O_W型微乳液对_胡萝卜素增溶作用

FOODSCIENCEANDTECHNOLOGY食品科技2010年第35卷第2期微乳液是由表面活性剂、助表面活性剂、油和水组成的热力学稳定体系[1]。增溶作用是表面活性剂缔合体系的一个重要的性质，难溶物增溶在微乳液中已引起了许多研究[2]。基于难溶物的化学

结构不同，难溶物分子被增溶在微乳液液滴中的位置也不同[3]。李干佐等[4-6]利用1HNMR谱研究了

O/W型微乳液对β-胡萝卜素增溶作用

Solubilizationofβ-caroteneinoil/watermicroemulsionYANXiu-hua1,WANGZheng-wu2,LIUHan-wen1

(1.CollegeofChemicalandBiological,YanchengInstituteofTechnology,Yancheng224003;2.BorLuhFoodSafetyResearchCenterandDepartmentofFoodScience&Technology,SchoolofAgricultureandBiology,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240)

Abstract:Tween80/ethanol/ethylbutyrate/watermicroemulsionwasusedtoinvestigatethesolubilizationof

β-Carotenteofhydrophobic.Theviscosityandtheparticlesizesvariationintwosystemsofemptymic-roemulsionandmicroemulsioncontainingβ-Carotenehavebeeninvestigated.Results:thesolubilityofβ-Carotenewasimprovedobviouslyinmicroemulsionusingethylbutyrateasoil;β-caroteneaffectsobviouslythemesophasescurvatureandadvancestheformationofBC,andthusenlargesthebicontinuousandO/Wregions,thedropletsinmicroemulsioncontainingβ-Carotene,aswellas,inemptymicroemulsionpreparedafter3dayshrunksharply,thenkeptremarkablestabilityevenafteramonth.Keywords:O/Wmicroemulsion;β-Carotene;solubilization;viscosity;particlediameter

颜秀花1，王正武2，刘汉文1

(1.盐城工学院化学与生物工程学院，盐城224003；2.上海交通大学农学院食品科学与工程系，陆伯勋食品安全研究中心，上海200240)

摘要：考察吐温80/乙醇/丁酸乙酯/水微乳液体系对水难溶性物β-胡萝卜素的增溶作用，同时用黏度计和动态光散射仪研究了空白微乳和含β-胡萝卜素微乳液的微结构。结果表明，β-胡萝卜素在以丁酸乙酯为油相的微乳液中溶解度明显增大；β-胡萝卜素加入明显影响微乳液的微结构。加入β-胡萝卜素使微乳液的W/O区域变小，BC和O/W区域变大；同样的，含β-胡萝卜素微乳液的粒径较空白微乳大，含β-胡萝卜素微乳液的粒径同空白微乳液一样，在储藏初期逐渐减小，3d后，基本不变，且在一个月内稳定。关键词：O/W型微乳液；β-胡萝卜素；增溶作用；粒径；黏度中图分类号：TS201.7文献标志码：A文章编号：1005-9989(2010)02-0040-03

收稿日期：2009-04-26基金项目：盐城工学院研究生科研启动基金。作者简介：颜秀花(1974—)，女，江苏人，硕士，助教，主要从事表面活性剂微胶囊技术的工作。

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食品科技

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芳香族化合物在SDS和CTAB等表面活性剂胶束中的增溶作用，发现栅栏区域为主要的增溶位置。目前，测定非极性化合物在微乳液中增溶作用的方法主要有比色法、浊度法、分光光度法、光散射法等。O/W型微乳液是水难溶性物质的良好载体，它可以增加物质的溶解度，促进吸收，提高生物利用度[7-8]。本文利用分光光度法、光散射法研究了β-胡萝卜素在该非离子表面活性剂(Tween-80)构成的O/W型微乳液滴中的增溶行为，这对于深入开展天然色素β-胡萝卜素应用研究具有重要意义。1材料与方法1.1主要材料与试剂β-胡萝卜素：纯度＞99%，浙江新昌制药厂；吐温80：化学纯；乙醇、丁酸乙酯：分析纯；正己烷：化学纯，中国医药集团上海化学试剂公司；水：超纯水，无锡华晶公司。1.2主要仪器与设备CJJ79-1型磁力加热搅拌仪：金坛大地自动化仪器厂；TU-1901双光束紫外可见分光光度计：北京普析通用仪器有限公司；JA2003电子分析天平：上海分析天平仪器厂；ALV5000型动态光散射仪(DynamicLightScattering,DLS)：BrookhavenInstruments公司；RVDV-Ⅲ+流变仪：BrookfieldInstrumentsCo.,美国。1.3实验方法1.3.1空白微乳液与β-胡萝卜素微乳液的制备在恒温下将丁酸乙酯、表面活性剂吐温80、助表面活性剂乙醇和水按一定比例混合，搅拌均匀，即得澄清透明的空白O/W型微乳液。称取一定量β-胡萝卜素55℃溶解于置于55℃水浴中同样比例和浓度的乙醇、Tween80、水、丁酸乙酯的混合液并搅拌均匀，即得含一定量β-胡萝卜素的澄清透明液。样品快速冷却至25℃，保存4个星期仍澄清透明，可确定是微乳液[9]。1.3.2微乳对β-胡萝卜素溶解性能的考察取空白微乳液(W/O、O/W、BC)于离心管中加入过量β-胡萝卜素超声30min后在离心机中离心30min，使β-胡萝卜素充分溶解，取上清液于容量瓶中用正己烷稀释至刻度。吸取稀释液至容量瓶中用正己烷稀释至刻度，在455.5nm处测紫外吸收求得β-胡萝卜素在微乳中的饱和溶解度，方法参照文献[10]。1.3.3空白微乳和β-胡萝卜素微乳液粒径大小及稳定性粒径是考察微乳液体系稳定及粒径均一性的重要参数[11]。利用DLS通过测定空白和含β-

胡萝卜素微乳液放置时间对粒径的影响来考察该体系的稳定性，并考察β-胡萝卜素的加入对微乳液粒径的影响。1.3.4微乳流变特性的测定流变学是研究物质在外力作用下发生形变和流动的科学[12]。表面活性剂

溶液由于其在化妆品、食品乳化剂、药物工业领域的广泛应用，其流变性质已经成为影响表面活性剂应用的重要参数。表面活性剂聚集体的流变性质与聚集体的微观结构及其内部基团间的相互作用有直接关系。用多功能流变仪测定不同WH2O

的微乳液在不同剪切速率时的黏度[13]，微乳液的流

变性质由于其在3次采油中的重要应用而被广泛研究过。一般认为W/O型微乳液的黏度随含水量的增加而增加，O/W型微乳液的黏度随着含水量的增加而降低，多表现为牛顿流体行为，双连续相BC常表现为非牛顿流体行为[14]。

2实验结果与讨论

2.1微乳液对β-胡萝卜素的增溶

微乳对物质的增溶与微乳处方成分、制备工艺及物质的基本特性有直接关系。在油中有较好溶解能力的物质，微乳对其增溶效果更好。物质性质对微乳增溶能力的影响主要受其脂溶性及空间结构的双重制约。物质的脂溶性越大、空间结构越小，微乳的增溶效果越明显。对于不含油相的胶束体系，混合表面活性剂形成的胶束的内核空间小，故增溶量有限。微乳可认为是一种膨胀混合胶束，微乳形成时油相增溶到混合表面活性剂的液膜内部，增大了内核体积，提高了物质在微乳中的溶解度。此外微乳显著的增溶效果也与其高分散性有关。从β-胡萝卜素的结构很难推测出它的溶解性大小。β-胡萝卜素作为亲脂性物质既能被增溶到微乳液的内核中也可以增溶在表面活性剂的单分子层中。实验中比较了W/O、O/W、BC型微乳对β-胡萝卜素溶解性的差异以考察微乳对难溶性物β-胡萝卜素的增溶效果。在开始的反胶束相中作为非极性分子它增溶在连续的油相中，随着水量的增大微乳液由油包水型变成了双连续型，这时的β-胡萝卜素分子也在油相中发生了从排被增溶在网状的油管中。当到达水包油时，界面开始向水相弯曲，表面活

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性剂分子的尾部排列的更加紧密，β-胡萝卜素分子很难在弯曲的界面上聚集被推进了内核的油相中。实验结果表明，在反胶束相中β-胡萝卜素分子很容易被增溶在油相中β-胡萝卜素的溶解度达到了最大11750~13038mg/kg，在双连续相和水包油中的溶解度分别为7000~9000mg/kg和6000~6500mg/kg。2.2微乳液的粒径微乳液的粒径是物质物理稳定性的一个重要参数，一般说来微乳液是热力学稳定体系。Ruck-enstein[15]指出微乳液的粒径小于100nm时不容易聚集。图1则是粒径与时间的关系，实验中我们仅考虑了更具有实际应用意义的O/W型微乳液。从图1中可以看出，无论是空白微乳液还是包了β-胡萝卜素的微乳液在制备前3d内粒径减小以后一直保持稳定。从图1还可以看出，加入β-胡萝卜素后微乳液的粒径增大了。对于后者可以这样解释，在加入β-胡萝卜素后在界面上需要更多的表面活性剂来增溶β-胡萝卜素，因而粒径增大了。实验结果表明，纳米级β-胡萝卜素微乳液具有较好的稳定性2.3微乳液的流变性黏度是说明微乳液体系结构变化的一个重要参数[16]。微乳液的黏度由于其在3次采油中的重要应用而曾被广泛研究过[17]。一般认为，W/O型微乳液的黏度随含水量的增加而增加，O/W型微乳液的黏度则随含水量的增加而降低。它们多表现为牛顿流体行为。双连续微乳液或WinsorⅢ中相微乳液，则多表现为非牛顿流体行为，几乎没有剪切稀释性。图2是25℃空白和含β-胡萝卜素微乳基于表面活性剂与油相的比为6∶4(w%)时随体系含水量的增加黏度在剪切速率为20s-1下的黏度的变化。刚开始在W/O的情况下黏度较低，随着水的加入黏度直线上升一直到含水量到达50%，过了50%后随着水量的增大黏度缓慢上升直到达到最大，此时水的含量为60%。过了60%黏度开始急速下降。这些现象可以解释为在低水量时，微乳液中的水滴分散在连续的油相中，这些液滴间的作用力很小[18]。到了双连续时，相互连接的管

道增大了分子间的作用力由此增大了黏度。当水量大于60%黏度突然下降是因为微乳液结构由双连续转变为O/W。这结果同电导的实验结果一样。有趣的是在含β-胡萝卜素的微乳液中，第一次急剧上升发生在水量为30%时，黏度最大时水量为50%。结果表明，β-胡萝卜素的加入影响了中间相的弯曲，使的O/W到BC结构的转变提前了，同时增大了BC和O/W区域。