α-生育酚脂質(zhì)體的配方優(yōu)化及其穩(wěn)定性分析

徐偉麗，朱元昊，張玉琪，唐寅朝，韓曉軍

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 化工與化學(xué)學(xué)院，哈爾濱 150001； 2.城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 (哈爾濱工業(yè)大學(xué))，哈爾濱 150001)

α-生育酚(α-tocopherol，α-TOC)是動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必需的脂溶性維生素[1]，具有很強(qiáng)的抗氧化性及抗癌、防衰老、增強(qiáng)免疫力等生理功能[2]，常作為營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑及抗氧化劑應(yīng)用于食品、醫(yī)藥及化妝品行業(yè).然而，α-TOC水溶性差且易受光、氧、熱等因素的干擾[3]，進(jìn)入人體后吸收利用率低[4]，這使其在應(yīng)用方面存在局限性.

脂質(zhì)體是磷脂雙分子層定向排列成的一種小型囊泡，對(duì)人體無(wú)免疫原性，可以明顯改善非水溶性營(yíng)養(yǎng)素的溶解情況[4]并提高其有效載量和生物利用率[5-7]，廣泛應(yīng)用于食品、化妝品和醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)[8-9].但由于脂質(zhì)體進(jìn)入人體后極易被分解代謝，因此需要改變其膜材選用及制備工藝以提高其質(zhì)量和應(yīng)用價(jià)值.磷脂(Phosphatidylcholine，PC)是構(gòu)成脂質(zhì)體膜的常用材料，蛋黃卵磷脂與目前常用的大豆卵磷脂相比具有更好的穩(wěn)定性[10]，且有研究表明，膽固醇(Cholesterol，CHOL)作為脂質(zhì)體制備的附加劑可以有效提高脂質(zhì)體穩(wěn)定性和內(nèi)部藥物的生物利用率[11].因此本文以蛋黃卵磷脂和膽固醇為壁材，結(jié)合單因素實(shí)驗(yàn)與響應(yīng)面分析法優(yōu)化α-TOC脂質(zhì)體制備工藝，并在此條件下研究糖濃度、鹽濃度、離子濃度、pH、加熱溫度及時(shí)間、儲(chǔ)藏溫度及時(shí)間對(duì)脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響.

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

α-TOC：美國(guó)Sigma公司；蛋黃卵磷脂：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；膽固醇：北京索萊寶科技有限公司；無(wú)水乙醇、蔗糖、NaCl、HCl、NaOH(均為分析純?cè)噭?：天津市天力化學(xué)試劑有限公司；吐溫80：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；PBS緩沖液：北京索萊寶科技有限公司.

1.2 儀器與設(shè)備

BSA223S電子分析天平：賽多利斯科學(xué)儀器(北京)有限公司；UV-2100紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)：尤尼柯(上海)儀器有限公司；TGL-16G臺(tái)式高速離心機(jī)：上海安亭科技有限公司；HHS-11-4電熱恒溫水浴鍋：常州市人和儀器廠；BCD-221冰箱：河南新飛電器集團(tuán)有限公司；RE 52-05真空旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化有限公司；pHS-3C電子pH計(jì)：上海偉業(yè)儀器廠；QL-902漩渦震蕩儀：海門其林貝爾儀器制造有限公司；HZS-HA恒溫振蕩器：哈爾濱東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；Zetasiter Nano ZS90納米粒度儀，Bohlin GeminiⅡ旋轉(zhuǎn)流變儀：英國(guó)Malvern公司；79-3恒溫磁力攪拌器上海司樂(lè)儀器廠；S3400N掃描電子顯微鏡：日立高新技術(shù)公司.

1.3 方法

1.3.1α-TOC脂質(zhì)體的制備

通過(guò)薄膜水化法制備脂質(zhì)體[12].將100 mg蛋黃卵磷脂、20 mg膽固醇、10 mgα-TOC、100 mg吐溫80溶于5 mL無(wú)水乙醇中，55 ℃水浴攪拌15 min后50 ℃減壓蒸發(fā)1 h.加入pH =7.4的磷酸緩沖液20 mL，40 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)1 h.將樣品4 ℃超聲2 min并過(guò)0.45 μm濾膜，靜置后得到α-TOC常規(guī)脂質(zhì)體混懸液，4℃避光保存.

