双重乳液是一类由初级乳状液(如W/O型)分散于另一连续相(如水相)形成的多相分散体系,其中W/O/W型双重乳液因独特的“两膜三相”结构(内水相W1、油相O、外水相W2,及W1/O与O/W2两层界面膜),成为同时包封亲水性与疏水性生物活性物质的理想载体,其核心优势在于通过分层结构对不同极性成分实现精准保护,并可通过调控界面膜性质实现活性物质的控制释放,在功能递送领域展现出显著应用潜力[1]。
近年来,W/O/W双重乳液在食品、医药、化妆品等领域的应用备受关注,尤其在功能食品开发中,其可通过包埋敏感性成分优化低脂食品质构、提升活性物质稳定性并解决靶向递送等关键问题[2]。此外,W/O/W乳液因其多层结构可实现对活性成分的定向释放与吸收,显著提高生物利用度,在肠道靶向释放、细胞摄取增强等方面表现出良好潜力[3]。目前,已有大量研究证实其对原花青素[4]、槲皮素(quercetin, Q)[5]、维生素C[6]、茶多酚[7]等生物活性物质的包埋效果,能有效降低外界环境(如光照、温度、消化酶等)对活性成分的破坏,提高其生物利用度。
表没食子儿茶素没食子酸酯(epigallocatechin-3-gallate, EGCG)作为绿茶中含量最丰富的儿茶素类多酚,具有抗氧化、抗菌、抗癌及调节代谢等多种生理活性[8],但其应用受限于对pH、温度及光照的高敏感性,且口服后因肠道吸收效率低导致生物利用度不佳[9-10]。Q作为广泛存在于果蔬中的天然黄酮类化合物,具有抗氧化、抗炎及心血管保护等功效[11],却因水溶性差、化学稳定性低及胃肠道吸收困难,在功能性食品中的实际应用受限[12]。研究表明,EGCG与Q以质量分数1∶1复配时可产生协同抗氧化效应[13],因此实现两者的高效共递送,对提升功能食品的生理活性具有重要意义,而W/O/W双重乳液的分层结构为解决“亲水-疏水成分共包封”难题提供了可行方案。
乳化剂是维持W/O/W双重乳液稳定性的关键,其选择直接影响界面膜的机械强度与界面张力。蛋白质是一种常用的的乳化剂。豌豆分离蛋白(pea protein isolate, PPI)作为一种天然植物蛋白,主要由7S豌豆球蛋白、11S豌豆豆球蛋白以及伴豌豆球蛋白组成[14],具有乳化性、发泡性及包埋性优良等特点,且兼具高营养价值、无致敏性、氨基酸组成均衡及成本低廉等优势,是替代大豆分离蛋白的理想选择[15]。研究证实,PPI在碱性条件下溶解度较高(等电点约为4.3),可通过吸附于油-水界面形成稳定界面膜,已被成功应用于姜黄素、白藜芦醇等活性物质的包封体系[16]。此外与大多数其他植物蛋白类似,商业豌豆蛋白的溶解度差是其在各种食品系统中广泛应用的主要障碍[17]。此外,天然豌豆蛋白通常缺乏高凝胶化或乳化能力[18]。因此需要结构改进来克服这些限制。有相关研究证明经过先均质后超声波处理PPI的溶解度大大提高,且表现出更良好的乳化性能[19]。
本研究以改性PPI为外水相(W2)亲水性乳化剂,聚甘油蓖麻醇酸酯(polyglycerol polyricinoleate, PGPR)为油相(O)亲脂性乳化剂,构建W/O/W双重乳液体系,实现内水相(W1)对EGCG、O对Q的共包封。通过系统调控PPI质量分数、PGPR质量分数、NaCl质量分数、内水相-油相的体积比例(W1∶O)及初乳-外水相的体积比例(W1/O∶W2),探究各参数对乳液稳定性的影响,筛选最优配方。本研究旨在为天然植物蛋白基W/O/W双重乳液的稳定构建提供理论依据,拓展PPI在功能食品乳化体系中的应用,并为EGCG与Q的协同递送及高活性功能食品开发提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料
PPI(90%),上海源叶生物科技有限公司;EGCG(98%),湖北萃园生物科技有限公司;Q(97%)、PGPR、NaCl、葵花籽油,上海麦克莱恩生化科技有限公司;其他试剂均为分析级试剂。
1.2 仪器
