硕士论文-β胡萝卜素微乳制剂的研究.pdf

江南大学 硕士学位论文 -胡萝卜素微乳制剂的研究 姓名：颜秀花 申请学位级别：硕士 专业：应用化学 指导教师：王正武 20080501 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r ym e t h o da tt h eb 3l y p 6 31g 木l e v e lw e r ec a r r i e do u tf o r c a l c u l a t i n gt h ep h y s i o c h e m i c a lp a r a m e t e r so ft h es t r u c t u r a lu n i t so f17f a m i l i a rs o l v e n t s ，w h i c h w e r eu s e dt oi n v e s t i g a t e dt h eq u a n t i t a t i v es t r u c t u r ep r o p e r t yr e l a t i o n s h i p ( q s p r ) o ft h es o l u b i l i t y o f1 3 - c a r o t e n e m i c r o e m u l s i o ns y s t e m sw h i c hw e r eu s e dt oe n v e l o p1 3 - c a r o t e n t ew e r ep r e p a r e d a m i c r o e m u l s i o nc o n t a i n i n gt w e e n 8 0 ，e t h a n o la n de t h y lb u t y r a t ew a sd e v e l o p e dt o e n v e l o p p - c a r o t e n ew i t hp s e d u t e r n a r yp h a s ed i a g r a m ；t h eo w , w oa n db c r e g i o n sw e r ed i v i d e d w i t hc o n d u c t a n c em e t h o d ，t h ei n f l u e n c e so ft e m p e r a t u r e ，s a l i n i t y , p ha sw e l la sp r e s e r v a t i v eo n t h em i c r o e m u l s i o nr e g i o n sw e r ea l s oc o n s i d e r e d ；t h ev i s c o s i t ya n dt h ep a r t i c l es i z e sv a r i a t i o ni n t w os y s t e m so fe m p t ym i c r o e m u l s i o na n dt h a t c o n t a i n i n gd - c a r o t e n eh a v eb e e ni n v e s t i g a t e d ； t 1 1 ee f f e c t so fs u n l i g h t ，t e m p e r a t u r ea n dp ho nt h es t a b i l i t yo fp - c a r o t e n ew e r ec o m p a r a t i v e l y s t u d i e db o mi nm i c r o e m u l s i o na n di ne t h y lb u t y r a t es o l u t i o n r e s u l t so fq u a n t u mc h e m i s t r yc a l c u l a t i o ns h o w e d ：t h eb e s tf i t t e dq s p rm o d e lo b t a i n e dh a s g o o dc o r r e l a t i o n , s m a l ls t a n d a r dd e v i a t i o na n dc a nf o r e c a s tt h es o l u b i l i t i e so f1 3 - c a r o t e n ei n u n k n o w ns o l v e n t ss i m p l ya n dq u i c k l y ；t h es o l u b i l i z i n gc a p a c i t yo f1 3 - c a r o t e n ei nt h e s es o l v e n t s ： t h f e t h y lb u t y r a t e h e x a n e 2 - p r