1.3.2 單因素實(shí)驗(yàn)

固定其他條件，按上述制備方法分別改變PC與CHOL的質(zhì)量比、PC與α-TOC的質(zhì)量比、無(wú)水乙醇(EA)的體積制備脂質(zhì)體進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn).室溫靜置2 h后觀察脂質(zhì)體混懸液的狀態(tài)，4 ℃避光24 h后以包封率、粒徑大小及分布、Zeta電位為指標(biāo)考察PC、α-TOC、CHOL的質(zhì)量比及無(wú)水乙醇體積對(duì)脂質(zhì)體質(zhì)量的影響.

1.3.3 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以α-TOC脂質(zhì)體的包封率為響應(yīng)值，采用三因素三水平的響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化配方.各因素及水平實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1.

表1 因素與水平

1.3.4α-TOC脂質(zhì)體表征及穩(wěn)定性分析

1.3.4.1 形態(tài)學(xué)及結(jié)構(gòu)觀察

將凍干后的脂質(zhì)體噴金，在S3400N掃描電鏡下(加速電壓為104 kV)觀測(cè)其外部形態(tài).

1.3.4.2α-TOC標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精確稱取α-TOC 100 mg溶于正己烷，并于100 mL容量瓶中定容以配制1 mg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液.分別吸取0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 g標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL容量瓶中定容.以正己烷作空白對(duì)照，于290 nm處測(cè)定吸光度.以α-TOC濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得回歸方程為y=0.003 6x+0.028 7,R2=0.997 7.

1.3.4.3α-TOC包封率的測(cè)定

通過(guò)有機(jī)溶劑萃取法測(cè)定脂質(zhì)體包封率.取0.4 gα-TOC脂質(zhì)體混懸液于15 mL離心管中，加入4 g正己烷(0.685 mg/mL)，渦旋2 min后機(jī)械震蕩10 min，3 500 r/min離心10 min，取上清液測(cè)定吸光度. 實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次.將吸光度值代入α-TOC標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算其含量，按下式計(jì)算脂質(zhì)體包封率.

包封率=(Ca-Cb)/Ca×100%.

式中:Ca為樣品中α-TOC總體積分?jǐn)?shù),μg/mL;Cb為正己烷中游離α-TOC的體積分?jǐn)?shù),μg/mL.

1.3.4.4 Zeta電位和粒徑的測(cè)定

取4 ℃避光儲(chǔ)藏24 h的α-TOC脂質(zhì)體0.1 g，用蒸餾水稀釋到1%(w/w).用Zetasiter Nano ZS90納米粒度儀室溫測(cè)定稀釋脂質(zhì)體的粒徑和電位.

1.3.4.5α-TOC保留率(conserving rate)測(cè)定

保留率是指處理前后脂質(zhì)體含α-TOC量的比值.測(cè)定方法同α-TOC包封率(entrapment efficiency)的測(cè)定，具體計(jì)算公式如下：

保留率=Cr/C0×100%.

式中:C0為初始狀態(tài)下脂質(zhì)體中α-TOC體積分?jǐn)?shù)，μg/mL；Cr為經(jīng)實(shí)驗(yàn)條件處理后脂質(zhì)體中α-TOC體積分?jǐn)?shù)，μg/mL.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

結(jié)果表示為3次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)結(jié)果的平均值±SD，采用Microsoft Excel 2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Design Expert 8.0軟件進(jìn)行響應(yīng)面的方差分析，采用LSD-T檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析，P<0.05為顯著水平.

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 PC與CHOL的質(zhì)量比對(duì)脂質(zhì)體性質(zhì)的影響

脂質(zhì)體的壁材主要是PC和CHOL，二者的比例顯著影響脂質(zhì)體性質(zhì).固定PC與α-TOC的質(zhì)量比為10∶1，改變PC與CHOL的質(zhì)量比制備脂質(zhì)體并測(cè)定其性質(zhì)，結(jié)果如圖1所示. 結(jié)果表明，在質(zhì)量比為2∶1時(shí)溶液渾濁，顏色暗沉，出現(xiàn)輕微絮凝.其他比例脂質(zhì)體混懸液均呈乳白色且均一穩(wěn)定，粒徑大小及分布比較均勻.在PC與CHOL質(zhì)量比為3∶1～6∶1時(shí)，包封率隨CHOL加入量的增加而上升，在質(zhì)量比為6∶1時(shí)達(dá)到最高(84.20±1.42%).

