漆籽油納米乳液的制備及其抗氧化、防紫外輻射活性研究

周 昊，薛興穎，陳虹霞，葉建中，王成章

(中國林業(yè)科學研究院 林產(chǎn)化學工業(yè)研究所；生物質(zhì)化學利用國家工程實驗室；國家林業(yè)和草原局林產(chǎn)化學工程重點實驗室；江蘇省生物質(zhì)能源與材料重點實驗室；江蘇省林業(yè)資源高效加工利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210042)

漆籽是我國重要經(jīng)濟林樹種漆樹(Toxicodendronvernicifluum)的種子[1]。漆籽油是從漆籽種仁中提取的油脂，為黃色透明狀的液體油脂，具有特有的香氣。漆籽油是一種富含不飽和脂肪酸的功能性油脂，其含亞油酸≥63%，含油酸≥23%[2-3]，具有調(diào)節(jié)血脂、消炎止痛、降低膽固醇、延緩衰老等保健功能和護膚功效，其在功能食品和化妝品領域具有很好的應用前景[4-5]。然而由于漆籽油中不飽和脂肪酸含量極高，在貯藏加工過程中極易被氧化，且水溶性差、生物利用率低等特點，限制了其產(chǎn)品開發(fā)與應用。近年來，納米乳液作為一種簡單有效的制劑，已被廣泛應用于功能性油脂的包埋與傳遞，能夠防止油脂的功能營養(yǎng)成分被氧化，并提高其水溶性和生物利用率[6-7]。納米乳液平均粒徑在50～500 nm，是由水相、油相、表面活性劑及助表面活性劑等按照一定比例混合所形成的熱力學穩(wěn)定的膠體分散體系。納米乳液的制備方法包括高能乳化法和低能乳化法，其中高壓均質(zhì)乳化技術是最常用的一種制備納米乳液的高能乳化法，高壓均質(zhì)法具有乳化時間短、乳液粒徑小、體系穩(wěn)定、表面活性劑的用量少等優(yōu)勢[8-10]。目前，已有文獻報道通過高壓均質(zhì)乳化技術制備乳木果油、沙棘果油、紫蘇籽油、核桃油等納米乳液，但是還未見通過高壓均質(zhì)乳化法制備漆籽油納米乳液的相關報道[11-13]。本研究采用高壓均質(zhì)法制備漆籽油納米乳液，考察壓力、均質(zhì)次數(shù)、乳化劑用量及油添加量等參數(shù)對納米乳液平均粒徑及 Zeta電位的影響，優(yōu)化納米乳液制備工藝條件，并對制得的漆籽油納米乳液特性及穩(wěn)定性、抗氧化和抗紫外輻射活性進行研究，以期為漆籽油日化產(chǎn)品及保健品開發(fā)應用提供理論基礎。

1 實 驗

1.1 材料與試劑

漆籽油，購于陜西秦喬農(nóng)林生物科技有限公司；酪蛋白酸鈉、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2′-聯(lián)氮-雙-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)、VC、二甲基亞砜(DMSO)，購于阿拉丁試劑上海有限公司；改良伊格爾(DMEM)液體培養(yǎng)基、四甲基偶氮唑藍(MTT)溶液，購于南京諾爾曼生物技術有限公司；小鼠成纖維細胞 NIH 3T3，購于中國醫(yī)學科學院細胞中心；其他試劑均為分析純。

1.2 漆籽油納米乳液的制備

以酪蛋白酸鈉為乳化劑，取一定量的乳化劑溶解于去離子水中，磁力攪拌器室溫下攪拌過夜，作為水相，漆籽油為油相，將油相與水相溶液按質(zhì)量比6 ∶100混合均一，用高速分散機在20 000 r/min 下剪切5 min，形成粗乳液。然后將粗乳液用高壓均質(zhì)機進行均質(zhì)，在一定均質(zhì)壓力和均質(zhì)次數(shù)條件下，制備得到漆籽油納米乳液。

制備過程中分別以乳化劑質(zhì)量分數(shù)、漆籽油質(zhì)量分數(shù)、均質(zhì)壓力、均質(zhì)次數(shù)為考察因素進行單因素試驗，測定不同條件下制備的漆籽油納米乳液的平均粒徑和Zeta電位。

1.3 漆籽油納米乳液的表征

1.3.1穩(wěn)定性考察 將制備的漆籽油納米乳液分別于4，25和60 ℃條件下放置30 d，每5 d測定1次乳液的平均粒徑和Zeta電位值。

1.3.2平均粒徑、PDI及Zeta電位的測定 取適量的待測納米乳液用去離子水稀釋1 000倍后，搖晃均勻，用英國Malvern公司ZS90型納米粒度及Zeta電位分析儀，分別測定制備的漆籽油納米乳液的平均粒徑、多分散指數(shù)(PDI)及Zeta電位。

1.4 漆籽油納米乳液的抗氧化活性

1.4.1DPPH 自由基(DPPH·)清除能力 配制質(zhì)量濃度分別為5、10、20、40、60、80和100 mg/L的漆籽油納米乳液，精密吸取0.2 mL的漆籽油納米乳液與4 mL的0.2 mmol/L的DPPH乙醇溶液混合均勻，于暗處反應30 min后，在517 nm下測吸光度A1?？瞻讓嶒灲M以0.2 mL乙醇溶液代替漆籽油納米乳液，其他操作不變，所得吸光度為A2；陽性對照組以0.2 mL系列濃度的VC溶液替代漆籽油納米乳液，其他操作不變。計算樣品對DPPH·的清除能力，清除率=(1-A1/A2)×100%，并求出有效中濃度(EC50)。

1.4.2ABTS 自由基(ABTS+)清除能力 取7 mmol/L ABTS 溶液5 mL與88 μL 的140 mmol/L過硫酸鉀溶液混合，室溫、避光靜置，15 h后用超純水稀釋至溶液在734 nm波長下吸光度約為0.7，所得溶液即為ABTS+溶液。配制質(zhì)量濃度分別為5、10、20、40、60、80和100 mg/L的漆籽油納米乳液，精密吸取0.2 mL的漆籽油納米乳液與2 mL配制好的ABTS+溶液混合均勻，避光反應10 min后，在734 nm下測吸光度A′1?？瞻讓嶒灲M以0.2 mL乙醇溶液代替漆籽油納米乳液，其他操作不變，所得吸光度為A′2；陽性對照組以0.2 mL系列濃度的VC溶液替代漆籽油納米乳液，其他操作不變。計算樣品對ABTS+的清除能力，清除率=(1-A′1/A′2)×100%，并求出EC50。

1.4.3羥基自由基(OH·)清除能力 配制質(zhì)量濃度分別為5、10、20、40、60、80和100 mg/L的漆籽油納米乳液。在10 mL比色管中分別加入1.0 mL的漆籽油納米乳液，1.0 mL濃度為 2 mmol/L的水楊酸乙醇溶液，1.2 mL濃度為 1.0 mmol/L的FeSO4溶液以及1.0 mL濃度為2.0 mmol/L的H2O2溶液，反應0.5 h后，在580 nm測其吸光值A″1?？瞻讓嶒灲M以1.0 mL蒸餾水代替漆籽油納米乳液，其他操作不變，所得吸光度為A″2；陽性對照組以1.0 mL系列濃度的VC溶液替代漆籽油納米乳液，其他操作不變。不加H2O2時580 nm處的吸光值為A″3。計算樣品對OH·的清除能力，清除率=[1-(A″1-A″3)/A″2]×100%,并求出EC50。