Mastersizer 3000马尔文激光粒度仪,马尔文公司;MCR 302流变仪,奥地利安东帕公司;Turbiscan tower多重光散射分析仪,法国仪器设计公司;B80iF光学显微镜,广州道一科技有限公司;U-2910双光束紫外可见分光光度计,日本日立公司。
1.3 W/O/W双重乳液的制备
参考Yan等[19]的方法以PPI(0～10%,质量分数)作为外水相成分制备W/O/W型双重乳液,先将PPI溶液在50 MPa高压均质3次,然后在400 W超声波功率处理20 min得到改性的PPI溶液。
将EGCG(0.1%,质量分数)、NaCl(0%～2.5%,质量分数)溶解在超纯水(pH 7.0)中,得到内水相(W1)。PGPR(0%～10%,质量分数)加入葵花籽油中,在60 ℃下磁力搅拌30 min直至完全溶解。然后向葵花籽油中滴加5 mg/mL的Q乙醇溶液,并在65 ℃下搅拌直至乙醇全部蒸发,得到含1 mg/mL Q的油相(O)。将PPI(0%～10%,质量分数)溶于超纯水中,得到外水相(W2)。
采用两步乳化法制备W/O/W乳液。首先,使用高速分散机以6 000 r/min转速将W1按W1∶O(1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5,体积比)缓慢倒入油相中。混合物在18 000 r/min的转速下剪切分散3 min,得到W1/O乳液。将第一步得到的W1/O乳液按W1/O∶W2(1∶9、2∶8、3∶7、4∶6、5∶5、6∶4,体积比)加至W2中。使用高速分散机在10 000 r/min的转速下剪切2 min,最终得到W/O/W乳液。新鲜乳液中加入叠氮化钠(0.001%,质量分数),防止微生物生长。
本研究系统考察了PPI质量分数、PGPR质量分数、NaCl质量分数、W1∶O体积比、W1/O∶W2体积比对乳液粒径、黏度、微观结构以及TSI的影响,以优化W/O/W乳液配方。最后使用优化后的配方制备乳液查看其显微结构、不稳定指数(turbiscan stability index, TSI)和包封率。
1.4 粒径
对于W/O/W乳液,使用马尔文激光粒度仪测定粒径和体积平均粒径D[4,3]。以水作为分散剂(折射率为1.330),葵花籽油的折射率为1.475,吸收率为0.01。将乳液逐滴加入其中,直到混合溶液的遮光度达到2%～12%。每个样品重复测量3次。
1.5 表观黏度
采用流变仪测定测定乳液的表观黏度[20]。取2 mL样品于样品台上,平板探头直径为50 mm,测量间隙为1.0 mm,剪切速率为0.1～100 s-1,温度为25 ℃。稳定30 s后测定不同剪切速率下乳液的黏度。
1.6 多重光散射
参考Gomes等[21]的方法并稍作修改。使用多重光散射分析仪表征乳液的稳定性。该仪器对样品进行静置垂直扫描,透过率探测器接收相对于光源以180°角通过色散的光,背散射探测器接收以45°角向后散射的光,经多次扫描获得能够对乳液絮凝、上浮等状态进行分析的扫描图谱。实验时在机器专用测试瓶中加入30 mL的W/O/W型双重乳液,之后将其放入多重光机器中开始进行扫描模式,每1 h扫描1次,总共扫描24 h。
1.7 微观结构
光学显微镜观察:用超纯水将样品稀释10倍以观察单个液滴。采用20倍物镜观察W/O/W乳液。用移液枪吸取10 μL乳液到载玻片上,盖上盖玻片,使其平铺均匀后在显微镜下观察。每个样品拍摄3张图像。
1.8 包封率
参考Hu等[22]的方法并稍作调整。将W/O/W乳液与含有25%(体积分数)乙醇溶液和0.5%(体积分数)吐温-80的水溶液混合。然后将混合物搅拌至溶解,接着在4 ℃、13 000 r/min离心10 min。收集底部溶液,然后在相同条件下重复离心。底部溶液经0.45 μm过滤器过滤。使用双光束紫外可见分光光度计,分别在272、373 nm处测量EGCG、Q的吸光度。通过建立EGCG和Q的标准曲线来计算EGCG和Q的含量。封装效率按公式(1)计算:
封装效率
(1)
