葵花籽油微乳体系对玉米黄素增溶性能研究

摘要：文章研究了葵花籽油微乳包封玉米黄素的能力，考察了玉米黄素在微乳不同相中的分配系数及葵花籽油微乳增溶玉米黄素的能力。结果表明，微乳的pH值在4～6之间时，体系稳定；pH值在2～4和8～10时，粒子分布不均匀，包封率降低。随着盐浓度的增加，微乳的粒径和PDI增大，包封率逐渐下降。微乳在4 ℃和25 ℃下储存时较稳定并且粒径、PDI和包封率无明显改变；在45 ℃时，粒径较大且分布不均匀，包封率降低。微乳体系中玉米黄素的溶解度高于葵花籽油中玉米黄素的溶解度；在水包油型中，80%含水量的微乳增溶玉米黄素52倍，是水增溶玉米黄素的330倍。理论上可以确定有64个混合表面活性剂分子增溶1个玉米黄素分子。因此，葵花籽油微乳体系对玉米黄素具有良好的增溶性能。

关键词：玉米黄素；微乳；葵花籽油；增溶性能

中图分类号：TS225.15""""" 文献标志码：A"""" 文章编号：1000-9973（2024）11-0048-04

Study on Solubilization Performance of Zeaxanthin in Sunflower Seed Oil Microemulsion System

WU Hong-yan1，2， WANG Ke-yi1， YU Xiao-dan1， YANG Jia-meng1， TIAN Ying-hua1

（1.College of Food and Bioengineering， Qiqihar University， Qiqihar 161006， China; 2.Engineering

Research Center of Plant Food Processing Technology， Ministry of Education，

Qiqihar 161006， China）

Abstract： In this paper， the ability of sunflower seed oil microemulsion to encapsulate zeaxanthin is studied， and the distribution coefficients of zeaxanthin in different phases of microemulsion and the ability of sunflower seed oil microemulsion to solubilize zeaxanthin are investigated. The results show that when the pH value of the microemulsion is 4～6， the system is stable. When the pH value is 2～4 and 8～10， the particle distribution is uneven， and the encapsulation efficiency decreases. With the increase of salt concentration， the particle size and PDI of microemulsion increase， and the encapsulation efficiency decreases gradually. The microemulsion is stable when being stored at 4 ℃ and 25 ℃， and there is no significant change in particle size， PDI and encapsulation efficiency.At 45 ℃， the particle size is larger and unevenly distributed， and the encapsulation efficiency decreases. The solubility of zeaxanthin in the microemulsion system is higher than that in sunflower seed oil. In the oil-in-water type， microemulsion with 80% moisture content solubilizes zeaxanthin 52 times， which is 330 times that of zeaxanthin solubilized by water. Theoretically， it can be determined that there are 64 mixed surfactant molecules solubilizing one zeaxanthin molecule. Therefore， the sunflower seed oil microemulsion system has good solubilization performance on zeaxanthin.

Key words： zeaxanthin; microemulsion; sunflower seed oil; solubilization performance

收稿日期：2024-05-16

基金项目：黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目（145209327）

作者简介：吴红艳（1969—），女，教授，博士，研究方向：食品化学与食品添加剂。

微乳是一种可以增溶、保护及控制释放脂溶性营养素和风味物质的良好载体，近些年来引起了人们的关注[1]。微乳液是由油相、表面活性剂和被载成分构成的各向同性物质，其突出的特点是在加入水相后能够自发地形成微乳，并且随着水的增多转变为接近可无限稀释的O/W型微乳[2]。

加水过程中微乳液发生了溶胀，油相增溶到表面活性剂的液膜内部，增大了内核体积，从而提高了被载物质的溶解度[3]。微乳可以增溶营养物、药物、抗氧化剂等几乎不溶于水的物质10～20倍。玉米黄素在食品保健品和药品中的应用前景非常广阔，但将脂溶性色素应用于食品工业时，被其水溶解性差和极易被氧化的性质所困扰[4]。本研究以葵花籽油为油相制备成可无限稀释的O/W型微乳，不仅具有葵花籽油的营养成分、人体保健和预防疾病的功能，而且利用微乳的增溶性能解决了玉米黄素的水不溶性和不稳定问题，提高了玉米黄素在食品中的使用范围[5]。该研究为今后微乳在提取食用色素上的应用及玉米黄素的开发与研究提供了理论和材料基础。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

