一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液及其制备方法
阅读说明：本技术 一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液及其制备方法 (Pickering emulsion with dual functionality and stability and preparation method thereof ) 是由 胡静 杜培婷 邓维钧 刘泽 于 2021-06-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液及其制备方法,乳液体系由油相、水相和功能二氧化硅纳米粒子组成,功能二氧化硅纳米粒子包括二氧化硅纳米粒子以及负载在二氧化硅纳米粒子上的生物活性物质。制备方法具体为：(1)取二氧化硅纳米粒子和生物活性物质混合进行负载,得到功能二氧化硅纳米粒子；(2)将功能二氧化硅纳米粒子分散于水中,得到分散有功能二氧化硅纳米粒子的分散液；(3)将油相与分散液混合,搅拌后得到Pickering乳液。与现有技术相比,本发明的乳液具有良好的储藏稳定性、pH稳定性、盐离子稳定性及热稳定性,能为生物活性物质提供双重保护作用,延缓其降解及氧化变质。(The invention relates to a Pickering emulsion with dual functionality and stability and a preparation method thereof. The preparation method specifically comprises the following steps: (1) mixing and loading the silicon dioxide nano particles and bioactive substances to obtain functional silicon dioxide nano particles; (2) dispersing the functional silicon dioxide nano particles in water to obtain a dispersion liquid dispersed with the functional silicon dioxide nano particles; (3) and mixing the oil phase with the dispersion liquid, and stirring to obtain the Pickering emulsion. Compared with the prior art, the emulsion has good storage stability, pH stability, salt ion stability and thermal stability, can provide double protection effects for bioactive substances, and delays degradation and oxidative deterioration of the bioactive substances.)
技术领域
本发明属于Pickering乳液领域，具体涉及一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液及其制备方法。
背景技术
生物活性物质具有抗细菌、抗真菌、抗氧化及生物调节等作用，在食品、医药等多领域中均有广泛应用。但生物活性物质又极易受到环境影响而发生氧化变质或降解，从而失去功效性，这极大地限制了生物活性物质在生产生活中的实际使用。
为了解决生物活性物质在实际应用中的不足，现有的研究通常采用微胶囊技术、载体及乳化技术等对精油及活性物质进行包封，可有效提高其溶解度和生物利用率，保护其活性成分并控制其释放，提高其贮藏稳定性和使用性能。
而乳化技术作为增强精油水溶性、抑制其挥发及提高精油生物利用率的一种常用手段，一般包括纳米乳液、微米乳液、双重乳液、多重乳液及Pickering乳液等。传统乳化技术多以表面活性剂为乳化剂制备乳液，但表面活性剂具有一定的毒副作用，会产生刺激及不良作用，并且传统乳液体系为动力学稳定体系，在长期存储过程中易发生分层等不稳定现象。因此，具有颗粒乳化剂用量少、生物相容性高、毒害作用小、安全性高、稳定性好等优势的Pickering乳液逐渐成为包封精油及活性物质的一种重要手段，引起了广泛关注。