Effect of High Doses of Pterostilbene on the Properties of Nanoemulsion under Different Conditions
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摘要: 为了考察大剂量紫檀芪（Pterostilbene，PTE）对纳米乳液特性的影响，本研究构建了富含大剂量PTE的纳米乳液运载体系，同时研究了不同条件（包括pH、盐离子浓度、反复冻融、冻干、离心）PTE对乳液体系的粒径以及流变特性变化的影响。结果表明，大剂量PTE（2%，w/v）使乳液体系的粒径减小、ζ-电位绝对值增加、乳液黏度增加。在2000~8000 r/min的中低离心转速下，大剂量PTE能显著（P<0.05）提高乳液的离心保留率；在不同pH、低盐离子浓度、冻干的处理条件下，大剂量PTE提高乳液体系稳定性。总之，纳米乳液体系对活性物质PTE的负载并不仅产生单向的影响，PTE本身就会影响乳液体系的构建和稳定性，该研究结果为拓展负载功能活性物质的乳液体系的应用提供了理论基础。Abstract: In order to investigate the effect of a high dose of pterostilbene (PTE) on the properties of nanoemulsion, a nanoemulsion delivery system enriched with a high dose of PTE was constructed, and the effect of PTE on the particle size and rheological properties of the emulsion system under different conditions (including pH, salt ion concentration, repeated freeze-thawing, freeze-drying and centrifugation) was investigated. The results showed that a high dose of PTE (2%, w/v) decreased the particle size, increased the absolute value of ζ-potential, the viscosity of the emulsions and the retention rate of the emulsions by centrifugation at 2000~8000 r/min. The high dose of PTE also improved the stability of the nanoemulsion under different pH, low salt ion concentration and freeze-drying treatment conditions. In conclusion, the nanoemulsion not only had a unidirectional effect on the loading of active substance such as PTE, but also the PTE itself affected the nanoemulsion construction and stability. This research wouldprovide a theoretical basis for expanding the application of nanoemulsion loaded with active substances.
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Keywords:
- pterostilbene /
- camellia seed oil /
- nanoemulsion /
- stability
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紫檀芪（Pterostilbene，PTE），5-二甲氧基-4'-羟基二苯乙烯，是白藜芦醇的二甲醚衍生物，相较于白芦藜醇拥有更高的脂溶性[1]，它是一种极具生物活性的小分子物质，具有抗炎[2]、抗癌[1,3]和保护神经[4]等多种生物活性，但是由于其酚羟基易被氧化不稳定、在光照和空气中无法维持长时间稳定，水溶性差等特点难以被直接应用于食品医药行业。为提高PTE的生物利用率，改善其水溶性差的缺点，大量的研究者构建了各种运载体系，如纳米颗粒、脂质体、胶束以及纳米乳液等去运载PTE：Liu等[5]构建了玉米醇溶蛋白-岩藻多糖-PTE纳米复合物载体；Bethune等[6]制备了PTE与戊二酸的共晶体；试验证明，紫檀芪作为亲油性物质在形成复合物，能够大大增加其在乳液体系中的溶解度，提高生物利用率；Coimbra等[7]将PTE磷酸化；Liu等[8]、Sun等[9]以MCT、亚麻籽油、橄榄油等油相构建纳米乳液去负载紫檀芪，研究不同油相对紫檀芪负载能力的大小，为紫檀芪的运载体系提供了多种选择。然而大量研究主要集中在如何去负载紫檀芪，但是随紫檀芪剂量的增加，其是否会对运载体系稳定产生影响，据了解这样的研究比较少，而这对高负载紫檀芪类的医药品、化妆品以及功能食品的研究与开发十分重要。
