（生物医学工程专业论文）负载营养成分的纳米载体制备.pdf

东南人学硕上学位论文 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , n e wc a r r i e rs y s t e ml o a d i n gn u t r i t i o n a lc o m p o n e n t ss u c ha sn a t u r a lv i t a m i ne ( v e ) a n d d o c o s a h e x a e n o i ca c i d ( d h a ) w a sp r e p a r e d t h ec o m p o s i t i o na n dp r e p a r a t i o no fv e 1 0 a d e dn a n o e m u i s i o n a n dd h a - l o a d e dn a n o s t r u c t u r e dc a r r i e r ss y s t e m sw e r ei n v e s t i g a t e d t h ec a r r i e rs y s t e m sp r e p a r e di n o p t i m a lc o n d i t i o nc o u l di m p r o v et h ec h e m i c a ls t a b i l i t ya n ds o l u b i l i t yi nw a t e ro f v ea n dd h a p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fn a t u r a lv i t a m i nen a n o e m u i s i o n b a s e do np h a s ed i a g r a m a n dt h eh l b ( h y d r o p h i l e - l i p o p h i l eb a l a n c e ) ，t w e e n2 0a n ds o yp h o s p h a t i d y l c h o l i n e ( s p c ) ( 9 ：1 ) w e r e d e t e r m i n e da ss u r f a c t a n ta n dc o - s u r f a c t a n t ，r e s p e c t i v e l y t h e nh i g hp r e s s u r eh o m o g e n i z a t i o nw a sa d o p t e d t op r e p a r et r a n s p a r e n ta n dh i 【g hl o a d i n ge f f i c i e n c yv en a n o e m u l s i o n s i n g l ef a c t o rm e t h o dw a sa d o p t e dt o o p t i m i z et h ep r e p a r a t i o np a r a m e t e r so fv en a n o e m u l s i o ns u c ha ss u r f a c t a n tw e i g h tp e r c e n t a g e ，k i n d so f o i l ， c y c l en u m b e r s t h eo p t i m i z a t i o np a r a m e t e r so ft h ep r e p a r a t i o no fv en a n o e m u l s i o n ：t h eb e s tw e i g h t r a t i oo ft w e e n2 0 s p ct ov ew a s2 5 ：l ：n a t u r a lv eo i l l o a d i n gp e r c e n t a g ew a s1 0 ( w w ) ；t h eh i g h p r e s s u r ew a s6 0m p a a n dt h ec y c l et i m e sw a s7 t h em e a ns i z eo fo p t i m i z e dv en a n o e m u l s i o nw a s6 6n m a n dp o l y d i s p e r s i t yi n d e x ( p i ) w a s0 8 9 0 t h eb e s tw e i g h tr a t i oo ft w e e n2 0 s p c p e a n u to i lt ov ew a s 8 ：3 ：n a t u r a lv eo i ll o a d i n gp e r c e n t a g ew a s10 ( w w ) ；t h eh i g hp r e s s u r ew a s8 0m p aa