（农产品加工及贮藏工程专业论文）番茄红素纳米分散体的制备及稳定性研究.pdf

摘要 摘要 番茄红素纳米分散体的制备及稳定性研究 学科、专业：工科、农产品加工及贮藏工程 硕士研究生姓名：曹雯丽 指导教师：张连富教授 入学时间：2 0 0 7 年9 月 答辩时间：2 0 0 9 年7 月 授予学位时间：2 0 0 9 年8 月 番茄红素为脂溶性类胡萝卜素，在水基体系中不能溶解，这大大限制了它的使用范 围。为增加番茄红素在水中均匀分散的能力并提高其稳定性，本文利用皂化重结晶法 精制番茄红素，并在此基础上采用熔融乳化高压均质工艺，制备水包油型( o ) 番 茄红素纳米分散体，目的在于通过纳米化处理来降低体系中番茄红素结晶的粒径，促使 其稳定悬浮在以水为主体的极性体系中以方便使用。同时，经纳米化处理番茄红素的生 物价还会因为粒径的大幅减小而增加。主要研究内容包括： 通过皂化重结晶法精制番茄红素，优化后的工艺条件为：将番茄红素油树脂、丙 三醇、氢氧化钾、无水乙醇按体积比4 ：3 ：1 ：1 的比例，于6 5 条件下皂化1 h 用分液 漏斗萃取分离，再用7 0 乙酸乙酯溶解并自然冷却结晶，经分离后即可得到高纯度番茄 红素。样品在o 下冷藏3 6 h 后经h p l c 检测，证实其中番茄红素含量可达到9 8 以上。 以前述重结晶纯化番茄红素为原料，在1 6 5 下处理0 5 m i n 制备得到5 ( w w ) 番茄红素油悬液。在单因素试验的基础上，选用乳化剂用量，乳化温度，乳化时间为自 变量，乳液色素含量为响应值，进行利用b o x b e n h n k e n 中心组合试验和响应面分析法 对番茄红素纳米分散体的配方及工艺进行优化。证实在h l b 值为1 4 5 时，采用t w e e n 2 0 和s p a n - 2 0 复配作为乳化剂，在乳化剂添加量3 、乳化温度5 0 、乳化时间为8 m i n 条件下可制备出番茄红素食用油水乳化体系，其中番茄红素的含量可达到 4 7 7 0 m g m l 。在此基础上选用纯胶2 0 0 0 为稳定剂，添加量为1 3 ，经8 0 m p a 、3 次均 质可制备出稳定的番茄红素食用油水均相分散体系，番茄红素纳米分散体的z a v e 粒 径为1 2 5 9 n m 。 分别在4 和2 5 下贮藏4 5 d ，每1 5 d 取样进行粒度分析及番茄红素含量及色泽测 定以评价其贮藏稳定性。结果表明：4 下贮藏4 5 d ，z a v e 粒径比新鲜样品增大6 8 n m ， 4 5 d 后的样品粒径大小及分布没有很大变化，含量降低1 1 7 6 ；2 5 ( 2 下贮藏4 5 d ，z a v e 粒径比新鲜样品增大1 7 3 n m ，4 5 d 后的色素损失率为2 1 8 9 。色差测定结果表明，4 。0 下贮藏时a 和b 幸变化幅度比2 5 下贮藏更小，因此低温储藏对维持产品色泽更为有力。 关键词：番茄红素纳米分散体熔融乳化高压均质粒径分析稳定性 a b s t r a c t a b s t r a c t l y c o p e n ek n o w na sa ni m p o r t a n tf u n c t i o n a lc a r o t e n e ，i si n s o l u b l ei nw a t e r t h ep o o r w a t e rs o l u b i l i t yo fl y c o p e n eh a sl i m i t e dt h e i ru s i n gr a n g e t oi n c r e a s et h ec a p a c i t yo ft h e l y c o p e n ed i s p e r s e se v e n l y i nt h ew a t e ra n d i m p r o v e i t s s t a b i l i t y , t h ep r o c e s s o f s a p o n i f i c a t i o n r e c r y s t l l i z a t i o n w a ss t u d i e dt or e f i n e l y c o p e n e a n de d i b l eo i l m e l t i n g - - e m u l s i f y i n g - h o m o g e n i z i n gt e c h n o l o g yw e r es t u d i e dt op r e p a r et h eo i l - - i n - - w a t e r l y c o p e n en a n o d i s p e r s i o n s t h e s em e t h o d sp r o v i d e dag o o do p p o r t t m i t yt or e d u c et h es i z eo f l y c o p e n ea st h ed i s p e r s e dp h a s ei