纳米乳液体系是包裹和保护酚类物质的合适载体[10]，可以提供无毒、可调节的流变性，增加总体系物理稳定性[11]，但是纳米乳液是不完全稳定的网络结构，长期稳定性差[12]。纳米乳状液的稳定性会受油水界面存在的界面活性物质影响，如乳化剂、蛋白质分子和颗粒稳定剂等，这些活性物质的吸附，有助于形成刚性界面膜，显著影响界面性能[13-14]，引起界面作用力（如疏水力和空间排斥力等）的变化，这可以显著增强乳液的稳定性[15]。在这其中，有研究者发现多酚形成的络合物作为油水界面活性物质能够改善乳液的初始粒径并提高乳液的稳定性[16]，Ghiasi等[17]的研究同样发现在α-生育酚存在下的乳液有较高的物理稳定性。紫檀芪作为一种脂溶性多酚，在纳米乳体系中是否也具有稳定乳液体系的作用，这值得我们探究。
乳液广泛应用在食品、医药、化妆品工业中，制得的乳液需要面对多变的外界环境，纳米乳体系是否能维持稳定，以及不稳定后会出现何种的变化，是需要研究的关键问题；根据乳液稳定性的常见考察指标，研究者模拟了各种环境进行稳定性实验，Wang等[18]研究了不同pH条件以及反复冻融条件下乳液体系的稳定情况；Li等[19]和Cheng等[20]研究了乳液的pH稳定性、离子强度稳定性、热稳定性和离心稳定性，目的是考察乳液体系在不同理化环境下的稳定性变化。
本研究以PTE为研究对象，考察负载大剂量PTE的纳米乳，研究PTE不仅作为被包埋的物质，而且提高剂量作为乳液成分物质，是否可以影响纳米乳体系的各种性质；考察了不同理化环境（离子强度、pH、冻融冻干、离心）下纳米乳体系的粒径、ζ-电位、流变特性等。乳液运载体系对活性物质的负载和包埋并不是产生单向的影响，活性物质在体系中体现出的乳液性质改变，都将为制备更稳定的乳液运载体系提供理论支持。
1. 材料与方法
1.1 材料与仪器
茶籽油 安徽六安大团结农业股份有限公司；紫檀芪（99%） 无锡西玛生物科技有限公司；果胶 仟味食品添加剂有限公司；吐温80（Tween 80） 国药集团化学试剂有限公司；其他试剂 均为分析纯。
KQ5200B超声波清洗仪 昆山市超声波仪器有限公司；DHR-1旋转流变仪 美国TA仪器公司；IKA T25高速分散机/T25数显匀浆机、IKA植物组织研磨器 IKA德国有限公司；Delsa Max Pro粒度分析仪 美国贝克曼库尔特公司；78HW-1恒温磁力搅拌器 江苏金坛市金城国胜实验仪器厂；SHY-2A水浴恒温振荡锅 常州普天仪器制造公司；Pico17台式离心机 美国热电公司； STARTER2100 pH计 美国奥豪斯公司；FD-2真空冷冻干燥机 北京博医康实验仪器有限公司。
1.2 实验方法
1.2.1 制备负载PTE的纳米乳
1.2.1.1 负载PTE的油相制备
2%（w/v）的PTE颗粒溶解在茶籽油中[21]（根据油相中能溶紫檀芪最大量设置三个水平：0、10、20 mg/mL），30 ℃，超声（350 W） 10 min备用。
1.2.1.2 粗乳液的制备
在油相中加入适量的吐温80和果胶搅拌均匀，其中吐温80为油相体积的10%（w/v），果胶添加量固定为整个乳液体系的2%（w/v），油水比为6:4，再加一定比例的去离子水搅拌均匀，30 ℃下搅拌10 min。
1.2.1.3 纳米乳制备
将粗乳用高速分散机，在20000 r/min转速下分散3 min，得到负载PTE的乳液。
1.2.2 ζ-电位、粒径测定
采用Delsa Max Pro激光粒度分析仪测纳米乳的粒径和ζ-电位。重复测定10次后取平均值。
1.2.3 流变学特性测定
结合Ruiz等[22]的研究结果以及样品实际状态，利用DHR-1旋转流变仪，选取直径为40 mm的平行板夹具，测量间隙1 mm，静态流变：静态扫描温度25 ℃，剪切速率0.1~100 s−1；动态频率扫描温度25 ℃，在0.1~10 Hz频率区间上进行测定。
1.2.4 乳液稳定性实验
1.2.4.1 盐浓度稳定性
用NaCl盐离子浓度分别为0、0.05、0.1、0.3、0.5、1.0 mol/L的水相[23]，制备乳液，测定乳液的粒径、ζ-电位和流变学特性的变化，不添加PTE的试验组为对照组。
1.2.4.2 pH稳定性
用HCl和NaOH调节pH至3、5、7、9，静置1 h后，测定CK组乳液和PTE组乳液的粒径、ζ-电位和流变学特性的变化，不添加PTE的试验组为对照组。
1.2.4.3 反复冻融稳定性
将制备好的新鲜乳液，置于-18 ℃的冰箱中冷冻24 h后，取出置于25 ℃的恒温振荡锅中振荡1 h，重复前述操作循环三次后，观察乳液外观变化，测定乳液的粒径、ζ-电位和流变学特性的变化，不添加PTE的试验组为对照组。
1.2.4.4 冻干处理稳定性
将纳米乳冷冻干燥48 h后，除去体系中的水分，观察该种状态下油凝胶的外观状态，利用组织研磨机将油凝胶研磨成具有一定流动性的半固体后，进一步考察油凝胶的流变学特性，方法同1.2.3，不添加PTE的试验组为对照组。
1.2.4.5 离心稳定性
参考袁丽等[24]方法并适当调整，取8 mL乳液置于10 mL离心管中，将样品分别于2000、4000、6000、8000和10000 r/min离心10 min，用注射器吸取离心游离出的油相，剩余的为离心后乳化层体积，不添加PTE的试验组为对照组，用如下公式计算离心保留率：
1.3 数据处理
用SPSS 26软件进行显著性分析和LSD多重比较，数据作图采用Origin 9；所有试验结果均重复三次以上，取平均值，分析结果中，用小写英文字母（a、b、c）代表实验组间具有的显著差异（P<0.05），字母相同表示无显著差异性（P>0.05）。
2. 结果与分析
2.1 PTE添加量对纳米乳液体系理化特性的影响
2.1.1 PTE添加量对纳米乳体系粒径和ζ-电位的影响
PTE的添加量对纳米乳体系的粒径与ζ-电位影响如图1a和图1b所示。随着PTE添加量的增加，粒径减小，ζ-电位绝对值增大，其中，PTE添加量为20 mg/mL时粒径为（201.4±13.1） nm，较其他两组粒径显著减小（P<0.05）。这表明大剂量添加PTE确实可以减小纳米乳体系的粒径，并同时增大了ζ-电位的绝对值。相对更小的粒径与更大ζ-电位绝对值有助于增加体系的稳定性[12]，Von等[16]的研究也同样发现多酚形成的络合物能够改善乳液的初始粒径并提高乳液的稳定性。在PTE能够溶解于油相的最大值范围内，大剂量的PTE对乳液稳定性具有积极影响。故对后续乳液稳定性试验选用PTE含量为20 mg/mL水平。