o p a n 0 1 s t u d yo fm i c r o e m u l s i o ns h o w e dt h a to w m i c r o e m u l s i o nf o r m e dw h e nw a t e rw e i g h tc o n t e n tw a sa b o v e6 1 5 i nt h em i x t u r e ；t h e m i c r o e m u l s i o nr e g i o n sd e c r e a s e ds l i g h t l yw i t ht h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r ea n dt h ed e c r e a s eo f p h ；s a l i n i t ya n dp r e s e r v a t i v eh a dh a r d l yi n f l u e n c e so nt h em i c r o e m u l s i o nr e g i o n s t h a t 1 3 - c a r o t e n ea f f e c t e do b v i o u s l yt h em e s o p h a s e sc u r v a t u r ea n da d v a n c e dt h ef o r m a t i o no fb c ，a n d t h u s e n l a r g e d t h eb i c o n t i n u o u sa n do | wr e g i o n s ；d l ss h o w e dt h a tt h e d r o p l e t s i n m i c r o e m u l s i o nc o n t a i n i n g1 3 - c a r o t e n e ，a sw e l la s ，i ne m p t ym i c r o e m u l s i o np r e p a r e da f t e r3d a y s s h r u n ks h a r p l y ，t h e nk e p tr e m a r k a b l es t a b i l i t ye v e na f t e ram o n t h ；t h ef i g u r es h o w e dt h a tt h e p - c a r o t e n ew a sm u c hm o r ec o n s u m e di nt h es u n l i g h ta n dh i g ht e m p e r a t u r e w 1 l i c hd e n o t e dt h a t s u n l i g h ta n dh i g ht e m p e r a t u r eh a do b v i o u s l yi n f l u e n c e so nt h es t a b i l i t yo fp c a r o t e n eb o t hi n m i c r o e m u l s i o na n di ne t h y lb u t y r a t es o l u t i o n ；t h ep c a r o t e n ec o n t a i n e di nt h em i c r o e m u l s i o n ， c o m p a r e d 谢t hi ne t h y lb u t y r a t es o l u t i o n ，w a sm u c hm o r es t a b l e t h et e s to fi n f l u e n c i n gf a c t o r s i n d i c a t e dt h a tt h e1 3 - c a r o t e n em i c r o e m u l s i o ns h o u l d b ep r e s e r v e da tr o o mt e m p e r a t u r ea n d a v o i d e dl i g h t s o m ej o b sw e r ec r e a t e di nt h i sw o r k , e n v e l o p e d1 3 - c a r o t e n ei nm i c r o e m u l s i o n s ，m a d e 1 3 - c a r o t e n e n o tt ob ee a s i l yo x i d i z e da n dh a v eg o o ds t a b i l i t y 1 t h ed e n s i t yf u n c t i o n a lt h e o r ym e t h o da tt h eb 3 l y p 6 31g * l e v e lw e r ec a r