nt h ew a t e rf o ri n c r e a s i n gs o l u b i l i t ya n db i o a v a i l a b i l i t y i t s m a i nc o n t e n t sa r ed e s c r i b e da sf o l l o w ： t h em e t h o do fs a p o n i f i c a t i o n r e c r y s t a l l i z a t i o nw a su s e dt or e f i n e l y c o p e n e 1 h e o p t i m u mc o n d i t i o n so ft h ep r o c e s sw e r ea sf o l l o w ：t h es a p o n i f i c a t i o nr e a c t i o nm i x t u r e c o n t a i n i n gl y e o p e n eo l e o r e s i n 、g l y c e r o 、p o t a s s i u mh y d r o x i d ea n de t h a n o lw i t l lt h ev o l u m e r a t i oo f4 ：3 ：1 ：1w a sm a i n t a i n e da tt h et e m p e r a t u r eo f6 5 。cf o r1h o u r a n dt h e nt h es a p o n i f i e d e x t r a c tw a si s o l a t e di nt h es u b - l i q u i ds e p a r a t i o nf u n n e l a f t e rt h a tw eu s e de t h y la c e t a t ea tt h e t e m p e r a t u r eo f7 0 ct od i s s o l v et h el y c o p e n eo b t a i n e db ys a p o n i f i c a t i o na n dc o o l e dn a t u r a l l y t og e tt h ec r y s t a l l i z a t i o n s a f t e rt h es e p a r a t i o nt h eh i g hp u r i t yl y c o p e n ec a l lb eo b t a i n e d 1 1 圮 l y c o p e n ec o n t e n to fr e c r y s t a l l i z a t i o ns a m p l es t o r a g i n ga t0 * cf o r3 6h o u r sa s s a y e db yi - i l p c w a s9 8 r e c r y s t a l l i z a t i o n si nt h ef o r e g o i n gp u r i f i c a t i o no fl y c o p e n ea sr a wm a t e r i a l sw e r em e l ti n e d i b l eo i l a tt h et e m p e r a t u r eo f16 5 cf o r0 5m i n u t et om a k e0 5 ( w w ) l y c o p e n e c o n t a i n i n ge d i b l eo i l o nt h eb a s i so fs i n g l ef a c t o rt e s t ，b o x - b e n h n k e nc e n t e rc o m p o s i t e d e s i g na n dr e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g yw e r ee s t a b l i s h e du s i n gl y c o p e n e c o n t e n ta s d e p e n d e n tv a r i a b l e ，w h i l ec o n c e n t r a t i o no fe m u l s i f i e r , e m u l s i f i c a t i o nt e m p e r a t u r ea n d p r o c e s s i n gt i m ew e r eu s e da si n d e p e n d e n tv a r i a b l e s t h eo p t i m a lc o n d i t i o n so ft h ep r e p a r a t i o n o f e d i b l eo i l - w a t e re m