均質(zhì)化技術(shù)對(duì)營(yíng)養(yǎng)級(jí)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

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(duì)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)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(chǔ)存穩(wěn)定性，在4℃條件下儲(chǔ)存35天后，含HOPO樣品的粒徑增長(zhǎng)幅度較對(duì)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：

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(yíng)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)出優(yōu)勢(shì)；超聲波技術(shù)則以設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉見長(zhǎng)；而轉(zhuǎn)子-定子技術(shù)則在處理高黏度體系時(shí)具有明顯優(yōu)勢(shì)。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(diǎn)考察微射流均質(zhì)、超聲波和轉(zhuǎn)子-定子三種技術(shù)對(duì)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(chǔ)存穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)比例混合。

水合過程

• 溫度控制：35℃恒溫?cái)嚢瑁?000 rpm，10 min）

• 水相添加：緩慢加入Milli-Q純水

• 初級(jí)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

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(gè)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(jì)的“時(shí)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(jì)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速（15000–25000 rpm）與處理時(shí)間（0.5–4 min）；2 °C 水循環(huán)系統(tǒng)控溫 < 35 °C。

五、結(jié)果與討論

1、均質(zhì)技術(shù)對(duì)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（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(shí)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(shí)間主導(dǎo)。

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

對(duì)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(xiàng) p > 0.05，表明模型擬合良好、可用于預(yù)測(cè)。

微射流均質(zhì)對(duì)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??；最高壓力（1500 bar）+ 6 次循環(huán)可得到 100.3 nm。油濃度升高會(huì)增大粒徑（長(zhǎng)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(huì)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(cè)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(duì)納米脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響

• 粒徑：隨超聲時(shí)間延長(zhǎng)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(zhǎng)時(shí)間超聲使電位絕對(duì)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(shí)間和振幅增加而降低；更長(zhǎng)的處理時(shí)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(duì)納米脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響

• 粒徑：隨轉(zhuǎn)速和處理時(shí)間增加而減??；最高轉(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(duì)粒徑的影響趨勢(shì)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(shí)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(duì)三種技術(shù)進(jìn)行二次優(yōu)化：

• 以粒徑、Zeta 電位絕對(duì)值和 PdI 最小化為目標(biāo)；
• 在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步大化 HOPO 載量以考察其對(duì)穩(wěn)定性的影響。

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

粒徑變化：

• MF 與 US 制備的樣品在整個(gè)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(duì)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(shí) PdI 升至 0.35，分布趨于不均。

透射電鏡（TEM）觀察

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(yàn)證三種技術(shù)均可獲得納米級(jí)脂質(zhì)體

MF 與 US 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(duì) β-胡蘿卜素的破壞最小，可能與超聲局部瞬時(shí)高溫有關(guān)。

六、結(jié)論

采用響應(yīng)面法（RSM）對(duì)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)優(yōu)，可獲得最小粒徑（≈ 100 nm）和低多分散指數(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(zhǎng)、Zeta 電位絕對(duì)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

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.