳米载体技术，脂溶性维生素在稳定性、生物利用度和应用范围方面均获得显著提升。这些策略有效缓解了脂溶性维生素在加工和贮藏过程中易氧化、易降解以及在水相体系中难以分散的问题，同时通过调控其在胃肠道中的释放行为，提高了实际吸收效率。在食品工业中，结合态脂溶性维生素被广泛应用于乳制品、饮料和功能食品中，以实现稳定、均匀的营养强化；在营养保健和医药领域，相关体系可模拟生理吸收路径，优化体内分布并提升治疗或干预效果。随着高压均质、自组装和复合制备工艺的发展，结合态脂溶性维生素在工业可行性和长期稳定性方面展现出良好应用前景。
尽管结合态脂溶性维生素在稳定性和生物利用度方面已取得显著进展，但其精准释放调控及个性化递送仍面临挑战。未来研究需要重点发展环境响应型载体体系，如 pH 或酶触发释放机制，以利用胃肠道环境差异实现位点特异性释放，从而进一步提高吸收效率。同时，肠道微生物在结合态脂溶性维生素代谢和转运中的作用尚不明确，有必要系统探究微生物对载体解离、胆汁酸代谢及转运蛋白表达的调控效应，以阐明其对生物利用度的深层影响。此外，人工智能与机器学习技术的引入为载体理性设计提供了新思路，通过分子模拟和数据驱动模型可预测结合行为和递送性能，显著提高研发效率。将 AI 与高通量实验相结合，有望推动智能化、精准化脂溶性维生素递送体系的发展，为功能食品和精准营养提供新的技术支撑。
# Conclusions #
本文系统综述了通过与蛋白质、脂质和多糖等载体结合，提高脂溶性维生素稳定性和生物利用度的现代技术策略，重点分析了结合机制、结构表征方法及其在食品、营养补充剂和药物递送领域的应用进展。研究表明，结合态脂溶性维生素在抗氧化稳定性、加工耐受性和体内吸收效率方面均显著优于游离态形式，同时也加深了对其消化、吸收与代谢路径的理解，为营养强化和功能食品开发提供了重要理论基础。
尽管该领域已取得显著进展，但在材料选择、工艺优化、成本控制及产业化应用方面仍面临挑战。未来研究需进一步整合体内外实验数据，系统评估结合态脂溶性维生素的安全性与功能有效性，并重点发展环境响应型载体体系。同时，人工智能辅助设计和个性化营养策略有望加速高效递送体系的构建，为不同人群营养干预和精准营养提供新的技术支撑。
# Authors #
刘念 硕士
刘念，食品工程硕士在读。以第一作者发表SCI一区论文3篇，主要研究方向为母乳脂质营养与健康。
李静 教授
李静，博士，教授，博士生导师。江西省杰出人才，南昌大学215人才。中国注册营养师，江西省营养学会常务理事兼副秘书长，江西省营养学会科普分会副主任委员，南昌市营养学会副会长兼秘书长，江西省食品科学技术学会理事，江西省微量元素与健康研究会常务理事，江西省营养学会营养转化分会委员，教育部学位中心学位论文评审专家。近年来获得江西省科技进步奖2项，中国产学研创新成果奖1项，中国食品科学技术学会技术创新一等奖1项，江西省教学成果奖1项，南昌大学教学成果奖2项，南昌大学第五届教师授课比赛二等奖。主持10余项国家自然基金、教育部基金、省科技厅基金、省教育厅基金，食品科学与技术国家重点实验室基金。主持、参与并完成伊利、澳优、益海嘉里、无限极等企业横向课题10余项。在Scientific report, Journal of Agricultural and Food chemistry, Food&Function等杂志上发表论文40余篇。申请专利24项，授权专利10项。参编著作4部。
邓泽元 教授
邓泽元，二级教授，博士生导师。南昌大学食品科学与资源挖掘全国重点实验室固定研究人员。享受国务院特殊津贴，赣鄱英才555工程人才、江西省新世纪百千万人才工程人选，江西省高校中青年学科带头人，首届江西省优秀硕士指导教师，江西省高等学校教学名师，获得教育部优秀中青年教师（支助），江西省主要学科学术与技术带头人，“食品科学”与“营养与食品卫生学”重点学科带头人。现任中国农学会微量元素与食物链分会副理事长，中国粮油学会营养分会副会长，中国营养学会营养转化医学分会副主任委员，江西省微量元素与健康研究会名誉理事长，江西省营养学会理事长；美国化学学会（ACS）会员、国际食品学会（IFT）会员，《食品科学》、《农产品加工学刊》、《食品安全质量检测学报》、《乳业科学与技术》、《南昌大学学报》（理科版）、J of Agri. Food Chem.和J of Food Biochem.编委，中国保健食品评审专家。
天 泽 园
文案｜刘 念
编辑｜王 夏
审核｜刘 小 如
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