n dt h ec y c l et i m e s w a s7 t h em e a ns i z eo ft h i so p t i m i z e dv en a n o e m u l s i o nw a s5 5n ma n dp o l y d i s p e r s i t yi n d e x ( p i ) w a s o 2 7 9 t h ep h y s i c a ls t a b i l i t yo ft h e s ev en a n o e m u l s i o n su n d e rc o n d i t i o n sw i t hd i f f e r e n tp a r a m e t e r ss u c ha s c e n t r i f u g a t i o nf o rd i f f e r e n tt i m e ，d i l u t i o n ，l o n gt i m es t o r a g e ，t e m p e r a t u r e ，a n dp ha n ds oo nw a ss t u d i e d a n dt h er e s u l t ss h o w e dt h e s ev en a n o e m u l s i o n sh a dg o o ds t a b i l i t y m o r e o v e r , t h em e a ns i z ea n dp io fv e n a n o e m u l s i o n sc h a n g e dl i t t l ea f t e rp a s t e u r i z a t i o n t h em i x e dt o c o p h e r o l w e i g h tp e r c e n t a g eo fv e n a n o e m u l s i o n ss t o r e df o rd i f f e r e n tt i m ew a sd e t e r m i n e db yh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec h e m i s t r ys t a b i l i t yo fv ew a si m p r o v e d ，c o m p a r e dw i t ht h a to fv e s o l u t i o nw i t ha l c o h 0 1 p r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no fd h al o a d e dn a n o s t r u c t u r e dl i p i dc a r r i e r s d h al o a d e d n a n o s t r u c t u r e dl i p i dc a r r i e r sw a sp r e p a r e d b yh i g hp r e s s u r eh o m o g e n i z a t i o n m i x e dl i p i df o rl o a d i n gd h a w a sg m sa n dc a m e l l i as e e do i la c c o r d i n gt oc r y s t a l l i z a t i o no fd i f f e r e n ts o l i dl i p i d w h e nt h eb e s tr a t i oo f p g f e - 10 ( p o l y g l y c e r o lf a t t ya c i de s t e r - 10 ) t op g f e 一6 ( p o l y g l y c e r o lf a t t ya c i de s t e r - 6 ) w a so b t a i n e da s6 ：4 b yp h a s ed i a g r a m ，t h ei n f l u e n c eo fs u r f a c t a n ts u g a re s t e r ( s e 一1 1 ) ，t o t a ls u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o n ，l i p i d c o n t e n t ，a n dh o m o g e n i z a t i o np a r a m e t e r sw e r ei n v e s t i g a t e d t h eo p t i m i z a t i o np a r a m e t e r so ft h ep r e p a r a t i o n o f d h a n l cw i t ht h ed h ao i lc o n t e n to fl o ；t h et o t a ls u r f a c t a n tc o n