式中:ρ,迁移至外水相EGCG或Q的质量浓度,mg/mL;V,下清液的体积,mL;ρ0,双重乳液中添加的EGCG或Q的质量浓度,mg/mL;φ,内水相占双重乳液的体积分数,%;V0,双重乳液的体积,mL。
1.9 数据统计与分析
所有数据均为测定3次的结果。使用Origin 2024绘制图形,使用SPSS Statistics 27进行Duncan检验分析(显著性水平为P<0.05)。
2 结果与分析
2.1 不同质量分数的PPI对W/O/W乳液的影响
如图1显微图片所示,在乳液外水相中不含有PPI时并不能形成双重乳液结构,乳液呈现单纯的水包油结构。PPI的质量分数为2%～10%时,从乳液微观结构中可以观察到W/O/W乳液的两膜三相结构。这是因为蛋白质是两亲性分子,会自发吸附到油相与外水相之间的界面,形成一层蛋白质膜[23]。此外,从微观结构中液滴尺寸的变化趋势,随着PPI的质量分数的增加乳液的粒径逐渐减小。
图1 不同质量分数的PPI对W/O/W乳液微观结构的影响
Fig.1 Effects of PPI of different mass fractions on the microstructure of W/O/W emulsions
如图2-a、图2-b所示,随着PPI的质量分数的增加,乳液的粒径逐渐减小,这可能是因为当浓度过低时,少量蛋白质不足以完全覆盖界面,液滴较大且分布不均。随着蛋白的质量分数的增加,更多蛋白质分子吸附到界面,显著降低界面张力,形成更小且均匀的液滴[24]。这与图1中显微结构观察到的结果一致。此外,粒径分散跨度能够反映乳液液滴粒径的分散程度,粒径分散跨度值越大,表明乳液液滴间粒径的差异越大,乳液越不稳定。图2-a中可看出PPI的质量分数在2%～6%时粒径分散跨度值较小且稳定,当PPI的质量分数在8%～10%时粒径分散跨度值增大。适当质量分数的蛋白质能充分吸附到油水界面(O/W2),形成致密且均匀的界面膜。此时蛋白质分子在界面有序排列,覆盖度适中,界面张力稳定。
a-矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度;b-粒径分布;c-黏度;d-TSI
图2 不同质量分数的PPI对W/O/W乳液矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度、粒径分布、黏度和TSI的影响
Fig.2 Effects of PPI with different mass fractions on the average diameter D[4,3] and span, particle size distribution, viscosity and TSI of the W/O/W emulsion moment
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
如图2-c所示,未加入PPI时,乳液的基础黏度最低,表现为典型的牛顿流体或轻微剪切稀化[25]。加入PPI之后乳液黏度显著增加,PPI的质量分数在2%～6%时,黏度逐步上升,蛋白质开始在外水相中形成弱网络结构,并吸附到界面增加液滴间相互作用。然而在PPI的质量分数在8%时,黏度出现一定程度降低,可能是因为蛋白含量超出界面饱和吸附量,造成了游离蛋白的局部絮凝聚集,从而破坏了外水相连续的蛋白网络结构。当PPI质量分数达到10%时,体系内大量蛋白分子依靠疏水作用、二硫键、氢键相互交联,构筑成致密的三维凝胶网络,界面膜厚度增加导致流动阻力再次升高,黏度随之回升。此外所有曲线均显示黏度随剪切速率升高而下降,呈现出剪切稀化行为,表明乳液为假塑性流体。
如图2-d所示,PPI的质量分数在0%～4%时,TSI随时间延长显著上升,表明乳液稳定性较差,液滴易发生聚并、沉降。PPI的质量分数在6%～10%时,TSI增速减缓,尤其是8%～10%浓度下TSI趋于平稳,说明蛋白质有效抑制了乳液的不稳定行为[26]。这可能是因为蛋白质质量分数较低时,外水相中游离蛋白质不足,液滴无法通过静电排斥或空间位阻保持分散,加速分层。蛋白质质量分数较高时,蛋白质在界面形成致密吸附层,机械强度提高,抑制液滴聚并。