多力葵花籽油：市售；玉米黄素：上海源叶生物科技有限公司；吐温80、司班80：天津市光复精细化工研究所；超纯水；无水乙醇（分析纯）：天津市天力化学试剂有限公司；正己烷（分析纯）：沈阳市新西试剂有限公司；甲醇（色谱纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司；乙腈（色谱纯）：沈阳华群化工原料有限公司；滤膜：上海市新亚净化器件厂。

1.2 主要仪器与设备

DHG-9145A恒温鼓风干燥箱；722S型可见分光光度计；Thermo微量移液器（100～1 000 μL）；GH5000B型隔水式培养箱；DL-360E超声波清洗器；BS124S型电子天平；GL-16C型台式高速离心机；EMS-8B恒温磁力搅拌器；SHZ-C水浴恒温振荡器；SHZ-D（Ⅲ）循环水式真空泵；Agilent 1290 Infinity Ⅱ超高效液相色谱仪。

1.3 试验方法

1.3.1 微乳液的制备

称取司班80和吐温80（1∶10）50 mL，混合均匀。将玉米黄素溶于葵花籽油中，形成过饱和溶液，取其上层清液按照体积比为1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9混合均匀后加入表面活性剂中，在磁力搅拌下逐滴加入超纯水（25 ℃），并观察现象。当体系变成澄清、透明或半透明并带有乳光的液体时，即为水包油型微乳。

1.3.2 高效液相色谱法测定玉米黄素的条件

色谱条件：C18反相色谱柱（250 mm×4.6 mm，5 μm），流动相为乙腈，柱温为25 ℃，进样量为1 μL，流速为0.5 mL/min，检测波长为446 nm。

1.3.3 微乳包封率的测定

称取含玉米黄素的微乳样品10 g，分别加入无水硫酸铵0.5 g混匀，在70 ℃的水浴锅中加热20 min并超声50 min，以5 000 r/min离心1 h后可分离出水相和油相。

按照下式计算玉米黄素微乳中玉米黄素的包封率（EE）。

EE=（1-C1C0）×100%。（1）

式中：C0为微乳中玉米黄素的总浓度（mg/mL）；C1为上清液中玉米黄素的浓度（mg/mL）。

1.3.4 微乳粒径的测定

将马尔文粒度分析仪设定为散射角90°、折光系数1.33、吸光度值0.010、温度25 ℃、分散相为水，将微乳样品用超纯水稀释10倍，进行微乳粒径的测定。

1.3.5 微乳对玉米黄素的增溶能力

溶解效能（γ）=溶解度×M水+M油+M乳化剂M油+M乳化剂。（2）

溶解效率（α）=M油M油+M乳化剂×γ。（3）

1.3.6 数据分析

试验均重复3次，数据用Origin 8.0绘图，用IBM SPSS Statistics 19.0进行显著性分析，Plt;0.05表示差异显著。

2 试验结果及讨论

2.1 不同配方的葵花籽油微乳对包封率、粒径和PDI的影响

将含有玉米黄素的葵花籽油与混合非离子表面活性剂按质量比为1∶6、1∶7、1∶8、1∶9制备微乳，测定其微乳包封玉米黄素的能力，并用马尔文粒度分析仪测定玉米黄素微乳粒径及粒径分布，见图1和图2。

由图1和图2可知，随着含有玉米黄素的葵花籽油与混合非离子表面活性剂比例的增加，包封率先增大后减小，粒径和PDI先降低后升高。当料液比为1∶7时，微乳的PDI和粒径相对较小，在此比例下微乳的分散度最好，分布均匀，体系较稳定，溶液澄清透明且伴有乳光，微乳的包封率最好[6]。

2.2 pH对葵花籽油微乳包封率、粒径和PDI的影响

配制料液比为1∶7的含有玉米黄素的微乳，用1 mol/L NaOH和1 mol/L HCl调节溶液的pH值。考察不同pH值对微乳包封玉米黄素的能力以及微乳粒径和粒径分布的影响，见图3和图4。

由图3和图4可知，料液比为1∶7的含有玉米黄素的微乳的pH值为5.5，在pH值为4～6时，包封率较高，为68.67%，粒径和PDI变化不大，体系稳定，而在偏酸性或碱性条件下，包封率明显降低，粒径和PDI均增加，微乳颜色逐渐变淡，在放置30 d后陆续出现破乳的现象[7]。

2.3 盐浓度对葵花籽油微乳包封率、粒径和PDI的影响

在葵花籽油微乳中加入一定的盐溶液可以增加包封的能力，使包封率增加。配制料液比为1∶7的含有玉米黄素的微乳，考察不同浓度的盐溶液对微乳包封玉米黄素的能力以及微乳粒径和粒径分布的影响，见图5和图6。

由图5和图6可知，盐浓度对微乳包封玉米黄素的能力影响较大，包封率整体呈下降趋势，即盐浓度越高，微乳的粒径和PDI越大，包封率越小。但盐浓度对外观和pH值无较大影响[8-9]。当盐浓度为0.4%时，粒径和PDI增加比较明显且PDI由单分散体系转变为多分散体系。

2.4 储藏温度对葵花籽油微乳包封率、粒径和PDI的影响

配制料液比为1∶7的含有玉米黄素的微乳，分别在4，25，45 ℃条件下贮存30 d，考察储藏温度和时间对微乳包封率、粒径和粒径分布的影响，见图7和图8。

由图7和图8可知，储藏温度和时间对其包封率、粒径和PDI均有较大影响。在4 ℃和25 ℃时，微乳的粒径趋于稳定，并且在放置15 d内PDI无显著变化，微乳均为橙黄色、透明、均一的液体；在45 ℃下微乳的粒径逐渐变大，PDI呈下降趋势且包封率明显下降，微乳在10 d后破乳，溶液分层，颜色为乳白色，部分玉米黄素析出[10]，说明储藏温度对微乳中固形物的含量没有影响。

2.5 玉米黄素的增溶效果

玉米黄素与不同溶剂通过一定的固液比互溶，摇匀后，置于温度为40 ℃的恒温水浴锅中，振荡1.5 h后过滤，测量各组滤液的吸光度值，计算其溶解度，见图9。

由图9可知，无水乙醇对玉米黄素的溶解度最高，其次是微乳液，葵花籽油和正己烷对玉米黄素的溶解度相同，色素在水相和油相中的提取得率均较低，由于玉米黄素中既含有脂溶性色素又含有水溶性色素，油的提取得率大于水的提取得率，因此，可以推断出在玉米黄粉中脂溶性色素的含量高于水溶性色素。微乳是由葵花籽油、表面活性剂和水相组成的，而微乳的提取得率明显高于油相和水相之和，即微乳具有增溶能力[11-13]。

2.6 不同含水量微乳的增溶能力

精密称取玉米黄素15 mg，加入5 g葵花籽油和17.5 g乳化剂，置于50 mL烧杯内并加入超纯水，配制成含水量分别为5%、65%、80%、90%的样品，根据上述色谱条件测定峰面积，见表1。

由表1可知玉米黄素在选定的油包水、液晶相和水包油类型微乳中的溶解度，当含水量较低时，油相增溶到表面活性剂的液膜内部，随着微乳含水量的增加，溶解效能和溶解效率均有所增加；当含水量达到90%时，溶解度、溶解效能和溶解效率均降低，水量的增加导致油相的相对含量减少，降低了玉米黄素的溶解能力，其结果与文献[14-15]的研究结果一致，玉米黄素的溶解能力随着含水量的增加而降低。由α值可知，油包水型溶胀的反胶束中玉米黄素的溶解量高于葵花籽油（0.3 mg/g）近22倍，而由γ值可知，溶解量高于葵花籽油2.8倍[16]。在水包油型中，80%含水量的微乳增溶玉米黄素52倍，是水增溶玉米黄素的330倍，即微乳的界面膜可以大量地增溶玉米黄素[17-18]。含水量80%的微乳中含有混合表面活性剂（司班80∶吐温80为1∶10）17.5%，混合表面活性剂约为4.08×10-4 mol，通过溶解度计算出玉米黄素为6.39×10-6 mol。在理论上，可以确定有64个混合表面活性剂分子增溶1个玉米黄素分子[19-20]。

3 结论

本文利用葵花籽油微乳对玉米黄素的包封能力和增溶能力进行了研究。结论如下：在偏酸或偏碱、高盐浓度、高温条件下粒子分布不均匀时都会导致包封率降低；在4 ℃和25 ℃时，微乳粒径、PDI和包封率变化不大，而微乳不适合在45 ℃高温下储藏。与不同溶剂相比，葵花籽油微乳提取色素的效果仅低于无水乙醇。

