VE-玉米醇溶蛋白納米膠囊工藝及抗氧化性能★

祁云琴，張智慧，周 媛，楊秀全，吳志宇，秦梓鈺

（中國日用化學研究院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

納米膠囊作為一種包封技術被廣泛應用于營養物質包封中，可以有效地將營養物質包裹起來，彌補其在運輸儲存應用中的不足[1]。維生素E（VE）作為市面上最主要的抗氧化劑之一，被廣泛地應用于化妝品、食品和醫藥領域，但由于VE 不溶于水相的脂溶性特性限制了它的應用[2-3]。生產和使用符合綠色化學要求的VE 納米膠囊產品也成為了新的研究導向，為營養物質產業的發展提供了廣闊的機遇和前景。玉米醇溶蛋白（Zein）作為一種常見的安全、綠色、價格低廉的食品材料[4]，因其獨特的溶解性，可以利用反溶劑將溶解在醇中的zein 以納米顆粒的方式析出，常被用作納米膠囊壁材[5-7]。

本實驗采用正負相凝聚法，以維生素E 為芯材、玉米醇溶蛋白（Zein）為壁材、醇醚糖苷（AEG）為乳化劑[8]、甘油為助乳化劑，以包封率和粒徑為指標，通過單因素試驗優化維生素E 微膠囊制備工藝，并研究其抗氧化能力。嘗試為親脂性生物活性化合物實際應用提供了綠色可持續新思路，具有重要社會和經濟意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

維生素E（VE）（98%）購自江蘇豐益生物科技有限公司。醇醚糖苷（AEG）（質量分數為50%）購自江蘇萬淇生物科技股份有限公司；甘油（VG）（純度大于99%）購自天津市光復科技發展有限公司；無水乙醇（EtOH）（純度大于99.7%）購自天津市大茂化學試劑廠。玉米醇溶蛋白（Zein）（純度大于99.0%）購自北京索萊寶科技有限公司。所有化學品均未經進一步純化即可使用。所有實驗均使用去離子水。

1.2 儀器與設備

MMS4Pro 恒溫磁力攪拌器，JOANLAB 儀器有限責任公司；YXJ-1 型電動離心機，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；SOP 電子天平，德國賽多利斯科學儀器有限公司；scientz-12N 型壓蓋型冷凍干燥機，寧波市新芝生物科技股份有限公司；UV-1600 可見分光光度計，南京瑞利儀器有限公司；ALV5022E 激光散射儀，德國ALV 公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 維生素E-玉米醇溶蛋白納米膠囊（VE/Zein-NC）的制備

將一定量的VE、VG 和AEG 溶解在一定濃度的Zein 乙醇水溶液中，在500 r/min 下連續攪拌至完全溶解，獲得正相溶液。將一定量的去離子水作為反相溶液以一定速率加入正相溶液中后充分攪拌獲得復合壁材納米膠囊懸浮液。懸浮液用于粒徑和zeta 電位測試。使用旋轉真空蒸發儀在35 ℃下除去懸浮液中的乙醇，最后冷凍干燥得到納米膠囊粉末。

1.3.2 包封效率的測定

采用紫外分光光度法計算納米膠囊中維生素E的含量。取0.5 g VE 于50 mL 容量瓶中，用無水乙醇配制一系列濃度梯度的標準溶液。采用紫外可見分光光度計測定標準溶液在最大吸收波長（285 nm）處的吸光度。如圖1 所示，標準曲線的回歸方程為y=57.942 86x-0.008 14（R2=0.994 73），其中y 為吸光度，x 為維生素E 質量濃度。

圖1 維生素E 標準曲線

取一定量制備的納米膠囊粉末，用3 mL 無水乙醇洗去表面維生素E，利用紫外分光光度計測量洗液在285 nm 處吸光度。根據VE 紫外吸收標準曲線計算出相應VE 含量M。參照公式（1）計算納米膠囊中VE 包封效率EE：