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图 1 紫檀芪添加对纳米乳剂理化性质的影响注：a：粒径；b：ζ-电位；c：表观黏度；d：剪切应力；e：储存模量G'；f：损耗模量G''；g：损耗角正切值tanδ；图2同。Figure 1. Effect of pterostilbene addition on the physicochemical properties of nanoemulsions2.1.2 PTE添加量对纳米乳体系流变学特性的影响
图1c，图1d中可以看到纳米乳体系均呈现表观黏度随剪切速率增大而减小的趋势，乳液为典型非牛顿流体[25]；在剪切速率较低，近乎于零的时候，体系内存在果胶等高分子胶体粒子，分子间相互挂钩缠绕，体系黏度较大；随着剪切速率的增加，液体体系内各个液层相对运动增加，可能会导致油水界面维持液滴稳定的粒子开始发生移动进入任一相中，高分子果胶粒子聚集成团，不再钩连，相互作用力消失，油滴发生重排，整体呈现稀化现象。添加了PTE的纳米乳体系，体系表观黏度随剪切速率增加而下降减缓，在应对剪切力时，具有更好的抗性，可能是PTE和存在于界面的稳定剂复合发生作用，分子间相互作用力使纳米乳体系稳定性提升。
为进一步确定PTE的添加是否对体系稳定性及内部结构产生影响，即是否存在分子间相互作用，通过动态流变对样品黏弹性变化的测定进行考察。在振荡频率0.1~10 Hz间，三个样品组纳米乳体系的储能模量G'和损耗模量G''都呈现相同的变化趋势；即对三种样品的损耗角正切值进行比较，正切值的减小，表明纳米乳主要表现出了弹性特性[17]，从图1e，1f中可以看出，随着PTE添加量的增大，储能和损耗模量的差距拉大，弹性特性越发明显。在低频率下，PTE最大添加量的纳米乳体系具有最高的储能模量，即弹性最好，与质构和静态流变的考察结果类似，PTE的加入，稳固了因果胶存在而形成的凝胶网络，对油水界面的稳定起促进作用，PTE可能与乳化剂、果胶等的复合，强化了分子间作用力和氢键作用，使得体系对外展现更强的弹性特性；在振荡频率增大后，体系的储能和损耗随之变化的幅度减小，逐渐趋于稳定，表明纳米乳内部具有较强的稳定结构，不易受到外界影响。综上所述，PTE的添加乳液结构的形成也有一定促进作用。
2.2 不同盐溶液浓度下大剂量PTE对纳米乳体系的影响
在不同的食品体系中，以及在人体的胃肠道等不同区域中，离子强度有非常明显的差异，因此了解纳米乳在不同离子强度环境中稳定性十分重要，通过对不同离子浓度的水相制得的PTE纳米乳液粒径、ζ-电位和流变特性的考察，判断体系在不同盐溶液浓度下的稳定性。
2.2.1 不同盐溶液浓度下纳米乳体系的粒径和ζ-电位变化
图2a中，随盐离子浓度升高，空白CK组和添加紫檀芪的PTE组的粒径和ζ-电位变化趋势相似，在盐离子浓度小于0.3 mol/L时，粒径大小保持稳定，有下降趋势，原因可能是NaCl在乳液中会解离出Na+和Cl−，产生静电排斥作用[26]，阻止液滴聚集从而粒径相对减小，表明少量盐离子存在时可能对体系稳定有促进作用，但是盐离子的添加，也会压缩体系中的双电层，导致ζ-电位的绝对值略有下降；当盐离子浓度小于0.3 mol/L时，两组样品都出现有粒径上升的趋势，其原因可能是，该浓度下的盐离子浓度使油水界面处的果胶分子的结构发生变化，吸附减少，乳化程度降低，粒径增大[26]；高盐环境（盐离子浓度大于0.3 mol/L）时也会促使界面层的形成，从而引起液滴间的絮凝[27]。盐离子在水相中的存在有望降低油水界面电势的大小，从而降低乳液中水滴之间的静电斥力，因此，高盐浓度可能会有更多的液滴聚结[20]。对比添加PTE前后乳液的粒径和ζ-电位变化，可以看出，PTE组粒径变化较小，在盐离子浓度不断增大的过程中，保持了相对稳定性，且对比CK组的整体粒径偏小，说明PTE的添加对乳液耐盐性的提升有促进作用，对ζ-电位的影响也是提高ζ-电位绝对值大小，一定程度上维持了体系的稳定状态，说明PTE和盐离子同时存在于油水界面上，共同作用产生的一系列结果。
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图 2 大剂量紫檀芪对不同盐离子浓度下纳米乳剂理化性质的影响注：图中M表示mol/L。Figure 2. Effects of large doses of pterostilbene on the physicochemical properties of nanoemulsions under different salt ion concentrations2.2.2 不同盐溶液浓度下纳米乳体系的流变学特性变化
对比图2c中表观黏度随剪切速率变化的趋势和其对应的剪切应力变化可以看出，随着盐离子浓度的升高，乳液所需要的剪切应力减小，即表观黏度下降；未添加盐离子的空白标准样品（RM）组黏度、应力曲线成为低盐浓度和高盐浓度间的一道分界线，结合上述粒径和ζ-电位的结果来看，当盐离子浓度小于0.3 mol/L时，盐离子在乳液分子间产生静电屏蔽作用，阻止油滴聚集，帮助果胶维持体系结构的稳定，内聚力增大，从而使得施加在体系上的剪切应力增大；随着盐浓度的增加，盐离子会影响到体系内形成网络结构的果胶分子，强离子强度下果胶较柔软，极易弯曲[28]，同时可能也会影响PET与果胶之间的相互作用，在这种情况下，油相易析出，液滴间出现絮凝，体系整体呈现黏度上升的趋势。