圖1 不同配比CHOL的脂質(zhì)體性質(zhì)比較

2.1.2 PC與α-TOC質(zhì)量比對(duì)脂質(zhì)體性質(zhì)的影響

固定PC與CHOL的質(zhì)量比為6∶1，改變PC和α-TOC的質(zhì)量比制備脂質(zhì)體并測(cè)定其性質(zhì)，結(jié)果如圖2所示.各組脂質(zhì)體混懸液靜置2 h后均未發(fā)生絮凝或分層，其中當(dāng)PC與α-TOC質(zhì)量比為20∶1時(shí)脂質(zhì)體呈乳白色，乳光現(xiàn)象最明顯，包封率最高(85.1±1.48%).

圖2 不同配比α-TOC的脂質(zhì)體性質(zhì)比較

2.1.3 無(wú)水乙醇體積對(duì)脂質(zhì)體性質(zhì)的影響

固定PC與CHOL質(zhì)量比為6∶1，PC與α-TOC質(zhì)量比為20∶1，改變無(wú)水乙醇(EA)體積制備脂質(zhì)體并測(cè)定其性質(zhì)，結(jié)果如圖3所示.新鮮制備的各組脂質(zhì)體混懸液均呈乳白色，乳光現(xiàn)象明顯且無(wú)絮凝.放置2 h后，無(wú)水乙醇添加量為2.5 mL的脂質(zhì)體明顯分層且包封率最低(42.40±1.96%)，當(dāng)添加量為15 mL時(shí)包封率(85.20±1.45%)最高,Zeta電位絕對(duì)值(39.10 ±1.11 mV)較高，平均粒徑在200 nm左右(PDI=0.203±0.014).

圖3 不同體積無(wú)水乙醇的脂質(zhì)體性質(zhì)比較

2.2 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果及脂質(zhì)體表征

2.2.1 響應(yīng)面法優(yōu)化α-TOC脂質(zhì)體制備工藝

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以α-TOC脂質(zhì)體的包封率為響應(yīng)值進(jìn)行三因素三水平響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 響應(yīng)面分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果

對(duì)上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合分析，建立數(shù)學(xué)模型，得到以包封率Y為因變量，X1、X2、X3為自變量的二次多項(xiàng)回歸方程，得到的回歸方程為

Y=86.25-0.44X1+0.95X2-0.76X3+

0.34X1X2+0.59X1X3-0.05X2X3-

對(duì)得到的回歸方程的回歸項(xiàng)分別進(jìn)行方差分析以判斷每個(gè)因素對(duì)維生素E-脂質(zhì)體的顯著性強(qiáng)弱，結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 回歸模型方差分析

分別使影響脂質(zhì)體包封率的兩個(gè)因素在中心水平，由此得到等高線圖和響應(yīng)面立體分析圖(如圖4所示).結(jié)果表明，PC與α-TOC質(zhì)量比和無(wú)水乙醇體積的交互作用顯著，也進(jìn)一步印證了表3的結(jié)果.這可能是因?yàn)棣?TOC易溶于有機(jī)溶劑，無(wú)水乙醇的用量決定了其溶解度的大小.

圖4 各因素交互作用對(duì)脂質(zhì)體包埋率的影響

2.2.2α-TOC脂質(zhì)體的表征

采用優(yōu)化后的工藝制備α-TOC脂質(zhì)體，其粒徑為181.30±3.45 nm(PDI=0.201±0.013)，Zeta電位值為-38.90±0.32 mV，包封率為87.39±1.12%.脂質(zhì)體混懸液呈乳白色，有腥氣味，靜置一段時(shí)間后無(wú)絮凝或分層，流動(dòng)性好，乳光現(xiàn)象明顯(結(jié)果未顯示).

形態(tài)學(xué)觀察(如圖5所示)發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)體微?；境蕶E球形，且表面光滑.以往研究顯示以大豆卵磷脂為材料采用不同方法制備的維生素E脂質(zhì)體的粒徑及包埋率是不同的，但薄膜水化法制備的維生素E脂質(zhì)體的包封率最高[14].趙麗萍[15]采用薄膜均質(zhì)法根據(jù)最優(yōu)配方制得的大豆卵磷脂維生素E脂質(zhì)體包封率為90.53%，而采用聚乙二醇包覆維生素E的脂質(zhì)體，不僅包封率較高(91.03%)，且脂質(zhì)體的透皮性能增強(qiáng)，生物利用率得以提高.