c e n t r a t i o nw a s1 2 ；l i p i dc o n t e n t w a s4 5 ；a n dt h eh i g hp r e s s u r ew a s7 0m p aa n dt h ec y c l et i m e sw a s5 t h em e a ns i z eo fo p t i m i z e d d h a n l cw a s13 7 _ _ + 10n m ，p iw a s0 3 2 5 _ _ _ 0 115r e s p e c t i v e l y t h ee n t r a p m e n te f f i c i e n c yw a s5 3 4 1 1 东南大学硕士学位论文 d h a n l cd i s p e r s i o nw a sw e l ls t a b l es t o r e df o r12 0d a y sa tr o o mt e m p e r a t u r ea sw e l la sp a s t e u r i z a t i o n c e n t r i f u g a t i o na n d d i f f e r e n tp hc o n d i t i o n s d h a - n l cp o w d e rw a so b t a i n e db yf r e e z i n gd r y t h e c h e m i s t r ys t a b i l i t yo fd h al o a d e db yn l cw a ss t u d i e db yg a sc h r o m a t o g r a p h y ( g c ) t h er e s u l ts h o w e d d h a - n l ch a dg r e a t l yi m p r o v e dd h a s t a b i l i t y k e yw o r d s ：n a t u r a lv i t a m i ne ，d h a ，n a n o e m u l s i o n ，n a n o s t r u c t u r e dl i p i dc a r r i e r s ，h i i 曲p r e s s u r e h o m o g e n i z a t i o n ，p h a s ed i a g r a m i i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所旱交的学位论文是我个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，也不包含为获得东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了谢意。 研究生签名：盖址日期：厶班 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：j 釜赶导师签名： 东南大学硕上学位论文 第一章绪论 1 1 食品纳米技术 纳米技术是二十世纪九十年代初迅速发展起来的一项高新科学技术，指应用、生产和加：【尺寸 小于1 0 0 0n m ( 1 纳米是十亿分之一米) 的材料，是一个涉及化学、物理、生物和上稃的交义学科。 纳米材料因其尺寸上的微观性，表现出特殊的力学、热学、光学、化学性质和磁性性质，因而纳米 材料具有优异的表面效应、体积效应和量子尺寸效应，并表现出新的特性和功能【1 , 2 l 。纳米技术加深 了人们对于物质构成和性能的认识，使人们在物质的微观空间内研究电子、原子和分子运动的规律 和特性，运用纳米技术可以在原子、分子的水平上设计并制造出具有全新性质和各种功能的材料同 时，纳米技术引起了很多行业的兴趣并广泛用于材料、化工、医药等领域。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- - 1 4 热门学科，并被世界各国列为2 1 世纪的关键技术之 一。 而近年来纳米技术在医药等其他行业的许多研究成果正逐步地应用于食品行业，使食品工艺得 到了改进，生产效率得到了提高，还开发、生产了许多新型的食品以及具有更好的功效和特殊功能 的保健食品。虽然相对于生物医学、制造和信息行业来说，纳米技术在食品行业中的应用刚刚起步， 但在短短的儿年内，纳米技术在食品行业产生了显著的商业作用并展现很好了前景。据统计，目前 有2 0 0 多家企业从事纳米食品的研发和生产，投入市场的产品主要是食品和饮料用纳米包装材料、 纳米营养物等。纳米食品市场从2 0 0 4 年2 6 亿美元上升到2 0 0 6 年7 0 亿美元，预期到2 0 1 0 年可达到 2 0 4 亿美元。其中纳米粒、纳米结构材料和纳米器件对创新食品配方有巨人潜在作用【3 ，4 l 。 目前纳米技术在食品中主要应用于食品加工、食品材料等方面( 如图1 1 ) ，具体如f ： 图1 1 纳米技术在食品中应用 ( 一) 纳米技术运输活性物质 目前活性物质添加到食品中时存在系列问题t 东南大学硕士学位论文 ( 1 ) 活性物质溶解性问题 当添加食品活性物质时，要考虑其是水溶性、脂溶性或水油分散。