r i e do u tf o r c a l c u l a t i n gt h ep h y s i o c h e m i c a lp a r a m e t e r so ft h es t r u c t u r a lu n i t so f17f a m i l i a rs o l v e n t s ，w h i c h w e r eu s e dt oi n v e s t i g a t e dt h eq u a n t i t a t i v es t r u c t u r ep r o p e r t a b s t r a c t r e l a t i o n s h i p ( q s p r ) o ft h es o l u b i l i t yo fp c a r o t e n e t h eb e s tf i t t e dq s p rm o d e lo b t a i n e dh a s g o o dc o r r e l a t i o n , s m a l ls t a n d a r dd e v i a t i o na n dc a l lf o r e c a s tt h es o l u b i l i t i e so f1 3 - c a r o t e n ei n u n k n o w ns o l v e n t ss i m p l ya n dq u i c k l y 2 t h eo wm i c r o e m u l s i o nt oe n v e l o p1 3 - c a r o t e n ew a sf o r m e ds t e a d i l y , w h i c hc h a n g e d 1 3 - c a r o t e n ei n t ow a t e r - s o l u b l el i q u i di nw a t e ra n dn o tb e i n ge a s i l yo x i d i z e di na t m o s p h e r e ，l i g h t o rt e m p e r a t u r e 3 t h ed i a m e t e r so f1 3 - c a r o t e n em i c r o e m u l s i o n sw e r ea r o u n d8 0 n m ，w h i c hw a sa l s o b e l i e v e dt oe n h a n c ei t sb i o a v a i l a b i l i t y k e y w o r d s ：1 3 - c a r o t e n e ，s o l u b i l i t y ，m i c r o e m u l s i o n ，s t a b i l i t y i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：毒盗l 日期： 压眸朔沪 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：导师签名： 王壬武 日期：矽谚年，月“日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 b 一胡萝卜素 1 1 1 b 胡萝卜素的性质与应用 p 胡萝1 - 素的分子式为c 4 0 h 5 6 ，分子量为5 3 6 8 8 ， 呈深紫红至暗红色的有光泽的斜六 面体、板状微结晶或结晶性粉末，有轻微异臭或异味。稀溶液呈橙黄色至黄色，浓度增大 时带橙色，溶液的极性可稍带红色。文献记载1 3 胡萝卜素不溶于水、丙二醇、甘油、酸和 碱，微溶于二硫化碳、苯、氯仿、己烷及植物油，几乎不溶于甲醇和乙醇。d 一胡萝1 - 素的 化学性质不稳定，易在光照和加热时发生氧化分解，因而应避免直接光照、加热和空气接 触，应低温贮存在不活泼的气体( 如n 2 ) 中，其操作也应在黄光下进行。p 胡萝卜素对酸不 稳定而对碱稳定因而可在提纯过程的起始阶段进行皂化。 p 胡萝f 素分子为反向对称的化学结构，两端是p 一紫罗蓝酮环( b1 环和b2 环) ，中 间为4 个异戊二烯 c h 2 c ( c h 3 ) c h c h 2 。p 一胡萝i - 素在加氧酶催化下，可生成二分子视 黄醇，b c 结构及其在加氧酶催化下生成两分子v a l 见图卜1 ： ( p1 环) l j i 一胡萝卜素 l 加氧酶 c h 如h 图1 i8 一胡萝卜素的结构示意式 f i g 1 1s c h e m a t i cr e p r e s e n t a t i o no f t h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo f l 3 - c a r o t e n e d 胡萝i - 素是类胡萝i - 素家族中的典型代表，不仅是体内维生素a 的重要来源，而且 其本身对人体也具有重要的生理功能，它可以预防、延缓和治疗某些疾病，尤其是癌症， 同时也能提高机体的免疫功能。