張永康，胡江宇，歐陽(yáng)輝，沈國(guó)勵(lì)，陳功錫，王曉京力

(1.吉首大學(xué)植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 吉首 416000；2.湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410082；3.湖南省獼猴桃產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心，湖南 吉首 416000 )

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獼猴桃亞麻酸油納米乳劑的制備工藝

張永康1，胡江宇1，歐陽(yáng)輝1，沈國(guó)勵(lì)2，陳功錫1，王曉京力3

(1.吉首大學(xué)植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 吉首 416000；2.湖南大學(xué)化學(xué)生物傳感與計(jì)量學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410082；3.湖南省獼猴桃產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心，湖南 吉首 416000 )

利用自身研制的具有一定pH值的復(fù)合乳化劑，采用高速剪切乳化或納米高壓均質(zhì)技術(shù)對(duì)獼猴桃亞麻酸油進(jìn)行分散或均質(zhì)，使獼猴桃亞麻酸形成具有納米尺度的穩(wěn)定的水包油顆粒，再運(yùn)用納米粒度及Zeta電位儀對(duì)其進(jìn)行納米粒徑表征.以粒徑小、穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)為主要考察指標(biāo)，得到制取獼猴桃亞麻酸油納米乳劑的最佳工藝條件為乳化劑4 g，獼猴桃亞麻酸油4 mL，制備液體積200 mL，9 000 r/min剪切乳化20 min或150 MPa左右高壓均質(zhì)循環(huán)2次.研究結(jié)果表明，在最佳工藝條件下平均粒徑為(60±10)nm，剪切乳化穩(wěn)定時(shí)間約1.5 a，高壓均質(zhì)穩(wěn)定時(shí)間達(dá)2 a以上，滿足制藥和保健品的需要.

納米乳劑；獼猴桃；亞麻酸油；水包油；剪切乳化；高壓均質(zhì)

亞麻酸具增長(zhǎng)智力、保護(hù)視力、降低血壓和膽固醇、延緩衰老、抗過(guò)敏、抑制癌癥的發(fā)生和轉(zhuǎn)移等功效[1-2].然而，亞麻酸在人體內(nèi)不能合成，必須從體外攝取.人體一旦長(zhǎng)期缺乏亞麻酸，將會(huì)導(dǎo)致腦器官、視覺(jué)器官的功能衰退和老年性癡呆發(fā)生，并引發(fā)高血脂、高血壓、癌癥等病變.國(guó)外將亞麻酸作為藥物和食品添加劑來(lái)預(yù)防和治療心血管疾病、癌癥等，國(guó)內(nèi)也有這方面的藥品和功能性食品出售.

獼猴桃果仁油富含亞麻酸，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60%以上.湖南省湘西老爹生物有限公司利用超臨界流體萃取技術(shù)，從獼猴桃種子中提取亞麻酸油，用亞麻酸油制成獼猴桃果仁油軟膠囊.經(jīng)功能性試驗(yàn)驗(yàn)證，該軟膠囊具有比較明顯的降血脂、降血壓、預(yù)防癌變、改善心血管疾病、提高腦神經(jīng)功能等保健功能[3]，已被國(guó)家衛(wèi)生部授予“國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品”稱號(hào).但是，人體對(duì)軟膠囊狀態(tài)的獼猴桃果仁油，其亞麻酸的吸收率僅為所攝入亞麻酸總量的15%～25%(下文中百分?jǐn)?shù)均為質(zhì)量分?jǐn)?shù))，絕大部分隨著糞便排出去了.這不僅造成了資源的極大浪費(fèi)，而且大大影響了服用效果，不利于產(chǎn)品的優(yōu)化升級(jí)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng).研究證明，當(dāng)分散相粒徑達(dá)到50～100 nm時(shí)，藥物的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制將會(huì)發(fā)生質(zhì)的轉(zhuǎn)變.在油狀液體藥物制備成納米級(jí)脂質(zhì)分散體后，其主要吸收方式為胞飲作用[4-5].這種吸收方式可使藥物更易進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，發(fā)揮其作用.將獼猴桃亞麻酸油做成納米級(jí)的脂質(zhì)分散體后，由于分子粒徑減小，人體對(duì)其吸收將暢通無(wú)阻[6-8].將它進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成針劑，直接用于臨床，進(jìn)行靜脈或肌肉注射，調(diào)節(jié)血脂和延緩衰老的功效提高數(shù)十甚至上百倍以上.筆者采用剪切乳化技術(shù)和高壓均質(zhì)納米技術(shù)對(duì)獼猴桃亞麻酸油納米乳劑的制備工藝進(jìn)行了相關(guān)研究.

