CN112602875A - 一种制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法属于食品添加剂的技术领域，包覆光敏剂的食品级纳米乳液的制备方法，是将光敏剂溶于中链甘油三酯中，乳化剂溶于去离子水中，两相混合后利用高速剪切‑高压均质技术制备成品乳液。本发明通过油相溶解光敏剂制备得纳米乳液，改善了部分光敏剂溶解性差，稳定性低的缺点。本发明使用高速剪切‑高压均质技术，技术方法可操作性高，可扩展性高，重现性高，是最适合工业应用的方法。本发明所涉及的原料均为食品级别，安全可食用，制备的纳米乳液可广泛应用于功能性食品或食品包装材料的开发。

Description

一种制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法
技术领域
本发明属于食品添加剂的技术领域，具体涉及一种利用高速剪切-高压均质技术制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的制备方法。
背景技术
光动力学灭活(PDI)是一种非热的光物理和光化学反应，需要氧气、可见光和光敏剂的存在。由于发光二极管(LED)具有可调的可见光波长、较高的使用安全性以及价格低廉等优势，使得光动力学灭活作为一种新型的食品保存机制受到广泛的关注。其灭活原理主要是光敏剂在可见光照射下会转化为激发态并促使活性氧的形成，例如单线态氧，通过该类物质可以氧化损伤微生物进而达到灭活微生物的目的。
中国发明专利申请201710660846.1涉及一类苯丙酚噻以及苯并吩硒嗪类光敏剂，其具有摩尔消光系数高、吸收波长在近红外区域、水溶性好、细胞毒性低、并且有良好的细胞膜穿透能力等优点。然而，该专利所设计的光敏剂仍然具有部分生物毒性，使其在实际应用中受到限制。
与以上光敏剂相比，本专利所涉及的光敏剂提取于生物，具有生物可及性好，毒性低等特性。但在实际应用中，其较低的水溶性，易降解性抑制了其应用与发展。本专利所涉及的油溶性光敏剂有姜黄素(CUR)、核黄素四丁酸酯(RTB)、竹红菌甲素(HA)等。
这几种光敏剂均不溶于水且在光照下会分解。因此改善这些光敏剂药物利用度的一个明显方法是使用纳米递送系统(例如聚合物纳米颗粒，胶束，脂质体，水凝胶，乳液等)，从而提高其水溶性，使其可以用于药物递送方向。据现有的文献论述，纳米乳液一直是包封并递送光敏剂的主要纳米载体系统。纳米乳液的平均半径在50至200纳米左右，由于其非常小的液滴尺寸而与常规乳液相比具有更高的稳定性。
纳米乳液的制备方法可分为高能量方法(例如高速混合、高压均质、高压微射流以及超声波震动)和低能量方法(例如自发相转化和微乳液稀释等)。低能量方法主要依赖于表面活性剂和油相的固有物理化学性质，通过简单的混合程序或改变系统条件(如温度或组成)形成纳米乳液。高能量方法利用高机械能的输入来破坏油相和水相的界面，从而形成小液滴。由于方法的可操作性强，可扩展性强，重现性强和高通量，高压均质化被指出是最适合工业应用的方法。
发明内容
本发明是为了解决油溶性光敏剂的上述问题，本发明利用高速剪切-高压均质技术制备出一种包覆有光敏剂的食品级纳米乳液，提高光敏剂在水溶液中的溶解性以及稳定性，使其可应用于食品的光动力灭活机制。
本发明的目的在于提供一种包覆光敏剂的食品级纳米乳液的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种延缓光敏剂降解、提高光敏剂溶解性的制备技术，其参考因素包括乳化剂类型和制备方法。
本发明所述的包覆光敏剂的食品级纳米乳液，是油溶性光敏剂被水溶性的乳化剂包覆(水包油)，形成的用于食品杀菌灭活的纳米级乳液。
本发明的包覆有光敏剂的食品级纳米乳液的技术方案如下。
一种制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，步骤有，
(1)制备负载光敏剂的有机油相：
