VE-玉米醇溶蛋白纳米胶囊工艺及抗氧化性能★

祁云琴，张智慧，周 媛，杨秀全，吴志宇，秦梓钰

（中国日用化学研究院有限公司，山西 太原 030001）

0 引言

纳米胶囊作为一种包封技术被广泛应用于营养物质包封中，可以有效地将营养物质包裹起来，弥补其在运输储存应用中的不足[1]。维生素E（VE）作为市面上最主要的抗氧化剂之一，被广泛地应用于化妆品、食品和医药领域，但由于VE 不溶于水相的脂溶性特性限制了它的应用[2-3]。生产和使用符合绿色化学要求的VE 纳米胶囊产品也成为了新的研究导向，为营养物质产业的发展提供了广阔的机遇和前景。玉米醇溶蛋白（Zein）作为一种常见的安全、绿色、价格低廉的食品材料[4]，因其独特的溶解性，可以利用反溶剂将溶解在醇中的zein 以纳米颗粒的方式析出，常被用作纳米胶囊壁材[5-7]。

本实验采用正负相凝聚法，以维生素E 为芯材、玉米醇溶蛋白（Zein）为壁材、醇醚糖苷（AEG）为乳化剂[8]、甘油为助乳化剂，以包封率和粒径为指标，通过单因素试验优化维生素E 微胶囊制备工艺，并研究其抗氧化能力。尝试为亲脂性生物活性化合物实际应用提供了绿色可持续新思路，具有重要社会和经济意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

维生素E（VE）（98%）购自江苏丰益生物科技有限公司。醇醚糖苷（AEG）（质量分数为50%）购自江苏万淇生物科技股份有限公司；甘油（VG）（纯度大于99%）购自天津市光复科技发展有限公司；无水乙醇（EtOH）（纯度大于99.7%）购自天津市大茂化学试剂厂。玉米醇溶蛋白（Zein）（纯度大于99.0%）购自北京索莱宝科技有限公司。所有化学品均未经进一步纯化即可使用。所有实验均使用去离子水。

1.2 仪器与设备

MMS4Pro 恒温磁力搅拌器，JOANLAB 仪器有限责任公司；YXJ-1 型电动离心机，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；SOP 电子天平，德国赛多利斯科学仪器有限公司；scientz-12N 型压盖型冷冻干燥机，宁波市新芝生物科技股份有限公司；UV-1600 可见分光光度计，南京瑞利仪器有限公司；ALV5022E 激光散射仪，德国ALV 公司。

1.3 试验方法

1.3.1 维生素E-玉米醇溶蛋白纳米胶囊（VE/Zein-NC）的制备

将一定量的VE、VG 和AEG 溶解在一定浓度的Zein 乙醇水溶液中，在500 r/min 下连续搅拌至完全溶解，获得正相溶液。将一定量的去离子水作为反相溶液以一定速率加入正相溶液中后充分搅拌获得复合壁材纳米胶囊悬浮液。悬浮液用于粒径和zeta 电位测试。使用旋转真空蒸发仪在35 ℃下除去悬浮液中的乙醇，最后冷冻干燥得到纳米胶囊粉末。

1.3.2 包封效率的测定

采用紫外分光光度法计算纳米胶囊中维生素E的含量。取0.5 g VE 于50 mL 容量瓶中，用无水乙醇配制一系列浓度梯度的标准溶液。采用紫外可见分光光度计测定标准溶液在最大吸收波长（285 nm）处的吸光度。如图1 所示，标准曲线的回归方程为y=57.942 86x-0.008 14（R2=0.994 73），其中y 为吸光度，x 为维生素E 质量浓度。

图1 维生素E 标准曲线

取一定量制备的纳米胶囊粉末，用3 mL 无水乙醇洗去表面维生素E，利用紫外分光光度计测量洗液在285 nm 处吸光度。根据VE 紫外吸收标准曲线计算出相应VE 含量M。参照公式（1）计算纳米胶囊中VE 包封效率EE：

式中：M 总为添加的维生素E 总量，mg；M1为纳米胶囊粉末表面维生素E 含量，mg。

1.3.3 单因素实验

控制变量实验，保证其他因素不变的前提下，首先讨论Zein 浓度、乙醇水溶液浓度、正反相体积比对单一壁材纳米胶囊悬浮液的影响，其次讨论外层壁材种类、外层壁材浓度对复合壁材纳米胶囊的影响。

Zein 浓度：考察了Zein 质量浓度分别为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 mg/mL 对单一壁材纳米胶囊悬浮液的粒径和Zeta 电位的影响。

乙醇水溶液浓度：考察了乙醇水溶液乙醇质量分数分别为65%、70%、75%、80%、85%、90%对单一壁材纳米胶囊悬浮液的粒径和Zeta 电位的影响。

正反相体积比：考察了正反相体积比分别为1∶1、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4 对单一壁材纳米胶囊悬浮液的粒径和Zeta 电位的影响。

通过激光散射仪（ALV5022E，德国）的动态光散射测量（DLS）和Zeta 电位研究了纳米胶囊悬浮液的粒径分布和Zeta 电位。DLS 测量的散射角为90°，温度为25 ℃。

1.3.4 水分含量

采用热重法测定纳米胶囊粉末的水分含量。称取1 g 纳米胶囊粉末于烧杯中并称重，于105 ℃烘箱中干燥至质量恒定。参照公式（2）计算水分含量ω：

式中：M2为干燥前微胶囊粉末的质量，mg；M3为干燥后纳米胶囊粉末的质量，mg。

1.3.5 抗氧化能力测试

取一定量制备的纳米胶囊粉末，洗去表面维生素E 后重新加入5 mL 无水乙醇，进行超声处理使其完全破裂，离心处理后取上层清液。向1 mL 的上层清液中添加了4 mL 0.004%（质量分数）新鲜制备的DPPH乙醇溶液，将溶液摇匀后在室温黑暗中静置30 min。将1 mL乙醇和4 mL 0.004%（质量分数）DPPH 乙醇溶液的混合溶液作为空白样品。使用紫外-可见分光光度计测定乙醇溶液的体外抗氧化活性。重复测量3 次取平均值。需要注意的是，稀释后溶质浓度下降到原来的1/5。参照公式（3）计算自由基清除能力用以表示其提样抗氧化活性I。

式中：Ablank和Asample分别是空白对照溶液和样品溶液的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 玉米醇溶蛋白浓度对纳米胶囊的影响

研究了壁材Zein 浓度对单一壁材纳米胶囊悬浮液性能的影响。如图2 所示，当Zein 浓度较低（1.0～2.5 mg/mL）时，纳米胶囊的囊壁未完全形成，包埋效率低，稳定性较差。当Zein 浓度为2.5 mg/mL时，形成尺寸均匀的规则球形纳米胶囊具有良好的均匀性和分散性，包埋效率高。随着壁材浓度的增加，体系的黏度增加，制备出的纳米胶囊很容易相互聚集，形成更大尺寸的聚集体。

图2 玉米醇溶蛋白浓度对纳米胶囊的影响

随着Zein 浓度的增加，纳米胶囊溶液的zeta 电位绝对值先增大后减小，体系的稳定性和分散性逐渐增强；而Zein 浓度过高，胶粒间发生相互胶黏聚集，间接减少了悬浮液中纳米粒子表面电荷。如图2 所示，VE/Zein-NC 的包封效率随着Zein 浓度的增加先增大后减小，其中最大值为84.90%。因此，Zein 最佳质量浓度为2.5 mg/mL。

