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高压微射流技术构建番茄红素纳米运输体系的方法

作者:苏州微流纳米生物技术 日期:2019-11-02 点击:175
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微射流高压均质技术是一种高效、快速且重复性好的制备纳米乳液的方法。番茄红素是目前已知最强、最有效的抗氧化活性物质之一, 文献报道番茄红素对防治前列腺疾病、前列腺癌、肺癌、胃癌、乳癌有奇效,长期大量摄入番茄及其制品的人群患各类癌症几率比其他人群约低50 %,因此有“植物黄金”之称。国际市场上的番茄红素类以软胶囊形式为主,其产品存在以下问题:一是难以在水分散型食品中应用;二是油树脂形式,人体不易吸收。改变剂型、提高生物利用率、拓展应用领域成为番茄红素应用过程中亟待解决的问题。

纳米技术的出现为解决番茄红素剂型改进、提升生物利用度提供了一个崭新平台。纳米乳 是粒径为10~100 nm 的乳滴分散在另一种液体中形成的胶体分散系统,减少营养成分与外相接触的机会,提高被包结物质的稳定性,提高生物利用率。番茄红素的包埋主要采用以小分子乳化剂及蛋白作乳化剂为主,随着人们对食品安全以及纳米颗粒潜在生物毒性关注度的提高,OSA 变性淀粉开始受到学者们的关注。OSA 淀粉是一种抗消化性淀粉,是FDA和GRAS 双重认证安全的乳化剂,被证明对人体血糖、脂质代谢和能量等方面具有重要的生理功能,而且受环境中的离子强度及pH 影响小,有广阔的应用前景。目前已有学者尝试将OSA 淀粉用于纳米乳的制备。良好的乳化能力和乳化稳定性是构建乳液体系的关键因素,因此考察OSA 变性淀粉对番茄红素纳米运输体系的乳化特性和稳定性影响至关重要,而目前对此研究的报道相对较少。

本文选用应用广但技术参数缺乏的2 种OSA1、OSA2 变性淀粉为研究对象,对淀粉的微观结构进行观察,再结合淀粉溶液的静态流变学特性、表面张力和界面张力测定,揭示不同OSA 变性淀粉之间的乳化特性差异,为其在乳液构建以及乳液特性的研究奠定基础。再分别以2 种OSA 淀粉做为乳化剂,采用高压微射流技术, 构建番茄红素纳米运输体系,研究OSA淀粉乳化剂对纳米乳的物理、化学性能的影响,以期为番茄红素纳米乳液的研发提供理论依据。

 

材料与仪器

辛烯基琥珀酸酯化淀粉OSA1、 OSA2 淀粉:均由木薯淀粉制得,食品级;番茄红素标品:分析纯;中链甘油三酯(MCT):食品级;氯仿、正己烷、无水乙醇、十二烷基磺酸钠:分析纯。

FJ300-S 数显高速分散均质搅拌器:上海新诺仪器设备有限公司;

NanoGenizer30K高压微射流纳米均质机:苏州微流纳米生物技术有限公司;

722 型可见分光光度计:上海光谱仪器分析有限公司;

纳米粒度及Zeta 电位分析仪:英国 Malvern 公司;

EM-30X 扫描电子显微镜:韩国赛库姆公司;

RHEOTEST RN 4.1流变仪:德国RHEOTEST 公司;

QBZY-1 全自动表面张力仪:上海麦聚瑞电子仪器有限公司。

 

试验方法

测定OSA 变性淀粉的乳化性能

变性淀粉OSA1 和OSA2 乳化性能的测定参照周荧等和TANG 等的方法。分别称量0.018 g淀粉,用18 mL 蒸馏水中搅拌溶解后,加入6 mL植物油,10 000 r/min 下高速分散1 min 后,分别取0 min 和放置10 min 的均质样底层液体100μL,加入0.1 % 的十二烷基磺酸钠(SDS)溶液至10 mL,振荡均匀,用0.1% SDS 溶液为空白,在500 nm 波长处测定其吸光度(A500 nm)。变性淀粉溶液的乳化活性(EAI)和乳化稳定性(ES)计算公式如下:

番茄红素氧化活性计算

式中:乳化活性EAI 为单位质量淀粉的乳化表面积,m2/g;C 为样品溶解液中淀粉含量,g/mL;φ 为油相所占的分数,1/4;L 为比色皿的光径,10-2m;EAI min 为乳浊液 0 min 时的 EAI 值;EAI max 为乳浊液 10 min 时的 EAI 值。