1.5 漆籽油納米乳液的抗紫外輻射活性

1.5.1對NIH 3T3細胞生長的影響 將小鼠成纖維細胞 NIH 3T3 以6 000個/孔接種至96孔細胞培養(yǎng)板中，置于體積分數(shù)為5%的CO2培養(yǎng)箱中在37 ℃下培養(yǎng)24 h，棄去上清液，用DMEM培養(yǎng)基配制質(zhì)量濃度為20 mg/L的漆籽油納米乳液，然后再用DMEM培養(yǎng)基進行逐級稀釋成系列質(zhì)量濃度的漆籽油納米乳液(10、5、2.5、1.25、0.625和0.312 5 mg/L)，分別加入培養(yǎng)板中，對照組加入DMEM培養(yǎng)基，每孔100 μL，孵育24 h后，采用MTT法進行檢測。

1.5.2UVA輻射NIH 3T3細胞損傷模型 將NIH 3T3細胞分為6組：正常細胞對照組和5個UVA損傷組。用DMEM培養(yǎng)基將NIH 3T3細胞培養(yǎng)至融合度 70%～80%，置于96孔板中，每孔加入100 μL細胞懸液，每組4個復孔，孵育24 h后，各UVA 損傷組進行紫外輻照處理，細胞距輻照光源15 cm，輻照強度5.4 W/m2，輻照時間分別為15、20、30、60和120 min，繼續(xù)培養(yǎng)24 h后，采用MTT法進行檢測。

1.5.3體外抗UVA輻射實驗 將細胞隨機分為3組：細胞對照組、UVA損傷組、UVA損傷+漆籽油納米乳液組。將NIH 3T3細胞接種至96孔細胞培養(yǎng)板中(6 000個/孔)，置于體積分數(shù)為5%的CO2培養(yǎng)箱中在37 ℃下培養(yǎng)24 h，先將UVA損傷組、UVA損傷+漆籽油納米乳液組按損傷模型結(jié)果接受UVA 輻射，然后UVA損傷+漆籽油納米乳液組分別加入系列質(zhì)量濃度(10、5、2.5、1.25、0.625和0.312 5 mg/L)的漆籽油納米乳液，細胞對照組和UVA損傷組則加入DMEM培養(yǎng)基，孵育24 h后，采用MTT法進行檢測。

1.5.4MTT法檢測 參照文獻[16]，在細胞培養(yǎng)板每孔加入20 μL的質(zhì)量濃度為5 g/L的MTT溶液，繼續(xù)培養(yǎng)4 h后，棄去上清液，加入100 μL/孔的DMSO，避光振蕩15 min，酶標儀檢測光密度(OD)值，檢測波長為570 nm時的吸光值，計算細胞存活率。細胞存活率=實驗吸光值÷空白對照吸光值×100%。

2 結(jié)果與討論

2.1 漆籽油納米乳液的制備工藝優(yōu)化

2.1.1乳化劑用量 分別配制質(zhì)量分數(shù)為1.5%、2.0%、2.5%、3.0%和3.5%的酪蛋白酸鈉水溶液，室溫下攪拌過夜，然后緩慢加入水相質(zhì)量6%的漆籽油，用高速分散機按1.2節(jié)條件進行制備，均質(zhì)壓力選擇100 MPa，均質(zhì)4次得漆籽油納米乳液。乳液的平均粒徑及Zeta電位絕對值見圖1(a)。

a.乳化劑質(zhì)量分數(shù)mass fraction of emulsifier；b.漆籽油質(zhì)量分數(shù)mass fraction of lacquer oil；c.均質(zhì)壓力homogeneous pressure；d.均質(zhì)次數(shù)number of homogen圖1 不同工藝條件下乳液的平均粒徑及Zeta電位絕對值Fig.1 Average particle size and Zeta potential absolute value of nanoemulsion under different process condition

由圖可知，隨著乳化劑用量的增加，漆籽油納米乳液的平均粒徑先減小后增大，Zeta電位絕對值先逐漸升高后又降低。當乳化劑質(zhì)量分數(shù)為2.5%時，乳液具有最小的平均粒徑為162.5 nm，最大的Zeta電位絕對值為40.36 mV，此時乳液的穩(wěn)定性最好。隨著乳化劑用量增加，它可以包裹更多的油滴，降低表面張力，減小乳化時能量的消耗，提高乳化效率，從而使平均粒徑減小；但是當乳化劑用量進一步增加時，納米乳液的平均粒徑反而增大，因為體系中沒有足夠的油滴被乳化劑吸附，多余的乳化劑部分以膠束的形式存在于體系中，使得乳液微粒發(fā)生聚合現(xiàn)象，粒徑增大，穩(wěn)定性也會降低[10-11]。因此，選擇乳化劑質(zhì)量分數(shù)為2.5%。