将过量光敏剂添加到定量的中链甘油三酯(MCT)中，搅拌至完全溶解；再在离心机中44800～44900转/分钟离心10分钟，去除不溶沉淀，制得有机油相；所述的光敏剂，是姜黄素、核黄素四丁酸酯或竹红菌甲素；
(2)制备含有乳化剂的水相：
将乳化剂溶解于去离子水中，得到乳化剂浓度为2～2.4wt.％的水相；所述的乳化剂，是吐温80(T80)、十二烷基硫酸钠(SDS)、卵磷脂(LEC)、大豆分离蛋白(SPI)或司盘80(S80)；
(3)制备包覆有光敏剂的食品级水包油型纳米乳液：
将质量比为1∶8.5～9.5的有机油相和水相混合，经高速剪切制备得粗乳液，将粗乳液经高压均质制得包覆光敏剂的食品级纳米乳液。
进一步，乳化剂中，优选卵磷脂或司盘80。
进一步，步骤(1)中，所述的搅拌，可以是在60℃、1200转/分钟条件下搅拌3小时。
进一步，步骤(2)中，所述的乳化剂溶解于去离子水，具体方法是吐温80、十二烷基硫酸钠、卵磷脂和大豆分离蛋白是以1200转/分钟磁力搅拌2小时，司盘80是在60℃条件下1200转/分钟搅拌5～8小时。
进一步，步骤(3)中，所述的高速剪切，速率为5000转/分钟，时间为10分钟；所述的高压均质，压力为15000psi，进行15个循环。
最好控制有机油相占纳米乳液总质量的10％。
在步骤(1)到(3)中，所用原材料均为食品级，制备的成品乳液可用于食品行业。
结合上述的所有技术方案，与现有技术相比，本发明所具备的优点及积极效果为：
本发明成功将几种光敏剂包覆在液滴内部制备得到纳米乳液，提高了光敏剂的溶解性与稳定性。
本发明基于高速剪切-高压均质技术，技术方法可操作性高，可扩展性高，重现性高，是最适合工业应用的方法。
本发明制备的纳米乳液均采用食品级原料，安全性高，成本低廉，易于生产；产品不仅能够作为营养活性物质制品，还能作为油溶性活性物质的载体，广泛应用于功能性食品或食品包装材料的开发。
本发明制备的食品级纳米乳液具有较好热稳定性，在加热至120℃条件下仍能保持乳液状态而不破乳。本发明制备的食品级纳米乳液在光照条件下能够显著提高光敏剂的光稳定性，并根据乳化剂类别的不同，提供不同的稳定效果。
本发明制备的纳米乳液在合适的存储条件(室温黑暗)下能够保持稳定乳液状态，粒径增大不明显，且光敏剂包覆性好，存储14天还能够保持在70％以上。
附图说明
图1是本发明涉及的光敏剂结构图。
图2是本发明实施例提供的利用高速剪切-高压均质技术制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的制备方法流程图。
图3是本发明实施例1制备的姜黄素成品乳液的外观对比，从左到右乳化剂依次为：吐温80、司盘80、十二烷基硫酸钠、大豆分离蛋白、卵磷脂。制备得到的五种成品乳液颜色呈明黄色，这是由于包覆有姜黄素的原因。五种乳液样品均保持均一的状态，无分层或沉淀现象，说明制得的乳液稳定性良好。
图4是本发明实施例2制备的核黄素四丁酸酯成品乳液的外观对比，从左到右乳化剂依次为：吐温80、司盘80、十二烷基硫酸钠、大豆分离蛋白、卵磷脂。制备得到的五种成品乳液颜色呈明黄色，这是由于包覆有核黄素四丁酸酯的原因。五种乳液样品均保持均一的状态，无分层或沉淀现象，说明制得的乳液稳定性良好。
图5是本发明实施例3制备的竹红菌甲素成品乳液的外观对比，从左到右乳化剂依次为：吐温80、司盘80、十二烷基硫酸钠、大豆分离蛋白、卵磷脂。制备得到的五种成品乳液颜色呈淡红色，这是由于包覆有竹红菌甲素的原因。五种乳液样品均保持均一的状态，无分层或沉淀现象，说明制得的乳液稳定性良好。
图6是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在室温黑暗存储下的光敏剂包覆率随存储时间的变化。
图7是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在室温光照存储下的光敏剂包覆率随存储时间的变化。
图8是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在经过60℃热处理后的光敏剂包覆率变化。