2.2 乙醇质量分数对纳米胶囊的影响

因为Zein 中包含亲水和疏水氨基酸残基，所以它是一种两亲蛋白质，导致其在纯水或纯乙醇中不能溶解，乙醇质量分数直接影响着Zein 在体系中的聚合程度。改变乙醇质量分数会影响体系黏度，从而改变zein 纳米颗粒的分散性和均一性。因此，乙醇质量分数对Zein 纳米颗粒的形成以及对活性成分的包埋起重要作用。不同乙醇质量分数下对VE-Zein 分散体系的平均粒径、zeta 电位影响如图3 所示，随着乙醇质量分数的增加，纳米颗粒的平均粒径逐渐增大，PDI指数先减小后增大，zeta 电位绝对值逐渐减小。乙醇质量分数会影响分散体系的流变性质，当分散体系中的乙醇质量分数适中时，纳米颗粒间的黏度较小，Zein 纳米颗粒分散性好，胶粒平均粒径小；乙醇质量分数过高或过低会导致Zein 黏度变大，分散性降低，导致粒径分布不均匀。

图3 乙醇质量分数对纳米胶囊的影响

如图3 所示，VE/Zein-NC 的包封效率与乙醇质量分数变化关联并不明显，由于包封效率接近，因此选取粒径分散性好，市售可得的75%乙醇制备单一壁材VE 纳米胶囊，平均粒径为305.31 nm，电位为-47.10 mV。

2.3 正负相体积比对纳米胶囊的影响

为了考察正相溶剂和反相溶剂的体积比对VE-Zein 分散体系胶体性质的影响，考察了制备过程中正反相体积比分别为1∶1、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4 对单一壁材纳米胶囊悬浮液的粒径和Zeta电位的影响，实验结果如图4 所示。随着反相溶剂比例的增加，分散体系中平均粒径逐减少。这是由于在滴加反溶剂的过程中，zein 颗粒的成核位点逐渐增多导致zein 纳米颗粒间的静电作用增加，促进zein 形成均匀的分散体系。随着反相溶剂比例的增加，Zeta电位从开始的-43.22 mV 增加到-59.20 mV，且增速趋于平缓。

图4 正负相体积比对纳米胶囊的影响

以包封率为指标，选择体积比1∶2 比例制备单一壁材VE 纳米胶囊，平均粒径为305.49 nm，电位为-46.89 mV。

2.4 纳米胶囊水分含量

制备出的纳米胶囊粉末中的水分含量是衡量粉体质量的重要指标。根据以往有关报道，纳米胶囊产品的含水量通常应控制在总质量的10%以内。过高的水分含量不仅会导致粉末颗粒的团聚和霉变，还会在储存过程中诱发芯材的渗漏和氧化。计算结果表明，所制备出的VE 纳米胶囊的w（H2O）为7.37%，较低的水分含量可以提高纳米胶囊粉末的储藏稳定性，延长其货架期。

2.5 纳米胶囊抗氧化性能

对制备出的纳米胶囊放置30 d 后进行DPPH 实验，检验其在实际生产、储存和应用中的有效活性，如表1 所示。纳米胶囊表现出优异的自由基清除能力，可达VE 原液的2.47 倍。纳米胶囊抗氧化能力的增强也可能与Zein 的掺入有关。

表1 不同形式VE 产品的自由基清除能力

3 结论

以维生素E 为芯材、玉米醇溶蛋白（Zein）为壁材、醇醚糖苷（AEG）为乳化剂、甘油（VG）为助乳化剂，通过正负相凝聚法制备维生素E-玉米醇溶蛋白纳米胶囊（VE/Zein-NC）。通过单因素法探究了玉米醇溶蛋白浓度、乙醇质量分数、正负相体积比对纳米胶囊相关性能的影响。结果表明：在玉米醇溶蛋白质量浓度为2.5 mg/mL、乙醇质量分数为75%、正负相体积比为1∶2 时，制备的纳米胶囊对VE 的包封率可达85.37%±0.46%，平均粒径为305.49 nm，多分散系数为0.038，分散性良好，水分含量低，储存30 d 后抗氧化能力可达未经处理VE 的2.47 倍。以上研究为亲脂性生物活性化合物实际应用提供了绿色可持续新思路，具有重要社会和经济意义。