美国药品和食品管理局( f d a ) 确认本品安全，批准用作食 品、化妆品和药品的直接成分。1 9 9 0 年的美国药典正式收载p 胡萝卜素。p 胡萝卜素还作 为食品添加剂和营养增补剂，被联合国粮农组织( f a o ) 和世界卫生组织( w h o ) 食品添加剂联 合专家委员会推荐，被认为a 类优秀和有营养的食品添加剂。在国内p 一胡萝i - 素越来越引 起人们的关注和兴趣，对其研究十分活跃。 江两大学帧一：学位论文 1 1 2 目前p 胡萝卜素载体的缺点及国内外研究现状 目前国内外主要采用p 环糊精包合1 3 胡萝卜素来提高其稳定性、溶解度和生物利用度。 m e l ea 等【2 1 以水溶液法和研磨法用p 环糊精包合p 胡萝卜素；周怡平【3 】等研究了采用超声法 包合。2 0 0 5 年t a n 4 1 等研究出了p 。胡萝卜素的纳米分散体系，该体系提高了p 胡萝卜素在储 存期间的物理稳定性，但化学性质极不稳定。2 0 0 6 年，p a o l a 等1 5 1 研究出了以囊泡作为包封 p 胡萝卜素的载体，提高了其稳定性，但制备过程比较复杂。 1 2 微乳液 1 2 1 微乳液的定义 微乳液 6 1 是两种不互溶液体形成的热力学稳定的、各向同性的、外观透明或半透明的 分散体系。微观上由表面活性剂界面膜所稳定的一种或两种液体的微滴所构成，通常由表 面活性剂与助表面活性剂共同起稳定作用，助表面活性剂通常为短链醇、胺或其他较弱的 两性化合物。 1 2 2 微乳液的微观结构 微乳液的微观结构根据其类型不同而有差异。微乳液可以按照油( o ) 和水( w ) 的比例 不同分为三种类型【7 1 ，图1 2 为不同类型的微乳液结构示意图： 图1 - 2 油包水型微乳液 f i g 1 2 n | qm i c r o e m u l s i o n 图1 3 水包油型微乳液 f i g 1 - 3o wm i c r o e m u l s i o n 图1 - 4 双连续相微乳液 f i g 1 - 4b c m i c r o e m u l s i o n 当体系中油量多时( w o 1 ) ，则为水包油( 0 w ) 。与w o 型相反，在o w 2 第一章绪论 型结构中，水为连续相，油则为分散液滴( 图1 3 ) 。水包油型微乳可与水相( 下相) 共存， 称为w m s o ri i 型。同样的，微乳与水相问的界面张力远小于油水间的界面张力。 若体系中油量和水量相当( w o 1 ) 时，其结构相当复杂，称为双连续型( b c 型) 。 b c 型微乳液具有双连续相结构，也即油、水同时成为连续相结构( 图1 - 4 ) 。在此范围内， 任一部分油在形成液滴被水相包围的同时，亦与其它部分油滴一起组成了连续相，将介于 油滴之间的水包围，从而形成了油、水双连续型。b c 型结构具有o w 和w o 两种结构 的综合特性，但其中水滴和油滴均不是球状，而是类似于水管在油相中形成的网络。 这三种类型的微乳液在一定的条件下可相互转化，且无论何种类型，微乳各相间的界 面张力均较低，可达1 0 2 d y n c m ，而且微乳始终是一动态结构，表面活性物质分子构成的 界面始终在自发地波动。 1 2 3 微乳液的性质 微乳液质点的大小一般在0 0 1 0 1 “m 之间，由于比可见光的波长短，因此微乳液呈 透明或近乎透明状，多数有乳光。微乳液的质点大小均匀，用电子显微镜观察，发现分散 度越大( 质点越小) 时，质点大小的分布越均匀，大小为o 0 3 1 t m ，所观察到的质点均为同 样大小的圆球。微乳液的性质取决于其微观结构。由于微乳液的界面张力低，稳定性很高， 所以放置长时间不会聚集、分层。 微乳液有很高的增溶水或油的能力，这也与微乳液中表面活性剂和助剂的亲水亲油结 构及内部的水核或油核的形成有关【8 】。w o 型微乳液中表面活性剂和助剂的亲水亲油结构 及内部的水核或油核的形成有关。w o 型微乳液一般一个活性分子增溶2 5 “ - 1 5 0 个水分 子；o w 型微乳液的增溶量一般为1 0 “ - - 2 5 个油分子1 个活性剂分子。 利用染色法【9 1 和电导率法【10 1 可以区别三种类型。染色法是分别使用水溶性染料和油溶 性染料，观察染料在微乳液中的扩散速度。水溶性染料的扩散速度快的则为o w 型，反 之则为w o 型。微乳液的电导率可以在某种程度上反映微乳液的结构。o w 型微乳液中 水为连续相，具有较高的电导；而w o 型微乳液则具有类似油的低电导率。 尽管在分散类型方面微乳液和普通乳状液有相似之处即有o w 型和w o 型，但微乳液 和普通乳状液有两个根本的不同点例： 其一，普通乳状液的形成一般需要外界提供能量如经过搅拌超声粉碎胶体磨处理等才 能形成，而微乳液的形成是自发的，不需要外界提供能量； 其二，普通乳状液是热力学不稳定体系，在存放过程中将发生聚结而最终分成油、水 两相，而微乳液是热力学稳定体系，不会发生聚结，即使在超离心作用下出现暂时的分层 现象，一旦取消离心力场，分层现象即消失，还原到原来的稳定体系。 