2.1.2漆籽油質(zhì)量分數(shù) 配制質(zhì)量分數(shù)為2.5%的酪蛋白酸鈉水溶液，室溫下攪拌過夜，然后分別緩慢加入質(zhì)量分數(shù)2%、4%、6%、8%、10%和12%的漆籽油，用高速分散機按1.2節(jié)條件進行制備，均質(zhì)壓力選擇100 MPa，均質(zhì)4次得漆籽油納米乳液。乳液的平均粒徑及Zeta電位絕對值見圖1(b)。由圖可知，隨著漆籽油質(zhì)量分數(shù)的增加，漆籽油納米乳液的粒徑呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，Zeta電位絕對值呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。油脂含量在一定范圍內(nèi)，乳化劑可較好地乳化所加入的油脂，形成穩(wěn)定的納米乳液，而當油脂加入量過大時，相同乳化劑為了乳化更多的油脂，則需要増大所乳化的油滴體積，降低油滴與水相的接觸面積，導致體系粒徑的增大，穩(wěn)定性也變差，因此油脂含量過大不利于形成粒徑小且穩(wěn)定的納米乳液[12-13]。漆籽油質(zhì)量分數(shù)為6%時，乳液的粒徑最小，Zeta電位絕對值最大，乳液最穩(wěn)定，因此最佳的漆籽油添加量為6%。

2.1.3均質(zhì)壓力 配制質(zhì)量分數(shù)為2.5%的酪蛋白酸鈉水溶液，室溫下攪拌過夜，然后緩慢加入6%的漆籽油，用高速分散機按1.2節(jié)條件進行制備，設定均質(zhì)壓力分別為60、80、100、120和140 MPa，均質(zhì)4次得漆籽油納米乳液。乳液的平均粒徑及Zeta電位絕對值見圖1(c)。由圖可知，隨著均質(zhì)壓力的增加，漆籽油納米乳液的粒徑呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，Zeta電位絕對值呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。高壓均質(zhì)過程中，乳液分散相顆粒在巨大剪切、撞擊空穴效應的作用下，逐漸形成納米乳滴。隨著均質(zhì)壓力的增加，機械力輸出強度增大，顆粒粒徑變小。當均質(zhì)壓力高于100 MPa時，此時機械輸出作用過強，分散相粒徑的比表面積急劇增加，有限的乳化劑不能被有效吸附到所有液滴表面上，乳化作用下降，液滴相互聚集，粒徑會變大，乳液體系也會變得不穩(wěn)定[14-15]。均質(zhì)壓力為100 MPa時，乳液的粒徑最小，Zeta電位絕對值最大，乳液最穩(wěn)定，因此最佳的均質(zhì)壓力為100 MPa。

2.1.4均質(zhì)次數(shù) 配制質(zhì)量分數(shù)為2.5%的酪蛋白酸鈉水溶液，室溫下攪拌過夜，然后緩慢加入6%的漆籽油，用高速分散機按1.2節(jié)條件進行制備，均質(zhì)壓力選擇100 MPa，設定均質(zhì)次數(shù)分別為1、2、3、4、5和6次，制得不同的漆籽油納米乳液。不同均質(zhì)次數(shù)條件下乳液的平均粒徑及Zeta電位絕對值見圖1(d)。由圖可知，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，漆籽油納米乳液的粒徑呈現(xiàn)下降趨勢，Zeta電位絕對值呈現(xiàn)上升趨勢。但是當均質(zhì)次數(shù)超過4次時，乳液粒徑和Zeta電位絕對值變化不大。高壓均質(zhì)過程中，在一定均質(zhì)壓力下，隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，乳液粒徑大小會下降，隨著均質(zhì)循環(huán)次數(shù)的增加，其機械作用時間變長，之前未被均質(zhì)細化的大顆?；蛐☆w粒聚集體在多次均質(zhì)后粒徑減小，乳液乳滴也更加穩(wěn)定[15]。在實際應用中，均質(zhì)次數(shù)的選擇對節(jié)約成本、減少機器工作時間有重要作用，綜合考慮，選擇均質(zhì)次數(shù)為4次。