如果其在食品结构中溶 解性有限，那么就要调整它的水溶脂溶性以提高负载量。 ( 2 ) 活性物质的稳定性 有些从动植物中提取的活性物质性质不稳定，如维生素a 、d 对氧、光和氧化剂敏感，长 链的多不饱和脂肪酸在光氧或者金属存在条件下容易被氧化。因此食品制造时一般会超出需要 量添加活性物质弥补其在加工和储存过程中的损失。多年来，为了保证货架上食晶的v c 、v e 和1 3 占月萝卜素标称添加量，它们在产品中添加量达到5 一5 0 。 ( 3 ) 活性物质和其他成分反应 牛奶中的钙、铁和酪蛋白的结合会降低游离的钙、铁量。 ( 4 ) 味道和气味 许多的活性物质有不好的味道和气味，如缩氨酸有苦味、富有3 脂肪酸的鱼油有鱼腥味 等，各种的添加剂( 如糖、香料) 被用来掩盖这些气味和味道但效果有限。 ( 5 ) 生物利用度 活性物质被使用时要保持其生物利用形式，添加活性物质后不能影响食品中其他成分的生 物利用度或者与其他物质反应降低生物利用度，因此要选择合适的活性物形式和输送( d e l i v e r ) 配方以保持其生物利用度。 人们现在研究利用新型的载体系统以解决以上问题，如纳米载体输送系统( n a n o c a r r i e r sd e l i v e r y s y s t e m ) 。即采用食品级材料制备纳米胶囊、脂质体、纳米乳液、纳米粒、聚合物纳米粒等提高功能 物质稳定性和生物利用度等。目前，成功使用纳米载体负载的营养活性物质有番茄红素、1 3 胡萝b 素、叶黄素、辅酶q1 0 和d h a e p a 等【5 1 。 日本太阳化学株式会社n a n o f u n c t i o n 事业部利用纳米水平的界面控制技术，开发了营养输送系 统( n d s ，n u t r i t i o nd e l i v e r ys y s t e m ) ，成功实现了多孔二酸化硅n p m ( n a n op o r o u sm a t e r i a l ) 纳米多孔 材料( 纳米多孔二氧化硅) 的规模化大批量生产。目前，n d s 已被广泛应用于各种食品【5 l 。澳大利理 的g e o r g ew e s t o n 食品公司，大量出售的各种t i pt o p 面包，称为“t i pt o p u p ”，含有富含( 1 ) - 3 多不饱 和脂肪酸的金枪鱼油微胶囊。由于金枪鱼油包含在微胶囊中，消费者不会尝出鱼油的味道，一旦微胶 囊达到胃部后在消化过程中就会一下子释放出来。在酸奶和婴幼儿食品中也应用了同样的技术1 6 j 。 耶路撒冷h e b r e w 大学研究人员成立了n u t r a l e a s e 公司，使用一种纳米大小自我组装结构将活性物质运 入身体并在体内运输。该公司的专利应用人员说，他们的纳米工具能在油或水中溶解而不会影响活 性成分的活性1 7 j 。 ( 二) 纳米尺寸食品加工 物质经过超细化处理后，比表面积大大增加，表面能会发生显著变化，显示出独特的理化性质。 如用超细碾磨法制备为出具有强结合水能力的超细面粉和具有强抗氧化性的超细绿茶粉；国内还研 发了纳米钙、纳米铁、纳米硒纠引。纳米化提高了这些物质生物利用度和稳定性。k r a f t sg l e n v i e w 纳 米实验室的科研人员找到了一种促使液体流过细小喷嘴的方式。当二股液体流过喷嘴，一股被另一 股覆盖，逐渐硬化形成仅5 0n m 宽的液泡。在这个尺度下，富含营养物质的液泡可随血液循环进入人 体细胞，而且，通过使用不同的外壳材料，科学家们亦可控制液泡暴露在微波和超频波下的爆裂。 这种研究成功地实现了纳米微粒维生素、矿物质或其他多功能高效物质等食品营养成份在人体内的 2 东南大学硕士学位论文 输送。 ( 三) 纳米食品包装材料1 9 1 在食品包装领域，纳米技术的应用可以改善包装材料的性能，延长其使用寿命，实现包装的抗 菌透气性。近儿年来，国内外研究较多的纳米包装材料是聚合物基纳米复合材料( p n m c ) ，即将纳米 材料以分子水平o on m 数量级) 或超微粒子的形式分散在柔性高分子聚合物中而形成的复合材料。 常用的纳米材料有金属、金属氧化物、无机聚合物等，而常用的高分子聚合物有p a ，p e ，p p ， p v c ，p e t ，l c p 等【1 0 】。根据不同食品的特性与包装要求。已有多着o p n m g 如纳米a g p e 类、纳米 t i 0 2 p p 类、纳米蒙脱石粉p a 类等用于食品，如啤酒、饮料、果蔬、肉类、奶制品等的包装，取得 了较好的包装效果。研究结果表明，与普通包装材料相比，纳米包装材料在某些物理、化学、生物 学性能上有火幅度提高，如可塑性、稳定性、阻隔性、抗菌性、保鲜性等。 ( 四) 纳米食品检测技术 主要是用生物分子如糖类和蛋白质类作为纳米结构的识别基团制成食品生物传感器。这种传感 器可作为食物中病原体和杂质的检测器。纳米材料本身就是非常敏感的化学和生物传感器，纳米技 术与生物学、电子材料相结合，可以制备新型的传感器件。