图2e、图2f里对不同离子浓度下乳液的储能、损耗模量进行考察，结合他们对应的损耗角正切值可以看出，在不同盐离子浓度下的PTE纳米乳液依然符合假塑性流体特征，且在剪切频率变化时，乳液从展示黏性特性向展示弹性特性转变[17]。在低浓度盐离子存在时，乳液表现出较高的弹性和黏性，进一步验证上述实验中，低离子浓度（盐离子浓度小于0.3 mol/L）会对体系稳定性有促进作用，此时乳液表现出较高的黏弹性，即因为电荷间的相互作用，减少了液滴聚集，使体系相对稳定；随着盐离子浓度升高，体系的黏弹性均下降，黏性特性明显，可能是高盐浓度下，会对界面上稳定的果胶分子造成破坏，分子链无法维持原样，果胶分子构象改变，此时果胶形成的网状结构不稳定，油滴会相互聚集，体系的弹性大大降低，整体处于不稳定状态。
2.3 不同pH处理下大剂量PTE对纳米乳液体系影响
2.3.1 pH对纳米乳体系粒径和ζ-电位变化的影响
图3a中，不同pH下乳液体系粒径变化图可以看出，PTE组粒径在不同pH条件下均小于CK组，PTE组与CK组粒径随pH增大呈现先增加后减小趋势；图3b中，CK组ζ-电位绝对值随着pH升高有增高的趋势，而PTE组则是保持缓慢下降趋势。乳液粒径的增加会增加乳液液滴之间的平均距离，从而减少乳液液滴之间的相互作用[20]。当pH低于果胶上羧基的pKa时，果胶分子的部分负电荷丢失，使果胶与乳化剂的结合力减弱[29]，粒径可能会随pH变化而产生变化。在酸性条件下，脂肪酸的解离会结合H+从而中和一部分电荷[30]，碱性情况下的酸根离子会增加体系的负电荷，导致ζ-电位绝对值上升；而PTE组在pH上升时，PTE的酚羟基会中和一部分带负电荷的离子，使得体系ζ-电位稍有下降，但是总体维持稳定。
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图 3 不同pH对大剂量紫檀芪纳米乳理化性质的影响注：a：粒径；b：ζ-电位；c和d：表观黏度和剪切应力；e和f：损耗角正切值tanδ；其中c和d图中上升的为剪切应力，下降的为表观粘度。Figure 3. Effects of large doses of pterostilbene on the physicochemical properties of nanoemulsions under different pH treatments:2.3.2 pH对纳米乳体系流变学特性的影响
图3中不同pH下纳米乳的静态流变学特性可以看出，CK组乳液在改变pH环境后表观黏度整体下降，而PTE组乳液在表观黏度整体上升；对应剪切应力的改变则是，改变 pH环境后CK组剪切应力整体下降，PTE组剪切应力整体上升，对应粒径和ζ-电位的结果可以推测，由于乳液本身偏酸性环境，在改变pH使得乳液偏碱性环境后，可能会影响到了果胶的分子间作用力，果胶的凝胶强度下降[29]，使得束缚在果胶网格中的油滴溢出，黏度下降，加快了液滴沉降，稳定性下降，而PTE的存在，对油水界面起到了稳定作用，即使在不同pH下还是能维持体系基本稳定。
通过对CK组乳液和PTE组乳液进行体系黏弹性的动态流变考察，利用各乳液体系黏弹性的比值，即损耗角正切值的变化来比较在不同pH条件下，PTE的添加是否对乳液体系的结构稳定性产生了影响。空白CK组和PTE组的正切角变化趋势可以看出，原乳液RM组的黏弹特性相似，PTE的加入只是让体系的黏性稍有上升，但是在改变两组乳液体系的pH后，乳液黏弹性变化出现了差距，随着pH上升，CK组乳液黏性上升并最终低于CK-RM组乳液，而PTE组乳液在酸性条件下黏弹特性与PTE-RM组乳液相差不大，体系维持原来的稳定性，在pH上升到一定程度时，黏弹性逐渐持平，果胶在碱性环境下的结构变化能够解释这一现象，pH可以用来调整混合物的黏附性和凝聚力[31]，对比两组乳液变化结果，可以看出，PTE的存在确实对乳液体系的维稳起到作用，使其能够在不同酸碱环境下，保持一定稳定状态。
2.4 反复冻融处理下大剂量PTE对纳米乳体系的影响
冷冻是储存保鲜的很重要的手段，可以抑制产品变质，延长保质期，然而对于乳液体系来说，冷冻解冻的过程会引起乳液破乳，破坏稳定性；研究表明小分子乳化剂会影响乳液中脂肪结晶的速度，从而影响乳液的冻融稳定性[32-33]。
2.4.1 反复冻融处理下纳米乳体系的粒径和ζ-电位和外观变化
从图4a中可以看出，PTE组纳米乳体系在经过三次反复冻融后，乳液呈现破乳的状态，油相析出，体系不稳定，而CK组乳液在反复冻融后依然保持了相对稳定状态，没有出现油相析出或分层现象；对比图4b中乳液粒径和ζ-电位变化可以看出，CK组的乳液在冻融前后较稳定，而PTE组乳液在冻融后出现分层，乳液形态被破坏，测定的粒径ζ-电位不正常变化，推测产生这种现象的原因是，PTE受液态水结晶又融化的影响，本身的结构遭到破坏[34]，无法继续支撑油水界面，导致受PTE影响乳化的油水相失衡，出现油滴聚集，油相和果胶析出，乳液分层等一系列现象。
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图 4 反复冻融下大剂量紫檀芪对纳米乳剂理化性质的影响注：a： 冻融后纳米乳液的外观；b：粒径和ζ-电位；c：表观粘度；d：剪切应力；e：储存模量G'；f：损耗模量G''；g：损耗角正切值tanδ；其中CK为空白组，PTE为添加PTE组，CK'和PTE'为反复冻融后的试验组。Figure 4. Effect of large doses of pterostilbene on the physicochemical properties of nanoemulsion under repeated freezing and thawing2.4.2 反复冻融处理下纳米乳体系的流变学特性变化