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑和材料

(1)儀器.超臨界流體萃取裝置(中國(guó)南通HA221-50-12)；納米粒度及Zeta電位儀(英國(guó)DTS5301)；超高壓納米均質(zhì)機(jī)(加拿大艾維斯汀Emulsiflex-C50)；高速剪切乳化攪拌機(jī)(上海標(biāo)本模型廠JRJ)；電熱鼓風(fēng)干燥箱；水浴鍋；冰箱.

(2)試劑.自身研制的具有一定pH值的混合乳化劑(無(wú)毒、無(wú)害、可降解且具有保健功效)；CO2(食品級(jí)，純度大于99.5%)；純凈水或去離子水；調(diào)味劑等.

(3)材料.獼猴桃果籽由湖南湘西老爹生物有限公司提供.將獼猴桃果籽粉碎至30～40目，處理過(guò)后，采用電熱鼓風(fēng)進(jìn)行干燥，物料溫度控制在45～50 ℃，干燥后含水量控制在3%以下，備用.

1.2 獼猴桃亞麻酸油的制備

稱取600 g處理好的獼猴桃果籽，在萃取壓力30 MPa、萃取溫度45℃、分離溫度30 ℃、萃取時(shí)間1.75 h的條件下進(jìn)行超臨界CO2流體萃取，開(kāi)啟精餾柱，收集最底層的精餾柱的餾分，經(jīng)過(guò)脫水、過(guò)濾處理后可得到含亞麻酸60%以上[9]的獼猴桃亞麻酸油.

1.3 納米乳劑的配制和納米粒徑的表征

稱取一定量的乳化劑，用80 ℃的去離子水在恒溫水浴鍋中溶解成糊狀并充分?jǐn)嚢?取一定量的獼猴桃亞麻酸油和適量水混合攪拌，加入上述處理好的乳化劑適量并攪拌，加水定容至200 mL并攪勻.用高速剪切乳化攪拌機(jī)剪切乳化3～30 min或在一定壓力下進(jìn)行高壓均質(zhì)，得到乳白色的獼猴桃果仁油納米乳劑.將制得的獼猴桃亞麻酸油納米乳劑用納米粒度及Zeta電位儀進(jìn)行納米粒徑表征(以平均粒徑小為佳)，并置于室溫下考量其穩(wěn)定時(shí)間(以穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)為佳).

2 結(jié)果與討論

2.1 剪切乳化工藝

剪切乳化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域.亞麻酸為十八碳三烯酸，是一種多不飽和脂肪酸.亞麻酸因其高度不飽和性，極易被氧化而失去保健功能.在剪切乳化或高壓均質(zhì)過(guò)程中均產(chǎn)生大量的熱量，若不及時(shí)除去，其熱量勢(shì)必對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生較大影響.筆者采用冰水浴冷卻的方法，簡(jiǎn)便易行，效果令人滿意.

混合乳化劑由湖南大學(xué)、吉首大學(xué)和湖南省獼猴桃產(chǎn)業(yè)化工程技術(shù)研究中心聯(lián)合研制，該乳化劑無(wú)毒、無(wú)害，具有抗氧化、防腐功能，穩(wěn)定性好，是一種很好的乳化劑和保健食品，已獲國(guó)家專利[10].

剪切乳化條件下，當(dāng)每次制備液的體積為200 mL時(shí)，影響獼猴桃亞麻酸油納米乳劑平均粒徑和穩(wěn)定時(shí)間的因素，包括乳化劑和獼猴桃亞麻酸油的用量、剪切時(shí)間和剪切速度.

圖1 不同配比下乳化劑與亞麻酸油用量對(duì)乳劑粒徑的影響

2.1.1 乳化劑和亞麻酸油用量的影響 乳化劑與亞麻酸油的配比及總量均對(duì)產(chǎn)品的粒徑和穩(wěn)定性有較大影響.理論上要求制備的乳劑的濃度盡可能地大，粒徑盡可能地小，穩(wěn)定性盡可能地好.一般來(lái)說(shuō)，在乳液或膠體體系中，粒徑越小，穩(wěn)定性也越好.然而，當(dāng)乳劑增大時(shí)，單位體積內(nèi)的粒子數(shù)增多，碰撞的幾率增大.乳劑中的粒子均為帶電荷的顆粒，當(dāng)正負(fù)粒子相撞時(shí)會(huì)出現(xiàn)聚沉、破乳.乳化劑和亞麻酸油的配比也類似.乳化劑過(guò)多將引起乳劑濃度增大，不利于穩(wěn)定；乳化劑過(guò)少，無(wú)法將乳液中亞麻酸完全包裹住而出現(xiàn)破乳，同樣不利于穩(wěn)定.因此，需要尋找一個(gè)最佳的用量和配比.取一定量的乳化劑和亞麻酸油按照1.3節(jié)進(jìn)行處理，在轉(zhuǎn)速為10 000 r/min的條件下剪切乳化30 min，再取適量乳液進(jìn)行納米粒徑表征，亞麻酸油1 mL代表1 g.表征結(jié)果見(jiàn)圖1.