例如与生物芯片等技术结合，可以使分 子检测更加高效、简便。纳米生物传感器已应用在微生物检测、食品检测和体液代谢物监测等方面。 p u r d u e 大学的研究人员研制出一种生物纳米传感器。通过生物蛋白与计算机硅晶片相结合，可以检 测食品中化学污染物并标记损失分子及病毒。据研究者称，此传感器可用于农场、食品加工厂甚至 消费者。整套传感器有很高的敏感度，而且还具有简单的生物计算机功能。因此它不仅是对食品中 的生物或化学污染物具有极端敏感能力的检测单一分子，还具有处理及存储相关数据的能力。 1 2 纳米载体在食品中的应用 1 2 1 纳米载体概述 虽然纳米技术在食品生产和处理有应用前景，但是许多方法丙成本或不能实际应用而无法形成 商业规模生产。美国食品技术研究所( i n s t i t u t eo f f o o dt e c h n o l o g i e s ) 公布的科学数据总结( s c i e n t i f i c s t a t u ss u m m a r y ) 报道纳米技术在食品中有效成本( c o s t e f f e c t i v e ) 应用之一就是纳米载体输送系统 0 1 1 ，输送系统有很多功能和作用： ( 1 ) 输送功能性成分到达靶向地方，提高生物利用度； ( 2 ) 保护功能成分不化学降解或生物降解： ( 3 ) 有效增加脂溶性功能成分在水中溶解性，扩大在食品使用范围和增加功能食品的营养质量： ( 4 ) 常用来作为以不同分子和物理性质存在于食品中的功能性成分如维生素、抗菌剂、抗氧化 剂、调味料的输送载体或反应器。 纳米载体目前大部分研究用于药物制剂和化妆品行业。但是作为有效食品输送系统，输送载体应该 是公认安全( g e n e r a l l yr e c o g n i z e da ss a f e ，g r a s ) 。因此对材料安全性和生物相容性要求很高。国内外 对此在食品行业研究不多，且主要集中在纳米乳液、纳米胶囊和生物聚合物纳米粒。 3 东南大学硕十学位论文 下面着重介绍一下与本论文有关的纳米载体。 1 2 2 纳米乳液在食品中的应用 1 2 2 1 纳米乳液概述 纳米乳液( 粒径为2 0 2 0 0n m ) 和微乳液( 粒径在5 10 0r i m ) 一样属于微小乳液、亚微米乳液和透明 乳液1 1 2 , 1 3 , 1 4 】。一般两者不作特别区分，可以统称为微乳液或纳米乳液。 微乳液是热动力稳定、澄清均一的体系，医药行业中广泛应用的输送系统( d e l i v e r ys y s t e m ) 之一就是 微乳液体系，微乳作为约物载体优点如下：( 1 ) 为各向同性的透明液体，热力学稳定，且可过滤灭菌， 易于制备和保存；( 2 ) 水包油型微乳可作为脂溶性药物的载体，提高药物在水中的载药量；( 3 ) 油 包水型微乳可延长水溶性药物的释放时间，起到缓释作用，对于易水解的药物，采用油包水型微乳 可起到保护的作用：( 4 ) 低粘度，注射时不会引起疼痛：( 5 ) 药物分散性好，吸收迅速，可提高生 物利用度【l 引，因此在药学上得到了广泛的应用。医药和化妆品行业许多研究表明使用微乳液负载活性 物质可以增加其溶解性和提高生物利用度。同时，食品行业里许多具有保健作用的活性物质存在低溶解性 和低生物利片j 度问题，微乳液作为一种食品输送系统具有很大潜力解决这些问题【l6 j 。 但是食品行业允许使用的乳化剂种类和添加量有限，增加了微乳液应用难度。另外，增溶长链三甘油 酯( 1 0 n g - c h a i nt r i g l y c e f i d e s ，l c t ) 如大豆油的难度比中短链三甘油酯更大。因此有关长链三甘油酯( l c t ) 微乳液的文献报道很少，其中某些体系还采用了不适用于食品的短链醇( c 3 c 5 ) 。不过非食品级微乳液的 体系的研究可以提供微乳液结构和表征等基本知识。 1 微乳液形成和稳定机理 微乳液是由互不相溶的液体组成的多相分散体系。通过在乳状液中添加助表面活性物质( 一般 为醇类) ，就可以得到透明或半透明微乳液。此种由水、油、表面活性剂和助表面活性剂( 如醇类) 等四个组分以适当的比例自发形成的透明或半透明的稳定体系，称之为微乳状液。它是一个热力学 稳定体系，分散相液珠直径在1 0 l00n m 之间。 目前对微乳液形成和稳定机理主要有三种： 界面和混合膜理论 s c h u l m a n 年h p r i n c e 等提出界面和混合膜理论，认为微乳液是多相体系，它的形成是界面增加的 过程。他们从表面活性剂和助表面活性剂在油水界面上吸附形成作为第三相的混合膜出发，认为混 合吸附膜的存在使油水界面张力可降至超低值，甚至瞬间达负值。由于负的界面张力不能存在，从而 体系白发扩大界面形成微乳，界面张力升至平衡的零或极小的正值。助表面活性剂的作用是降低油 水界面张力和增大混合吸附膜的表面压，此外，助表面活性剂参与形成混合膜，对提高界面柔性使 其易于弯曲形成微乳液也有重要贡献。混合膜作为第三相介于油和水相之间，膜的两侧面分别与水、 油接触形成水一膜、油一膜两个界面，各有其界面张力和表面压，总的界面张力或表面压为二者之 和。