PPI通过调控O/W2界面膜的形成、稳定及破裂过程,影响液滴粒径、分布及相互作用,最终决定乳液宏观性能。当PPI的质量分数为6%时,乳液具有良好的微观结构、较小的D[4,3]和粒径分散跨度,且黏度高,多重光散射结果可看出乳液具有良好的稳定性。综合考虑,本体系中PPI的质量分数为6%时为最佳浓度。
2.2 不同质量分数的PGPR对W/O/W乳液的影响
PGPR作为W/O/W乳液油相中的亲脂性乳化剂对乳液的稳定起着重要的影响。如图3所示,PGPR的质量分数在0%～2%稳定的乳液液滴较小但分布不均,且油相中的内水相相互聚集,形成较大的内水相。这是因为低质量分数的PGPR分子不足以饱和W1/O界面,未覆盖的界面区域易发生聚并,均质时无法有效包裹内水相,形成不规则大液滴[27]。PGPR的质量分数在4%～6%时,液滴尺寸趋于均匀,W/O/W结构完整。而过高质量分数的PGPR虽然可以进一步增强乳液的W1/O界面的强度,但是PGPR在W1/O界面形成异常厚膜,可能会多层堆积,导致液滴刚性过强,难以变形[28]。
图3 不同质量分数的PGPR对W/O/W乳液微观结构的影响
Fig.3 Effects of PGPR of different mass fractions on the microstructure of W/O/W emulsions
如图4-a和图4-b所示,加入PGPR后,PGPR在界面形成单分子层膜,膜结构致密,既能抵抗液滴碰撞导致的聚并,又能在剪切时随液滴变形,避免膜破裂,最终形成小而均一的液滴。加入PGPR稳定的乳液粒径随着PGPR的质量分数的增大而增大。这可能是因为过量的PGPR在W1/O界面形成异常厚膜阻碍油相在剪切过程中的有效破碎,形成更大液滴,引发局部聚并。这也和显微图(图3)观察到的结果一致。
a-矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度;b-粒径分布;c-黏度;d-TSI
图4 不同质量分数的PGPR对W/O/W乳液矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度、粒径分布、黏度和TSI的影响
Fig.4 Effects of PGPR with different mass fractions on the average diameter D[4,3] and span, particle size distribution, viscosity and TSI of the W/O/W emulsion moment
如图4-c所示,所有质量分数下黏度均随剪切速率增加而下降,表现为假塑性流体[25]。PGPR质量分数为4%时高剪切速率下呈现出最高的黏度,这可能是因为该添加量接近PGPR的临界饱和质量分数,乳化剂分子充分吸附在W1/O界面,形成致密但不过厚的膜。界面膜以弹性模量为主,在高剪切下能有效抵抗变形,维持液滴完整性,液滴在高剪切中不易破裂或融合,此时黏度高于更高浓度下的黏度。
多重光散射可以反映乳液的整体稳定性[29]。如图4-d所示,PGPR的质量分数为4%时,乳液的TSI指数最低,表现出最佳的物理稳定性。
PGPR的质量分数为4%时粒径较小且分布均一,乳液的黏度最高,低剪切黏度适中,剪切稀化显著,乳液TSI最低。综合考虑,本体系中PGPR的质量分数为4%时为最佳浓度。
2.3 不同质量分数的NaCl对W/O/W乳液的影响
W/O/W乳液的稳定和功能成分的包封与内外水相渗透压有关。当内水相渗透压高于外水相时,乳液粒径变大。反之,内水相活性成分随水分的流失而泄露。因此,需要在内水相和外水相添加一定浓度的盐来平衡渗透压。如图5所示,不同质量分数的NaCl制备的W/O/W乳液呈现出不同的显微结构。未添NaCl时,液滴数量少、粒径小且分布稀疏,体系中液滴分散性差。NaCl的质量分数≤1.0%时,液滴数量增多、粒径有所增大,分布渐趋均匀。盐的加入改变内、外水相离子环境,可能促进液滴形成,一定程度上稳定液滴结构。当NaCl的质量分数>1.0%时,液滴数量略减、部分液滴有变形或聚集趋势。过高质量分数的NaCl可能破坏液滴界面平衡,如渗透压过大使液滴膜受冲击,导致液滴形态不稳定。
图5 不同质量分数的NaCl对W/O/W乳液微观结构的影响
Fig.5 Effects of NaCl of different mass fractions on the microstructure of W/O/W emulsions
如图6-a和图6-b所示,随NaCl质量分数的增加,乳液的D[4,3]出现显著变化。NaCl的质量分数为1.0%时,乳液的粒径和粒径分散跨度都较低,形成均匀的液滴。超过1.0%时,内水相与外水相渗透压不均衡,外水相渗透压较高,界面膜不稳定,液滴融合,粒径增大。
a-矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度;b-粒径分布;c-黏度;d-TSI
图6 不同质量分数的NaCl对W/O/W乳液矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度、粒径分布、黏度和TSI的影响
Fig.6 Effects of NaCl with different mass fractions on the average diameter D[4,3] and span, particle size distribution, viscosity and TSI of the W/O/W emulsion moment
由图6-c可知,随着NaCl的质量分数增加,乳液黏度先升后降,在1.0%时达到最大,表明乳液具有更好的稳定性。这可能是因为NaCl在溶液中解离成Na+和Cl-,水滴之间的静电排斥强,分散相的有效体积占比增加,乳液的黏度高[30]。
如图6-d所示,随着NaCl的质量分数升高,TSI先降后升,1.0%时TSI最低,乳液最稳定。这与较高的黏度和较稳定的界面相关。此外放置时间延长,各浓度TSI均上升,与低质量分数和较高质量分数相比,质量分数为1.0%时TSI值变化最小。
NaCl通过调控内、外水相渗透压、油-水界面电荷与界面膜稳定性,改变液滴粒径、分布及粒子间相互作用,进而影响乳液的D[4,3]、粒径分布、黏度与TSI。在质量分数在1.0%～2.0%时,适量NaCl可优化界面性质,提升乳液稳定性、调控粒径与黏度。此外加入NaCl后在质量分数为1.0%时具有最低的粒径和最好的粒径分布,同时黏度最高,乳液的TSI最低。综合考虑,本体系中NaCl的质量分数在1.0%时为最佳浓度。
2.4 W1∶O比例对W/O/W乳液的影响
内水相与油相体积之比(W1∶O)直接影响内水相液滴的形成和分布,进而影响乳液整体的粒径分布。如图7所示,W1∶O为1∶9时,液滴数量少、粒径小且分布稀疏,因油相占比高,内水相难形成大量、规整液滴,体系分散性差。W1∶O在2∶8～4∶6时,液滴数量增多、粒径渐大且分布渐均匀。这可能是因为随内水相比例提升,油相能包裹更多内水相液滴,界面膜形成更充分,液滴稳定性增强,形态更饱满、分散更均一。之后比例进一步增大,液滴粒径也进一步增大,但部分液滴有变形、聚集趋势。内水相比例过高,油相难以完全包裹,界面膜承受压力大、易破损,导致液滴形态不稳定。
图7 不同W1∶O对W/O/W乳液微观结构的影响
Fig.7 Effects of different W1∶O on the microstructure of W/O/W emulsions
如图8-a和图8-b所示,D[4,3]随W1∶O比例增加先升后稳,在2∶8～4∶6达峰值后平缓,粒径分散跨度先降后升。这可能是因为W1∶O比例为1∶9时内水相少,液滴难以长大,D[4,3]小。W1∶O比例为2∶8～4∶6时,内水相比例适宜,油相可稳定包裹,液滴充分长大且粒径均一。再增加比例,内水相过多,油相包裹力不足,液滴聚并使D[4,3]略升,且聚并导致粒径分布变宽,粒径分散跨度升高。
a-矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度;b-粒径分布;c-黏度;d-TSI
图8 不同W1∶O对W/O/W乳液矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度、粒径分布、黏度和TSI的影响
Fig.8 Effects of different W1∶O on the mean diameter D[4,3], span, droplet size distribution, viscosity, and TSI of W/O/W Emulsions
如图8-c所示,随W1∶O比例增加,黏度先升后降,在3∶7时黏度高,且剪切速率升高,黏度均下降,呈现剪切变稀行为[25]。这可能是因为低W1∶O时液滴少、相互作用弱,黏度低。W1∶O比例在2∶8～4∶6时,液滴多且大,粒子间摩擦、空间阻碍强,黏度高。W1∶O达到5∶5时液滴聚并,体系内摩擦降低,黏度降低。剪切变稀是因剪切力使液滴取向排列,破坏聚集结构,内摩擦减小[31]。
如图8-d显示,TSI随W1∶O的体积比例增加而上升,这是因为比例为1∶9、2∶8时液滴易聚并、沉降,在放入仪器前就已经分层,TSI低。比例在3∶7、4∶6时油相稳定包裹,液滴聚并或沉降受抑制,TSI较低;5∶5时液滴聚并加剧,乳液稳定性下降,TSI继续上升。
W1∶O通过调控液滴形成、界面膜稳定性及粒子间作用,影响W/O/W乳液的微观结构与宏观性能。在比例3∶7、4∶6时,油相充分包裹内水相,液滴粒径均一、分布窄,TSI指数低,乳液稳定性高、黏度适宜。在其他比例时,液滴生成和稳定受破坏,粒径分布宽、稳定性差,性能指标下降。此外在W1∶O比例为3∶7时,具有较低的粒径、分布跨度和TSI,并且黏度最高。综合考虑,本体系中W1∶O为3∶7时为最佳比例。
2.5 W1/O∶W2比例对W/O/W乳液的影响
初乳与外水相的体积比例(W1/O∶W2)对于W/O/W双重乳液而言至关重要,会对乳液的微观结构、物理化学性质以及应用性能等多个方面产生显著影响。如图9所示,随着W1/O∶W2比例增加,液滴密度增加,液滴粒径先减小后增大。这是因为此时外水相过高,导致初乳在外水相中稀释过度,初乳浓度低,液滴间距离大,难以通过液滴-液滴相互作用形成稳定结构,同时,外水相乳化剂吸附于界面的密度低,界面膜薄弱,无法有效抵抗大液滴的重力沉降与聚并。当比例达到4∶6时,乳液粒径开始减小,液滴数量增多、粒径均匀,分布渐趋密集。初乳在外水相中分散浓度适宜,有效抑制液滴聚并,实现小液滴均匀分散。当比例继续增大,外水相占比过低,部分液滴变形、聚并。膜稳定性下降,液滴融合风险升高。
图9 不同W1/O∶W2对W/O/W乳液微观结构的影响
Fig.9 Effects of different W1/O∶W2 on the microstructure of W/O/W emulsions
如图10-a和图10-b所示,D[4,3]随W1/O∶W2比例增加先升后降,在比例为3∶7时达峰值,粒径分散跨度先降后稳定。这可能是因为比例为1∶9～3∶7时,外水相占比过高,初乳液滴难分散,粒径小且不均,D[4,3]小、粒径分散跨度大。比例达到3∶7、4∶6时,外水相适配初乳,液滴充分分散并稳定长大,粒径均一,D[4,3]增大、粒径分散跨度减小。当继续增大比例,外水相过量,液滴聚并使大液滴破裂和小液滴融合,D[4,3]降低。
a-矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度;b-粒径分布;c-黏度;d-TSI
图10 不同W1/O∶W2对W/O/W乳液矩平均直径D[4,3]和粒径分散跨度、粒径分布、黏度和TSI的影响