根据玉米黄素在3种类型微乳中的溶解度分析，随着微乳中含水量的增加，玉米黄素的溶解度降低，但溶解效能和溶解效率增加，主要是由于微乳粒径和界面曲率的减小使玉米黄素增溶，微乳的界面膜可以大量增溶玉米黄素。本研究为后续利用微乳提取玉米黄素提供了理论依据。

参考文献：

[1]白亚蒙，张峰升，李皓，等.基于GC-MS对顶空固相萃取法和微波辅助法获得的花椒挥发油香气成分分析[J].中国调味品，2023，48（3）：187-190.

[2]安毅，赵法军，刘灏亮，等.稠油管输乳化降粘剂选择方法综述[J].当代化工，2017，46（6）：1225-1227.

[3]胡正芝.食品分析[J].分析试验室，1990（4）：27-53.

[4]SYAMASRI G， MOULIK S P. Biocompatible microemulsions and their prospective uses in drug delivery[J].Journal of Pharmaceutical Sciences，2008，97（1）：22-45.

[5]GHAYEMPOUR S， MONTAZER M. A robust friendly nano-encapsulated plant extract in hydrogel tragacanth gum on cotton fabric through one single step in-situ synthesis and fabrication[J].Cellulose，2016，23（4）：2561-2572.

[6]LYU X， LIU T T， MA H P， et al. Preparation of essential oil-based microemulsions for improving the solubility， pH stability， photostability， and skin permeation of quercetin[J].AAPS Pharm Sci Tech，2017，18（8）：1-8.

[7]雷艳丽，谢娜娜，鲁晓丽，等.高效液相色谱法测定大鼠口服玉米黄素双棕榈酸酯后胃肠道含量变化[J].宁夏医科大学学报，2023，45（7）：726-730，751.

[8]董颖，王东营，王莹莹，等.不同生产工艺对大蒜调味油氧化稳定性及挥发性成分的影响[J].中国调味品，2022，47（9）：90-94.

[9]马倩雯.番茄红素的精制及稳定性研究[D].西安：西安工程大学，2016.

[10]陈鑫沛，董颖，杨浩铎，等.蕹菜精油对葵花籽油氧化稳定性的影响[J].中国调味品，2022，47（3）：49-52.

[11]蔡靳，惠伯棣，蒋继志，等.玉米黄素及在食品中的应用研究进展[J].中国食品添加剂，2012（3）：200-207.

[12]荣晓哲.鱼腥草挥发油抗淋巴瘤药效学及其固体脂质纳米粒的制备研究[D].郑州：郑州大学，2017.

[13]KNOLL M S G， GIRAUDET C， HAHN C J， et al. Simultaneous study of molecular and micelle diffusion in a technical microemulsion system by dynamic light scattering[J].Journal of Colloid and Interface Science，2019，554：144-154.

[14]KOPEC R E， CARAIL M， CARIS-VEYRAT C. Production， separation， and characterization of apo-luteinoids by LC-MS/MS[J].Journal of Chromatography B，2018，1102-1103：45-51.

[15]于晓丹，吴红艳，张宏宇，等.影响玉米黄素稳定性的因素研究[J].食品工业，2019，40（2）：197-199.

[16]FLORES M E， SHIBUE T， SUGIMURA N， et al. Aggregation number in water/n-hexanol molecular clusters formed in cyclohexane at different water/n-hexanol/cyclohexane compositions calculated by titration 1H NMR[J].Journal of Physical Chemistry B，2017，121（44）：10285.

[17]吴红艳，孙长豹，刘宁.月见草油微乳的制备及工艺优化[J].粮食与油脂，2015（9）：31-35.

[18]CAMPO C， DICK M， DOSSANTOS P P， et al. Zeaxanthin nanoencapsulation with Opuntia monacantha mucilage as structuring material： characterization and stability evaluation under different temperatures[J].Colloids and Surfaces A： Physicochemical and Engineering Aspects，2018，558：410-421.

[19]靖建歌，刘会娥，丁传芹，等.阴/阳离子表面活性剂复配微乳液增溶性定量分析[J].精细化工，2014，31（11）：1319-1323.

[20]刘美宏，刘回民，郑明珠，等.玉米黄素生物活性及其在食品中应用研究进展[J].食品工业，2016（12）：242-248.