2.1.5驗證實驗 通過單因素試驗，確定漆籽油納米乳液的較佳工藝條件為：乳化劑質(zhì)量分數(shù)2.5%，漆籽油質(zhì)量分數(shù)6%，均質(zhì)壓力為100 MPa，均質(zhì)次數(shù)4次。按此工藝條件制備 3 批漆籽油納米乳液，測定平均粒徑分別為162.5、165.3和161.2 nm，平均值為163.0 nm；PDI分別為0.215、0.228和0.232，平均值為0.225；Zeta電位分別為-40.36、-41.39和-41.28 mV，平均值為-41.01 mV；由數(shù)據(jù)可知，漆籽油納米乳液分布均一，說明該制備方法可行，工藝的重復性良好。

2.2 漆籽油納米乳液的穩(wěn)定性

乳液在運輸貯藏過程中，溫度對其理化穩(wěn)定性具有顯著影響[6]。溫度升高會引起納米乳液體系內(nèi)的粒子受熱吸收能量，遷移活動加劇，布朗運動增強，進而引起乳液的破乳或液滴聚合等現(xiàn)象。因此，如何使乳液在保質(zhì)期內(nèi)保持良好的物理穩(wěn)定性是其應用于食品、化妝品等領域的重要問題。將漆籽油納米乳液在 4、25和60 ℃條件下貯藏 30 d，結(jié)果如表1所示。

表1 不同溫度貯藏過程中漆籽油納米乳液的穩(wěn)定性Table 1 The stability of lacquer seed oil during different temperature storage

在4和25 ℃貯藏溫度下，30 d內(nèi)漆籽油納米乳液平均粒徑和 Zeta電位值變化較小。在4 ℃貯藏30 d后，乳液的平均粒徑由162.3 nm增加到 180.6 nm，增長率為11.3%；在25 ℃貯藏30 d后，漆籽油納米乳液的平均粒徑由162.3 nm增加到182.4 nm，增長率為12.4%；而在60 ℃時，乳液的平均粒徑增長較大，由162.3 nm增加到206.8 nm，增長率為27.4%。這是因為較高的環(huán)境溫度破壞了納米乳液內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分子運動速率增加，粒子相互碰撞聚集，導致粒徑變大。然而漆籽油納米乳液在4、25和60 ℃條件下貯藏30 d，平均粒徑仍能保持在200 nm級的液滴范圍內(nèi)且未出現(xiàn)破乳或相分離現(xiàn)象，同時漆籽油納米乳液的Zeta電位均處于-41～-39 mV，維持在乳液穩(wěn)定的范圍內(nèi)，表明漆籽油納米乳液在長期貯藏過程中具有良好的物理穩(wěn)定性。

2.3 漆籽油納米乳液的抗氧化活性

漆籽油納米乳液對DPPH、ABTS及羥基自由基的清除能力如圖2所示，可以看出漆籽油納米乳液對3種自由基均具有很好的清除作用，清除率隨著質(zhì)量濃度的增加而變高。有效中濃度(EC50)是指自由基被清除50%時所需要的抗氧化劑的質(zhì)量濃度，常用來表征抗氧化能力的大小，EC50越小，抗氧化劑的抗氧化效果越強。漆籽油納米乳液對DPPH、ABTS及羥基自由基的EC50分別為24.26、23.77和21.10 mg/L，而漆籽油對DPPH、ABTS及羥基自由基的EC50分別為35.38、41.29和38.52 mg/L，說明漆籽油制備成納米乳液后可顯著增強抗氧化活性。同時本試驗也采用VC為陽性對照，VC對DPPH、ABTS及羥基自由基的EC50分別為38.48、43.25和40.56 mg/L。通過比較看出，漆籽油納米乳液對3種自由基的清除率明顯高于VC(P<0.05)，表明漆籽油納米乳液具有比VC更好的抗氧化活性。

a.DPPH·;b.ABTS+;c.OH·圖2 不同質(zhì)量濃度的漆籽油納米乳液和VC的抗氧化活性Fig.2 Antioxidant activity of lacquer seed oil nanoemulsion and VC at different concentrations

2.4 漆籽油納米乳液的抗紫外輻射活性

將NIH 3T3正常細胞對照組的相對細胞存活率設定為 100%，漆籽油納米乳液對NIH3T3細胞生長的作用見表2。由表2數(shù)據(jù)可知，與正常細胞對比，漆籽油納米乳液對 NIH 3T3細胞無明顯的細胞毒性，NIH 3T3細胞的存活率隨著漆籽油納米乳液濃度的增加而升高，表明漆籽油納米乳液對 NIH 3T3細胞有促增殖的作用。NIH 3T3細胞在接受不同時間 UVA 輻照后，細胞均受到不同程度的損傷，隨著輻照時間的延長，細胞損傷的程度越高。UVA 不同輻照時間對NIH 3T3細胞的損傷較大，在15、20、30、60和120 min的輻射時間下，細胞存活率分別為(92.6±1.5)%、(79.5±1.3)%、(58.2±1.2)%、(6.5±0.3%)和(0.0±0.0)%。由此可知，當UVA 輻照時間在30 min時，細胞死亡率處在半數(shù)死亡值左右，是建模的理想劑量，因此后續(xù)UVA損傷建模實驗選擇30 min的輻照時間。漆籽油納米乳液對UVA輻射損傷NIH 3T3的修復作用結(jié)果亦見表2，表中數(shù)據(jù)表明漆籽油納米乳液對UVA損傷的NIH 3T3細胞有顯著的修復作用，當漆籽油納米乳液質(zhì)量濃度大于等于5 mg/L時對UVA損傷的NIH 3T3細胞修復作用更明顯，細胞的存活率可高于正常NIH 3T3細胞的存活率(P<0.05)。因此漆籽油納米乳液具有很好的抗紫外輻射活性。

表2 漆籽油納米乳液的抗紫外輻射活性Table 2 Anti-UV radiation activity of lacquer seed oil nanoemulsion

3 結(jié) 論

3.1以漆籽油為原料，酪蛋白酸鈉為乳化劑，以高壓均質(zhì)法制備了漆籽油納米乳液，采用單因素試驗對制備條件進行了優(yōu)化，得到較佳工藝條件為：乳化劑質(zhì)量分數(shù)2.5%，漆籽油質(zhì)量分數(shù)6%，均質(zhì)壓力100 MPa，均質(zhì)次數(shù)4次。優(yōu)化條件下制備的漆籽油納米乳液平均粒徑為163.0 nm，Zeta電位為-41.01 mV，PDI為0.225；乳液的貯藏穩(wěn)定性很好，在4、25和60 ℃條件下貯藏 30 d，平均粒徑保持在210 nm以內(nèi)。

3.2漆籽油納米乳液對DPPH、ABTS及羥基自由基的EC50分別為24.26、23.77和21.10 mg/L，顯示出比陽性對照VC更好的抗氧化活性(EC50分別為38.48、43.25和40.56 mg/L)。

3.3漆籽油納米乳液對NIH 3T3細胞無明顯的細胞毒性，對正常NIH 3T3細胞有促增殖的作用。漆籽油納米乳液對UVA損傷的NIH 3T3細胞有顯著的修復作用，在質(zhì)量濃度大于5 mg/L時，細胞的存活率可高于正常NIH 3T3細胞的存活率。因此漆籽油納米乳液具有很好的抗紫外輻射活性。