1 2 4 微乳液的发展 近年来，由于纳米技术的迅猛发展，促进了乳剂方面纳米乳、亚微乳等新技术与新剂 型的发展，进一步丰富了药剂学的内容。纳米s l ( n a n o e m u l s i o n ) 是粒径为1 0 “ - l o o n m 的乳滴 江南人学硕士学位论文 分散在另一种液体中形成的胶体分散系统，它的乳滴多为球形，大小比较均匀，透明或半 透明，经热压灭菌或离心也不能使之分层，通常属于热力学稳定系统。亚微乳 ( s u b m i c r o e m u l s i o n ) 粒径在1 0 0 “ - “ 1 0 0 0 n m 之间，外观不透明，呈浑浊或乳状液体，稳定性也 不如纳米乳，虽可热压灭菌，但灭菌时间太长或重复灭菌，也会产生分层，属于热力学不 稳定系统。纳米乳和亚微乳总称为微乳( m i c r o e m u l s i o n ) 。 近年纳米乳愈来愈受到重视，主要用作药物的载体。其主要优点是毒性小、安全性高、 不需特殊设备即可大量生产。其他优点还有可增大难溶于水的药物的溶解性、提高易水解 药物的稳定性，也可作为靶向给药系统。还可制成稳定性高、生物利用度好、可经皮、口 服或注射的纳米乳。将疏水性药物制成口服纳米乳，适合儿章或不能吞服固体剂型的病人 服用；脂溶性的维生素a 、d 、k 等制成口服纳米乳，比溶解在植物油中的化学稳定性更好， 在多数情况下，其吸收比片剂或胶囊剂更迅速、更有效；如环磷酰胺制成0 w 型纳米乳可 提高其抗癌活性。纳米乳受血清蛋白的影响较少，在循环系统中的寿命较长，在注射2 4 h 后油相2 5 以上仍然在血液中。纳米乳的一般缺点是释药难以控制，多数为快速释放，通 常仅辛醇水分配系数大于1 0 0 0 0 0 0 1 的亲脂性药物可能缓释【1 1 1 。 近年来对微乳化技术的研究，主要集中在以下几个方面： 1 对微乳液配方的探索，尤其是对其中表面活性剂和助表面活性剂的研究； 2 利用乳化设备制备表面活性剂含量低的微乳液； 3 利用微乳化技术制备微d , - 孚l 状液； 4 微乳化技术适用范围的拓展，例如利用微乳化技术将固态油性物质和聚合物分散成 微乳液或者微d , - 孚l 状液。 1 2 5 微乳液的应用 a 在化妆品中对油性营养物质增溶的应用 微乳液比起乳状液来制取化妆品时有以下许多明显的优点：1 光学透明，任何不均匀 性或沉淀物的存在都容易被发觉；2 是自发形成的，具有节能高效的特点；3 稳定性好， 可以长期储藏，不分层；4 有良好的增溶作用，可以制成含油成分较高的产品，而产品无 油腻感【l2 1 ，通过微乳液的增溶性，还可以提高活性成分和药物的稳定性和效力；5 胶束粒 子细小易渗入皮肤；6 微乳液还可以包裹t i 0 2 和z n o 纳米粒子，添加在化妆品中具有增 白、吸收紫外线和放射红外线等特性【l3 1 。所以微乳液化妆品近年来发展非常迅速，在化妆 品的多个领域得到了很好的应用，市场前景非常广阔。 。： 在化妆品中活性物和药物的增溶过程中，由于一般活性物和药物结构较复杂，溶解度 较小，需要达到一定的浓度才有效。所以，活性物和药物增溶已经成为这类制剂重要的工 艺问题。b a u e r 【1 4 】报道了以无毒性的甘油单月桂酸酯或甘油单辛酸酯为乳化剂，配制水包 油型微乳液，能够很好地增溶p 胡萝卜素、维生素a 、d 、e 、k 及它们的同系物和多聚不 饱和脂肪酸，例如花生四烯酸、二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸等这些难溶于水的油性物。 4 第一苹绪论 b 微乳液在洗涤剂中的应用 在洗涤剂行业中，目前洗涤用品包括肥香皂、洗衣粉和液体洗涤剂等，这些洗涤用品 对污垢的清洗均发挥着重要作用。而微乳液洗涤剂具有非常低的界面张力，十分强的润湿、 乳化和增溶能力，能够很好地渗透到固体表面和织物毛细孔中，可有效地分散污物，使洗 涤效果比传统的洗涤剂要好得多。 c 在厨房清洗剂中的应用 厨房内器具表面及周边物品上污垢的成分非常复杂。要去除器具表面已部分碳化的油 烟和油性聚合物等这些黏附性很强的污物，通常用溶剂型和强碱型清洗剂，但溶剂型清洗 剂存在易燃易爆和有毒等问题，强碱型清洗剂腐蚀性较强，同时对使用者的皮肤也有较大 伤害，对于普通的表面活性剂型清洗剂，其去重油污效果不理想。而微乳液构成的清洗剂 产品在用于厨房清洗时，综合了溶剂型、表面活性剂型和强碱型清洗剂的优点，有效解决 了厨房重垢清洗的问题。 蔡照胜【l5 】报道了一种o w 型厨房去污微乳液清洗剂，配方中含有以脂肪醇聚氧乙烯 醚硫酸钠( a e s ) 、烷基硫酸钠( k 1 2 ) 等组成的表面活性剂体系；以脂肪醇聚氧乙烯醚( a e 0 9 ) ， 烷基酚聚氧乙烯醚( t x - 一1 0 、o 卜1 0 ) 等构成的乳化剂；以丙二醇丁醚、二丙二醇丁醚等构 成的有机溶剂以及其他助剂。该清洗剂无腐蚀、无毒、不易燃易爆，可以达到很好地去油 污垢效果，还能有效地防止清洗剂对器具表面和皮肤的伤害。 