式中：M 總為添加的維生素E 總量，mg；M1為納米膠囊粉末表面維生素E 含量，mg。

1.3.3 單因素實驗

控制變量實驗，保證其他因素不變的前提下，首先討論Zein 濃度、乙醇水溶液濃度、正反相體積比對單一壁材納米膠囊懸浮液的影響，其次討論外層壁材種類、外層壁材濃度對復合壁材納米膠囊的影響。

Zein 濃度：考察了Zein 質量濃度分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mg/mL 對單一壁材納米膠囊懸浮液的粒徑和Zeta 電位的影響。

乙醇水溶液濃度：考察了乙醇水溶液乙醇質量分數分別為65%、70%、75%、80%、85%、90%對單一壁材納米膠囊懸浮液的粒徑和Zeta 電位的影響。

正反相體積比：考察了正反相體積比分別為1∶1、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4 對單一壁材納米膠囊懸浮液的粒徑和Zeta 電位的影響。

通過激光散射儀（ALV5022E，德國）的動態光散射測量（DLS）和Zeta 電位研究了納米膠囊懸浮液的粒徑分布和Zeta 電位。DLS 測量的散射角為90°，溫度為25 ℃。

1.3.4 水分含量

采用熱重法測定納米膠囊粉末的水分含量。稱取1 g 納米膠囊粉末于燒杯中并稱重，于105 ℃烘箱中干燥至質量恒定。參照公式（2）計算水分含量ω：

式中：M2為干燥前微膠囊粉末的質量，mg；M3為干燥后納米膠囊粉末的質量，mg。

1.3.5 抗氧化能力測試

取一定量制備的納米膠囊粉末，洗去表面維生素E 后重新加入5 mL 無水乙醇，進行超聲處理使其完全破裂，離心處理后取上層清液。向1 mL 的上層清液中添加了4 mL 0.004%（質量分數）新鮮制備的DPPH乙醇溶液，將溶液搖勻后在室溫黑暗中靜置30 min。將1 mL乙醇和4 mL 0.004%（質量分數）DPPH 乙醇溶液的混合溶液作為空白樣品。使用紫外-可見分光光度計測定乙醇溶液的體外抗氧化活性。重復測量3 次取平均值。需要注意的是，稀釋后溶質濃度下降到原來的1/5。參照公式（3）計算自由基清除能力用以表示其提樣抗氧化活性I。

式中：Ablank和Asample分別是空白對照溶液和樣品溶液的吸光度。

2 結果與討論

2.1 玉米醇溶蛋白濃度對納米膠囊的影響

研究了壁材Zein 濃度對單一壁材納米膠囊懸浮液性能的影響。如圖2 所示，當Zein 濃度較低（1.0～2.5 mg/mL）時，納米膠囊的囊壁未完全形成，包埋效率低，穩定性較差。當Zein 濃度為2.5 mg/mL時，形成尺寸均勻的規則球形納米膠囊具有良好的均勻性和分散性，包埋效率高。隨著壁材濃度的增加，體系的黏度增加，制備出的納米膠囊很容易相互聚集，形成更大尺寸的聚集體。

圖2 玉米醇溶蛋白濃度對納米膠囊的影響

隨著Zein 濃度的增加，納米膠囊溶液的zeta 電位絕對值先增大后減小，體系的穩定性和分散性逐漸增強；而Zein 濃度過高，膠粒間發生相互膠黏聚集，間接減少了懸浮液中納米粒子表面電荷。如圖2 所示，VE/Zein-NC 的包封效率隨著Zein 濃度的增加先增大后減小，其中最大值為84.90%。因此，Zein 最佳質量濃度為2.5 mg/mL。