图4中从冻融前后体系的流变特性变化可以明显的看出，PTE的添加虽然对原乳液体系有稳定的作用，但是对乳液在冻融过程中的稳定性却起到了破坏的作用；表现为冻融后PTE组样品的黏度急剧下降，其剪切应力的变化趋势开始向牛顿流体的特性靠近，体系变稀，乳液结构被破坏，产生明显的分层，PTE组乳液在循环冻融前后依然能保持体系的相对稳定性；产生这种现象的原因可能是，PTE在乳液中起支撑油水界面的作用，相当于小分子乳化剂，但是其自身的稳定性较差，易受到外界自然环境影响改变基团和分子构型[35]，在反复冻融的过程中，连接油水界面的PTE分子受水分子和油脂分子凝固再解冻的共同影响，颗粒会发生重排，自身结构也会遭到破坏而导致性质发生改变，使得由PTE稳定的部分油水界面失衡，油滴间相互聚集，果胶析出，形成破乳现象。对乳液冻融前后储能和损耗模量的考察，与静态流变考察结果相互印证，冻融前，PTE的添加使得乳液有较好的黏弹性，但是经过循环冻融处理后，负载PTE的纳米乳体系黏性和弹性特性丧失，乳液出现破乳分层的现象，且黏性特性较明显，说明果胶和乳化剂形成的三维结构已经被破坏，相互之间发生聚集，使得体系黏度部分上升。由于PTE与乳化剂在油水界面上的部分置换，PTE的加入会降低乳状液的稳定性[33]。综合上述所有结果来看，PTE虽能够增加乳液体系稳定性，冻融处理后，却会因为其存在而破坏乳液体系稳定性。
2.5 冻干处理下大剂量PTE对纳米乳液流变学特性的影响
图5中，乳液凝胶冻干后表观黏度变化的情况可以看出，添加PTE降低了冻干后形成的凝胶体系的黏度，可能是PTE以其两亲性在体系中促进了乳化效果而存在于油水界面上，若PTE只是单纯存在于油相中，则冻干除去水分后，体系表观黏度应该呈现和乳液流变相同的结果，但是冻干后的PTE样品组表现了更强的弹性特性，即PTE参与了三维结构的形成，复合乳化剂和果胶分子共同稳定体系。对冻干后PTE组样品和空白样品动态流变学特性的考察结果可以看到，添加PTE后的乳液凝胶在除去水分后，拥有更高的储能模量G'和损耗模量G''，与冻干前的乳液相比，冻干后样品主要展现弹性特性，其原因主要是果胶分子和油滴结合形成的三维网状结构[36]，这种结构在应对外力时，有抵抗发生形变的趋势，表现出比乳液更高的机械强度，添加PTE后，该凝胶体系比未添加PTE的凝胶样品展现出更强的弹性特性，所以在考察静态流变时，PTE组样品的表观黏度相对较低；随着剪切频率变化，体系能够保持黏弹稳定的主要原因是，PTE在油水界面与果胶一起形成复合物稳定剂，当水分被除去时，PTE颗粒与油滴和果胶相互缠绕，使得体系具有更强的弹性特性。另外冷冻过程中PTE分子的解聚和/或有序排列而减少的消耗絮凝效应[37]，这都将对乳液稳定性产生积极影响。
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图 5 冻干处理下大剂量紫檀芪对的纳米乳液流变特性的影响注：a：冻干后纳米乳液的外观；b：表观黏度；c：剪切应力；d：储存模量G'；e：损耗模量G''；f：损耗角正切值tanδ。Figure 5. Effect of large dose of pterostilbene on the rheological properties of nanoemulsion under freeze-drying treatment2.6 大剂量PTE对乳体系乳液离心保留率的影响
由于乳化液液滴碰撞频率的增加，机械搅拌或离心力可以加速乳化液液滴的合并[38]。图6中，PTE组乳液随着离心转速的升高，析出油相的体积增大，各转速下PTE组离心保留率均高于CK组。高转速下体系的不稳定，用于维持体系稳定的果胶大分子也会发生聚沉，使得乳液的黏稠度下降，三维网络被破坏，离心保留率减小；随着转速增大，各组离心保留率也逐渐减小，8000 r/min时PTE组依然有较高的离心保留率；PTE组在4000与6000 r/min时候，离心保留率无显著性差异（P>0.05），而CK组离心保留率差异显著（P<0.05）。这表明PTE的存在，使乳液体系在应对较高的离心转速时，能够维持乳液体系具有一定的稳定性；从结果可以推断出，PTE在体系性内存在于油水界面，在果胶产生的三维网络结构里，与乳化剂一起支撑和稳定油水界面，PTE的存在，使得油相和果胶在相同转速下不易析出，乳液稳定性得到提升。
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图 6 对不同转速下大剂量紫檀芪对离心保留率的影响Figure 6. Effect of the addition of large doses of pterostilbene on the change of the centrifugal retention rate of the emulsion at different rotational speeds3. 结论
本研究表明大剂量PTE的添加，对纳米乳液体系的稳定性有影响。大剂量PTE的添加显著减小纳米乳液体系粒径，增加体系ζ-电位，使纳米乳液具有更好的抗性。经过不同处理，大剂量PTE仍能对纳米乳液体系稳定起到积极作用：大剂量PTE可以提升纳米乳液耐盐性、在不同pH条件下保持相对稳定、在冻干以及中低转速离心情况下使纳米乳液稳定性增强；然而在反复冻融时对纳米乳液体系有消极的影响，破坏纳米乳液稳定性。本研究结果证明了乳液运载体系对活性物质PTE的负载并不是产生单向的影响，PTE本身也会影响纳米乳液体系的构建和稳定性等方面，本研究拓展了乳液体系负载活性物质的理论知识，也为乳液体系应用到保健品领域提供了技术支撑。
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图 1 紫檀芪添加对纳米乳剂理化性质的影响
注：a：粒径；b：ζ-电位；c：表观黏度；d：剪切应力；e：储存模量G'；f：损耗模量G''；g：损耗角正切值tanδ；图2同。
Figure 1. Effect of pterostilbene addition on the physicochemical properties of nanoemulsions
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图 2 大剂量紫檀芪对不同盐离子浓度下纳米乳剂理化性质的影响
注：图中M表示mol/L。
Figure 2. Effects of large doses of pterostilbene on the physicochemical properties of nanoemulsions under different salt ion concentrations
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图 3 不同pH对大剂量紫檀芪纳米乳理化性质的影响
注：a：粒径；b：ζ-电位；c和d：表观黏度和剪切应力；e和f：损耗角正切值tanδ；其中c和d图中上升的为剪切应力，下降的为表观粘度。
Figure 3. Effects of large doses of pterostilbene on the physicochemical properties of nanoemulsions under different pH treatments:
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图 4 反复冻融下大剂量紫檀芪对纳米乳剂理化性质的影响
注：a： 冻融后纳米乳液的外观；b：粒径和ζ-电位；c：表观粘度；d：剪切应力；e：储存模量G'；f：损耗模量G''；g：损耗角正切值tanδ；其中CK为空白组，PTE为添加PTE组，CK'和PTE'为反复冻融后的试验组。
Figure 4. Effect of large doses of pterostilbene on the physicochemical properties of nanoemulsion under repeated freezing and thawing
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图 5 冻干处理下大剂量紫檀芪对的纳米乳液流变特性的影响
注：a：冻干后纳米乳液的外观；b：表观黏度；c：剪切应力；d：储存模量G'；e：损耗模量G''；f：损耗角正切值tanδ。
Figure 5. Effect of large dose of pterostilbene on the rheological properties of nanoemulsion under freeze-drying treatment
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[1] MA Z, ZHANG X, XU L, et al. Pterostilbene: Mechanisms of its action as oncostatic agent in cell models and in vivo studies[J]. Pharmacological Research,2019,145:104265. doi: 10.1016/j.phrs.2019.104265
[2] TSAI H Y, HO C T, CHEN Y K. Biological actions and molecular effects of resveratrol, pterostilbene, and 3'-hydroxypterostilbene[J]. Journal of Food and Drug Analysis,2017,25(1):134−147. doi: 10.1016/j.jfda.2016.07.004
[3] CHEN R J, KUO H C, CHENG L H, et al. Apoptotic and nonapoptotic activities of pterostilbene against cancer[J]. International Journal of Molecular Sciences,2018,19(1):287. doi: 10.3390/ijms19010287
[4] WEI-SHENG L, VALORIE L J, CHI-TANG H, et al. Occurrence, bioavailability, anti-inflammatory, and anticancer effects of pterostilbene[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2020,68(46):12788−12799. doi: 10.1021/acs.jafc.9b07860
[5] LIU Q Y, CHEN J J, QIN Y, et al. Zein/fucoidan-based composite nanoparticles for the encapsulation of pterostilbene: Preparation, characterization, physicochemical stability, and formation mechanism[J]. International Journal of Biological Macromolecules,2020,158:461−470. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2020.04.128
[6] BETHUNE S J, SCHULTHEISS N, HENCK J O. Improving the poor aqueous solubility of nutraceutical compound pterostilbene through cocrystal formation[J]. Crystal Growth & Design,2011,11(7):2817−2823.
