用高壓微射流納米均質機制備包含迷迭香精油和食品級表面活性劑的納米乳劑

本文介紹用高壓微射流納米均質機制備了包含迷迭香精油和食品級表面活性劑的混合物配制的納米乳劑。采用響應面法研究和分析了HLB值和表面活性劑/油比(R)對平均液滴尺寸和多分散性的影響。HLB=10.5和R=1達到z佳狀態，得到z低的體積平均直徑(dv=2.88nm)。考慮到這些結果，研究了迷迭香油濃度對納米乳液的液滴尺寸分布和物理穩定性的影響。所有分散相濃度在1-10g/100g范圍內的乳劑在未成熟時均表現出不穩定。用5和7.5g/100g迷迭香/100g配制的物理穩定性較好的納米乳。這項工作證明了微射流均質機應用于迷迭香油制備穩定納米乳的能力，迷迭香有可能作為輸送系統和食品防腐劑。

在過去的十年中，消費者對天然產品的需求顯著增加。從植物中獲得的天然精油是不同化合物的混合物，包括揮發性和非揮發性。精油對健康、美麗和幸福的重要性從古代就是大家都了解的。迷迭香精油已被用作殺菌劑和抗氧化劑。然而，迷迭香精油具有較高的揮發性，易受到某些環境影響，因此需要得到一些保護，以提高其生物利用度和吸收能力。一種非常有效的保存方法是通過形成水包油納米乳劑來防止迷迭香精油和氧氣之間的接觸。

納米乳劑，在文獻中也被稱為亞微米乳劑，是液滴尺寸從2到200nm的乳液。納米尺度上液滴的出現具有一些重要的特性，如光學清晰度、高物理穩定性，以及提高親脂性功能成分的生物利用度的能力。這些特點使它們對一些商業應用非常有吸引力；主要是食品和化妝品。納米乳的生產需要至少一種，通常兩種：（1）是高濃度的表面活性劑，（2）是大的能量輸入。納米乳劑通常使用低能或高能量乳化方法開發。高能乳化方法，如高壓微射流納米均質法（高壓微流化法），有幾個優點，包括能夠開發超細納米乳劑和控制液滴尺寸分布。微流化器（高壓微射流納米均質儀）可以有效地生產納米乳劑，因為可以產生很強的破壞力（剪切、湍流和空化）。此外，該方法適用于廣泛的油和表面活性劑，并易于擴大到工業生產。顯然，高壓微射流納米化需要一個粗乳液通過相互作用室（金剛石交互容腔），在相互作用室中，粗乳液被分成兩個通道，在高剪切下相互沖擊。高壓微射流均質得到的液滴尺寸分布是循環數和均化壓力的函數。

在制備和開發水中精油納米乳劑過程中必須克服的最重要挑戰之一是奧斯特瓦爾德成熟后不穩定的趨勢。然而，通過適當的系統組件和選擇，可以獲得具有高物理穩定性的納米乳。在食品工業中，表面活性劑的選擇非常重要，因為它不僅必須能夠產生和穩定分散的相液滴，而且還可以進行可生物降解和無毒的處理。在本研究中，所有使用的表面活性劑都滿足這些要求。

表面活性劑親水親脂平衡(HLB)和表面活性劑/油濃度比是制備納米乳劑時必須考慮的重要變量。HLB數是表面活性劑選擇和乳劑開發的半經驗量表。使用HLB值范圍很廣的表面活性劑共混物，可以獲得選定油相的最佳HLB值。此外，最佳的表面活性劑/油濃度比不僅避免了失穩效應，而且影響了平均液滴尺寸和液滴尺寸分布。就化妝品和食品應用而言，需要進行優化納米乳配方的研究。多元統計方法，如響應面方法(RSM)，是開發新系統的一個非常強大的工具。這可以將處理變量與響應變量聯系起來，以獲得適合行為仿真的數學模型。此外，它還允許新系統的開發變得更加有效。

在目前的工作中，一種實驗策略已被用于開發和優化一種含有生物活性成分的納米乳劑的配方工藝。選擇的變量是表面活性劑/油的濃度比和表面活性劑之間的比率(HLB)，因為使用了表面活性劑混合物。此外，利用表面活性劑/油比和HLB的優化值，分析了迷迭香油濃度對納米乳液的視覺性能、物理穩定性和液滴尺寸分布的影響。這些迷迭香油-水內納米乳劑可以被認為是將活性成分合并到許多食品中的輸送系統，并作為食品防腐劑。

