由乙基纤维素稳定的W/O乳液用于水相、界面和油相中多次递送

背景介绍

油包水（W/O）乳液在医药、化妆品和食品等行业有着广泛的应用，特别是在食品领域。在全球肥胖和与食品相关的心血管疾病上升的背景下，W/O乳液在开发低脂食品中的应用正越来越多地受到关注，这是因为将水滴掺入油相可以模仿全脂食品的乳脂性和平滑性，这提供了一种很有前景的策略。另一方面，增加了在水相或油相加载生物活性化合物的可能性，满足了人们对营养需求。但是目前探究W/O乳液稳定性，并将其成功应用的研究还是有所缺乏的。

研究方法

本研究制备了乙基纤维素（EC）纳米粒子和EC油凝胶，并将它们用于稳定W/O乳液。对EC纳米粒子和乳液进行了系统表征。为了更好地理解稳定机理，还探究了EC纳米粒子在水相和界面中的分布，以及在连续相中界面与油凝胶之间可能的相互作用。

结果与分析

动态光散射分析表明，浓度为0.8%、1.5%、2%的颗粒均呈单峰分布，平均粒径小于200 nm，电荷约为-40 mV（图1A）。TEM（图1B）证实了EC纳米粒子分布较好。与EC粉末（~114）相比，EC纳米颗粒具有更高的润湿性，但不同EC浓度的纳米颗粒的接触角无显著差异（图1C）。在EC纳米粒子的形成过程中，水的加入降低了溶剂的极性，这使得分布在粒子表面的亲水/疏水基团发生变化，EC的亲水基团（-OH）向水相延伸，疏水基团（C₂H₅O-）向内聚集（图1D）。

图1. 不同浓度EC纳米粒子特性

图2显示了在分散体系中，随着EC浓度的变化，乳液的CLSM微观结构发生了变化。首先发现分散的水滴（黑色）被油连续相（红色）包围，油连续相充满EC（绿色），证实了W/O乳液的形成。仔细观察水滴，发现界面和水滴内部的结构存在显著差异（图2Bb1-b4）。乳状液中的水滴没有EC纳米颗粒时（图2Bb1）界面层不清晰，与连续相混合。在乳化液中加入了EC纳米粒子以分别在界面处和液滴内部均存在。EC纳米粒子和EC油凝胶制备的W/O乳液机理如图2C所示。

图2. 乳液的CLSM结果

在25-60 ℃加热时，乳液的粘弹性没有明显变化，表明在中低温度下，所制备的体系都是稳定的（图3A）。进一步加热至80℃时，G'略有下降，表明EC凝胶网络的氢键减弱。显微组织观察也表明，在较高温度加热后，界面层变薄，甚至发生坍塌（图3B）。

图3. 乳液的热响应特性

光稳定性测试显示姜黄素在EC纳米颗粒含量较高的体系中降解率较低（图4Aa1），随着EC纳米颗粒浓度的增加，姜黄素的保留率也增加。一方面，粒径较大、界面较厚的纳米颗粒增强了屏障效应，对姜黄素内部提供了更好的保护作用。与花青素的保留率相比（图4Ab1），姜黄素的保留率较低。虽然部分姜黄素被装载在纳米颗粒内部，但大部分姜黄素在外相油凝胶中，与外部环境直接接触，更有可能降解。而对于花青素，在Pickering界面和油凝胶网络的保护下，其在乳液中的降解率要低得多（图4Aa1）。

另外，对两种生物活性物质在乳液中的释放行为进行了测试。由于姜黄素包裹在油凝胶和纳米颗粒中，其在消化过程中的释放主要与油脂的消化有关。姜黄素在人工唾液和模拟胃液中消化后释放率相对较低（＜6.2%）（图4Aa2），但在模拟肠液消化前30 min内释放率急剧增加（50% ~ 51%）。花青素在模拟肠道消化第1小时的释放率较低（＜10%），在消化后2小时急剧升高（图4Ab1）。不同乳液中花青素的释放率在消化前180 min无显著差异，在消化后1 h差异变大。上述结果表明，所制备乳液体系可以单独或同时发挥亲脂和亲水生物活性。图4B展示了乳液中姜黄素和花青素的共同递送。

图4. 乳液中花青素和姜黄素的递送

结论

本研究开发了由EC纳米粒子和EC油凝胶稳定的新型W/O乳液。纳米颗粒分布在水滴内，抑制了水相的运动，而界面颗粒提供了Pickering稳定。同时，在连续相中的油凝胶网络进一步固化了水滴。这种三重稳定机制使得乳液在没有传统乳化剂的情况下具有良好的稳定性。该乳液可以单独或同时传递不同的生物活性，具有良好的稳定性和可控性释放。该体系乳液的探究，为开发标签清洁、生物活性丰富的低脂食品提供了新思路，在功能性食品领域具有广阔的前景。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861722000625

供稿人：

刘哲