图9是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在经过90℃热处理后的光敏剂包覆率变化。
图10是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在经过120℃热处理后的光敏剂包覆率变化。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有研究存在的问题，本发明提供了利用高速剪切-高压均质技术制备一种包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，下面结合附图对本发明做详细描述。
本发明涉及的光敏剂结构如图1所示。
如图2所示，本发明提供了一种利用高速剪切-高压均质技术制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，包括以下步骤：
S201，将过量光敏剂溶于中链甘油三酯中，并通过离心去除过量光敏剂。
S202，将五种乳化剂分别溶解于去离子水中，不同乳化剂溶解方式有差距。
S203，将油相和水相混合，经高速剪切制备得粗乳液，将粗乳液经高压均质后制得成品乳液。
下面结合具体实施例及实验对本发明进一步描述。
实施例1
1.将0.42g姜黄素溶解在100g中链甘油三酯中，然后在60℃加热条件下，以1200转/分钟的速度磁力搅拌3小时，使得姜黄素完全溶解在油相中。将油相置于离心机中，以44821转/分钟的条件离心10分钟，去除不溶沉淀。
2.将1g乳化剂溶解在44g去离子水中，其中吐温80、十二烷基硫酸钠、卵磷脂和大豆分离蛋白均以1200转/分钟磁力搅拌2小时即可，而司盘80需要加热至60℃条件下1200转/分钟搅拌5小时以上，使以上乳化剂完全溶解在水中。
3.取5g油相与45g水相混合，经过速率为5000转/分钟，时间为10分钟的高速剪切制备得粗乳液。再经过压力为15000psi高压均质过程，进行15个循环，制得成品乳液。
本实施例得到不同乳化剂制备的包覆有姜黄素的食品级纳米乳液，由图3可知，制备的乳液样品外观均一，没有破乳的现象。
图6是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在室温黑暗存储下的光敏剂包覆率随存储时间的变化。图7是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在7室温光照存储下的光敏剂包覆率随存储时间的变化。由图6可发现新鲜制备的乳液的姜黄素包覆比在80％以上，且在室温黑暗条件下存储14天后仍能保持70％以上的包覆率。由图7可发现经光照后的乳液姜黄素含量出现明显降低，但利用大豆分离蛋白或卵磷脂乳化形成的乳液的姜黄素降解率较低，在14天后能保持50％以上的包覆率。
图8、图9、图10分别是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在经过60℃、90℃、120℃热处理后的光敏剂包覆率。由图8、图9、图10可发现经过热处理后的乳液随处理温度与时间的不同，姜黄素呈现不同程度的降解。与乳液相比，纯油相(MCT+CUR)在60℃和90℃下的降解程度最大在20％～30％左右，而乳液降解率较低，基本保持了90％的包覆率。在120℃的加热条件下出现不同于之前的降解情况，由大豆分离蛋白(SPI)和十二烷基硫酸钠(SDS)稳定的乳液发生明显的姜黄素降解情况，而其他乳化剂对姜黄素的包覆性保持良好。
表1是本发明实施例1制备的姜黄素乳液在不同存储时间下的液滴各参数的变化。由表1可发现新鲜制备的乳液的液滴粒径保持在400纳米以内，粒径较小且分布集中。经过几天的存储后会出现粒径的增大和表面电位净值降低的现象，说明乳液的稳定性降低。其中除大豆分离蛋白稳定的乳液外，在存储7天内，乳液均不发生破乳现象。
表1
Figure BDA0002856510030000061
实施例2
1.将0.5g核黄素四丁酸酯溶解在100g中链甘油三酯中，然后在60℃加热条件下，以1200转/分钟的速度磁力搅拌3小时，使得核黄素四丁酸酯完全溶解在油相中。将油相置于离心机中，以44821转/分钟的条件离心10分钟，去除不溶沉淀。
2.将1g乳化剂溶解在44g去离子水中，其中吐温80、十二烷基硫酸钠、卵磷脂和大豆分离蛋白均以1200转/分钟磁力搅拌2小时即可，而司盘80需要加热至60℃条件下1200转/分钟搅拌5小时以上，使以上乳化剂完全溶解在水中。
3.取5g油相与45g水相混合，经过速率为5000转/分钟，时间为10分钟的高速剪切制备得粗乳液。再经过压力为15000psi高压均质过程，进行15个循环，制得成品乳液。
本实施例得到不同乳化剂制备的包覆有核黄素四丁酸酯的食品级纳米乳液，由图4可知，制备的乳液样品外观均一，没有破乳的现象。
实施例3
1.将0.1g竹红菌甲素溶解在100g中链甘油三酯中，然后在60℃加热条件下，以1200转/分钟的速度磁力搅拌3小时，使得竹红菌甲素完全溶解在油相中。将油相置于离心机中，以44821转/分钟的条件离心10分钟，去除不溶沉淀。
2.将1g乳化剂溶解在44g去离子水中，其中吐温80、十二烷基硫酸钠、卵磷脂和大豆分离蛋白均以1200转/分钟磁力搅拌2小时即可，而司盘80需要加热至60℃条件下1200转/分钟搅拌5小时以上，使以上乳化剂完全溶解在水中。
3.取5g油相与45g水相混合，经过速率为5000转/分钟，时间为10分钟的高速剪切制备得粗乳液。再经过压力为15000psi高压均质过程，进行15个循环，制得成品乳液。
本实施例得到不同乳化剂制备的包覆有竹红菌甲素的食品级纳米乳液，由图5可知，制备的乳液样品外观均一，没有破乳的现象。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所做得任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，步骤有，
(1)制备负载光敏剂的有机油相：
将过量光敏剂添加到定量的中链甘油三酯中，搅拌至完全溶解；再在离心机中44800～44900转/分钟离心10分钟，去除不溶沉淀，制得有机油相；所述的光敏剂，是姜黄素、核黄素四丁酸酯或竹红菌甲素；
(2)制备含有乳化剂的水相：
将乳化剂溶解于去离子水中，得到乳化剂浓度为2～2.4wt.％的水相；所述的乳化剂，是吐温80、十二烷基硫酸钠、卵磷脂、大豆分离蛋白或司盘80；
(3)制备包覆有光敏剂的食品级水包油型纳米乳液：
将质量比为1∶8.5～9.5的有机油相和水相混合，经高速剪切制备得粗乳液，将粗乳液经高压均质制得包覆光敏剂的食品级纳米乳液。
2.根据权利要求1所述的制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，其特征在于，所述的乳化剂，是卵磷脂或司盘80。
3.根据权利要求1或2所述的制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的搅拌，是在60℃、1200转/分钟条件下搅拌3小时。
4.根据权利要求1或2所述的制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述的乳化剂溶解于去离子水，具体方法是吐温80、十二烷基硫酸钠、卵磷脂和大豆分离蛋白是以1200转/分钟磁力搅拌2小时，司盘80是在60℃条件下1200转/分钟搅拌5～8小时。
5.根据权利要求1或2所述的制备包覆光敏剂的食品级纳米乳液的方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的高速剪切，速率为5000转/分钟，时间为10分钟；所述的高压均质，压力为15000psi，进行15个循环。
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