1 2 6 食品中常用的微乳液体系 纳米材料制备与纳米反应器 w o 型微乳体系中水核或水池为纳米级空间，称其为“微型反应器”，或“纳米反应 器“ 。这个反应器拥有很大的界面，在其界面中可以增溶各种不同的化合物【1 “7 】。当反应 在反应器中进行时，反应容器的大小限制了反应的空间和生成物的大小，从而达到控制产 物粒径大小的目的。因此微乳纳米反应器的大小直接影响了所制备的纳米粉体粒径的大 小，利用纳米反应器可以制备出均匀的多相无机化合物纳米材料【1 8 锄】。由于纳米材料具有 优良的理化性质和特殊的电、磁、光等性质，在陶瓷工业、有机催化、涂料、电子学和医 学领域具有广阔的应用前景。 微乳萃取 微乳萃取是一种新出现的萃取技术，最早用于具有经济价值的蛋白质、多肽、氨基酸 的分离【2 卜2 2 】。一般的液膜萃取中，由于液膜本身的稳定性和机械强度性能较差，不可避免 地出现液膜破裂，从而造成已被萃取的溶质返回到料液相，大大降低了萃取效率；另外， 萃取完毕后，还需对液膜进行破乳，以分离出萃取的溶质，因此根据液膜不同，破乳设备 也复杂多样。用微乳液萃取时，溶质一旦萃取，就溶于油相中，同时液膜破裂，当萃取达 到饱和时，油相是单一的油相，便于对油相进行洗涤，以纯化溶质，这是一般液膜所没有 特性。由于萃取剂与溶质之间的吸附作用，该萃取体系不会因为液膜的破裂而造成溶质返 回料液相。萃取相经反萃取后，即可再进行乳化，反复使用，不需要破乳操作，在实际应 5 江南人学硕士学位论文 用中，可减少庞大的破乳设备投资。 超临界微乳萃取 最常见的超临界流体是二氧化碳超临界流体，超临界二氧化碳过程属于费用大的高压 技术，应将它用在对产品杂质要求高或产品价值大的生产上，生物分子的提取就具有这样 的特点。常用的有机溶剂萃取存在溶剂有毒、选择性低、不易回收、残留和生物分子易失 活等问题，相比之下超临界二氧化碳过程具有很大的优势。但是，由于液态c 0 2 是非极性 溶剂，根据相似相溶的原则，像水溶性维生素、蛋白质、氨基酸等生物分子这样的水溶性、 极性强的大分子物质，超临界二氧化碳溶解能力很低，加入修饰或助溶剂效果也不好。而 微乳具有水核环境和大传质表面，因此超临界二氧化碳与微乳的结合可能会使像水溶液与 有机物、气体与液体系统因为界面的传质阻力而无法进行或进行很慢的反应而呈现完全不 同的情况【2 3 1 。超临界流体对状态参数变化敏感的特点可以方便地实现乳化和破乳，克服了 传统体系的缺点。微乳的水核，弥补了二氧化碳不能萃取极性物质的不足，微乳又实现了 在非极性环境中存在大量极性微环境，并提供了很大的接触面。同时整个体系为拟均相， 传热、传质阻力小，由此可以将部分在一般情况难以反应或者反应很慢的体系变得方便、 快速，并可有效地实现反应后的分离。采用特殊的表面活性剂实现蛋白质的特异性分离， 更是超临界微乳过程所独有的优势。h u t t o n 2 3 j 等( 1 9 9 9 ) 将食品级的表面活性剂a o t 溶解 在超临界二氧化碳中，以少量的乙醇或正戊醇作为共溶剂形成的超临界二氧化碳微乳体 系，对水溶性维生素类物质的提取取得了良好的效果。 a 微乳液作为食品载体的研究 早在8 0 年代人们就已经进行把微乳液作为药物载体的研究，但1 9 9 0 年，在波士顿召 开的“食品级微乳液和乳状液的讨论后，引起了人们的注意。从此，基于微乳液的食 品载体的研究迅速地发展起来。 b 微乳液作为载体应用于食品工业的特点 一 ( 1 ) 制备方法简单。微乳液是自发形成的，因此将表面活性剂、油、助表面活性剂 和水按一定的比例，即可形成的热力学稳定、各向同性、透明或半透明的体系。且微乳液 的形成与加入顺序无关。 ( 2 ) 油溶性物质易增溶在o w 型微乳液的液滴区域或表面活性剂的栅栏层中；水溶 性的物质易增溶在w o 型微乳液的液滴中；水溶性和油溶性物质可同时增溶在双连续型微 乳液中。微乳液的特殊结构可大大提高物质的增溶量。同时，减少了与外相接触的机会， 提高了被包结物质的稳定性。 c 微乳液作为食品载体的组成 食品物质在微乳中根据其亲脂性和亲水性的差异，可以存在于油相、水相、油水界面 膜，或在各相之间进行分布。确定微乳的处方成分及成分比例是微乳制备中的主要内容， 微乳的处方成分及比例不恰当，就不能生成微乳或生成的微乳区域小，达不到微乳增大难 6 第一章绪论 溶性物质溶解度、增加物质稳定性，提高生物利用度的优点。 一般来说，微乳液的形成与否取决于所选择的表面活性剂的种类和油水比例等。而作 为食品载体，所选组分必须无毒、无刺激性、食品在微乳液中的生物利用率高，形成的微 乳液区域大，对其增溶能力好：此外，还要求微乳液食品载体具有较好的贮存稳定性，能 够控制其释放速度，具有缓释效果等。 a 表面活性剂的选择 微乳制备过程中应根据油相的性质和欲制备微乳的类型选择合适的表面活性剂。一般 认为，h l b 值在之4 - 7 间的乳化剂可形成w o 型微乳，在8 - 1 8 时形成o w 型微乳，在7 - 1 4 时根据工艺条件形成可转相的微乳。