由試驗(yàn)結(jié)果可知，所制備乳劑的平均粒徑與乳化劑、亞麻酸油的用量基本上是成正比的，這可能是由于隨著所用原料的增多產(chǎn)品濃度增大，溶液中的微粒相互碰撞并團(tuán)聚在一起的幾率增大，當(dāng)所用總量增大到20 g以上時(shí)，乳液則為不穩(wěn)定體系.當(dāng)乳化劑與亞麻酸的配比逐漸增大時(shí)，乳液的粒徑變化也很明顯.當(dāng)配比較低時(shí)，粒徑較大，體系也較不穩(wěn)定，這與乳化劑用量較少，無(wú)法將亞麻酸油完全包裹并形成穩(wěn)定的水包油顆粒有關(guān).隨著配比的增大，當(dāng)配比為1∶1時(shí)表面活性劑即乳化劑剛好能將亞麻酸油完全包裹平均粒徑最小，穩(wěn)定性也最好；當(dāng)乳化劑出現(xiàn)過(guò)剩時(shí)，乳液中粒子的粒徑反而增大，不利于乳液的穩(wěn)定.既考慮到乳液的濃度、使每毫升的亞麻酸載藥量最大，又考慮到使乳液的粒徑盡可能地小、乳化劑用量盡可能地少，故以乳化劑和亞麻酸油的配比1∶1、總量8 g為最佳.

2.1.2 剪切時(shí)間的影響 取4 g乳化劑和4 g亞麻酸油按照1.3節(jié)進(jìn)行處理，在轉(zhuǎn)速為10 000 r/min的條件下剪切乳化.取適量乳液進(jìn)行納米粒徑表征，并測(cè)試其穩(wěn)定性.剪切時(shí)間對(duì)納米乳劑粒徑的影響見(jiàn)圖2.

圖2 剪切乳化時(shí)間對(duì)乳液粒徑的影響

當(dāng)剪切乳化時(shí)間超過(guò)5 min后，剪切乳化時(shí)間的延長(zhǎng)對(duì)乳液粒徑降低不明顯，粒徑大小整體維持在60 nm的水平；當(dāng)剪切乳化時(shí)間在5 min以內(nèi)時(shí)，粒徑變化十分明顯，提示剪切時(shí)間不能低于5 min.通過(guò)長(zhǎng)期觀測(cè)，剪切時(shí)間在5～20 min時(shí)穩(wěn)定性有較大變化，整體上隨著剪切乳化時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)，在剪切乳化時(shí)間達(dá)到20 min時(shí)穩(wěn)定性最好，穩(wěn)定時(shí)間在1.5 a以上；剪切乳化時(shí)間在20～30 min時(shí)，隨著時(shí)間的增多穩(wěn)定性無(wú)明顯增強(qiáng).因此，考慮到乳劑的穩(wěn)定性和粒徑，剪切乳化時(shí)間選定20 min為宜.

2.1.3 剪切速度的影響 取乳化劑和亞麻酸油各4 g按照1.3節(jié)進(jìn)行處理，在不同的轉(zhuǎn)速下剪切乳化20 min，考察剪切乳化速度對(duì)納米乳劑粒徑和穩(wěn)定性的影響，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3，4.

圖3 剪切乳化速度對(duì)乳液粒徑的影響

圖4 剪切乳化速度對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響

剪切速度在4 000～9 000 r/min變化時(shí)，無(wú)論是對(duì)乳液的穩(wěn)定性還是粒徑大小都有較大影響，總體上隨著轉(zhuǎn)速的增加，粒徑減小、乳液穩(wěn)定性增強(qiáng).乳液的粒徑減小時(shí)穩(wěn)定性也隨之增強(qiáng)，這與前面所述是一致的.剪切速度大于9 000 r/min時(shí)，剪切速度的增大對(duì)乳液的粒徑減小和穩(wěn)定性增強(qiáng)均不明顯，反而使乳液的發(fā)熱量和能耗增大，因此9 000 r/min為最佳的剪切速度.

2.2 高壓均質(zhì)工藝

高壓均質(zhì)是一種制備超細(xì)液-液乳化液或液-固分散物的通用設(shè)備，廣泛應(yīng)用于食品、化工、制藥、輕工、生物工程等行業(yè)的生產(chǎn)和科研領(lǐng)域.

高壓均質(zhì)機(jī)工作時(shí)，物料的加工是在均質(zhì)閥里進(jìn)行的，并在高壓下進(jìn)入調(diào)節(jié)間隙的閥件時(shí)，物料獲得極高的流速(200～300 m/s)，從而在均質(zhì)閥里形成一個(gè)巨大的壓力下跌，湍流和剪切的多種作用下將原先比較粗糙的乳濁液或懸浮液加工成極細(xì)微分散、均勻、穩(wěn)定的液-液乳化物或液-固分散物.

試驗(yàn)證明，剪切乳化工藝中乳化劑、獼猴桃亞麻酸油的總量和配比與高壓均質(zhì)工藝效果是一致的，即當(dāng)乳化劑和獼猴桃亞麻酸油各為4 g時(shí)，效果最佳.

高壓均質(zhì)時(shí)，在相同循環(huán)次數(shù)下壓力取60，100，140，180 MPa，結(jié)果發(fā)現(xiàn)壓力取140 MPa時(shí)，分散效果和物理穩(wěn)定性較佳；繼續(xù)增加壓力，分散效果和物理穩(wěn)定性并無(wú)明顯改善.在壓力等于140 MPa時(shí),分別循環(huán)2，4，6次，結(jié)果表明，循環(huán)2次時(shí)粒徑達(dá)60 nm左右(圖5)，穩(wěn)定時(shí)間達(dá)2 a以上；循環(huán)2，4次的樣品，粒徑和穩(wěn)定性沒(méi)有太大的區(qū)別，且在循環(huán)6次時(shí)，粒徑有增大的趨勢(shì).因此,確定均質(zhì)壓力為140 MPa，循環(huán)次數(shù)為2次.

通過(guò)高壓均質(zhì)后的獼猴桃亞麻酸油納米乳劑與剪切乳化后的乳劑相比，具有較高的穩(wěn)定性和產(chǎn)品品位，能夠進(jìn)行連續(xù)操作，提高產(chǎn)品保存質(zhì)量等.其缺點(diǎn)是對(duì)設(shè)備要求較高，價(jià)格昂貴，且目前國(guó)內(nèi)尚無(wú)合適的設(shè)備，在高壓均質(zhì)過(guò)程中熱量無(wú)法散發(fā)導(dǎo)致部分亞麻酸氧化.

圖5 獼猴桃亞麻酸油納米乳劑粒徑分布

3 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用納米粒度及Zeta電位儀對(duì)獼猴桃亞麻酸顆粒進(jìn)行納米粒徑表征，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)和分析，得到制取獼猴桃亞麻酸油納米乳劑的最佳工藝條件：乳化劑4 g，獼猴桃亞麻酸油4 mL，制備液體積200 mL(亞麻酸的載藥量為12 g/L)，9 000 r/min剪切乳化20 min或140 Mpa左右高壓均質(zhì)循環(huán)2次.在此最佳工藝條件下，平均粒徑達(dá)(60±10)nm(圖5)，剪切乳化工藝生產(chǎn)的獼猴桃亞麻酸油納米乳劑穩(wěn)定時(shí)間約1.5 a，高壓均質(zhì)技術(shù)得到的獼猴桃亞麻酸油納米乳劑穩(wěn)定時(shí)間達(dá)2 a以上，滿足制藥和生產(chǎn)保健食品的需要.

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(責(zé)任編輯 陳炳權(quán))

Preparing Technology of Nanoemulsion with Kiwi Linolenic Acid Oil

ZHANG Yongkang1，HU Jiangyu1，OUYANG Hui1，SHEN Guoli2，CHEN Gongxi1,WANG Xiaoqing3

(1. University Key Laboratory of Plant Resources Conservation and Utilization(Hunan Province)，Jishou University，Jishou 416000，Hunan China；2.State Key Laboratory of Chemo/Biosensing and Chemometrics,Hunan University,Changsha 410082，China;3.Hunan Kiwi Engineering and Industrialization Research Center,Jishou 416000,Hunan China)

Kiwi linolenic acid oil has been dispersed to form stable nano-scaled oil-in-water particulates with the independently-prepared compound emulsifier with definite pH through high speed shearing，emulsification and high pressure homogenizing technique.According to the nano granularity,the particulate diameter has been represented by Zeta.The results showed that with 4 g emulsifier,4 mL Kiwi linolenic acid oil,200 mL preparation solution,9 000 r/min shearing and emulsification for 20 min or two times of 150 MPa high pressure homogeneity circulation,the average minimum particulate diameter was (60±10)nm and the average maximum stable durations for shearing and emulsification and for high pressure homogeneity were 1.5 a and more than 2 a respectively. Such technological condition is the optimum and can satisfy pharmacy and health food industry.

nanoemulsion；kiwi；linolenic acid oil；oil-in-water；shearing and emulsification；high pressure homogenization

1007-2985(2015)04-0059-05

張永康(1939—)，男，浙江杭州人，吉首大學(xué)植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授，博士生導(dǎo)師，主要從事植物化學(xué)及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)研究.

TQ460.6

B

10.3969/j.issn.1007-2985.2015.04.015