實驗儀器：

微斯特高壓微射流均質機

Zetasizer® ZS. （DLS）

實驗結果：

1 微射流處理循環數對平均液滴大小的影響

僅使用轉子-定子裝置進行一次均質處理的乳劑的體積平均直徑大于1μm，但微流化器能夠顯著降低這種乳劑的尺寸。圖1顯示了用HLB=10.5和R=0.55（中心點）配制的乳劑的體積平均直徑(dv)作為循環數的函數。所有微流化化樣品均顯示亞微米體積直徑。可以觀察到，通過次數的增加引起了平均液滴大小的明顯減少。值得注意的是，用10個或更多循環制備的納米乳劑的平均直徑低于10nm。然而，方差分析試驗結果表明，在137.9MPa的10-12通道范圍內，制備24h的乳液的dv沒有顯著差異。

 HLB=10.5和R=0.55的乳狀液的液滴平均直徑與微射流處理次數關系

表2顯示了實驗設計中研究的所有乳劑在老化24h時的dv和PdI值。考慮到乳劑IX、X和XI是相同配方的重復物（中心點），注意乳化陽離子法的高重現性是很重要的。所有乳劑的平均直徑均低于15nm。平均直徑低于500nm可能是防止合并和熟化的一個巨大優勢。此外，納米乳劑可以提高活性成分的溶解度，促進控制釋放，減少其氧化，并在生產和儲存過程中保護它們。為了更清晰地說明dv和PdI的R和HLB值的變化趨勢，圖2與圖3更詳細描述了。

 納米乳液滴大小分布與HLB函數關系。HLB=6（點線），HLB=10.5（實線），HLB=15（虛線）

一方面，圖2顯示了乳劑V、X和VI的液滴尺寸分布，即HLB對乳劑DSD的影響以0.55的固定比例配制。所有乳劑在納米范圍內液滴呈單峰分布。隨著HLB值的減小，液滴尺寸會向更高的方向轉變。此外，還觀察到HLB的多分散性降低。這種行為可以解釋為這樣一個事實：高HLB表面活性劑更有效的形成小油滴的水介質最近被Sinzato等人證明的span 80年和吐溫80。

 納米乳液滴尺寸分布與表面活性劑/分散相濃度比(R)的關系。R=0.1（點線），HLB=0.55（實線)，HLB=1（虛線)。

另一方面，圖3顯示了用HLB值為10.5的表面活性劑混合物配制的乳劑的液滴尺寸分布。有趣的是，液滴尺寸隨著表面活性劑濃度的增加而減小。在R值較低時，乳化劑的濃度不足以達到通過該處理方法可以得到的最小液滴尺寸。這一事實也與界面張力隨表面活性劑濃度的降低有關。此外，這也可以通過連續相粘度的增加來解釋，這促進了邊緣液滴處的破裂(Mcclents，2015)。PdI也觀察到同樣的趨勢。

其他數據：省略

結論：

采用微射流納米均質法，制備了不同HLB值和表面活性劑/精油比的迷迭香水中油納米乳。所有研究的納米乳液均呈單模液滴尺寸分布，平均液滴尺寸小于15nm。用表面響應法分析的結果表明，在HLB和表面活性劑/分散相比(R)值下，平均液滴尺寸(dv)和多分散性指數(PdI)均有明顯的下降趨勢。HLB=10.5和R=1得到了dv和最小PdI的理想配方。為此，我們以其為進一步研究1-10g/100g范圍內精油濃度影響的起點和固定條件。迷迭香油在1-7.5g/100g范圍內的濃度對所研究的納米乳液的平均體積直徑和多分散性沒有顯著影響。相比之下，從7.5g增加到10g/100g，就會引起與缺乏能量輸入相關的dv和PdI的增加。動態和多次光散射結果表明，所有研究的納米乳劑的平均液滴尺寸的增加，可能是由于奧斯特瓦爾德成熟。分析渦輪機穩定性指數值，z穩定的乳劑為5和7.5g/100g的乳劑。這項研究擴展了我們對迷迭香水內油納米乳劑的知識，它可以作為天然食品防腐劑，也允許加入生物活性成分。