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微射流均質(zhì)機(jī)|均質(zhì)化技術(shù)對營養(yǎng)級納米脂質(zhì)體包載高油酸棕櫚油物理穩(wěn)定性的影響研究

微射流均質(zhì)機(jī)|均質(zhì)化技術(shù)對營養(yǎng)級納米脂質(zhì)體包載高油酸棕櫚油物理穩(wěn)定性的影響研究
諾澤流體科技  2025-08-11  |  閱讀:123
一、介紹

本文隸屬于微射流均質(zhì)機(jī)應(yīng)用專題,全文共3800 字,閱讀大約需要 20 分鐘


摘要

本研究系統(tǒng)比較了微射流均質(zhì)、超聲波和轉(zhuǎn)子-定子三種制備技術(shù)對高油酸棕櫚油(HOPO)納米脂質(zhì)體物理穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明,微射流均質(zhì)技術(shù)制備的納米脂質(zhì)體具有最優(yōu)的物理穩(wěn)定性,其平均粒徑最?。?00.3±1.7 nm),多分散指數(shù)最低(0.13±0.01);超聲波技術(shù)制備的樣品則表現(xiàn)出最佳的膠體穩(wěn)定性(Zeta電位-55.9±0.8 mV)。研究還發(fā)現(xiàn)HOPO的加入顯著提高了納米脂質(zhì)體的儲存穩(wěn)定性,在4℃條件下儲存35天后,含HOPO樣品的粒徑增長幅度較對照組降低40%。本研究為食品工業(yè)中功能性油脂的高效遞送提供了重要的技術(shù)參考


關(guān)鍵詞:

納米脂質(zhì)體;微射流均質(zhì);高油酸棕櫚油;物理穩(wěn)定性;Zeta電位;粒徑分布;響應(yīng)面優(yōu)化食品遞送系統(tǒng)


二、整體框架

本篇文章的整體框架如下所示:


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三、引言

高油酸棕櫚油(HOPO)作為一種富含生物活性成分的功能性油脂,其高含量的β-胡蘿卜素(可達(dá)500-700 mg/kg)和維生素E等天然抗氧化劑,不僅具有重要的營養(yǎng)功能,更能通過與磷脂分子的協(xié)同作用增強(qiáng)脂質(zhì)體膜的穩(wěn)定性。


當(dāng)前納米脂質(zhì)體的主要制備技術(shù)包括微射流均質(zhì)、超聲波處理和轉(zhuǎn)子-定子分散等。其中,微射流均質(zhì)技術(shù)憑借其高效的粒徑控制能力和良好的工藝重復(fù)性,在工業(yè)化生產(chǎn)中展現(xiàn)出獨特優(yōu)勢;超聲波技術(shù)則以設(shè)備簡單、成本低廉見長;而轉(zhuǎn)子-定子技術(shù)則在處理高黏度體系時具有明顯優(yōu)勢。然而,這三種技術(shù)在能耗效率、產(chǎn)品穩(wěn)定性和活性成分保護(hù)等方面的比較研究仍顯不足。


基于此,本研究采用響應(yīng)面法系統(tǒng)優(yōu)化制備工藝參數(shù),重點考察微射流均質(zhì)、超聲波和轉(zhuǎn)子-定子三種技術(shù)對HOPO納米脂質(zhì)體物理穩(wěn)定性的影響規(guī)律。通過表征粒徑分布、Zeta電位和多分散性指數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo),結(jié)合儲存穩(wěn)定性實驗,建立工藝-結(jié)構(gòu)-性能的構(gòu)效關(guān)系,為功能性油脂納米載體的工業(yè)化應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。


四、基本流程

粗脂質(zhì)體制備

原料混合

  • 將大豆卵磷脂(含16%磷脂酰膽堿、14%磷脂酰乙醇胺、10%磷脂酰肌醇、34%甘油三酯)與高油酸棕櫚油(HOPO)按實驗設(shè)計比例混合。

水合過程

  • 溫度控制:35℃恒溫攪拌(1000 rpm,10 min)

  • 水相添加:緩慢加入Milli-Q純水

  • 初級均質(zhì):高速均質(zhì)器(Ultra-Turrax T25,20,000 rpm,12 min)

  • 產(chǎn)物特征:形成多層囊泡(MLV),粒徑范圍1-5 μm


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微射流均質(zhì)處理

將粗脂質(zhì)體樣品在微射流均質(zhì)機(jī)中以 75 μm Z 型交互腔進(jìn)行處理;通過改變壓力(500–1500 bar)與循環(huán)次數(shù)(2–6 次)來調(diào)控粒徑。整個過程中使用冰水浴將懸浮液溫度控制在 < 35 °C。


超聲處理

取 80 mL 粗脂質(zhì)體懸浮液置于 100 mL 燒杯中,使用  超聲波(1/2″探頭,20 kHz)按表 2 設(shè)計的“時間 (min)”與“振幅 (%)”進(jìn)行超聲處理;冰水浴控溫 < 35 °C。


轉(zhuǎn)子-定子處理

將粗脂質(zhì)體懸浮液連續(xù)循環(huán)通過轉(zhuǎn)子-定子系統(tǒng),按表 2 的設(shè)計調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速(15000–25000 rpm)與處理時間(0.5–4 min);2 °C 水循環(huán)系統(tǒng)控溫 < 35 °C。


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五、結(jié)果與討論

1、均質(zhì)技術(shù)對納米脂質(zhì)體特性的影響

三種技術(shù)均能制備出粒徑 ≤ 200 nm 的納米脂質(zhì)體。

  • 微射流(MF) 得到的粒徑最小且分布最集中(最低 100.3 nm,PdI = 0.13),可通過調(diào)節(jié)壓力與循環(huán)次數(shù)精準(zhǔn)控制。

  • 超聲(US) 可將粒徑降至 149.2 nm,但 PdI 稍高(0.20),主要受超聲時間和振幅影響。

  • 轉(zhuǎn)子-定子(RS) 所得粒徑最大,最小為 163.6 nm,PdI 可達(dá) 0.25,受轉(zhuǎn)速與處理時間主導(dǎo)。

Zeta 電位穩(wěn)定性:US(?55.9 mV)> RS(?51.6 mV)> MF(?46.6 mV)。

對所有技術(shù)建立 RSM 模型并進(jìn)行方差分析(ANOVA)。僅保留 p < 0.05 的顯著模型;所有模型的 R2 均 > 0.90,且失擬項 p > 0.05,表明模型擬合良好、可用于預(yù)測。


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微射流均質(zhì)對納米脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響

  • 粒徑:隨壓力和循環(huán)次數(shù)的增加而顯著減小;最高壓力(1500 bar)+ 6 次循環(huán)可得到 100.3 nm。油濃度升高會增大粒徑(長鏈油酸插入磷脂雙層),而卵磷脂濃度升高則使粒徑減小(形成更多囊泡)。

  • Zeta 電位:范圍為 ?32.1 ~ ?46.6 mV,處于高穩(wěn)定區(qū)間。壓力與循環(huán)次數(shù)的增加會削弱電位,可能因氧化或空氣混入。提高油濃度可維持更負(fù)的電位,推測與其抗氧化成分協(xié)同卵磷脂有關(guān)。

  • PdI:0.13–0.28,均 < 0.3,表明體系高度均一;循環(huán)次數(shù)增加可明顯降低 PdI。


超聲波對納米脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響

  • 粒徑:隨超聲時間延長和振幅增大而減??;10 min、100 % 振幅下可獲得 149.2 nm。油濃度升高同樣增大粒徑。

  • Zeta 電位:整體在 ?32.4 ~ ?55.9 mV 之間,處于高穩(wěn)定區(qū)。長時間超聲使電位絕對值減小,可能與空化產(chǎn)生的自由基促進(jìn)磷脂水解/氧化有關(guān)。

  • PdI:隨超聲時間和振幅增加而降低;更長的處理時間和更高振幅帶來的強(qiáng)空化作用有助于粒徑均勻化。


轉(zhuǎn)子-定子因子對納米脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響

  • 粒徑:隨轉(zhuǎn)速和處理時間增加而減?。蛔罡咿D(zhuǎn)速(25000 rpm)+ 4 min 可將粒徑降至 163.6 nm。油濃度和卵磷脂濃度對粒徑的影響趨勢與上述兩種技術(shù)一致。

  • Zeta 電位:范圍 ?27.3 ~ ?51.6 mV,整體仍屬高穩(wěn)定。

  • PdI:0.25–0.56,明顯高于前兩種技術(shù),說明粒徑分布較寬;提高轉(zhuǎn)速和時間可在一定程度上改善均一性。


納米脂質(zhì)體的優(yōu)化及貯藏物理穩(wěn)定性

通過 RSM 分別對三種技術(shù)進(jìn)行二次優(yōu)化:

  • 以粒徑、Zeta 電位絕對值和 PdI 最小化為目標(biāo);

  • 在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步最大化 HOPO 載量以考察其對穩(wěn)定性的影響。


將所得最優(yōu)配方于 4 °C 貯藏 35 d,每 7 d 取樣測定粒徑、Zeta 電位及 PdI(表 6)。


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粒徑變化:

  • MF 與 US 制備的樣品在整個貯藏期內(nèi)粒徑均 < 200 nm。

  • 高油載量 US 樣品的粒徑增幅最?。▋H 2.7 %),而 RS 高油樣品增幅最大(15.2 %)。


Zeta 電位變化:

  • 高油載量 MF 樣品電位絕對值下降較大(18.9 %);US 與 RS 樣品下降幅度更?。ā?26 %),表明高油濃度可在一定程度上提高電位穩(wěn)定性。


PdI 變化:

  • MF 與 US 樣品的 PdI 仍 < 0.3,保持高度均一;RS 樣品在高油載量時 PdI 升至 0.35,分布趨于不均。


透射電鏡(TEM)觀察

最優(yōu)條件下制備的納米脂質(zhì)體呈球形單層囊泡結(jié)構(gòu),粒徑與 DLS 結(jié)果一致,進(jìn)一步驗證三種技術(shù)均可獲得納米級脂質(zhì)體


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MicrographinTEM:A.Microfluidization,B.Ultrasound,C.Rotor-Statorall theimagespresentsphericalgeometrieswiththepresenceofmonolayer lipo somes.


MF 與 US 最優(yōu)脂質(zhì)體中 β-胡蘿卜素的含量

β-胡蘿卜素易受熱降解。

HPLC 結(jié)果顯示: 粗脂質(zhì)體懸浮液中 β-胡蘿卜素含量為 6.49 × 10?3 mg mL?1。 經(jīng)微射流處理后保留率 92.9 %(下降 7.09 %); 經(jīng)超聲處理后保留率 61.2 %(下降 38.83 %)。


表明微射流技術(shù)對 β-胡蘿卜素的破壞最小,可能與超聲局部瞬時高溫有關(guān)。


六、結(jié)論

采用響應(yīng)面法(RSM)對三種均質(zhì)技術(shù)——微射流(MF)、超聲(US)和轉(zhuǎn)子-定子(RS)——在包埋高油酸棕櫚油(HOPO)納米脂質(zhì)體制備中的工藝與配方進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化。

  • 微射流技術(shù) 在所考察范圍內(nèi)綜合表現(xiàn)最優(yōu),可獲得最小粒徑(≈ 100 nm)和最低多分散指數(shù)(PdI < 0.15),體系均一性最好。

  • 三種技術(shù)均能制備粒徑 < 200 nm 的納米脂質(zhì)體,均符合“納米脂質(zhì)體”定義。


通過優(yōu)化 HOPO 載量發(fā)現(xiàn),提高油含量可顯著提升脂質(zhì)體在 4 °C、35 d 貯藏過程中的物理穩(wěn)定性:

  • 微射流與超聲條件下,高油樣品的粒徑增長、Zeta 電位絕對值下降及 PdI 增幅均低于低油樣品。

  • 結(jié)果表明HOPO 中的抗氧化成分(如 β-胡蘿卜素)與磷脂雙分子層存在協(xié)同抗氧化作用,從而延緩脂質(zhì)體聚集與氧化降解。


微射流均質(zhì)處理整體解決方案

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參考文獻(xiàn)

[1]Juan David Beltrán, Ricaurte L , Estrada K B ,et al.Effect of homogenization methods on the physical stability of nutrition grade nanoliposomes used for encapsulating high oleic palm oil[J].LWT, 118[2025-08-09].DOI:10.1016/j.lwt.2019.108801.

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