圖5 凍干樣品的掃描電鏡圖

2.3 脂質(zhì)體穩(wěn)定性分析

2.3.1 糖穩(wěn)定性

不同濃度的蔗糖對(duì)脂質(zhì)體形態(tài)學(xué)、Zeta電位、粒徑及保留率的影響如圖6所示. 5%及以下濃度的蔗糖對(duì)脂質(zhì)體溶液的表觀形態(tài)無(wú)明顯影響，乳液澄清且顏色均一，乳光作用明顯且無(wú)沉淀產(chǎn)生，脂質(zhì)體平均粒徑穩(wěn)定在186.20±3.59 nm～210.37±16.05 nm之間，Zeta電位穩(wěn)定在-36.17±2.97 mV～-38.47±1.25 mV之間，保留率并未發(fā)生明顯改變.這可能是因?yàn)樘蔷哂蟹€(wěn)定磷脂雙分子層的作用，可以保持脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)[16].

2.3.2 鹽穩(wěn)定性

不同濃度的NaCl對(duì)脂質(zhì)體性質(zhì)的影響如圖7所示.脂質(zhì)體在250、300 mM的NaCl濃度下顏色偏暗，出現(xiàn)絮凝沉淀.隨著NaCl離子濃度的增大，脂質(zhì)體的Zeta電位絕對(duì)值和保留率明顯下降，平均粒徑隨之增大，體系趨于不穩(wěn)定[17]，即NaCl會(huì)破壞負(fù)載α-TOC脂質(zhì)體的穩(wěn)定性.這種現(xiàn)象出現(xiàn)的原因是帶負(fù)電的蛋黃卵磷脂使得脂質(zhì)體復(fù)合物本身帶負(fù)電， Na+離子被吸附到脂質(zhì)體膜上使蛋黃卵磷脂帶有的負(fù)電荷被中和.此外，高滲也會(huì)影響脂質(zhì)體的穩(wěn)定性.

圖6 脂質(zhì)體在不同糖濃度下的物理性質(zhì)

圖7 脂質(zhì)體在不同NaCl濃度下的物理性質(zhì)

2.3.3 pH穩(wěn)定性

不同pH對(duì)脂質(zhì)體性質(zhì)的影響如圖8所示.脂質(zhì)體在pH=1.5或pH=2.0時(shí)溶液底部渾濁且出現(xiàn)絮凝沉淀，即在強(qiáng)酸環(huán)境中，過(guò)多的H+中和了磷脂頭部的負(fù)電荷[19]，體系趨于不穩(wěn)定；在pH介于3～8的范圍內(nèi)，隨著pH的升高，脂質(zhì)體的Zeta電位絕對(duì)值和保留率呈增加趨勢(shì)，在pH=7時(shí)Zeta電位絕對(duì)值和保留率達(dá)最大(分別為38.73±0.57 mV和93.97±1.33%)，粒徑最小(185.73±4.82 nm)，此時(shí)脂質(zhì)體體系的狀態(tài)最為穩(wěn)定；pH調(diào)至8即偏堿性時(shí)，體系中的OH-破壞了平衡，脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)被破壞，Zeta電位的絕對(duì)值和包埋率明顯下降，平均粒徑升高.結(jié)果顯示脂質(zhì)體溶液在強(qiáng)酸或偏堿的環(huán)境下不穩(wěn)定，在中性環(huán)境下最穩(wěn)定.

2.3.4 熱穩(wěn)定性

于65 ℃恒溫水浴處理不同時(shí)間對(duì)脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖9所示.65℃恒溫45 min后脂質(zhì)體出現(xiàn)少許絮凝沉淀，Zeta電位的絕對(duì)值達(dá)到最小(25.90±1.44 mV)，平均粒徑達(dá)到最大(274.30±6.15 nm)，粒徑分布較為紊亂(PDI=0.403±0.019).這是因?yàn)闊崽幚硎怪|(zhì)體的雙層膜膨脹導(dǎo)致脂質(zhì)體粒徑增大，膜表面的負(fù)電荷密度相對(duì)下降，脂質(zhì)體Zeta電位的絕對(duì)值降低，體系趨于不穩(wěn)定，而且脂質(zhì)體在其臨界溫度以上長(zhǎng)時(shí)間受熱時(shí)，其膜上的磷脂分子運(yùn)動(dòng)明顯增強(qiáng)，可能會(huì)翻轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等導(dǎo)致致密的雙分子層趨向疏松無(wú)序，脂質(zhì)體膜變薄，滲透性變強(qiáng)[20].α-TOC的保留率隨加熱時(shí)間的延長(zhǎng)而降低，而相同加熱時(shí)間下，脂質(zhì)體組的保留率均高于未包埋組，這說(shuō)明脂質(zhì)體包覆可以有效防止內(nèi)容物因?yàn)橥饨绛h(huán)境不穩(wěn)定而發(fā)生泄漏.