微乳中表面活性剂的用量较大，一般可占到微乳的 2 0 - 3 0 ，这是因为微乳乳滴比普通乳界面大，因而需要更多的表面活性剂包被乳滴【2 4 1 。 离子型表面活性剂通常由于其刺激性太大而较少使用。所以在食品载体中经常使用非离子 表面活性剂。通常使用的是以下几种表面活性剂【2 5 j ：烷基聚氧乙烯聚氧丙烯嵌段共聚物、 烷基酸山梨糖醇酐聚氧乙烯酯、烷基酸山梨糖醇酐酯、聚氧乙烯醚和聚辛基苯聚氧乙烯醚。 其中烷基酸山梨糖醇酐聚氧乙烯酯、烷基酸山梨糖醇酐酯分别是t w e e n 和s p a n 型非离子 表面活性剂。s p a n 和t w e e n 型非离子表面活性剂的复配使用，在药物载体的研究中应用非 常广泛。这是因为s p a n 类表面活性剂的h l b 值很低，亲油性较强；t w e e n 类表面活性剂的 h l b 值较高，亲水性很强。对于被乳化药物，要求表面活性剂的h l b 值尽可能与药物的h l b 接近，这样才易于形成微乳液。而s p a n 和t w e e n 这两种h l b 相差较大的表面活性剂复配 使用，不同比例下可以达到不同的h l b 值，对于不同h l b 值的食品，均可以达到较好的乳 化效果。另外，这两种表面活性剂来源于天然的绿色产品，对人体无刺激性，适于食品方 面的研究。再加上s p a n 、t w e e n 属于非离子表面活性剂，对电解质、聚合物、p h 值等的影 响不敏感，便于应用。 b 助表面活性剂的选择 油相及助表面活性剂对于微乳液的形成也很重要。助表面活性剂在微乳液中主要有三 个作用1 6 ：降低表面张力、增加界面膜的流动性、调节表面活性剂的h l b 值。碳数相关性 原理认为，为了形成较大的微乳液区域，体系中所选用的组分应符合油和助表面活性剂的 碳链长度之和要等于表面活性剂的碳链长。微乳中通常需要加入链长约为表面活性剂链长 一半的助表面活性剂，如短链醇、有机氨、烷基素酸、单双烷基酸甘油酯以及聚氧乙烯脂 肪酸酯等。最常用的助表面活性剂为中等链长的醇类，如乙醇、丙二醇、正丁醇、甘油、 聚乙二醇等等。近来的研究表明：碳链较长的油可以增溶多种尺寸的物质分子，而中等碳 链的醇对生物体的刺激性较大。 c 油相的选择 微乳中所使用的油相应与界面膜上表面活性剂分子之间渗透和联系，并易与表面活性 剂形成界面膜，油相的分子大小对微乳的形成较为重要。一般情况下，油相分子体积越小， 溶解力越强。过长的油相分子链不能形成微乳，原因在于大分子油相不易嵌入表面活性剂 7 江雨人学硕：1 ：学位论文 中，而小分子油相可以像助表面活性剂一样容易嵌入表面活性剂中形成界面膜，因而油相 分子的大小对微乳的形成至关重要。为了增加药物溶解度，增大微乳形成的区域，一般应 选用短链油相。常用的油相有花生油、豆油、肉豆范酸异丙酯、月桂酸异丙酯、中等脂肪 链长度的甘油三酯类。 因此，在选择作为物质载体的微乳液的组分时，要根据实际情况，综合考虑以上因素。 1 2 7 微乳液型载体的研究方法 a 相图 相图【2 6 。2 7 】是研究微乳液最常用、最基本的方法。相图有二元相图、三元相图、拟三元 相图以及四元相图等。三元相图拟三元相图是最常用的。在三元相图中，三角形的每个顶 点可以代表单组分或者配比固定的两个组分。固定三角形两个顶点的比例，在其中加入第 三组分，记录外观变化的点，将变化相同的点连接起来，就可以得到大致的微乳区域。 b 荧光 通过选用与药物分子结构相似的探针，然后把探针增溶到含药物的微乳液中，检测荧 光强度，根据荧光位置，就能判断出药物在体内扩散的程度。另外，还可以用稳态荧光光 谱研究药物在微乳液中的包结位置。通过比较不同类型的微乳液中探针的荧光衰减谱图， 从而推断出药物包结位置的异同。 c 激光光散射 利用激光光散射【2 8 】也可以测定微乳液的粒径及多分散度。 1 2 8 微乳液相图的绘制 微乳液是由油相、水、表面活性剂和助表面活性剂组成的，微乳制备简单，关键是选 择合适的配方。因此，油、表面活性剂及助剂的合理筛选是设计微乳配方的关键因素。相 图则是找到微乳区域的一个有效的方法【2 9 1 。 表面活性剂、辅助剂及油等组分选定后，相图是确定微乳配方的理想工具。相图是用 g i b b s 相律来讨论平衡体系中相组成随温度、压力、浓度的改变而变化的关系图。相图可 以用滴定法绘制【3 0 1 ，也可以通过制备大量不同组成样品的方法绘制。测定时，如果所有混 合物均能迅速达到平衡，则两种方法得到的结果相同。反之，则测定结果有可能模糊不清， 会带来较大误差。在温度和压力不变下，用正三角形绘制微乳相图。把表面活性剂浓度固 定，其它三组分占据正三角形相固的三个顶点作图( 图1 3 ) 。图中有两个微乳区，一个是 o w 型微乳区，它靠近水的顶点附近；另一个是w o 型微乳区，它处于表面活性剂和油 顶点之间。从图中的微乳区( 单相区) 可以选择合适的配方。 8 第一章绪论 一 图1 5 拟三元相图 f i g 1 - 5t h ep s e u d o t e r n a r yp h a s e 掬 姻蕊 拳 1 3 立题依据和主要研究设想 由前文可以知道，p - 胡萝卜素具有十分优越的性能，但是由于d 胡萝卜素不溶于水， 在油中也是微溶的，d 胡萝卜素本身又极易被氧化，因此应用受到很大的限制。而微乳液 是一种热力学稳定的、各向同性的分散体系，微乳液作为载体在食品、化妆品、洗涤剂及 三次采油等工业中已获重要应用。 本论文根据p 胡萝卜素及载体的特性，拟从以下几个方面作研究： ( 1 ) 对p 胡萝卜素在常用有机溶剂中溶解性质进行了定量构效关系研究，建立q s p r 模型，以期能应用这些模型来预测p 胡萝卜素在其它溶剂中的溶解度，寻找无毒高效溶剂， 为制备理想的p 胡萝卜素微乳液等制品提供理论指导和技术支持。 ( 2 ) p 胡萝卜素微乳液油相的选择。所选油相必须对p 胡萝卜素有相当的溶解度，且无 毒或低毒。 ( 3 ) 选择合适的表面活性剂、油相和助表面活性剂，研究微乳液的组成和性质。 ( 4 ) 在微乳液区选择合适的组分包封p 胡萝卜素，分析p 胡萝卜素微乳液的性质，通 过实验分析p 胡萝卜素在微乳液中的稳定性。 9 江南大学硕： ：学位论文 第二章p 一胡萝i 、素溶解度的定量结构一性能关系研究 2 1 引言 p 胡萝卜素是一种脂溶性天然色素，是类胡萝卜素中最重要的一种，可作为保健食品 的添加剂，并被欧美许多国家批准为食用色素【5 】。但是，p 胡萝卜素不溶于水，仅微溶于 少量几种有机溶剂，而这些有机溶剂大多不能用于食品和药品行业。此外d 胡萝卜素还很 不稳定，极易氧化。p 胡萝卜素的这些缺陷极大地限制了它在食品中的应用。目前国内外 主要采用胶囊、微胶囊、囊泡等来包封p 胡萝卜素提高其稳定性、溶解性和生物利用度【1 】。 这些载体选用的材料须无毒或低毒，且应用过程都涉及到合适溶剂的选择。但迄今为止， 尚未找到较合适的无毒高效溶剂。因此，研究p 胡萝卜素在各类溶剂中溶解性能具有重要 意义。 然而，如果利用实验逐个测定p 胡萝卜素在各类溶剂中的溶解度来选择合适的溶剂， 在财力上不允许，在时间上是滞后的，也是不必要的。物质的性质决定于构成物质的分子 结构。定量结构一性能关系( q u a n t i t a t i v es t r u c t u r e p r o p e r t yr e l a t i o n s h i p ，q s p r ) 原理就是 通过分子的结构特性定量地预测其所构成的物质性质，是当今国际上一个相当活跃的研究 领域。随着计算机技术的进步和普及，精确的量子化学计算方法正逐步渗透到物质的q s p r 研究中。采用量子化学参数进行q s p r 研究与传统的h a n s c h 模型、f r e e w i l s o n 模型、l s e r 模型、分子连接性指数等其他q s p r 模型相比，具有物理意义明确，描述更为客观、准确、 形象，可节省大量时间和经费，并便于对机理进行探讨等优点。该方法已成为q s p r 研究 的热点，我们课题组在这方面已做了大量开创性的工作 3 1 - 3 4 。本文主要用精确的量子化学 密度泛涵( d f t ) 方法并集合各类溶剂本身的一些物化特性，研究b 胡萝卜素在常用有机 溶剂中溶解性质的定量构效关系，建立q s p r 模型，以期能应用这些模型来预测b 胡萝卜 素在其它溶剂中的溶解度，寻找无毒高效溶剂，为制备理想的d 胡萝卜素微乳液等制品提 供理论指导和技术支持。 2 2 研究方法 2 2 1 参数的计算 首先采用d f t b 3 l y p 方法在6 - 3 1 g * 基组水平上对各溶剂分子进行几何构型全优化， 然后在相同水平上对构型优化过的溶剂分子进行频率分析和分子体积计算。全部计算均采 用g a u s s i a n 0 3 【3 5 】软件包完成。计算结果所得的参数主要有：分子总能量t e 、分子偶极距“、 平均分子极化率仅，分子摩尔体积v 胁，前线分子 1 0 岔n t “ q 口 o o a 寸 岔n n n o o o o in ( ) i 岔气一 一竹in o i o n “l c nn 卜n昏n岔“a n co n co n cn 口co 心co cn o 寸 o o 一 o o i 冀一 寸io 口i o n 文 o c no 卜式卜no o co n co n - co n co 口co no o 寸 寸昏心一 n 一 n 心n 一 卜n 西c 岔”唧一 岔n c s i n 卜小0 n 卜岔0口n 小o小卜岔0n 寸岔0n 卜岔on n 岔o 岔n 0 岔o n o西c o昏岔一on n 0 一o 寸o n o 口一西0寸n 西0口on 西0n n o寸n 昏0口0 n 口西i 寸n 0 n 一o n o 0 o o o o 一卜寸o 一寸一o 岔n n o ”n o i 寸崎n co o o 0 o 卜卜0n 寸昏0n o 乜。 卜”一o 卜n 价o 卜卜n 0 i s 0 n ”n 0 寸n n 0 岭卜n i n 凸卜o n 一o n n 0 o o o 0 o 岔乜。一崞n 0 西n 乜o n n 一 甙o n 寸n o 岔n 卜o n i o 价一0 卜心0 寸o “h 口