維生素E納米乳液的制備及理化性質研究

白禮濤, 李強明, 羅建平, 查學強

(合肥工業大學 食品與生物工程學院,安徽 合肥 230601)

維生素E (vitamin E,VE)具有抗氧化活性,是維持人類和其他動物健康的必需微量營養素[1],其最重要的生物活性形式是α-生育酚,常用于食品和其他商業產品[2]。VE是一種脂溶性化合物,其水溶性低,對氧氣、光及熱敏感,化學穩定性差,生物利用率較低[3]。因此,開發一種輸送系統將VE載入水基質產品中,對機體提高VE生物利用率具有重要意義。

乳液是一類對營養素進行包載和遞送的重要系統。根據粒徑大小,乳液主要分為大于200 nm的普通乳液和小于200 nm的納米乳液[4]。其中納米乳液是一種動態的穩定體系,能夠有效減小布朗運動和地球引力對乳液穩定性的影響[5],已廣泛應用于功能性脂肪酸、營養素的傳遞。本文使用乳清分離蛋白(whey protein isolate,WPI)與蓮藕支鏈淀粉(lotus root amylopectin,LRA)制備形成的復合物為乳化劑,制備穩定的水包油型納米乳液,研究不同粒徑乳液對包載VE的物理化學穩定性和生物利用率的影響。

1 材料與方法

1.1 材料

無花藕,采購于合肥大興農產品批發市場;VE(德國巴斯夫(BASF)公司);異丙醇與異辛烷(國藥集團化學試劑有限公司);色譜級甲醇(美國TEDIA試劑公司);超純水(杭州娃哈哈集團有限公司)。

1.2 儀器

Agilent 1260 高效液相色譜儀(美國安捷倫(Agilent)科技有限公司)、79HW-1恒溫磁力攪拌器(常州國宇儀器制造有限公司)、FD-1D-80真空冷凍干燥機(北京博醫康實驗儀器有限公司)、AL104電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司)、Nano-Zs90型納米粒度及Zeta電位分析儀(英國Malvern儀器有限公司)、DHG-9070A 電熱恒溫鼓風干燥箱。

1.3 實驗方法

(1) WPI-LRA復合物乳化劑的制備。將一定質量比的WPI與LRA粉末混合,在蒸餾水中完全溶解后冷凍干燥,干燥后的粉末放置在底部盛有飽和KI溶液的干燥器中反應13.6 h,得到WPI-LRA復合物[6],樣品放置在4 ℃冰箱中備用。

(2) 乳液制備。將WPI-LRA復合物分散于水中,攪拌3 h得到1%的溶液;VE(質量分數為0.1%)在50 ℃水浴鍋中加熱溶解在大豆油中,冷卻至室溫保證完全溶解;再將包含VE的大豆油與乳化劑溶液混合后在10 000 r/min下高速均質1 min,得到普通乳液(樣品編號為1號),然后在10、40、70、105 MPa壓力下高壓均質7次得到不同粒徑的乳液[7]。在高壓均質制作樣品過程中,冷卻水系統溫度設定為15 ℃,乳液制成后加入疊氮化鈉(w(NaN3)=0.02%)抑制微生物的生長。

(3) 乳液粒徑測量。室溫下使用動態光散射儀測定乳液平均粒徑,測量前使用pH=7.0、濃度為8 mmol/L 磷酸緩沖液將乳液稀釋至透明,以避免多次散射效應。

(4) 乳液微觀結構觀察。乳液制備完成后,取1滴新鮮制備的乳滴放置在載玻片上,用400倍普通光學顯微鏡觀察并拍照。

(5) 乳液中VE的提取與測定。將異丙醇和異辛烷按體積比1∶3配制成提取溶劑。取1 mL乳液,并向其加入5 mL提取溶劑充分混合后,在2 000 r/min下離心10 min,取1 mL上清液于EP管后置于-80 ℃冰箱凍干,并通過真空干燥機干燥備用[8]。

采用高效液相色譜法(high performance liquid chromatography, HPLC)測定樣品中VE的質量濃度[9]。實驗所用色譜條件如下:色譜柱為Extend-C18(150 mm×4.6 mm,5 μm),流動相為甲醇-雙蒸水(體積比為95∶5),柱溫30 ℃,流速1.0 mL/min,進樣量20 μL,檢測波長284 nm。

(6) 體外消化脂質分解程度測定。采用兩步法模擬人體胃腸液測定VE水包油型乳液消化程度[10]。在胃階段,模擬胃液(3.2 g/L胃蛋白酶,0.15 mol/L NaCl)加水定容至1 L,用1.0 mol/L 的HCl調節pH=2.0后在37 ℃恒溫搖床上(100 r/min)孵育2 h。

在腸階段,取10 mL胃階段消化后的溶液于燒杯中,37 ℃恒溫水浴培養10 min,然后立即用0.1 mol/L NaOH溶液調節pH=7.0;加入模擬腸液(1.0 g/L胰酶,20 g/L膽汁鹽,10 mmol/L CaCl2)后于37 ℃恒溫水浴孵育2 h。由于脂解作用,溶液酸度增加,每隔一段時間添加0.25 mol/L NaOH維持pH=7.0,記錄各個時間點添加NaOH的體積。脂質分解率(P)計算公式[11]為:

(1)

其中:V(NaOH)為添加的NaOH的體積;c(NaOH)為NaOH的濃度;M為甘油三脂的摩爾質量。M計算公式為:

(2)

其中:56 g/mol 為NaOH的摩爾質量;193為大豆油的皂化值。

(7) VE乳液生物利用率測定。體外模擬胃腸消化后,將消化液離心(4 000 r/min,1.0 h),抽取出膠束相(在固體和油之間),用0.22 μm過濾器過濾,并冷凍干燥。測量時,使用甲醇溶解,參照上述HPLC測定方法測定VE質量濃度[12],VE的生物利用率(Q)計算公式為:

(3)

其中:ρ膠束為消化后膠束中VE的質量濃度;ρ初始為初始加入VE的質量濃度。

1.4 數據分析

所有實驗均重復3次,數據取平均值±標準差,采用SPASS數據處理軟件進行分析處理。

2 結果與討論

2.1 水包油型VE乳液粒徑變化與乳液微觀形態

不同均質壓力和均質次數下的乳液粒徑大小如圖1所示。由圖1可知,隨著均質壓力和均質次數提高,乳液粒徑越來越小。當均質次數達到7次,隨著均質壓力從10 MPa增加到105 MPa,乳液平均粒徑從280 nm減小到126 nm,這是均質機高頻震蕩的結果。乳液是一類動力學不穩定體系,導致乳液不穩定的因素主要有絮凝、聚結、奧氏熟化等。而納米乳液是一類粒徑很小的液滴(d< 200 nm),乳液液滴不易發生凝聚。

文獻[13]使用乳清蛋白為乳化劑,得到了粒徑小于100 nm的水包油乳液,乳液穩定性較好。

在光學顯微鏡下,乳液液滴類似小球。乳液微觀結構圖如圖2所示。

從圖2可以看出,均質壓力越大,液滴粒徑越小,均質次數越多,液滴粒徑也越小,進一步證實了2.1節的結果。

圖1 不同均質壓力和均質次數下乳液粒徑大小

圖2 3種均質壓力、3種均質次數下的乳液微觀結構

2.2 儲存時間對VE氧化穩定性的影響

脂溶性VE對光、氧氣敏感[3],不同乳液粒徑對乳液中VE保留率的影響如圖3所示。

圖3 30 d內VE保留率變化

圖3中, 1～6號乳液粒徑分別為 15 594、385、335、230、 173、126 nm。研究發現,2號乳液VE的保留率最高,5號、6號乳液VE的保留率略低于2號、3號乳液。這是因為脂溶性VE保留率主要取決于水包油型乳液體系中溶解氧的含量,其含量越多,VE保留率越低。文獻[13]研究發現,納米乳液中的溶解氧高于普通乳液。但是5號、6號納米乳液相對于1號不經高壓均質的乳液,VE的保留率仍然很高。1號粗乳液粒徑最大,其VE的保留率最低,這是因為隨著儲存時間增加,乳液發生了凝聚和乳清蛋白抗氧化能力的缺失。

2.3 乳液粒徑對脂質分解的影響

乳液粒徑對乳液脂質分解的影響如圖4所示。從圖4可以看出,粒徑對脂質分解影響顯著,1號和2號乳液粒徑相差較大,脂質分解率變化顯著。6號乳液粒徑最小,脂質分解率最高,達到75.4%。文獻[14]研究發現,脂質分解速率隨著脂質表面積增大而增大。納米乳滴除了具有較大的表面積外,同時具有較高的界面張力,更易達到脂肪酶消化的最佳界面張力,有利于加快脂質分解速率,同時對溶解在脂質中VE的消化吸收也具有促進作用。

圖4 乳液粒徑對乳液脂質分解的影響

2.4 乳液粒徑對VE生物利用率的影響

乳液粒徑對VE生物利用率的影響如圖5所示。

圖5 乳液粒徑對VE生物利用率的影響

從圖5可以看出,乳液粒徑對VE生物利用率有顯著影響。當粒徑為126、173 nm(對應樣品編號為6號、5號)時,VE利用率分別達到75.0%、66.7%。其他3種普通粒徑乳液對VE的生物利用率相比于5號和6號納米乳液有所降低。有研究表明,普通乳液液滴因具有較小的表面積和較厚的吸附蛋白界面層[14],導致脂肪酶進入液滴表面的機率減少,進而影響VE的分解利用。從圖5可以看出,VE生物利用率與粒徑大小成線性反比關系,粒徑越小,VE生物利用率越大。

3 結 論

本文對不同粒徑VE乳液氧化穩定性、生物利用率等進行測定,發現相對于大粒徑乳液,較小粒徑的水包油型乳液具有較好的穩定性和較高的生物利用率,這為應用納米乳液包載VE,提高機體對其吸收提供了實驗證據。