[7] COIMBRA M, ISACCHI B, VAN BLOOIS L, et al. Improving solubility and chemical stability of natural compounds for medicinal use by incorporation into liposomes[J]. International Journal of Pharmaceutics,2011,416(2):433−442. doi: 10.1016/j.ijpharm.2011.01.056
[8] LIU Q Y, CHEN J J, QIN Y, et al. Encapsulation of pterostilbene in nanoemulsions: influence of lipid composition on physical stability, in vitro digestion, bioaccessibility, and Caco-2 cell monolayer permeability[J]. Food & Function,2019,10(10):6604−6614.
[9] SUN Y, XIA Z, ZHENG J, et al. Nanoemulsion-based delivery systems for nutraceuticals: Influence of carrier oil type on bioavailability of pterostilbene[J]. Journal of Functional Foods,2015,13:61−70. doi: 10.1016/j.jff.2014.12.030
[10] GARAVAND F, JALAI-JIVAN M, ASSADPOUR E, et al. Encapsulation of phenolic compounds within nano/microemulsion systems: A review[J]. Food Chemistry,2021,364:130376. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.130376
[11] SHARMA S, CHENG S-F, BHATTACHARYA B, et al. Efficacy of free and encapsulated natural antioxidants in oxidative stability of edible oil: Special emphasis on nanoemulsion-based encapsulation[J]. Trends in Food Science & Technology,2019,91:305−318.
[12] AKHAVAN S, ASSADPOUR E, KATOUZIAN I, et al. Lipid nano scale cargos for the protection and delivery of food bioactive ingredients and nutraceutical[J]. Trends in Food Science & Technology,2018,74:132−146.
[13] AGUILERA-GARRIDO A, DEL CASTILLO-SANTAELLA T, GALISTEO-GONZALEZ F, et al. Investigating the role of hyaluronic acid in improving curcumin bioaccessibility from nanoemulsions[J]. Food Chemistry,2021,351:129301. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.129301
[14] DUO W, DILING Y, CHARLEY H, et al. Stabilization mechanism and chemical demulsification of water-in-oil and oil-in-water emulsions in petroleum industry: A review[J]. Fuel,2021,286(3):119390.
[15] P K N, DAVID H, JACOB M, et al. Dynamic interactions between a silica sphere and deformable interfaces in organic solvents studied by atomic force microscopy[J]. Langmuir: The ACS Journal of Surfaces and Colloids,2016,32(38):9797−9806. doi: 10.1021/acs.langmuir.6b02306
[16] VON STASZEWSKI M, PIZONES RUIZ-HENESTROSA V M, PILOSOF A M R. Green tea polyphenols-β-lactoglobulin nanocomplexes: Interfacial behavior, emulsification and oxidation stability of fish oil[J]. Food Hydrocolloids,2014,35:505−511. doi: 10.1016/j.foodhyd.2013.07.008
[17] GHIASI F, GOLMAKANI M T, ESKANDARI M H, et al. Effect of sol-gel transition of oil phase (O) and inner aqueous phase (W1) on the physical and chemical stability of a model PUFA rich-W1/O/W2 double emulsion[J]. Food Chemistry,2021,376:131929.
[18] WANG L, ZHANG S, JIANG W, et al. Ability of casein hydrolysate-carboxymethyl chitosan conjugates to stabilize a nanoemulsion: Improved freeze-thaw and pH stability[J]. Food Hydrocolloids,2020,101:105452. doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.105452
[19] LI Q, SHI J, DU X, et al. Polysaccharide conjugates from Chin brick tea (Camellia sinensis) improve the physicochemical stability and bioaccessibility of beta-carotene in oil-in-water nanoemulsions[J]. Food Chemistry,2021,357:129714. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.129714
[20] CHENG C, GAO H, MCCLEMENTS D J, et al. Impact of polysaccharide mixtures on the formation, stability and EGCG loading of water-in-oil high internal phase emulsions[J]. Food Chemistry,2022,372:131225. doi: 10.1016/j.foodchem.2021.131225
[21] 林艳. 紫檀芪纳米乳的制备及对小鼠脂代谢和肠道菌群的影响[D]. 合肥: 安徽农业大学, 2019 LIN Y. Preparation and effects of Rosmarinus officinalis nanoemulsion on lipid metabolism and intestinal flora in mice[D]. Hefei: Anhui Agricultural University, 2019.
[22] RUIZ M J, FERNANDEZ M, PICO Y, et al. Dietary administration of high doses of pterostilbene and quercetin to mice is not toxic[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry,2009,57(8):3180−3186. doi: 10.1021/jf803579e
[23] CAI X, DU X, ZHU G, et al. Induction effect of NaCl on the formation and stability of emulsions stabilized by carboxymethyl starch/xanthan gum combinations[J]. Food Hydrocolloids,2020,105:105776. doi: 10.1016/j.foodhyd.2020.105776
[24] 袁丽, 孙楚楚, 党庆玲, 等. W/O/W型复乳的制备优化及包埋矢车菊素-3-葡萄糖苷效果分析[J]. 食品科学,2019,40(6):272−280. [YUAN L, SUN C, DANG Q, et al. Optimization of preparation of W/O/W multiple emulsion and evaluation of its ability to encapsulate cyanidin-3-glucoside[J]. Food Science,2019,40(6):272−280. YUAN L, SUN C, DANG Q, et al. Optimization of preparation of W/O/W multiple emulsion and evaluation of its ability to encapsulate cyanidin-3-glucoside[J]. Food Science, 2019, 40(6): 272-280.
[25] TAVARES L, ZAPATA NOREÑA C P, BARROS H L, et al. Rheological and structural trends on encapsulation of bioactive compounds of essential oils: A global systematic review of recent research[J]. Food Hydrocolloids,2022,129:107628. doi: 10.1016/j.foodhyd.2022.107628
[26] 张亚珍, 熊文飞, 裴亚琼, 等. 盐离子对花生粕分离蛋白纳米粒子及其稳定Pickering乳液特性的影响[J]. 食品科学,2019,40(24):1−7. [ZHANG Y, XIONG W, PEI Y, et al. Effects of salt ions on the properties of peanut protein isolate nanoparticles and Pickering emulsion stabilized with the nanoparticles[J]. Food Science,2019,40(24):1−7. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20180910-092 ZHANG Y, XIONG W, PEI Y, et al. Effects of salt ions on the properties of peanut protein isolate nanoparticles and pickering emulsion stabilized with the nanoparticles[J]. Food Science, 2019, 40(24): 1-7. doi: 10.7506/spkx1002-6630-20180910-092
[27] ZHU Y, MCCLEMENTS D J, ZHOU W, et al. Influence of ionic strength and thermal pretreatment on the freeze-thaw stability of Pickering emulsion gels[J]. Food Chemistry,2020,303:125401. doi: 10.1016/j.foodchem.2019.125401
[28] 张立彦, 杨杨, 范丽萍. NaCl对壳寡糖/果胶静电自组装作用的影响[J]. 华南理工大学学报(自然科学版),2019,47(12):133−141. [ZHANG L, YANG Y, FAN L. Effect of NaCl on electrostatic self-assembly behavior between chitooligosaccharide and pectin[J]. Journal of South China University of Technology (Natural Science Edition),2019,47(12):133−141. doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.190284 ZHANG L, YANG Y, FAN L. Effect of NaCl on electrostatic self-assembly behavior between chitooligosaccharide and pectin[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2019, 47(12): 133-41. doi: 10.12141/j.issn.1000-565X.190284
[29] DU Q, ZHOU L, LYU F, et al. The complex of whey protein and pectin: Interactions, functional properties and applications in food colloidal systems-A review[J]. Colloids Surf B Biointerfaces,2022,210:112253. doi: 10.1016/j.colsurfb.2021.112253
[30] 姚倩, 刘嵬, 吕露阳, 等. pH对白藜芦醇-石榴籽油纳米乳理化性质的影响[J]. 食品工业科技,2016,37(20):150−153,159. [YAO Q, LIU W, LÜ L, et al. Effect of pH on physiochemical properties of trans-resveratrol nanoemulsions with pomegranate seed oil[J]. Science and Technology of Food Industry,2016,37(20):150−153,159. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.021 YAO Q, LIU W, LV L, et al. Effect of pH on physiochemical properties of trans-resveratrol nanoemulsions with pomegranate seed oil[J]. Science and Technology of Food Industry, 2016, 37(20): 150-153, 159. doi: 10.13386/j.issn1002-0306.2016.20.021
[31] MOLL P, SALMINEN H, ROETH C, et al. Concentrated pea protein–apple pectin mixtures as food glue: Influence of biopolymer concentration and pH on stickiness[J]. Food Hydrocolloids,2022,130:107671. doi: 10.1016/j.foodhyd.2022.107671
[32] THANASUKARN P, PONGSAWATMANIT R, MCCLEMENTS D J. Influence of emulsifier type on freeze-thaw stability of hydrogenated palm oil-in-water emulsions[J]. Food Hydrocolloids,2004,18(6):1033−1043. doi: 10.1016/j.foodhyd.2004.04.010
[33] WANG Y, LIN R, SONG Z, et al. Freeze-thaw stability and oil crystallization behavior of phospholipids/whey protein-costabilized acidic emulsions with four oil types[J]. Food Hydrocolloids,2022,125:107385. doi: 10.1016/j.foodhyd.2021.107385
[34] WANG H, WANG Y, XU K, et al. Causal relations among starch hierarchical structure and physicochemical characteristics after repeated freezing-thawing[J]. Food Hydrocolloids,2022,122(1):107121.
[35] YUE Z, ZHENHUA S, CHUNHUI G, et al. Nanoemulsion for solubilization, stabilization, and in vitro release of pterostilbene for oral delivery[J]. AAPS PharmSciTech,2014,15(4):1000−1008. doi: 10.1208/s12249-014-0129-4
[36] TANG C H, LIU F. Cold, gel-like soy protein emulsions by microfluidization: Emulsion characteristics, rheological and microstructural properties, and gelling mechanism[J]. Food Hydrocolloids,2013,30(1):61−72. doi: 10.1016/j.foodhyd.2012.05.008
[37] LU W, MAIDANNYK V, KELLY A L, et al. Fabrication and characterization of highly re-dispersible dry emulsions[J]. Food Hydrocolloids,2020,102:105617. doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.105617
[38] LIU Z, CAO Z, ZHAO M, et al. Synergistic influence of protein particles and low-molecular-weight emulsifiers on the stability of a milk fat-based whippable oil-in-water emulsion[J]. Food Hydrocolloids,2022,127:107520. doi: 10.1016/j.foodhyd.2022.107520
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