圖8 脂質(zhì)體在不同pH下的物理性質(zhì)

圖9 脂質(zhì)體在不同加熱時(shí)間下的物理性質(zhì)

2.3.5 溫度穩(wěn)定性

探究不同溫度處理15 min對(duì)脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如圖10所示.隨著處理溫度的逐漸升高，脂質(zhì)體的平均粒徑不斷增大，粒徑分布趨于無(wú)序，且Zeta電位的絕對(duì)值逐步減小，體系趨于不穩(wěn)定.這是因?yàn)樘岣邿崽幚頊囟葧?huì)加速脂質(zhì)體膜內(nèi)磷脂的分子運(yùn)動(dòng)，增加微粒碰撞幾率和分子聚集現(xiàn)象[21].此外，α-TOC的保留率隨處理溫度的升高明顯下降，表明α-TOC在持續(xù)加熱期間會(huì)發(fā)生泄漏，但相同處理?xiàng)l件下脂質(zhì)體組的保留率明顯高于未包埋組，這說(shuō)明脂質(zhì)體包覆可以有效保護(hù)高溫引起的內(nèi)容物的損失.

2.3.6 儲(chǔ)藏穩(wěn)定性

不同儲(chǔ)藏溫度及時(shí)間對(duì)脂質(zhì)體穩(wěn)定性的影響如圖11所示，在25℃儲(chǔ)藏的脂質(zhì)體溶液底部于第20 d顏色暗沉，第30 d時(shí)出現(xiàn)少量沉淀，而4℃儲(chǔ)藏的乳液澄清均一，呈乳白色，乳光現(xiàn)象明顯.隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，脂質(zhì)體的粒徑增大，Zeta電位的絕對(duì)值下降，微粒間發(fā)生碰撞絮凝，粒徑增大，分布趨于無(wú)序.保留率隨儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)呈降低趨勢(shì)，即脂質(zhì)體微粒隨著儲(chǔ)藏時(shí)間延長(zhǎng)發(fā)生碰撞，從而導(dǎo)致內(nèi)容物泄漏[21].相較于25℃下儲(chǔ)存相同時(shí)間的脂質(zhì)體，4℃存放脂質(zhì)體的平均粒徑更小，Zeta電位的絕對(duì)值和保留率更高，4℃儲(chǔ)存30 d后脂質(zhì)體保留率可達(dá)81.36±1.25%，說(shuō)明4℃儲(chǔ)藏的脂質(zhì)體更加穩(wěn)定，脂質(zhì)體適宜冷藏.顏景全等[14]發(fā)現(xiàn)采用殼聚糖、羧甲基殼聚糖包覆維生素E脂質(zhì)體可有效提高維生素E脂質(zhì)體的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，這為提高維生素E-脂質(zhì)體的穩(wěn)定性提供了新的思路.

3 結(jié) 論

1)采用薄膜水化法制備包埋α-TOC的脂質(zhì)體的最優(yōu)工藝參數(shù)為：PC用量為280.00 mg，PC與CHOL的質(zhì)量比例為6.22∶1，PC與α-TOC的質(zhì)量比為18.7∶1，無(wú)水乙醇體積為14.65 mL，此時(shí)脂質(zhì)體包封率為87.39±1.12%，平均粒徑為181.30±3.45 nm(PDI=0.201±0.013)，Zeta電位為-38.90±0.32 mV.脂質(zhì)體微粒呈球狀結(jié)構(gòu)且分散均勻，成膜現(xiàn)象明顯.

2)穩(wěn)定性分析表明蔗糖濃度低于5%時(shí)對(duì)脂質(zhì)體穩(wěn)定性基本沒(méi)有影響，但偏酸或偏堿的環(huán)境、NaCl濃度的升高、加熱及儲(chǔ)藏溫度的升高、儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)均會(huì)破壞脂質(zhì)體的穩(wěn)定性，脂質(zhì)體在4℃儲(chǔ)存時(shí)具有較好的穩(wěn)定性.

3)脂質(zhì)體中α-TOC的損失都明顯少于未包埋組，說(shuō)明脂質(zhì)體能夠很好地保護(hù)α-TOC活性和穩(wěn)定性，有效提高其效用并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍.