CN116803298A - 一种基于超声乳化技术的稳态南极磷虾油纳米乳液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于超声乳化技术的稳态南极磷虾油纳米乳液及其制备方法。本发明以Hi‑CAP100作为壁材，吐温‑80作为表面活性剂，向PBS缓冲液中加入壁材和表面活性剂，充分溶解后得到水相，将南极磷虾油溶于水相中，经过高速剪切和超声乳化后得到纳米乳液。本发明通过配方优化和采用高速剪切和超声乳化相结合的技术制备的纳米乳粒径更小，更加稳定，对南极磷虾油的腥味有一定的掩盖。
Description
技术领域
本发明属于食品领域，涉及一种基于超声乳化技术的稳态南极磷虾油纳米乳液及其制备方法。
背景技术
南极磷虾生活在南极水域，是一种甲壳类浮游动物，拥有约50亿吨的巨大储量，是地球上最重要的海洋生物资源之一。南极磷虾油来源于南极磷虾，含有磷脂、虾青素、Omega-3脂肪酸和许多其他生物活性成分，尤其富含磷脂型二十碳五烯酸(EPA)(23.65％～28.10％)和二十碳六烯酸(DHA)(16.71％～21.03％)，而甘油三酯型EPA(2.83％～3.48％)和DHA(1.40％～1.74％)则含量较少。许多研究表明，磷虾油有利于机体健康，例如：改善人类大脑功能，减少心血管风险，控制经前综合征，以及减少慢性炎症等。因此，磷虾油可以被认为是具有促进健康价值的脂质的潜在来源，其生物利用度显著高于鱼油，是理想的功能性食品。然而，南极磷虾油具有腥味重、易氧化、水溶性差、粘度高、色泽深等缺点，成为了限制其发展的瓶颈问题，难以被消费者所接受。目前已经有许多关于南极磷虾油纳米乳液、微乳液、脂质体、微胶囊及油粉等相关磷虾油稳定化技术的研究报道，主要针对磷虾油加工工艺的创新与改进，可以大大拓宽磷虾油在食品、保健品行业中的应用。
专利文献1(CN 107874257 B，发明名称为“高包埋率小粒径南极磷虾油纳米粒的制备方法”)公开了一种南极磷虾油纳米粒的制备方法。该方法以酪蛋白酸钠、阿拉伯胶及吐温-20的混合作为稳定剂，加入磷酸盐缓冲液溶解，即得水相；将南极磷虾油溶解在二氯甲烷与丙酮的混合溶剂中得到油相；将油相倒入水相中，得到粗纳米乳液；将粗纳米乳液匀浆、高压均质，最后在真空状态下除去乳液中的有机溶剂，即得纳米乳；将得到的纳米乳进行真空干燥，即得高包埋率小粒径南极磷虾油纳米粒。该方法通过调控乳化液高压均质过程的循环压力，提高了南极磷虾油纳米粒的形态均一性及包埋率，降低了纳米粒的粒径尺寸。但在纳米乳制备过程中使用了二氯甲烷与丙酮的有机溶剂，不利于食品的安全性。且高压均质技术在高能乳化过程中极有可能会破坏颗粒，使易碎的颗粒或聚集体变形或不稳定，导致液滴尺寸分布较宽，且能耗大、运行成本高、所需样品量较大、样品损耗量也相对较大，设备清洗困难。
专利文献2(CN 115251391 A，发明名称为“南极磷虾油纳米乳液、微胶囊及其制备方法”)公开了一种纳米乳液的制备方法。该方法以花生蛋白、β-环糊精作为壁材，向水中加入花生蛋白、β-环糊精，充分溶解后得到水相，然后加入南极磷虾油，高速分散，得乳液；对乳液进行高压微射流处理，压力为70～90MPa，处理次数为3次，即得纳米级南极磷虾油乳液。该方法制备出的乳液稳定性好，虾青素保留率高，磷脂的氧化稳定性好；对南极磷虾油的不良风味有非常好的遮蔽效果，风味独特，口感细腻，鲜味浓郁，腥味淡，可食性佳。但其纳米乳的制备工艺较为复杂，耗时较长，且纳米乳粒径较大。高压微射流法虽是一种逐滴技术，可用于制备食品级材料稳定乳液。然而微流化存在液滴与通道之间相互作用的风险，且对液体有较高的粘度的限制。
专利文献3(CN 104799278 B，发明名称为“一种增强降血脂作用的磷虾油微胶囊及其制备方法”)公开了一种纳米乳液的制备方法。该方法以大豆肽、辛烯基琥珀酸淀粉钠等为壁材，吐温-80、司盘-80等为乳化剂，麦芽糊精、甘露糖等为辅助壁材，将壁材、辅助壁材与乳化剂溶解在一定比例的水中，温度保持在30-70℃，搅拌溶解后得到水相；将乳化剂加入到磷虾油，温度保持在30-70℃，搅拌溶解后得到油相；将油相加入到水相中，高速搅拌，再经高速剪切、高压均质得到南极磷虾油乳液。通过该方法制备纳米乳，耗时较长，载油量低。
专利文献4(CN 112544731 A，发明名称为“一种南极磷虾油纳米乳液的制备工艺”)公开了一种纳米乳液的制备方法。该方法以辛烯基琥珀酸淀粉钠、羧甲基纤维素为壁材，将壁材溶解至磷酸盐缓冲液中，同时加入水性抗氧化剂和乳化剂，得到水相；将南极磷虾油溶解于混合有机溶剂中，得到油相，混合溶剂为乙醇和丙酮；将水相和油相通过计量泵计量后进行混合，然后进行匀浆搅拌和超声分散，得到粗乳液；随后将粗乳液经过静态处理器进行处理，真空状态下除去其中的有机溶剂，得到纳米乳液。该方法制备得到的纳米乳粒径均匀性较好，乳化产率大于95％。但其制备过程使用了混合有机溶剂，不利于食品的安全性；另一方面，该纳米乳的制备工艺较为复杂，生产成本较高。
专利文献5(CN 107232636 A，发明名称为“一种水溶性南极磷虾油微胶囊粉的制备方法”)公开了一种纳米乳液的制备方法。该方法以变性淀粉、麦芽糊精等为壁材，先将南极磷虾油进行搅拌加热，随后加入油溶性乳化剂和油溶性抗氧化剂，搅拌至完全溶解，制得芯材相。将壁材添加进水中，搅拌加热后加入水溶性乳化剂、水溶性抗氧化剂和稳定剂，搅拌至完全溶解，制得壁材相。将芯材相和壁材相混合经高速剪切乳化和高压均质机均质，形成稳定的乳化液。该方法制备得到的乳液成本较高，粒径均一性差。
上述现有技术都有着各自不同的缺点，纳米乳液粒径较大、生产过程中使用有机溶剂或有害试剂，不利于投入食品工业化生产，南极磷虾油气味掩蔽率低等。针对这些问题，本发明优选方式下所生产的纳米乳液，粒径较小，平均粒径小于110nm，生产过程中未使用任何有机溶剂或者有害试剂，对人体健康不会产生任何影响，且对南极磷虾油本身的腥味有一定的掩盖。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供一种基于超声乳化技术的稳态南极磷虾油纳米乳液。
本发明的另一目的是提供该乳液的制备方法。
本发明的目的可通过以下技术方案实现：
一种南极磷虾油纳米乳液，由如下质量百分含量的组分组成：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：1.865％-6.535％；吐温-80：0.15％-0.3％；南极磷虾油：0.935％-3.265％；pH 7.0的PBS缓冲液：90％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
作为本发明的一种优选，由如下质量百分含量的组分组成：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：3-3.5％；吐温-80：0.18-0.25％；南极磷虾油：1.0％-2％；pH7.0的PBS缓冲液：94％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
作为本发明的一种优选，所述的南极磷虾油纳米乳液通过以下方法制备得到：以Hi-CAP100作为壁材，吐温-80作为表面活性剂，向PBS缓冲液中加入壁材和表面活性剂，充分溶解后得到水相，将南极磷虾油溶于水相中，经过高速剪切和超声乳化后得到纳米乳液。
作为本发明的进一步优选，芯壁比1:2-1:1。
作为本发明的一种优选，纳米乳液总固形物含量3％-20％，优选5％。
一种南极磷虾油纳米乳液的制备方法，以Hi-CAP100作为壁材，吐温-80作为表面活性剂，向PBS缓冲液中加入壁材和表面活性剂，充分溶解后得到水相，将南极磷虾油溶于水相中，经过高速剪切和超声乳化后得到纳米乳液；其中各组分的质量百分含量为：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：1.865％-6.535％；吐温-80：0.15％-0.3％；南极磷虾油：0.935％-3.265％；pH 7.0的PBS缓冲液：90％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
作为本发明的一种优选，由如下质量百分含量的组分组成：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：3-3.5％；吐温-80：0.18-0.25％；南极磷虾油：1.0％-2％；pH7.0的PBS缓冲液：94％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
作为本发明的一种优选，芯壁比1:2-1:1。
作为本发明的一种优选，向PBS缓冲液中加入壁材和表面活性剂在40-60℃下磁力搅拌0.5-1h，充分溶解后得到水相。
作为本发明的一种优选，将南极磷虾油缓缓加入水相中，在40-60℃下磁力搅拌0.5-1h，得到粗纳米乳液，将粗纳米乳液在10000-14000r/min转速下剪切3-5min,随后用超声波细胞破碎仪在200-500w的功率下对乳液进行超声10-20min，即得纳米乳。
作为本发明的进一步优选，将南极磷虾油缓缓加入水相中，在60℃下磁力搅拌1h，得到粗纳米乳液，将粗纳米乳液在13400r/min转速下剪切3min,随后用超声波细胞破碎仪在400w的功率下对乳液进行超声15min，即得纳米乳。
一种南极磷虾油微胶囊，将所述的南极磷虾油纳米乳液进行喷雾干燥，进风温度为100-200℃，出风温度30-150℃，得到南极磷虾油微胶囊。
作为本发明的一种优选，将所述的南极磷虾油纳米乳液进行喷雾干燥，进风温度为160℃，出风温度90℃，得到南极磷虾油微胶囊。
本发明的有益效果：
(1)粒径是对乳液稳定性的反映，分散粒子越小，体系越不容易发生絮凝或聚集等现象，也就越稳定。CN 107874257 B中南极磷虾油纳米乳液粒径为132nm，CN 115251391A中花生蛋白体系平均粒径最小，约为189nm。本发明提高了南极磷虾油纳米乳稳定性，并且其纳米乳粒径得到有效降低。本发明所制备得到的纳米乳，平均粒径小于110nm。
(2)本发明运用了超声乳化技术制备纳米乳。超声乳化适用于的体积范围较大，获得的乳液的液滴尺寸也和高压均质法所获得的液滴尺寸相当，从数百纳米到数百微米。与高压均质技术相比，超声乳化具有操作简单、所需样品量较少的优点，并且其制备出来的乳液粒径均匀性好，粒径较小，体系更为稳定。
(3)本发明生产过程中未使用任何有机溶剂或有害试剂，对人体健康不会产生任何不良影响，构建了更安全、稳定的乳化体系，可以将其应用于南极磷虾油食品和保健品的生产当中。
(4)本发明所使用的壁材辛烯基琥珀酸酯化淀粉(Hi-CAP100)水溶性好，制备得到的纳米乳液稳定性和流动性较好，粘度低。
(5)本发明方法成本较低，仅采用壁材和表面活性剂即可达到乳化效果，未使用其他的水溶性和油溶性乳化剂、抗氧化剂、油相溶剂等。另一方面，本发明所使用的制备方法操作简单，仅采用超声乳化就可以达到理想效果。
(6)本发明制备得到的纳米乳对南极磷虾油的腥味有一定的掩盖。
(7)本发明制备的纳米乳液的体系组成及其制备技术，两者共同作用所获得的纳米乳。
附图说明
图1实施例1AKO纳米乳液粒径分布图
采用动态光散射法经Malvern Zetasizer Nano激光粒度仪(ZS90,Malvern,UK)测定其粒径及多分散性指数(PDI)。
图2实施例1AKO纳米乳液动力学不稳定性(整体)图
具体实施方式
实施例1：
将0.64g辛烯基琥珀酸酯化淀粉(Hi-CAP100)和0.04g吐温-80溶解在19ml pH 7.0的PBS缓冲液中，在60℃下磁力搅拌1h，充分溶解后得到水相。将0.32g南极磷虾油缓缓加入水相中，在60℃下磁力搅拌1h，得到粗纳米乳液。将粗纳米乳液在13400r/min转速下剪切3min,随后用超声波细胞破碎仪在400w的功率下对乳液进行超声15min，即得纳米乳，该纳米乳的平均粒径、多分散性指数(PDI)和Zeta电位见表1。
实施例2：
将0.58g辛烯基琥珀酸酯化淀粉(Hi-CAP100)和0.04g吐温-80溶解在19ml pH 7.0的PBS缓冲液中，在60℃下磁力搅拌1h，充分溶解后得到水相。将0.38g南极磷虾油缓缓加入水相中，在60℃下磁力搅拌1h，得到粗纳米乳液。将粗纳米乳液在13400r/min转速下剪切3min,随后用超声波细胞破碎仪在400w的功率下对乳液进行超声15min，即得纳米乳。该纳米乳的平均粒径、多分散性指数(PDI)和Zeta电位见表1。
实施例3：
将0.48g辛烯基琥珀酸酯化淀粉(Hi-CAP100)和0.04g吐温-80溶解在19ml pH 7.0的PBS缓冲液中，在60℃下磁力搅拌1h，充分溶解后得到水相。将0.48g南极磷虾油缓缓加入水相中，在60℃下磁力搅拌1h，得到粗纳米乳液。将粗纳米乳液在13400r/min转速下剪切3min,随后用超声波细胞破碎仪在400w的功率下对乳液进行超声15min，即得纳米乳。该纳米乳的平均粒径、多分散性指数(PDI)和Zeta电位见表1。
实验方法：
(1)粒径的测定
采用动态光散射法经Malvern ZetasizerNano激光粒度仪(ZS90,Malvern,UK)测定其粒径及多分散性指数(PDI)，为避免多重散射效应，将样品进行4倍稀释，确保Attn值介于5-11之间。以水(折射率为1.33)作为分散剂，AKO折射率取1.763，于25℃下测定溶液的平均粒径Z-Average，结果取三次读数的平均值，使用PDI来表示聚合物的分散度。
(2)Zeta电位的测定
采用动态光散射法经Malvern ZetasizerNano激光粒度仪(ZS90,Malvern,UK)测定其Zeta电位，制备得到纳米乳液溶于去离子水中，其比例为1:50，将800μL样品注入仪器毛细管中，于25℃下测定溶液的Zeta电位，结果取三次读数的平均值，使用Zeta电位来衡量乳液体系的稳定性。
表1AKO纳米乳液平均粒径、PDI指数与Zeta电位
注：表中实验数据以“平均值±标准差”表示(n＝3)
结果分析：
如图1所示为实施例1纳米乳液的粒径分布图，可以看出乳液的粒径均呈现单峰分布，且乳液的平均粒径小于110nm，表明乳液整体液滴粒径较小且分布均匀。
如表1所示为乳液体系的平均粒径、分散指数PDI、Zeta电位。其中，分散指数表示纳米粒在溶液中的分散程度，一般分散指数在0.2-0.5范围内表明纳米粒不易发生沉淀，分散效果较好，由表中数据可以看出，实施例1-3制备的乳液的PDI值在0.2-0.5范围内，说明三种纳米乳液的分散性较好，在一定时间内不会产生聚集。
另一方面，Zeta电位是指纳米乳液中壁材所带有的电荷，当乳状液Zeta电位绝对值高于30mV时，乳液液滴表面带电基团之间的静电斥力可以防止液滴聚集，此时乳状液体系较为稳定。从表中数据可以看出，三种乳液的zeta电位绝对值为大于30mV或者接近30mV，乳液较为稳定。
(3)物理稳定性的测定
采用Turbiscan多重光散射仪(TRI-LAB,Formulaction,France)测定AKO纳米乳液的物理稳定性。具体测试条件为：上样量20mL；温度控制在25±0.5℃；扫描频率，1次/30min；扫描时间，12h。
结果分析：
如图2所示为AKO纳米乳液在12h内的动力学不稳定性(整体)图。
稳定性动力学指数TSI值用来表征乳液的物理稳定性，其中TSI值越小，表明乳液体系越趋于稳定。当TSI指数小于3时，肉眼无法观察到有不稳定现象出现，当TSI小于1时，表明乳液物理稳定性极好。由图2可知，随着时间的增长，AKO纳米乳液的TSI指数呈现上升趋势，扫描结束后得到其TSI指数的最大值为0.3，表明AKO纳米乳液的物理稳定性极好。
实施例4
一种南极磷虾油微胶囊，将实施例1制备的的南极磷虾油纳米乳液进行喷雾干燥，进风温度为160℃，出风温度90℃，得到南极磷虾油微胶囊。
Claims (10)
1.一种南极磷虾油纳米乳液，其特征在于由如下质量百分含量的组分组成：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：1.865％-6.535％；吐温-80：0.15％-0.3％；南极磷虾油：0.935％-3.265％；pH 7.0的PBS缓冲液：90％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
2.根据权利要求1所述的南极磷虾油纳米乳液，其特征在于由如下质量百分含量的组分组成：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：3-3.5％；吐温-80：0.18-0.25％；南极磷虾油：1.0％-2％；pH 7.0的PBS缓冲液：94％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
3.根据权利要求1所述的南极磷虾油纳米乳液，其特征在于芯壁比1:2-1:1。
4.一种南极磷虾油纳米乳液的制备方法，其特征在于以Hi-CAP100作为壁材，吐温-80作为表面活性剂，向PBS缓冲液中加入壁材和表面活性剂，充分溶解后得到水相，将南极磷虾油溶于水相中，经过高速剪切和超声乳化后得到纳米乳液；其中各组分的质量百分含量为：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：1.865％-6.535％；吐温-80：0.15％-0.3％；南极磷虾油：0.935％-3.265％；pH 7.0的PBS缓冲液：90％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于由如下质量百分含量的组分组成：辛烯基琥珀酸酯化淀粉Hi-CAP100：3-3.5％；吐温-80：0.18-0.25％；南极磷虾油：1.0％-2％；pH7.0的PBS缓冲液：94％-97％，且所有组分的百分含量之和为100％。
6.根据权利要求4或5所述的南极磷虾油纳米乳液，其特征在于芯壁比1:2-1:1。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于向PBS缓冲液中加入壁材和表面活性剂在40-60℃下磁力搅拌0.5-1h，充分溶解后得到水相。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于将南极磷虾油缓缓加入水相中，在40-60℃下磁力搅拌0.5-1h，得到粗纳米乳液，将粗纳米乳液在10000-14000r/min转速下剪切3-5min,随后用超声波细胞破碎仪在200-500w的功率下对乳液进行超声10-20min，即得纳米乳；优选将南极磷虾油缓缓加入水相中，在60℃下磁力搅拌1h，得到粗纳米乳液，将粗纳米乳液在13400r/min转速下剪切3min,随后用超声波细胞破碎仪在400w的功率下对乳液进行超声15min，即得纳米乳。
9.一种南极磷虾油微胶囊，其特征在于将权利要求1-4中任一项所述的南极磷虾油纳米乳液进行喷雾干燥，进风温度为100-200℃，出风温度30-150℃，得到南极磷虾油微胶囊。
10.根据权利要求9所述的极磷虾油微胶囊，其特征在于将权利要求1-4中任一项所述的南极磷虾油纳米乳液进行喷雾干燥，进风温度为100-200℃，优选160℃，出风温度为30-150℃，优选90℃，得到南极磷虾油微胶囊。
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