利用高壓均質(zhì)法制備植物精油包裹脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是一種磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)，脂質(zhì)分子的雙親性，脂質(zhì)分子在水中可以依據(jù)相似相溶的原理自發(fā)形成同時(shí)含有水相和油相的脂質(zhì)體體系，脂質(zhì)體具備既能包封親水藥物又能包封疏水藥物的能力。脂質(zhì)體作為一種藥物遞送載體，具有以下幾個(gè)特性：①改變物質(zhì)的物理形態(tài)，便于物質(zhì)的貯存和運(yùn)輸；②采用不同的形式，控制活性物質(zhì)的釋放；③保護(hù)芯材不受或少受環(huán)境的影響，提高芯材的穩(wěn)定性能；④掩蔽某些物質(zhì)的不良?xì)馕�，改善物質(zhì)的使用性；⑤控制藥物的靶向化，降低毒副作用。除此之外，脂質(zhì)體還具備水分散性好、生物利用度高、生物相容性強(qiáng)和生物可降解性等特點(diǎn)�？偟膩�(lái)看，脂質(zhì)體與其他劑型相比，具有兩親性，可包封的物質(zhì)種類多且不改變其生理活性，是比較理想的包埋載體。隨著遠(yuǎn)程載藥、觸發(fā)釋放、靶向配體、藥物組合等技術(shù)的開(kāi)發(fā)，脂質(zhì)體的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。并且脂質(zhì)體粒徑范圍從幾十納米至數(shù)微米，可以通過(guò)改變脂質(zhì)體的粒徑大小，表面電荷等性質(zhì)來(lái)提高其應(yīng)用范圍。
 

圖1 脂質(zhì)體磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)示意
 

 脂質(zhì)體包裹植物精油的原由，以植物源抑菌功能為例：
水果果實(shí)采后腐爛問(wèn)題已引起世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注。營(yíng)養(yǎng)豐富的水果是人們?nèi)粘Ｉ�活的必備品，但眾多漿果類水果在采后貯藏運(yùn)輸過(guò)程中由于微生物侵染而造成的病害，嚴(yán)重影響了采后保藏，導(dǎo)致大量的經(jīng)濟(jì)損失。而傳統(tǒng)的化學(xué)抑菌劑由于毒性較大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、不易降解造成藥物殘留、污染環(huán)境、耐藥性、危害人體健康等毒副作用而不被人們所接受，因此尋找殘留量低、環(huán)境友好、高效和低毒的抑菌替代物就日漸迫切。近年來(lái)，天然植物源性抑菌劑的研究備受重視，而植物精油作為一種具有良好性能的天然抑菌劑更是受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。在已發(fā)現(xiàn)的植物精油中，檸檬醛是一種GRAS物質(zhì)，含有新鮮檸檬樣香氣且具有較好的抑菌活性。但其本身存在一些問(wèn)題函待解決，由于一系列環(huán)化和氧化反應(yīng)，檸檬醛在低pH值的含氧環(huán)境中儲(chǔ)存期間會(huì)發(fā)生化學(xué)降解。這些反應(yīng)減弱了檸檬醛的有效作用，并產(chǎn)生異味化合物。此外，由于檸檬醛是疏水的，其應(yīng)用受到其在水中的低溶解度的限制。

一些研究人員利用脂質(zhì)體包埋技術(shù)最大限度保留植物精油的功能活性，拓展了植物精油在食品領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，肉桂醛是肉桂精油的主要成分，其包裹在脂質(zhì)體后抑菌活性仍然顯著，推動(dòng)了肉桂醛脂質(zhì)體作為高效防腐劑和保護(hù)劑在食品防腐中的應(yīng)用。精油分子中一般含有不飽和鍵，容易受外界環(huán)境因素的影響而分解，而經(jīng)過(guò)大豆卵磷脂包封之后的豆蔻精油脂質(zhì)體對(duì)肉類食品具有較好的保護(hù)作用。采用薄膜水化法輔助超聲波技術(shù)制備的茶樹精油脂質(zhì)體改善了茶樹精油水溶性差、室溫空氣中不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。采用薄膜分散法制備咖喱植物精油脂質(zhì)體并將其應(yīng)用于水稻中，脂質(zhì)體表現(xiàn)出對(duì)蠟狀芽孢桿菌優(yōu)異的抑菌性；將牛至油中的主要活性成分百里香酚進(jìn)行包埋并添加于可食用膜中，有效延緩了精油的釋放率并提高了抑菌持久力。為了解決檸檬醛的應(yīng)用問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)采用水分散性好、生物利用度高、生物相容性強(qiáng)和生物可降解的藥物傳遞載體脂質(zhì)體來(lái)改善檸檬醛的制備與應(yīng)用形式。