Fig.10 Effects of different W1/O∶W2 on the mean diameter D[4,3], span, droplet size distribution, viscosity, and TSI of W/O/W Emulsions
如图10-c所示,随W1/O∶W2增加,黏度升高,随着剪切速率升高,黏度均下降,呈现出剪切变稀行为。这可能是因为液滴数量随比例增加持续增多,高比例W1/O时,油相仍能包裹内水相,液滴难聚并[32]。
如图10-d所示,乳液的TSI随着W1/O∶W2比例增加先上升,在比例为3∶7时达到最大,后下降。这可能是因为低比例时液滴不稳定,易聚并和沉降,TSI高。提高比例时外水相稳定包裹,液滴聚并和沉降受抑制,TSI低。
W1/O∶W2比例通过平衡初乳分散性与外水相包裹稳定性,影响W/O/W乳液的微观结构与宏观性能,在比例为4∶6时,外水相充分包裹初乳,液滴粒径均一、分布窄,乳液稳定性高、黏度适宜。综合考虑,本体系中W1/O∶W2为4∶6时为最佳比例。
2.6 最佳比例制备W/O/W双重乳液
通过之前的实验得出最佳W/O/W制备工艺条件为:外水相中PPI的质量分数为6%,油相中PGPR的质量分数为4%,NaCl的质量分数为1.0%,W1∶O为3∶7,W1/O∶W2为4∶6。使用本实验得出的最佳工艺制备W/O/W双重乳液并测定其多重光散射、微观结构和对2种物质的包封率。
如图11-a所示,显微结构图中可以清晰地看到一个个完整的、球形的W/O/W双重乳滴。外水相(连续相)与内部的W/O乳滴之间有明显的界限,双重乳滴内部包裹着多个较小的内水相液滴,这表明PPI和PGPR在油水界面中形成的界面膜足够坚固,能有效包裹内水相,且乳滴的大小分布相对均匀。TSI曲线随时间推移几乎没有上升,保持平稳(图11-b),表明在测量期间,乳液体系几乎没有发生任何导致不稳定的变化。使用本方法制备的W/O/W双重乳液具有良好的稳定性。
a-显微结构;b-TSI;c-包封率
图11 使用最佳制备方案制备的W/O/W双重乳液的显微结构、TSI和包封率
Fig.11 Microstructure, TSI, and encapsulation efficiency of the optimal W/O/W double emulsion
通过图11-c得出,本体系对Q的包封率为89.48%,高于部分文献报道的同类递送系统,例如聚合物胶束(82.5%)[33]、纳米结构脂质载体(89.3%)[34]和表面活性剂稳定的O/W乳液(80%)[35]。EGCG的包封率为65.12%。EGCG易受pH、温度和氧化的影响而发生降解与差向异构化,是其包封率受限的主要原因之一[9]。本研究构建的W/O/W双重乳液将EGCG包封于内水相(W1),使其与油相中的PGPR及外水相隔离,这种“两膜三相”结构为EGCG创造了一个受控的微环境,从而有效屏蔽了外界不利因素,提高了其加工与储存期间的稳定性[10]。
3 结论
通过多重光散射、粒径、微观结构和黏度等指标确定了双重乳液的最佳制备方案:外水相中PPI的质量分数为6%,油相中PGPR的质量分数为4%,NaCl的质量分数为1.0%,W1∶O为3∶7,W1/O∶W2为4∶6。通过最佳制备方案制备的W/O/W双重乳液表现出良好的稳定性和优异的包封效果(EGCG:65.12%,Q:89.48%)。本次实验构建可同时负载EGCG和Q的W/O/W型双重乳液体系。实现了亲水性的EGCG和亲脂性的Q两种不同特性的功能活性成分的共包封,提供了EGCG和Q发挥协同效用的载体。但是由于本实验未进行体外消化实验和动物实验,无法确定包封物质的释放和生物利用率。未来可以增加多糖对蛋白质进行修饰,增加乳液的稳定性,或通过加入对人体无害的自然物质减少或替代PGPR的应用。
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