u l s i f i c a t i o ns y s t e mw e r ea sf o l l o w ：h l b l 4 5 ，t w e e n 一2 0a n ds p a n - 2 0a s t h ec o m p o u n de m u l s i f i e r s ，c o n c e n t r a t i o no fe m u l s i f i e r3 ，e m u l s i f i c a t i o nt e m p e r a t u r e5 0 ， e m u l s i f i c a t i o nt i m e8 m i n 硼1 el y c o p e n ec o n t e n tw a sa b o u t4 7 7 0 m g m lt h e nt h ep u r eg u m 埘t h13 w a ss e l e c t e d a f t e rt h eh o m o g e n i z a t i o nw i t ht h ep r e s s u r eo f8 0 m p af o rt h r e ec y c l e s ， t h es t a b l el y c o p e n e e d i l eo i l - w a t e rf i n ed i s p e r s i o n sw e r eg o t t h ez a v e r a g ed i a m e t e ro f l y c o p e n en a n o d i s p e r s i o n sw a sa r o u n d12 5 9 n m m l y c o p e n en a n o d i s p e r s i o n ss t o r a g e da td i f f e r e n tt e m p e r a t u r e s ( 4 ，2 5 c ) f o r4 5 d t h ep a r t i c l es i z e 、l y c o p e n ec o n t e n ta n dt h ec h r o m a t i ca b e r r a t i o no fs a m p l e sw e r ed e t e r m i n e d e a c h15 di no r d e rt oe v a l u a t et h e i rs t o r a g es t a b i l i t y 1 1 1 es t o r a g e dr e s u l t ss h o w e dt h a tt h e n a n o d i s p e r s i o n ss t o r a g e da t4 0 ch a dn os i g n i f i c a n tc h a n g e so fz a v ep a r t i c l es i z e ( i n c r e a s e 6 8 n m ) a n dt h er e t e n t i o na m o u n to fl y c o p e n en a n o d i s p e r s i o n s ( 1 0 s sr a t e11 7 6 ) a f t e r4 5 d a n dt h en a n o d i s p e r s i o n ss t o r a g e da t2 5 ch a dl a r g e rp a r t i c l es i z e s ( i n c r e a s e1 7 3 n m ) a n da l o w e rr e t e n t i o na m o u n to fl y c o p e n en a n o d i s p e r s i o n s ( 1 0 s sr a t e2 1 8 9 ) a f t e r4 5 d t h e c h r o m a t i ca b e r r a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea a n db 木d e c r e a s e dm o r eq u i c k l yd u r i n g s t o r a n g ea t2 5 ct h a n4 c t h e r e f o r e ，i ti si n d i c a t e dt h a tl o wt e m p e r a t u r es t o r a g ei s b e t t e r f o rl y c o p e n en a n o d i s p e r s i o n st om a i n t a i nt h e i rc o l o r k e y w o r d s ：l y c o p e n e ；n a n o d i s p e r s i o n ；m e l t i n g - e m u l s i f i c a t i o n - - h o m o g e n i z a t i o n ；p a r t i c l es i z e a n a l y s i s ；s t a b i l i t y i l l 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：定壅垣 日期：卅年7 , 9 8 日 f 。 