2.2 乙醇質量分數對納米膠囊的影響

因為Zein 中包含親水和疏水氨基酸殘基，所以它是一種兩親蛋白質，導致其在純水或純乙醇中不能溶解，乙醇質量分數直接影響著Zein 在體系中的聚合程度。改變乙醇質量分數會影響體系黏度，從而改變zein 納米顆粒的分散性和均一性。因此，乙醇質量分數對Zein 納米顆粒的形成以及對活性成分的包埋起重要作用。不同乙醇質量分數下對VE-Zein 分散體系的平均粒徑、zeta 電位影響如圖3 所示，隨著乙醇質量分數的增加，納米顆粒的平均粒徑逐漸增大，PDI指數先減小后增大，zeta 電位絕對值逐漸減小。乙醇質量分數會影響分散體系的流變性質，當分散體系中的乙醇質量分數適中時，納米顆粒間的黏度較小，Zein 納米顆粒分散性好，膠粒平均粒徑小；乙醇質量分數過高或過低會導致Zein 黏度變大，分散性降低，導致粒徑分布不均勻。

圖3 乙醇質量分數對納米膠囊的影響

如圖3 所示，VE/Zein-NC 的包封效率與乙醇質量分數變化關聯并不明顯，由于包封效率接近，因此選取粒徑分散性好，市售可得的75%乙醇制備單一壁材VE 納米膠囊，平均粒徑為305.31 nm，電位為-47.10 mV。

2.3 正負相體積比對納米膠囊的影響

為了考察正相溶劑和反相溶劑的體積比對VE-Zein 分散體系膠體性質的影響，考察了制備過程中正反相體積比分別為1∶1、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4 對單一壁材納米膠囊懸浮液的粒徑和Zeta電位的影響，實驗結果如圖4 所示。隨著反相溶劑比例的增加，分散體系中平均粒徑逐減少。這是由于在滴加反溶劑的過程中，zein 顆粒的成核位點逐漸增多導致zein 納米顆粒間的靜電作用增加，促進zein 形成均勻的分散體系。隨著反相溶劑比例的增加，Zeta電位從開始的-43.22 mV 增加到-59.20 mV，且增速趨于平緩。

圖4 正負相體積比對納米膠囊的影響

以包封率為指標，選擇體積比1∶2 比例制備單一壁材VE 納米膠囊，平均粒徑為305.49 nm，電位為-46.89 mV。

2.4 納米膠囊水分含量

制備出的納米膠囊粉末中的水分含量是衡量粉體質量的重要指標。根據以往有關報道，納米膠囊產品的含水量通常應控制在總質量的10%以內。過高的水分含量不僅會導致粉末顆粒的團聚和霉變，還會在儲存過程中誘發芯材的滲漏和氧化。計算結果表明，所制備出的VE 納米膠囊的w（H2O）為7.37%，較低的水分含量可以提高納米膠囊粉末的儲藏穩定性，延長其貨架期。

2.5 納米膠囊抗氧化性能

對制備出的納米膠囊放置30 d 后進行DPPH 實驗，檢驗其在實際生產、儲存和應用中的有效活性，如表1 所示。納米膠囊表現出優異的自由基清除能力，可達VE 原液的2.47 倍。納米膠囊抗氧化能力的增強也可能與Zein 的摻入有關。

表1 不同形式VE 產品的自由基清除能力

3 結論

以維生素E 為芯材、玉米醇溶蛋白（Zein）為壁材、醇醚糖苷（AEG）為乳化劑、甘油（VG）為助乳化劑，通過正負相凝聚法制備維生素E-玉米醇溶蛋白納米膠囊（VE/Zein-NC）。通過單因素法探究了玉米醇溶蛋白濃度、乙醇質量分數、正負相體積比對納米膠囊相關性能的影響。結果表明：在玉米醇溶蛋白質量濃度為2.5 mg/mL、乙醇質量分數為75%、正負相體積比為1∶2 時，制備的納米膠囊對VE 的包封率可達85.37%±0.46%，平均粒徑為305.49 nm，多分散系數為0.038，分散性良好，水分含量低，儲存30 d 后抗氧化能力可達未經處理VE 的2.47 倍。以上研究為親脂性生物活性化合物實際應用提供了綠色可持續新思路，具有重要社會和經濟意義。