本實(shí)驗(yàn)以檸檬醛為脂相包埋藥物，基于安全無(wú)毒方面考慮選用大豆卵磷脂、膽固醇為脂質(zhì)壁材，采用薄膜分散法結(jié)合高壓微射流均質(zhì)技術(shù)制備出檸檬醛脂質(zhì)體。對(duì)檸檬醛脂質(zhì)體的微觀形貌、粒徑分布、表面電位、包封率等進(jìn)行表征；考察了檸檬醛脂質(zhì)體的緩釋特性和儲(chǔ)藏穩(wěn)定性。

檸檬醛脂質(zhì)體的制備

主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備：

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀RE-5299上海亞榮

超高壓均質(zhì)機(jī)NanoDeBEE30蘇州微流納米

DLS粒度分析儀英國(guó)MalvernInstrumentsLtd.

 

圖2 NanoDeBEE 超高壓均質(zhì)機(jī)

 

根據(jù)檸檬醛的性質(zhì)采用應(yīng)用最為廣泛的薄膜分散法制備檸檬醛脂質(zhì)體，并通過(guò)高壓微射流進(jìn)行粒徑與包封控制。

具體操作如下：

用天平精確稱量處方量的大豆卵磷脂，膽固醇，檸檬醛，使質(zhì)量比為3:1:1.5于250mL圓底燒瓶中，加入適量無(wú)水乙醇，以40KHz冰水浴超聲10分鐘，使三者充分混勻。

然后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將有機(jī)試劑旋轉(zhuǎn)真空蒸發(fā)，在圓底燒瓶?jī)?nèi)壁形成一層均勻的脂質(zhì)薄膜，調(diào)節(jié)水浴溫度為50°C，真空度為0.1MPa，轉(zhuǎn)速為40r/min。待旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)完成之后將其置于通風(fēng)櫥中真空干燥過(guò)夜以除去殘留的有機(jī)溶劑。

把適量的磷酸鹽緩沖溶液（PBS，pH=7.0）倒入干燥好的含有脂質(zhì)薄膜的圓底燒瓶中進(jìn)行水化，在常壓下以轉(zhuǎn)速60r/min進(jìn)行旋轉(zhuǎn)以使脂質(zhì)薄膜剝落。

再將其置于超聲波清洗器中冰水浴超聲，直至脂質(zhì)薄膜完全碎裂形成粗脂質(zhì)體混懸液。將粗脂質(zhì)體混懸液置于微波催化合成萃取儀中，在冰水浴條件下使用探頭超聲10分鐘(頻率設(shè)置為超聲1s，停2s以防止探頭超聲產(chǎn)生的熱量破壞脂質(zhì)體，然后將混懸液在10,000psi的壓力下通過(guò)高壓微射流均質(zhì)儀進(jìn)行2個(gè)循環(huán)，以控制粒徑與增加包封率。

最后，進(jìn)行透析步驟以完成脂質(zhì)體加工,通過(guò)截留分子量為8-10kDa的纖維素酯透析袋所得懸浮液以除去未包封的檸檬醛，制得檸檬醛脂質(zhì)體懸浮液。

另外，按照上述方法制備不含檸檬醛的空白脂質(zhì)體。

 

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

檸檬醛脂質(zhì)體形態(tài)表征

 

圖3 檸檬醛脂質(zhì)體的外觀狀態(tài)

 

圖3為所制得的檸檬醛脂質(zhì)體懸浮液外觀形態(tài)，呈半透明狀，具有均一淡藍(lán)色乳光的膠體狀態(tài)，符合脂質(zhì)體的一般特性，證明制備的脂質(zhì)體狀態(tài)良好。經(jīng)過(guò)磷鎢酸染色后在透射電鏡下觀察到的微觀形貌圖，如圖4所示。脂質(zhì)體呈近似球形囊泡狀，與前人報(bào)道的脂質(zhì)體形態(tài)相吻合，且大部分脂質(zhì)體直徑在80nm至150nm之間，脂質(zhì)體大小較為均勻。

 

圖4 檸檬醛脂質(zhì)體在不同放大倍數(shù)下的透射電子顯微鏡圖像：（a）×150000；（b）×750000

 

檸檬醛脂質(zhì)體粒徑和Zeta電位的測(cè)量

表1 檸檬醛脂質(zhì)體與空白脂質(zhì)體的粒徑電位

 