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：蛳导师签名：专避 日期：呷年厂月留日 引言 1 1 番茄红素 1 引言 番茄红素( l y e o p e n e ) 是一种脂溶性不饱和直链型碳氢化合物，市场上销售的含番 茄红素提取物通常为深红色粉末或油状液体，纯品为针状深红色晶体。1 8 7 5 年，m i l l a r d e t 最早从番茄中获得番茄红素的粗提物并将其命名为s o l 锄肌b i i l 【1 1 。 1 1 1 番茄红素结构 番茄红素又称1 l r ，1 l r 胡萝卜素，其化学组成为c 4 0 h 5 6 ，分子量为5 3 6 8 5 ，属于类 胡萝卜素。番茄红素是四萜类化合物，由1 1 个共轭及2 个非共轭碳碳双键组成的直链 型碳氢化合物，有顺反异构体。番茄红素在自然界中多以全反式构型( a 1 1 t r a n s ) 的形式 存在，是热力学最稳定的一种形式。番茄红素的共轭多烯结构使其具有明亮的红色，长 链烷烃结构决定了它的脂溶性，没有1 3 芷酮环的结构导致了其不具有维生素a 的活性。 正是由于番茄红素分子中存在很多的共轭双键，导致番茄红素的稳定性极差，容易 发生顺反异构化和氧化降解。尤其是高纯度番茄红素在无其他物质的保护情况下，极不 稳定，易被氧化破坏【2 3 1 。与此相对应，番茄和番茄制品中的番茄红素比较稳定 4 1 。 1 1 2 番茄红素的生理功能 1 1 2 1 防癌抗癌作用 番茄红素是防病治病的重要功能因子。通过抗氧化作用，抑制氧化游离基，降低发 生肿瘤的危险性，已证实对预防前列腺癌、肺癌、胃癌最有效，对结肠癌、食道癌、口 腔癌、乳腺癌、子宫颈癌也有较好的预防作用【5 ，6 】。 哈佛大学医学院对4 7 0 0 0 名健康男性作了为期6 年的研究，结果发现，每周摄取1 0 份以上番茄制品的人，发生前列腺癌的机率降低4 5 ，而服用4 7 份的人只减少2 1 到 3 4 1 7 j 。意大利研究者采用一系列病例对照研究方法，观察了以食用番茄的方式摄入大 量番茄红素预防消化道癌的作用，结果发现血清番茄红素浓度与消化道癌危险性的负相 关性。研究人员对9 3 例肺癌病人和1 0 2 例无肿瘤的对照者进行研究，检测了血中番茄 红素、q 胡萝b 素、b 胡萝b 素和其它营养素的浓度，结果发现，两组人血液中各种 营养素浓度相似，只有番茄红素浓度不同，肺癌病人组织中番茄红素浓度显著低于对照 组。在吸烟者中调查发现，番茄红素最低值组的发癌率约4 倍于最高值组【8 】o 此外，吸 烟的肺癌病人体内番茄红素浓度最低，研究人员认为吸烟可使番茄红素在体内降低、耗 尽，从而无法防止吸烟的致癌作用，发生肺癌【9 】。b e n g u r i o n 大学的研究人员发现，将 番茄红素与其他抗氧化剂合理运用，可以促进女性乳房的健康发育，并减少患乳腺癌、 宫颈癌的机会 1 0 , 1 1 】。 江南大学硕士学位论文 1 1 2 2 调节血脂，预防心血管疾病 最近的研究证明番茄红素具有保护心脏、预防心血管疾病发生的作用。砒s s a n e n 【1 2 , 1 3 1 等在芬兰东部进行的一项5 2 0 例样本的调查中发现：低血浆番茄红素浓度和颈动脉壁厚 道增加相关，这意味番茄红素有可能预防早期动脉硬化。接着，他们在7 2 5 例4 6 6 4 岁 的无急性心机梗死和脑卒中风的样本群体中观察了番茄红素血浆浓度与急性心肌梗死 和脑卒中风的关系，经过c o x s 比例风险模型分析，结果显示，血浆低番茄红素有更 高的急性心肌梗死和脑卒中风的风险性。 1 1 2 3 抗辐射，保护皮肤 番茄红素可有效抑制和清除自由基，防止外界辐射、紫外线对皮肤的损害【1 4 1 。番茄 红素对皮肤有保护作用，日常生活中辐射、日晒可加速皮肤氧化衰老，衍生皱纹、色斑 等。实验证明，辐射后的皮肤中，番茄红素含量减少3 1 4 6 ，其他成分含量几乎不变。 1 1 2 4 抗衰老 人体衰老是由体内自由基对人体自身细胞的破坏所致，而番茄红素可以通过释放电 子对自由基进行中和，起到抗衰老的作用。自由基是一个小分子，它含有至少一个不配 对电子，结构相对不稳定，易导致细胞氧化，与脱氧核糖核酸、蛋白质、碳水化合物及 脂肪发生作用，而危害人体，产生病变。番茄红素通过释放一个电子给自由基使它相对 稳定。番茄红素可降低各种退化性疾病的发生，若患有疾病时，使用低浓度而高功效的 番茄红素对体质调整有一定的功效。 1 2 番茄红素稳定化技术的研究 番茄红素为脂溶性类胡萝b 素，不溶于水系。另外，番茄红素是多不饱和碳氢化合 物，分子中有1 1 个共轭及2 个非共轭双键，使其对光、热、氧都不稳定，易发生降解。 这些问题都极大的限制了番茄红素在食品、医药以及化工等许多领域的应用。 纯的番茄红素虽然不溶予水，但它与某些物质结合时，就能分散在水中。如日本专 利【15 j 利用酶解得到番茄红素的蛋白质复合物，是水分散性的；欧洲专利【1 6 】从番茄中分离 出含有番茄红素结晶的有色体颗粒制剂，也是水分散性的。 番茄红素对热、光、氧、添加剂等各种环境因素的敏感，限制了其进一步应用。采 用微胶囊技术包埋番茄红素，可以提高它的稳定性，并改善水溶性，进而扩大应用领域。 所谓微胶囊技术，就是通过选用合适的成膜材料( 壁材) 将液体、固体甚至是气体( 芯 材) 包覆形成微小颗粒的技术。微胶囊处理后，芯材不与外界环境因素直接接触，得到有 效保护。而且在壁材的作用下可以实现芯材的缓慢释放，延长功能因子作用时间【1 7 】。因 此，将番茄红素的微胶囊化是提高其稳定性的一个有效途径。国内学者孙新虎【l8 】等人选 择明胶+ 蔗糖、阿拉伯胶+ 麦芽糊精、阿拉伯胶+ 明胶以及变性淀粉+ 蔗糖的四种复合壁材， 通过喷雾干燥法制备番茄红素微胶囊。研究微胶囊效率和产率，并对几种壁材制得的微 胶囊产品的稳定性进行研究。孙传庆【1 9 】等人对番茄红素的微胶囊化进行研究，以阿拉伯 胶和糊精以1 ：1 的质量比混合作为壁材，制备出的微胶囊化的番茄红素产品大多为橙 红色或暗红色粉末，粒径为4 0 2 5 0 1 a m ，并对其稳定性进行研究。 2 引言 国内一些学者也对番茄红素水溶性包合物、番茄红素脂质体、番茄红素微乳体系、 番茄红素纳米分散体等进行研究，并取得了好的成果。杨坤1 2 0 l 等研究了番茄红素水溶性 包合物，制备了番茄红素2 羟丙基8 环糊精包合物，以摩尔比1 ：4 混合，经研磨法包 合处理后，2 一羟丙基8 环糊精与番茄红素形成一种新的物相，包合后番茄红素在水中的 溶解度增大到0 5 m g l ，包合物在4 下放置两个月番茄红素基本不损失，稳定性好。 田艳燕【2 l 】等研究了番茄红素脂质体的制备，采用薄膜超声法制备番茄红素脂质体，研 究番茄红素脂质体的组分及制备工艺，并研究出番茄红素脂质体的最佳配方，制备的番 茄红素脂质体有效粒径为0 7 p r o 。宋世理【2 2 】等人对微乳体系中番茄红素稳定性进行了研 究，将番茄红素在1 2 0 溶解于已知量的柠檬烯精油中，再根据相图计算的量滴加水、 丙二醇、乙醇和表面活性剂的混和液，即得含一定量番茄红素的微乳液。孙莹【2 3 】等研究 了番茄红素纳米分散体的制备，采用乳化一蒸发法，选用乳化剂t w e e n - 2 0 制备出z 均 粒径为9 3 8 7 n m 的稳定的番茄红素纳米分散液。但其纳米分散液中番茄红素的含量低， 而且在制备中存在有机溶剂残留的可能性，不利于其在食品工业中应用。另外，中国农 业大学袁嫒【2 4 2 5 等人采用高压均质技术，用t w e e n 系列乳化剂，采用不同的制备工艺制 备了1 3 胡萝卜素纳米乳液，并探索了t w e e n 系列乳化剂、均质条件对b 胡萝卜素水溶 性纳米乳液粒径及稳定性的影响，最后采用响应面方法对1 3 胡萝i - 素的浓度、乳化剂 的浓度、乳化温度以及均质压力进行优化制备粒径较小而稳定性又好的b 胡萝i - 素水 溶性纳米乳液。孙术国【2 6 】等人采用高压均质乳化方法，制备了乳状液粒径小于10 0 n mb 胡萝卜素乳状液，即纳米级b 胡萝卜素，并就均质工艺、乳化剂、油水比、多聚糖等 条件对纳米级b 胡萝卜素乳状液稳定性影响进行研究分析，从而获得纳米级1 3 胡萝l - 素最佳制备工艺。 在国外，r i b e r o 和k a r i n 2 7 挪】等通过油水相混合均质制得平均粒径为0 7 p r o 的番茄 红素乳液，乳液中番茄红素含量为7 0 0 m g l ，并研究将番茄红素乳液稀释在不同食品体 系( 脱脂牛奶、橙子、水) 中的稳定性。此外，t a n 2 9 , 3 0 】等制备了b 胡萝i - 素水包油型 纳米分散体系，研究了六种不同聚甘油酯对其物理化学性质以及稳定性的影响，另外还 对制备过程中工艺条件、两相比例与颗粒大小以及色素含量之间的关系进行了探索【3 l 】。 他们制备的这种纳米分散液是通过乳化蒸发技术，首先将1 3 胡萝i - 素溶解在有机相正 己烷中，然后和有乳化剂的水相进行混合均质，最后得到样品经过旋转蒸发除去正己烷 即可，制得的样品含1 3 胡萝l - 素为0 0 3 ( w w ) 。 总结目前报道发现，对番茄红素研究主要集中在微米级水平上，也有些研究已经深 入到纳米级水平如孙莹【2 3 】制备的番茄红素纳米分散液，但其产品中番茄红素的浓度太 低，低于o 1 ，而且有有机溶剂残留可能，这样限制了它在食品和医药领域的应用。 1 3 纳米技术 1 3 1 纳米技术概况 纳米是n a n o m e t r e 的译名，即为毫微米。在尺寸1 0 0 n m 以下( 药剂学等领域界定为 3 坚堕奎兰堡主堂垡丝壅 1 1 0 0 0 n m ) 的微小结构水平上对物质和材料进行研究处理的技术，被称为纳米技术。 纳米技术自2 0 世纪8 0 年代被提出后，在材料、化学化工、环境、医药、食品激情 交叉领域表现出空前的应用潜力，被认为是对2 1 世纪一系列高新技术的产生和发展有 极为重要影响的一门热门学科，被世界各国列为2 1 世纪的关键技术之一【3 2 】。 目前纳米粒子的制备包括物理分散法和化学反应法等【3 3 1 。 物理分散法有高压均质法，高能球磨法，乳化溶剂挥发法，乳化溶剂扩散法，溶 剂非溶剂法，盐析法等。 高压均质法：本法是一种很常用的分散技术，根据物料本身的性质分为热均法和冷 均法，可用于固体的粉碎和液液体系的分散。采用高压均质设备，在高压均质的过程， 原料置于高剪切下，形成非常细的乳化粒子。 高能球磨法：采用高能球磨机，将原料粉末置于其罐中，将球粉保持一定比例，罐 内保持真空或惰性状态，控制球磨机的转速并通过温度控制，将原料制成纳米级的微粒。 乳化一溶剂挥发法：本法是制备纳米载体比较常用的方法，又称液中干燥法。首先 采用机械搅拌、匀化或超声乳化等方法制备各种类型的乳剂，然后减压蒸发除去有机溶 剂，即得不同类型的纳米载体。 乳化溶剂扩散法：该法是溶剂挥发法的改进，以乙醇或丙酮等水相，氯仿或二氯 甲烷等为油相，在乳化剂存在下，油相大量扩散进水相，溶解在油相中的高分子材料析 出，将脂溶性药物包裹成纳米，然后回收有机溶剂即可。此法不需要均乳化或超声，故 称“低能乳化”。 化学分散法有乳化聚合法、界面聚合法、凝聚法等。 乳化聚合法：本法适合液体的聚合物单体，通过将单体溶于含有乳化剂的水相中， 在剧烈的搅拌下形成小液滴，再加入引发剂( o h ) 或通过高能辐射( y 射线) 在水相 中引发聚合形成纳米粒子。 界面聚合法：本法也适合液体的聚合物单体，与乳化聚合不同的是需要有机相存在， 是在分散相( 水相) 和连续相( 有机相) 界面上发生单体的聚合反应。 凝胶法：包括单凝胶法和复凝聚法，适合聚电解质化合物纳米粒的制备。 1 3 2 纳米技术在制备纳乳中的应用 应用纳米技术制备纳乳也成为一大热点。纳米乳液( n a n o e m u l s i o n s ) 是一种液相 以液滴形式分散于第二相的胶体分散体系。非热力学稳定体系，呈透明或半透明状，粒 度尺寸在5 0 2 0 0 n m 之间，也被称为m i n i e m u l s i o n s ，u l t r a f i n ee m u l s i o n s ，e m u l s i o n - s o l i d s ， u n s t a b l em i c r o e m u l s i o n s ，s u b m i c r o m e t e re m u l s i o n s 等【3 4 1 。 纳米乳状液的粒径在5 0 2 0 0 n m ，而且粒度分布要窄。纳米乳状液是热力学非平衡 系统，并不能自发形成。现在的研究表明，制备方法主要分为两种，即高能乳化法和低 能乳化法。高能乳化法如高剪切搅拌、高压均质、超声波法，低能乳化法采用相转变法， 基于乳化的过程中分散相与连续相发生转变。相转变法包括相转变温度法【3 5 】( p h a s e i n v e r s i o nt e m p e r a t u r e ，p i t ) 和乳化相点转化法【3 6 1 ( e m u l s i o ni n v e r s i o np o i n t ，e i p ) 。p i t 4 法得到的纳乳的粒度与微乳双连续相中油的溶解性有关。对于e i p 法，相行为分析表明 在相变的过程中，粒度由表面活性剂的性质决定。纳乳的用途很广泛，其主要的就用在 于制备纳米粒，用于制药或是微胶囊食品。 1 4 本课题的研究意义与目的 在食品工业上，番茄红素可作为营养和着色添加剂，联合国粮农组织和世界卫生组 织食品添加剂联合委员认可番茄红素为a 类优秀营养食品添加剂。番茄红素为番茄及其 产品提供鲜红的红色，番茄红素同时具有重要的生物学活性。 虽然番茄红素具有多种功效，但由于其难溶于水，而且在高温、遇光的条件下很不 稳定，所以，在食品和医药工业上的应用受到很大限制。制备具有良好水分散性和贮藏 稳定性的番茄红素纳米分散体对于扩展其应用领域、提高其贮藏稳定性十分必要。 如前所述，目前已有很多研究小组尝试通过微胶囊化处理等手段来提高产品的储藏 稳定性并改善其水溶性，但由于对颗粒的破碎程度不够，颗粒较大，造成在使用时当微 胶囊壁材物质溶解后，芯材物质不能稳定地分散在体系中而是会迅速沉降至底部、不能 在基质中形成均质、稳定的分散体系，所以处理效果并不理想：而应用软胶囊包裹或片 剂等方式来改善分散不均匀的问题，但是其颗粒大，生物利用率低。因此，有效的解决 番茄红素稳定性及溶解性问题成为了影响其使用范围及使用效果的关键。 结合前人的研究成果，本课题研究制备水包油型( o w ) 番茄红素纳米分散体，增 加番茄红素在水中均匀分散的能力，而且通过高压均质技术使番茄红素乳液的粒径达到 纳米水平，提高其稳定性，为番茄红素水溶性纳米分散体的开发提供技术参考。 1 5 本课题研究的主要内容及关键技术 本论文通过皂化重结晶法精制番茄红素，采用高压均质技术制备番茄红素纳米分 散体，研究番茄红素纳米分散体的配方及其制备工艺，并对其稳定性进行研究。采用纳 米技术为解决脂溶性色素溶解性及稳定性问题，并对提高这类功能性色素食品的应用打 下了基础。研究内容如下： 1 将6 番茄红素油树脂进行浓缩提取，并采用重结晶法精制番茄红素。 2 以前述重结晶纯化番茄红素为原料制备番茄红素纳米分散体，研究不同h l b 值、 乳化剂种类、乳化剂浓度、乳化条件对番茄红素纳米分散体的稳定性、含量、粒度及色 泽等的影响，并对其制备配方进行优化。在上述基础上，研究不同增稠剂对番茄红素纳 米分散体的影响。 3 选用高压均质乳化法制备番茄红素纳米分散体，研究高压均质次数，均质压力等 制备工艺参数对番茄红素纳米分散体的影响。 4 对在最优配方及制备工艺条件下的番茄红素纳米分散体进行一些指标检测。采用 贮藏实验，并通过纳米粒度z e t a 及电位分析仪，以样品粒度大小及分布情况、色泽、样 品中色素含量变化为指标进行番茄红素纳米分散体稳定性评价。 5 江南大学硕士学位论文 2 1 实验材料与设备 2 实验材料与方法 2 1 1 实验材料 6 的番茄油树脂 吐温2 0 、6 0 、8 0 ( t - 2 0 、t - 6 0 、t 8 0 ) 斯潘2 0 、8 0 ( s 2 0 、s 8 0 ) 陕西康盛生物技术有限公司 国药集团试剂有限公司 国药集团试剂有限公司 蔗糖脂肪酸酯( s e 1 5 ) ，山梨酸钾杭州金鹤来食品添加剂有限公司 黄原胶，特丁基对苯二酚( t b h q )郑州天明食品添加剂有限公司 羧甲基纤维素钠8 0 0 1 2 0 0 、1 3 环糊精国药集团化学试剂有限公司 纯胶2 0 0 0国民淀粉工业( 上海) 有限公司 番茄红素标品( 纯度9 5 ) s i g m a 公司 番茄红素晶体( 纯度9 5 )实验室自制 番茄红素纳米分散体实验室自制 金龙鱼一级大豆油购于大润发超市 中链甘油三酸酯( m c t )浙江建德市千岛精细化工实业有限公司 丙酮、甲醇、甲苯、正己烷、丙三醇、氢氧化钾、无水乙醇、乙酸乙酯、二氯甲烷、石 油醚( 沸程6 0 9 0 。c ) 均为分析纯国药集团化学试剂有限公司 2 1 2 实验设备 电子分析天平 u v - 2 1 0 2 p c s 型紫外可见分光光度计 申科r - 2 0 5 旋转蒸发器 k j 3 0 0 超声波发生器 x s 1 8 光学显微镜 d s h z 3 0 0 多用途水浴恒温振荡器 s h b 1ll a 循环水式多用途真空泵 一 a g i l e n t11 0 0 高效液相色谱仪 g k c 2 1 4 数显控温油浴锅 h h 4 数显恒温水浴锅 f a 2 高剪切分散乳化机 a p v 1 0 0 0 实验型高压均质机 h e t t i c h 离心机 n a n o z s 9 0 型纳米粒度及z e t a 电位分析仪 6 梅特勒托利多仪器( 上海) 有限公司 尤尼柯( 上海) 仪器有限公司 上海申顺生物科技有限公司 无锡市科洁超声电子设备有限公司 南京江南永新光学有限公司 江苏太仓市实验设备厂 上海豫康科教仪器设备有限公司 美国安捷伦科技有限公司 上海苏达实验仪器有限公司 金坛市荣华仪器制造有限公司 上海弗鲁克流体机械制造有限公司 美国a p v 公司 德国 m a l v o ni n s t r u m e n t s ，i ，k 实验材料与方法 色彩色差计c r - 4 0 0o n i c am 烈o l l a 2 2 番茄红素精制实验方法 2 2 1 番茄红素油树脂的皂化 按照番茄红素油树脂：丙三醇：氢氧化钾：无水乙醇= 4 ：3 ：l ：1 3 7 的比例，在一 定皂化温度、皂化时间下进行皂化反应，经反应后加蒸馏水混匀、静置分层并用乙酸乙 酯回收水层中的番茄红素；过滤得到的番茄红素晶体用弱酸进行中和并用大量的水冲洗 至中性，真空干燥得到皂化后的番茄红素产品。 2 2 2 番茄红素含量的测定 准确称取番茄油树脂5 0 m g 左右于1 0 0 m l 容量瓶中，加入2 m l 二氯甲烷使样品充分 溶解，然后加入石油醚分散定容，过滤后取滤液在5 0 2 n m 处测定其吸光值a 1 3 8 。番茄红 素的浓度计算公式如( 2 1 ) ： a c 墨i 矿x 3 0 7 8 羔o 瞒( 2 - 1 ) 式中。 么一滤液的吸光值；n 一稀释倍数；w 一样品的质量( g ) 3 0 7 8 1 番茄红素在含2 - - 氯甲烷的正己烷中的消光系数( 碟) 2 2 3 番茄红素油树脂在不同溶剂中溶解度测定 精密称取番茄红素油树脂1 0 m g 各8 份，分别放入甲醇、无水乙醇、二氯甲烷、乙 酸乙酯、甲苯、正己烷、丙酮、石油醚八种溶剂中，摇动时间应不少于3 0 s ，并在5 m i n 之内观察记录现象。 2 2 4 番茄红素重结晶纯化 利用番茄红素在溶液中的溶解度随温度降低而下降的性质，采用降温结晶的方法对 番茄红素进行纯化。番茄红素晶体得率z 计算公式如( 2 2 ) ： z ：丝! 兰竺! 1 0 0 ( 2 - 2 ) m o c o 式中： m 一番茄红素晶体的质量( g ) ；c l 一番茄红素晶体的纯度( ) ； m o 一番茄红素油树脂的质量( g ) ；c o 一油树脂或重结晶母液中番茄红素的含 量( ) 。 7 鎏塑查堂堡主堂垡丝壅 2 2 5 番茄红素的样品鉴定 2 2 5 1 番茄红素的紫外吸收光谱测定 取适量番茄红素结晶用正己烷溶解，用紫外分光光度计在2 2 0 n m 6 0 0 n m 波长范围 内扫描，记录番茄红素在正己烷中的最大吸收峰。 2 2 5 2 番茄红素的h p l c 检测 色谱条件：色谱柱为c 1 8 ；柱温为2 5 ；流动相为甲醇乙腈二氯甲烷( 体积比 4 4 ：4 4 ：1 2 ) ；流速为l m l m i n ；检测器为二极管阵列检测器；检测波长为2 6 0 6 0 0 n m 。 2 2 6 番茄红素标准曲线的制备 取2 m g 番茄红素纯品，用2 m l 二氯甲烷溶解，再用石油醚定容至1 0 0 m l ，配制成 2 0 r t g m l 溶液，再将2 0 p g m l 溶液配制成l l , t g m l ，2 1 , t g m l ，3 1 , t g m l ，4 1 , t g m l ，5 l a g m l 一系列的梯度溶液，在九= 4 7 2 n m 下进行比色测定。番茄红素标准曲线方程： y = 0 2 8 8 5 x + 0 0 18 3 ，r = o 9 9 9 6 2 3 番茄红素纳米分散体制备实验方法 2 3 1 番茄红素油悬液的制备 取适量实验精制的番茄红素( 纯度9 5 ) 于食用大豆油中( 含中链甘油三酸酯m c t 及特丁基对苯二酚t b h q ) ，其中大豆油：m c t 比为5 ：3 t 1 羽( w w ) ，t b h q 添加量为 油量的0 0 2 ( w w ) 先用超声波发生器将番茄红素于油中进行均匀分散，分散均匀后 再在一定油浴温度中避光驱氧下制得一定浓度的番茄红素油悬液。 2 3 2 番茄红素食用油水乳液的制备 按2 3 1 制备5 ( w w ) 番茄红素油悬液，然后按油水比例l ：9 制备浓度为0 5 ( w w ) 番茄红素纳米分散体。即将制备的番茄红素油悬液逐滴至水相( 含乳化剂、增稠 剂、防腐剂等) ，一定水浴温度及乳化时间在避光下进行粗乳化，乳化转速1 6 0 0 0 r m i n ； 再将所得的粗乳液进行高压均质得到所要产品( 高压均质机采用二级加压均质，二级均 质压力为一级均质压力的十分之一) 。将制备好的样品于4 。c 充氮避光保藏。 2 3 3 番茄红素纳米分散体中番茄红素含量测定 精确量取1 0 0 m l 贮藏瓶底部番茄红素纳米分散体，用丙酮：正己烷= 1 ：l ( v v ) 萃取， 萃取三次，将萃取液合并定容稀释1 0 0 0 倍，在z , = 4 7 2 n m 下进行比色测定，试验重复三 次，取均值。根据番茄红素标准曲线方程：y = 0 2 8 8 5 x + 0 0 1 8 3 ，r z = o 9 9 9 6 ，计算番茄红 素含量。 2 3 4 番茄红素纳米分散体稳定性评价方法 2 3 4 1 离心实验 在离心管中加入制得的番茄红素纳米分散体，在3 0 0 0 r m i n 的条件下离心1 5 m i n ， 不分层无油圈为合格。番茄红素纳米分散体稳定率计算公式如( 2 3 ) ： r 实验材料与方法 稳定率= 等喊协3 ) 2 3 4 2 静置实验 将制备的样品在4 。c 下静置贮藏并观察其分层情况。 2 3 5 番茄红素纳米分散体配方及工艺条件的优化 以产品中番茄红素含量、稳定性及粒径为考察指标，进行单因素实验；在单因素试 验的基础上，采用b o x b e h n k e n 中心设计原理，对影响样品番茄红素含量的乳化剂用 量、乳化温度、乳化时间等因素，采用s a s 8 1 分析软件设计了三因素三水平( 乳化剂 用量：2 、3 、4 ；乳化温度：4 5 、5 0 、5 5 ；乳化时间：7 r a i n 、8 m i n 、9 m i n ) 中心组合设计，对番茄红素纳米分散体配方及制备工艺进行优化。 2 3 6 粒径测定 采用配有h e n e 激光器( 护6 3 3 i 吼) 的n a n o z s 9 0 粒径分析仪，散色角为9 0 0 ，将 准备好的待测样品装入聚苯乙烯比色皿中( 折光系数1 3 3 ) ，( 2 5 0 1 ) 下保存3 m i n ， 测定z - 均粒径和粒径分布情况( 多分散指数p d i ) 。番茄红素纳米分散体粒径的测定： 将样品稀释1 0 0 0 倍，利用激光粒度分析仪测量样品的粒度，试验重复三次，取均值。 2 4 番茄红素纳米分散体贮藏稳定性实验方法 2 4 1 番茄红素纳米分散体中番茄红素含量测定 同2 3 3 2 4 2 番茄红素纳米分散体稳定性评价方法 同2 3 4 2 4 3 粒径测定 同2 3 6 2 4 4 番茄红素纳米分散体中番茄红素的验证 以丙酮：正己烷= 1 ：1 ( v ) 萃取番茄红素纳米分散体，在2 5 0 5 5 0 n m 范围扫描测定 萃取液的吸收光谱。 2 4 5 番茄红素纳米分散体色泽的测定 采用c r - 4 0 0 色彩色差计对制得番茄红素纳米分散体样品的色