当混合膜两侧表面压不相等时，膜将受到剪切力而弯曲，向膜压高的一侧形成w 0 或o w 型 的微乳液。由于界面张力和表面压都是宏观物质的界面性质，从分子水平上进行讨论有难以理解之 处，而负界面张力说只能作为一种合理的推想，至今尚无实验证据。因此，这些因素又促进了混合 膜理论和其他微乳液形成理论的发展。 4 东南大学碰i 学位论文 增溶理论f ”l 以s h i n o d ag q l f r i b e r g 为代表，认为微乳液是胀大的胶团。当表面括性剂水溶液浓度= f 临界胶 柬浓度0 m c ) 值后，就会形成胶束，此时加入一定量的油( 亦可以和助表面活性剂一起加入) 油就 会被增溶随着进入胶柬中油量的增加胶柬溶胀而变成小油滴微乳液。由于增溶是自发进行的 所以微乳化能自动发生也是理所当然的。但是该理论无法解释为何只要表面活性荆浓度大于临界腔 求浓度即可发生增溶作h j 而此时微乳液不一定能够形成。 热力学方法i ”2 ” 2 微乳液的结构 微乳液分为单相乳液和多相乳液： 单相乳液：一定浓度的油相、水和表面活性剂( 或加助表面活性剂) 可以形成热动力稳定均一体系。 一般说来，微乳液在油相浓度较低( 3 0 ) 时以水包油( o ，) 形式存在：反之水相浓度较低时形成油 包水( w l o ) 微乳渡。在o l w 和w o 之间还有其他不同形态如胺柬、反相胶束和取连续相( b c ) 。如图 i2 所示。 图l2 单相微乳液结构示意图( a ) w l o 型微乳液：曲) 取连续型；( c ) o w 型微乳液 多相乳液：体系中乳化剂浓度不足、加入新成分使微乳液产生相转变、微乳液组成改变或温度改变时 微乳坡也可能以过量的油相或过量的水相存在多相乳液分为w m s t o f l 型( 两相，o i w 微乳液与过量 的油共存) 、w i n s l o r l l 型( 两相w ，o 微乳液与过量的水托存) 、w i n s t o d l l 型( 三相，中间态的双 连续微乳液与过量的水，油麸存) 和w i n s t o r i v 型( 宏观单一相) 微乳液。如翻i3 所示。 【翻：翳l 3 徽乳液的制各方法 国1 3 四种多相g t l , 液 东南人学硕士学位论文 从理论上说，乳化剂分子排列是自发产生的，但是在某些晴况下给系统提供能量加速乳化剂分子排列 或克服动能障碍。主要有三种方法制备微乳液： ( 1 ) 低能量乳化法 有三种不同的低能量乳化法：将油乳化剂混合物与水混合稀释；将水乳化剂混合物和油 相混合稀释；将所有组分混合在一起。这三个方法中微乳液都是自发形成的，因此各组分的加入 顺序可能确定了微乳液的形成。 ( 2 ) 相转变温度法 相转变温度法( p h a s ei n v e r s i o nt e m p e r a t u r e ，p i t ) 由s h i n o d a 和s a i t o 首先发明【2 l l 。在特定组分 条件下，调节温度得到目标乳化体系。此法在实际应用中多用来制备o w 型乳液。p i t 法在用乙氧 基型_ 1 卜离子乳化剂制备微乳液时非常有用，乙氧基型非离子乳化剂o w 乳液被加热达到特定的相转 变温度( p i t ) 时转换成w o 乳液。在相转变温度下，乳液的粒径和表面张力达到最小，搅拌冷却可得 到稳定的o w 型微乳液。 ( 3 ) 高压均质法 高压均质机是制备纳米乳液应用最广的乳化机器，它可以在短时间内提供足够的能量和均匀流 速制备得最小粒径1 2 2 1 。传统的高压均质机工作压力在5 0m p a - 1 0 0m p a ，近来新研发的机器压力可达 至t j 3 5 0m p a 。可以根据微乳液不同配方选择合适的压力，如以甲基纤维素为乳化的o w 纳米乳液在均 质压力 1 岬) ，是多分散体系，而且大部分是 热不稳定的。粒径大降低了吸收，物理和化学不稳定性可能导致载体系统和活性成分在食品使用之 前便失去功能性。在过去的5 年里，相关研究说明用纳米尺寸的胶体载体系统负载活性物质是可行的， 可以懈决低吸收和热动力不稳刊4 4 1 。尺寸小于t 0 0n m 的纳米粒已经被研究用于负载活性物，如纳米 乳液、微乳液和生物聚合物纳米粒( b i o p o l y m e rn a n o p a r t i c l e s ) 【4 5 1 ，这些系统是单分散或类单分散、 热动力学稳定体系，小且均一的粒径可使负载活性物质快速释放。制备l 司体生物聚合物纳米粒比较 凼难，因为合适的生物聚合物很少，而且需要用到食品体系中禁止的有机溶剂【4 0 。毒性和缺少大规 模制备方法使得生物聚合物纳米粒在食品行业作为输送系统应用减少。因此，人们更加集中研究脂 质纳米粒载体系统。目前研究的脂质纳米粒载体系统主要是围体脂质纳米粒( s l n ) 和纳结构脂质 载体( n l c ) 。 1 2 3 1 固体脂质纳米粒( s l n ) 的概述【4 7 】 固体脂质纳米粒( s o l i dl i p i dn a n o p a r t i c l e s ，s l n ) 在医药和食品行业引起了越来越多关注，因 为它可解决微胶囊在的缺陷。它集合了纳米乳液和微乳液高稀释性和活性物质透过内脏障碍的优点， 同时解决活性物质的物理化学稳定性问趔4 引。 s l n 内核是同体脂质和活性物质组成的混合脂质【4 9 1 ( 见图1 4 ) ，粒子通过表面活性剂层达到稳 定，表面活性剂可以是单一表面活性剂或者混合表面活性剂。s l n 可以由纳米乳液或者微乳液粒子 l ； s o l i d n a n o p a i t i c l e i o “k h “ ，n ，m “。“ 图1 4s l n 与纳米乳液结构不同提高了稳定性 8 东南大学硕士学位论文 产生从而具有不同的性质 5 0 , 5 1 , 5 2 i 。总体来说，使用结晶脂质替代液体脂质可以提高活性物的控制释 放和稳定性，因为活性物质的流动性可以通过控制脂质的物理状态来调节。 s l n 制备方法 s l n 制备需要的加工设备较少，因此规模生产需要少量资金投入便实现。目前主要有三种规模 生产方法【5 3 】，主要根据乳化剂和脂质成分选择合适的生产方式。而溶剂不能在食品使用，因此在医 药行业的溶剂挥发法不可使用。 ( 1 ) 热均化法( m e l th o m o g e n i z a t i o n ) 热均化法可以由高压均质法( h i i g hp r e s s u r eh o m o g e n i z a t i o n ，h p h ) 或高强度超声法( h i g h i n t e n s i t yu l t r a s o n i c a t i o n ) 实现。但是，高强度超声可能会造成金属污染，因此要谨慎使用。主要实 验步骤见图1 。5 ，即在热均化过程中：首先在超出载体脂质熔点的温度下将脂质和活性物简单搅 拌混合；将混合脂质分散在热的表面活性剂溶液中得到初乳；将初乳倒入加热到预设温度的 高压均质机进行均质得到均匀分散的纳米乳液；将热纳米乳液冷却即可制得s l n 。热均质方法可 制备脂质含鼙5 1 0 的s l n ，也有报道成功制备了脂质含量高达4 0 的s l n 分散液。一般均质条件是 压力1 5 0 0 b a r 下循环3 5 次。 暖罐期 粤 譬 l 零 譬芦曼 l 气r f 一一一 譬盛意 鼻d i 髓蕊羹馨? a rl 避霹+ 飚 南 墨，= 麓 a-由_伫=f 图1 5 热均化法制各s l n 的主要步骤及批次和连续制备流程 ( 2 ) 高温微乳液法( m e l tm i c r o e m u l s i f i c a t i o n ) g a s c o 及其合作者首先采用了热微乳液法制备s l n l 5 4 j 。其形成过程及操作流程见图1 6 。如前文 所述，微乳液是乳化剂分子亲水或亲油部分在溶剂中形成胶束、蠕虫状胶柬、双层相和反相胶束自 发形成而产生的，这些结构对脂溶性成分有显著增溶作用，粒径从几个纳米到几十纳米。微乳液是 热动力学稳定体系且是自发产生不需要额外能量。通过微乳液法制备s l n 的主要步骤：首先将待 分散的脂质和热乳化剂胶束溶液混合形成澄清的微乳液，可以采用卵磷脂、聚山梨酯一2 0 、聚山梨一6 0 和助乳化剂如胆汁酸盐、正丁醇形成胶束制备热微乳液；将高温微乳液搅拌分散到冷水( 2 3 c ) 中，让脂质或和胶束中的乳化剂吲化得到s l n 。其中分散过程很重要，分散比例一般是1 ：2 5 1 ：5 0 。 9 东南人学硕士学位论文 蝴露 蛹静髓啊瞄豫- 峙 嘲 n 幽i d 口a 目m - “ _ 隹c n x 删b i o n w i t hu q u 醚( m e 轴囊p k 一 - h b o ，嚏 5 0 l i di i p 埘 州捆甜t i d e 蛳嘶甜m k 孽 一- 囊o 瓣惜 囊，知- l - ， 囊b d t h ，童 im 蠢t f 厶i i 膏_ l l 一啦叫嘶f l 钆一。黧学鬯 图1 6 微乳液法制备s l n 过程中结构变化及制备流程 对于微乳液体系，温度梯度、p h 值及微乳液组成成分决定了产品质量。较高的温度梯度有利于脂质 的迅速结晶防止聚集。由于稀释步骤的原因，产品的脂质含量明显比采用高压均质法( h i g hp r e s s u r e h o m o g e n i z a t i o n ，h p h ) 方法制得的产品要低得多。 ( 3 ) 冷均化法( c o l dh o m o g e n i z a t i o n ) 如果s l n 负载的活性物对温度敏感或在热均化、热微乳液制备过程中会降解，可以采用冷均化 方法。冷均化制各过程如下：将脂质加热熔化后活性物分散于其中；随后用液氮将混合脂质 快速冷却：用球磨等方法将混合脂质研磨成脂质微粒，这过程中确保温度不要超过混合脂质成分 的熔点；将脂质微粒分散于冷的乳化剂溶液中，然后进一步研磨制得分散均一的s l n 。采用此方 法制备的s l n 粒径明显大于前两种方法制备的s l n ，因此在咀嚼和消化过程中其分散速率没有相同 的功能性。 s l n 是一种可多重应用于食品和医药行业的新型输送系统，激发了人们来负载脂溶性且化学不 稳定的活性物用于功能食品创新方法。s l n 具有优点同时也存在一些问题【5 5 j ：( i ) 脂质材料的结晶 性；( i i ) 较低的负载量：( 1 1 1 ) 贮存期间的负载物质泄漏；( 1 v ) s l n 水分散体系过人的含水量。这 些缺点导致了新一代改进的类脂纳米粒纳米结构脂质载体的出现。 1 2 3 2 纳米结构脂质载体( n a n o s t r u e t u r e dl i p i dc a r r i e r s ，n l c ) 综述旧1 n l c 是s l n 的基础上发展起来的第二代脂质纳米粒载体，是采用两种或两种以上的固一液( 或固 固) 脂质材料经过高温加热后冷却而制得，作为新型的载体系统，n l c 提高了活性物质负载效率 ( 1 0 a d i n ge f f i c i e n c y ) 并增强储存稳定性。它主要有三种类型( 图1 7 ) ：( i ) 缺陷结构型；( i i ) 无定 形结构型；( 1 1 1 ) 多重结构型。 s l n 负载活性物质在贮存过程中会发生泄漏，因为s l n 中脂质有可能结晶而转变为更为规整 的p 晶型。载体的晶型越是完美，其内部可以容纳药物分子的空间就越小，活性物分子就很容易 被“挤出”载体从而使载体失去载药功能。这种现象在制备s l n 时有可能会发生，特别是对于那 些本身结晶性非常好的载体材料，这种现象则表现得非常严重。在贮存过程中( 几天或j l d , 时内) ， l o 东南大学颈学位论文 舅巧 n l c i 埘 m “ n l c m 图l7n l c 的三种类型 s l n 水分散体系里会有很多的近乎完美的b 晶犁形成从而导致药物从其中快速释放。另外腊质晶 型的高度有序也会限制其载药量。而用单一脂质作为载体的往往就会形成这种完美晶型，例如三硬 脂酸甘油脂。 对n l c 而言，其特殊结构可以尽最减少上述问题的出现。n l c 用混合的尉体脂质和化学性质完 全不同的液体脂质( 油类) 的掘台物而不用单一固体脂质作为栽体，使得晶体不再高度有序，而是 存在一定的“缺陷”( 图1 8 ) 。n l c 中古有的液体脂质能够提高纳米粒骨架的不规则性，增加非 稳态晶掣或无定型等的比例，提高n l c 的载药能力。j e n n i n g 等”采用d s c 和x 射线衍射表明液体脂 质m i g l y o l8 1 2 在纳米粒骨架中破坏了规则的晶格结构，并促进非稳态晶型b 的形成。n m r 结果证 实液体脂质低含量时，以分子的形式均匀分布于骨架中。液体脂质高禽量时，则队非常微小的油滴形 式均匀分布于纳米粒骨架中，崮体骨架减小了汕滴的流动性。 可 鲥i8s l n ( 左) 与n l c i ( 右) 存储期间的结晶 m u i i 盯等人i ”1 研究表明n l c 还可以提高高浓度脂质纳米粒分散液的物理稳定性，s l n 中脂 质纳米粒浓度较高时，储存一段时间可能会发生聚集，而n l c 则能形成网络结构保证纳米粒的稳定， 加水稀释便可咀将未聚集的纳米粒释放出来( 见圈19 ) 。 00 。0 0 图19n l c 贮存稳定性原理简易示意国 东南大学硕士学位论文 n l c 常用制备方法同s l n 包括：高压均质法、微乳液法、熔融超声法及溶剂挥发法等，其中高 压均质法是目前报道的制备n l c 的主要方法。 n l c 的稳定性研究一般用z e t a 电位和粒径的测量结果预测。大量研究显示n l c 能够长期储存，粒 径变化不大或无变化，其他性质也无改变，显示了良好的稳定性。张晓佳等【5 9 j 制备的n l c 能提高其 光稳定性：n l c 体系的稳定性良好，z e t a 电位高达( 3 0 94 - 0 6 ) m v ，于4 以1 0 0 0 0r r a i n _ 冷冻离 心1 2 0r a i n 或避光保存6 个月后粒径分布仍然基本不变，且可冷冻干燥( 一4 0 ，0 0 1p a ) 后长期保存。 马全红等f 6 u j 制备全反式维甲酸n l c ，能显著降低全反式维甲酸的光降解速率，z e t a 电位3 0m v ，4 保存2 2 个月后粒径基本保持不变。全反式维甲酸包封在n l c 中，明显提高载药量和化学稳定性，且 物理稳定性好，全反式维甲酸浓度高，n l c 光稳定性保护能力越强。 混合液体脂质的n l c 与s l n 相比，具有更高的负载能力和稳定性等突出的优点和广泛的应用范 围而日益受到研究者的重视，随着对n l c 类脂质材料、表面活性剂、制备工艺、体内动力学等方面 研究的深入，将为n l c 的工业化生产和应用创造良好的条件。 1 2 3 3 脂质纳米粒在食品中的应用 目前用于食品纳米输送系统的纳米粒大部分是生物聚合物纳米粒，以生物高分子材料如壳聚糖、 聚乳酸、乳球蛋白等作为包裹材料负载营养成分。相关脂质纳米粒负载活性物质的研究刚起步。 s o n i a 等1 6 i 】采用热微乳液法制备粒径在1 5 0 1 8 0n m 的阿魏酸硬脂酸酯固体脂质纳米粒 ( s f s l n ) ，并负载了b 胡萝卜素和a 生育酚两种活性物质，通过稳定性、抗氧化性、包封率、 粒径和形貌等测试表明s f s l n 是一种合适的b 胡萝卜素和a 生育酚载体。光照前后对比试验结