由表中數(shù)據(jù)可以看出，通過(guò)DLS測(cè)得的脂質(zhì)體平均粒徑在105.7nm左右，這和透射電鏡觀察到的結(jié)果一致。檸檬醛脂質(zhì)體比空脂質(zhì)體的粒徑（117.7±1.53nm）要小，這說(shuō)明檸檬醛的加入可能能夠減小脂質(zhì)體粒徑的大小，當(dāng)檸檬醛與脂質(zhì)體膜表面接觸后，改變了脂質(zhì)體膜的強(qiáng)度，增加了脂質(zhì)流動(dòng)性，而制備過(guò)程中的超聲作用能夠使脂質(zhì)更容易分散，造成粒徑減小。另外，檸檬醛能使脂質(zhì)囊泡內(nèi)的非極性鍵之間形成更高的聚合力，使大豆卵磷脂囊泡的表面曲率增加。PDI即多分散指數(shù)，表示脂質(zhì)體直徑的多分散性。PDI越大，說(shuō)明脂質(zhì)體直徑分布越寬，越不均勻；PDI越小，則說(shuō)明脂質(zhì)體直徑分布越集中、均勻。一般來(lái)說(shuō)，體系的PDI數(shù)值小于0.3表明該體系具有均勻的分散性。本實(shí)驗(yàn)制備的檸檬醛脂質(zhì)體PDI均在0.23左右，證明所制得的檸檬醛脂質(zhì)體具有較好的分散性，脂質(zhì)體粒徑分散較為均勻。

Zeta電位是表征脂質(zhì)體包封體系穩(wěn)定性的重要參數(shù)。較高的Zeta電位會(huì)在分散粒子之間產(chǎn)生排斥力，從而增加膠囊的穩(wěn)定性；反之，Zeta電位越低，膠囊粒子越傾向聚集。通常，認(rèn)為Zeta電位<-30mV或>+30mV為高電位，則表示膠體分散體系具有較好的穩(wěn)定性。測(cè)得檸檬醛脂質(zhì)體的Zeta電位為-43.2±0.11mV，表明所制脂質(zhì)體具有良好的穩(wěn)定性，不易發(fā)生凝聚現(xiàn)象。檸檬醛脂質(zhì)體的Zeta電位為負(fù)值主要是因?yàn)樗�使用的脂質(zhì)體壁材大豆卵磷脂末端存在帶負(fù)電荷的羥基所導(dǎo)致的。而檸檬醛脂質(zhì)體與空白脂質(zhì)體Zeta電位的差異顯然是檸檬醛在脂質(zhì)膜中堆積造成的，因?yàn)闄幟嗜┍旧頌槿鯓O性、不帶電荷的脂溶性小分子，溶解或插入脂質(zhì)膜內(nèi)，占據(jù)了磷脂的位置，導(dǎo)致脂質(zhì)體表面電荷密度下降。

 

包封率及保留率的測(cè)定

 

表2 檸檬醛脂質(zhì)體的包封率

 

作為食品領(lǐng)域理想的包埋體系往往以高載量和高包封率為目標(biāo)，并且高包封率也是脂質(zhì)體充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，比普通制劑更加高效、低毒的關(guān)鍵。由表可知，在本實(shí)驗(yàn)選取的制備脂質(zhì)體條件下，3次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的包封率均在60%以上，并且3次實(shí)驗(yàn)無(wú)顯著差異（p>0.05），說(shuō)明重復(fù)性好，所選的工藝條件是可行的。

 

圖5 檸檬醛脂質(zhì)體與游離檸檬醛在室溫下不同放置時(shí)間的保留率

 

經(jīng)過(guò)脂質(zhì)體包裹后，是否具有緩釋效果是判斷該脂質(zhì)體能否發(fā)揮其長(zhǎng)效性的關(guān)鍵。檸檬醛脂質(zhì)體和游離檸檬醛于室溫下儲(chǔ)存3周的保留率變化曲線如圖5所示。兩種體系中檸檬醛的保留率表現(xiàn)出了很大的差異，游離檸檬醛的保留率下降幅度大，在室溫下貯存1周后其體系中檸檬醛的保留率幾乎降至為0，再一次佐證了檸檬醛在空氣中易揮發(fā)不穩(wěn)定的特點(diǎn)；而檸檬醛脂質(zhì)體中檸檬醛的保留率雖然也表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，但在室溫下貯存3周后仍然保留初始檸檬醛含量的20%左右且下降速率較為緩慢�？梢钥闯�，未經(jīng)包裹的檸檬醛揮發(fā)較快，而經(jīng)過(guò)脂質(zhì)體包封之后的檸檬醛其釋放速度大幅減緩，持續(xù)揮發(fā)量明顯減少，說(shuō)明脂質(zhì)體能夠延長(zhǎng)檸檬醛的保留時(shí)間，具有一定持續(xù)釋放的能力，較好地阻止了檸檬醛的損失。

 

檸檬醛脂質(zhì)體儲(chǔ)存穩(wěn)定性的考察

圖6 檸檬醛脂質(zhì)體在室溫下放置不同時(shí)間的粒徑與Zeta電位變化情況

 

脂質(zhì)體是一種熱力學(xué)不穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)膜，脂質(zhì)分子之間能不斷運(yùn)動(dòng)交換位置，在貯存過(guò)程中會(huì)自發(fā)產(chǎn)生聚集、融合、絮凝等失穩(wěn)現(xiàn)象，導(dǎo)致脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。如圖6所示，檸檬醛脂質(zhì)體在室溫下儲(chǔ)存3周后，其平均粒徑從最初的105.7±2.08增加至238.0±29.82nm，并且隨著時(shí)間的變化，脂質(zhì)體平均粒徑的變化程度略高。說(shuō)明了脂質(zhì)體顆粒發(fā)生了聚集融合，囊泡的聚集了導(dǎo)致粒徑的增加，但脂質(zhì)體平均粒徑的增加主要集中在前3周，此后粒徑繼續(xù)增加的趨勢(shì)不如前期明顯（未在圖片中顯示）。而隨著儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，Zeta電位從高負(fù)值（-43.2mV）降低為中等負(fù)值（-25.4mV），這主要由于構(gòu)成檸檬醛脂質(zhì)體壁材的主要成分為大豆卵磷脂，其末端的羥基帶負(fù)電荷，而其分子中含有不飽和的脂肪酸鏈，易與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)并進(jìn)一步水解成甘油磷酸復(fù)合物及脂肪酸，使體系中負(fù)電荷總量下降；另一方面，大豆卵磷脂的氧化水解會(huì)增加膜的流動(dòng)性，致使包封的檸檬醛滲漏，導(dǎo)致脂質(zhì)體溶液中的離子強(qiáng)度增大，而離子強(qiáng)度增大到一定程度時(shí)所引起的靜電屏蔽效應(yīng)會(huì)使得脂質(zhì)體表面電荷密度降低。

總的來(lái)說(shuō)，本實(shí)驗(yàn)所制備的檸檬醛脂質(zhì)體在室溫下儲(chǔ)存的平均粒徑及Zeta電位變化符合脂質(zhì)體的一般規(guī)律，且變化趨勢(shì)在較穩(wěn)定的范圍內(nèi)，更重要的是現(xiàn)制的脂質(zhì)體符合良好穩(wěn)定性的特征(平均粒徑、PDI及Zeta電位)。因此，可以認(rèn)為現(xiàn)制備的檸檬醛脂質(zhì)體具有較好的穩(wěn)定性。此外，脂質(zhì)體較好的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性還可以從其照片直觀地觀察到，于室溫下放置1個(gè)月后仍然澄清均一，無(wú)油滴溶出亦無(wú)沉降現(xiàn)象（圖7）。當(dāng)然，脂質(zhì)體長(zhǎng)期存放還是需要注意的，可以通過(guò)密封放置在較低的溫度下來(lái)提高脂質(zhì)體的穩(wěn)定性。
 

 

圖7 檸檬醛脂質(zhì)體在室溫下放置一個(gè)月的外觀狀態(tài)
A：放置前的檸檬醛脂質(zhì)體；B：放置一個(gè)月后的檸檬醛脂質(zhì)體

 

總結(jié)：
本實(shí)驗(yàn)通過(guò)薄膜分散法結(jié)合高壓微射流均質(zhì)成功制備了檸檬醛脂質(zhì)體，并對(duì)其進(jìn)行了外觀形態(tài)表征。結(jié)果顯示，制備得到的檸檬醛脂質(zhì)體呈近似球形囊泡狀，平均粒徑為105.7±2.08nm，PDI為0.236±0.010小于0.3，均一性良好并且具有較高的包封率（61.75±1.58%）。而保留率結(jié)果顯示，包封之后的檸檬醛脂質(zhì)體在室溫下貯存3周后仍然保留初始檸檬醛含量的20%左右，能夠克服精油易揮發(fā)的缺點(diǎn)，達(dá)到長(zhǎng)效釋放的效果。穩(wěn)定性考察顯示制備的檸檬醛脂質(zhì)體在室溫條件下避光放置1個(gè)月，無(wú)絮凝沉降現(xiàn)象，高負(fù)Zeta電位（-43.2mV）也間接證明了其具備較好的穩(wěn)定性。