观察OSA 变性淀粉的颗粒形态

将淀粉粉末固定在金属样品平台上,吹去多余的粉末,在真空中喷涂铂金,然后用扫描电子显微镜SEM 以10 kV 电子束观察拍摄变性淀粉的表面状态。

测定OSA 变性淀粉溶液的静态流变学特性

用2 种OSA 变性淀粉分别配制质量浓度为10%、20%、30%、40% 的变性淀粉溶液,采用直径60 mm,2 °锥板夹具进行测量,在剪切速率4~400 s-1,间隙设置为40 μm,测定温度为25 ℃的条件下,测定的静态剪切流变特性,采用幂定律(Power law 模型)对试验数据进行线性拟和。σ=Kγn

式中:σ 为剪切应力,Pa;γ 为剪切速率,s-1;K 为稠度系数,Pa·sn;n 为流体指数,n <1 时,表现为剪切变稀的假塑性流体,n =1 或者接近1 时,表现为牛顿流体,或者近似牛顿流体,n >1 时,表现为剪切变稠。

测定OSA 变性淀粉溶液的表面张力和界面张力

将2 种OSA 变性淀粉分别配置成5%、10%、15%、20%、25%、30% 不同质量浓度的溶液,分别采用全自动表面张力仪,测定溶液对空气的表面张力和对MCT 油相的界面张力。实验中选用小号铂金片(长度为10 mm,宽度为9.95 mm,厚度为0.2 mm)进行测量。铂金片用去离子水清洗后,再用酒精灯灼烧(与水平面成45°进行),直到铂金片变微红为止,时间为20~30 s,待冷却后挂好在仪器上待用。在样品皿中加入测量液体,擦干样品皿外壁,置于升降平台上,进行测量。

基于OSA 变性淀粉为乳化剂的番茄红素纳米乳的构建

分别称取一定量OSA 变性淀粉溶解于去离子水中,在说明书推荐的温度下(OSA1 ∶ 35 ℃、OSA2 ∶ 65 ℃)搅拌,使其充分溶解,得到水相。将番茄红素溶于MCT 中,使得番茄红素在油相中的质量浓度为 0.1 %,将水相与油相以质量比9 ∶ 1的比例混合后搅拌均匀。在高速分散机上18 000 r/min对混合物分散5 min 后,得到粗乳液。使用高压微射流均质机对粗乳液进行均质,通过调节微射流的均质压力和均质次数得到相应的纳米乳液。在制备过程中,所有的容器均使用铝箔纸进行避光处理,避免番茄红素的损失。

测定纳米乳液粒径及电位

将得到的乳液用去离子水稀释100 倍,用纳米粒度及Zeta 电位分析仪,在仪器设定散射光角度173 º,波长为645 nm 条件下,测定其粒径及多分散系数(PDI)。

测定番茄红素保留率

标准曲线绘制:准确称取番茄红素标品20 mg,用氯仿溶解,使用正己烷定容至100 mL 为A 母液。吸取A 母液4 mL 在50 mL 容量瓶中,定容至刻度线,得到B 母液。从B 母液中分别取 0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0 mL 于容量瓶中,加入正己烷定容至10 mL,以正己烷做空白对照,在472 nm 处测其吸光度。乳液中番茄红素含量测定:准确吸取0.5 mL乳液,用2.5 m 正己烷+ 乙醇(3 ∶ 2,体积比)混合溶剂连续提取3 次,将上相合并,定容至10mL,以正己烷为对比,在472 nm 处测定吸光度,结果通过标准曲线算出。计算番茄红素含量。

 番茄红素含量计算公式

式中:C1 为新鲜乳液中番茄红素的浓度;C0 为均质前加入番茄红素的浓度。

番茄红素纳米乳稳定性测定

储藏过程中物理稳定性变化在光径为2 mm 的样品皿中注入400 mL 2 种纳米乳液,放在仪器中,在25 ºC 下使用870 nm的近红外光从侧面照射样品皿,使用探测器在另一面接收透过样品或者被样品散射的光,得到样品的透射度。每15 s 截取一张图,通过得到的透射图做出透射曲线,分析样品的物理稳定性。通过离心加速乳液中粒子的运动速率从而预测样品在长时间的储存下的物理稳定性。

储藏过程中纳米乳液粒径变化

在25 ºC 下避光储藏,每隔一周从2 种纳米乳中分别取样,测定样品的粒径变化。

储藏过程中番茄红素保留率的变化


番茄红素保留率

每隔一周对2 种纳米乳液进行取样,测定样品中番茄红素的保留率。

试验数据分析

所有试验重复3 次取平均值,方差分析使用F检验法以及SPSS 19.1 软件, 差异显著性分析采用Duncan 检验法(P < 0.05)。

To be continued

微射流高压均质机工作原理与特性介绍.pdf


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