如Zhou等人采用纤维素纳米晶体(CNCs)制备牛至精油Pickering乳液；与未加工处理的牛至精油相比，牛至精油Pickering乳液具有更高的稳定性和明显的抗菌效果(Zhou Y,Sun S,Bei W,Zahi MR,Yuan Q,Liang H.Preparation and antimicrobial activity oforegano essential oil Pickering emulsion stabilized by cellulosenanocrystals.International Journal of Biological Macromolecules,2018,112,7–13.)。Sarker等人采用蛋白质纳米笼作为固体颗粒乳化剂稳定迷迭香精油，使得Pickering乳液在NaCl浓度高达250mM，pH为7-11，高达50℃的温度下储存仍具有较好的稳定性(Sarker M,Tomczak N,Lim S.Protein Nanocage as a pH-Switchable PickeringEmulsifier.ACS Applied Materials&Interfaces,2017,9(12),11193–11201.)。
然而，根据活性物质性质的不同，通过Pickering乳液法将不同活性物质负载于不同相(颗粒及油相)中从而达到共同递送效果的研究极少有报道。
发明内容
本发明的第一个目的就是提供一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液，解决现有技术中的生物活性物质稳定性差，易氧化变质等技术问题，并赋予Pickering乳液双重功效性。
本发明的第二个目的就是提供一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液的制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液，所述乳液体系由油相、水相和功能二氧化硅纳米粒子组成，所述功能二氧化硅纳米粒子包括二氧化硅纳米粒子以及负载在二氧化硅纳米粒子上的生物活性物质，由于本发明采用的二氧化硅纳米粒子主要呈球状，存在介孔、中孔、微孔、大孔、中空等孔状结构，所以生物活性物质主要是负载于二氧化硅纳米粒子的介孔、中孔、微孔、大孔等的孔道中，还会有一部分负载在表面。
在乳液体系中，功能二氧化硅纳米粒子的颗粒浓度为0.1-10wt％(单位的意思具体为g/mL*100％)，油相的体积分数为1-50％。
优选地，在乳液体系中，功能二氧化硅纳米粒子的颗粒浓度为0.2-1.0wt％，油相的体积分数为4-12％。
所述功能二氧化硅纳米粒子中，生物活性物质的负载量为100～387mg/g。
所述二氧化硅纳米粒子具有微孔结构、介孔结构、大孔结构或中空结构。
所述生物活性物质包括水溶性生物活性物质和脂溶性生物活性物质。
所述水溶性生物活性物质选自维生素C(VC)、原花青素(PC)、表儿茶素(EC)或表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)中的一种或多种混合；所述脂溶性生物活性物质选自反式白藜芦醇(Res)、姜黄素(Cur)、丁香酚(Eug)或肉桂醛(CA)中的一种或多种混合。
所述油相为精油或含有生物活性物质的其他油相。
所述精油选自薰衣草精油、柠檬油、甜橙油、山苍子精油、迷迭香精油或牛至精油中的一种或多种混合。
所述含生物活性物质的其他油相中的油相主体选自大豆油、花生油、菜籽油、玉米油或MCT中的一种或多种混合，生物活性物质选自β-胡萝卜素、叶黄素、橙皮苷或槲皮素中的一种或多种混合。
一种如上述所述的Pickering乳液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)取二氧化硅纳米粒子和生物活性物质混合进行负载，得到功能二氧化硅纳米粒子；
(2)将步骤(1)得到的功能二氧化硅纳米粒子分散于水中，得到分散有功能二氧化硅纳米粒子的分散液；
(3)将油相与步骤(2)所得的分散液混合，搅拌后得到所述Pickering乳液。
步骤(1)中，混合的同时进行搅拌。
步骤(1)中，负载时先将二氧化硅纳米粒子和生物活性物质加入到水之类的溶剂中进行溶解。
步骤(1)中，取的二氧化硅纳米粒子和生物活性物质的质量比为(0.1:1)～(10:1)。优选地，取的二氧化硅纳米粒子和生物活性物质的质量比(5:8)～(5:1)，进一步优选为5:5。
步骤(1)中，负载置于惰性气氛保护下、黑暗及冰浴条件下进行。
具有多孔及空心结构的二氧化硅纳米粒子可作为载体负载水溶性或脂溶性生物活性物质，同时该功能二氧化硅纳米粒子可作为固体颗粒乳化剂，稳定精油或含有生物活性物质的油相制备得到Pickering乳液。一方面，Pickering稳定化作用可有效保护作为油相的精油及油相中的生物活性物质；另一方面，颗粒中的生物活性物质在受载体保护的同时进行缓慢释放，从而赋予Pickering乳液双重保护作用。该Pickering乳液具有良好的储藏稳定性、pH稳定性、盐离子稳定性和热稳定性，能为生物活性物质提供双重保护作用，有效提高其稳定性，延缓其降解及氧化变质。
本发明以抗氧化性介孔二氧化硅纳米粒子为稳定剂，以精油为油相制备Pickering精油乳液，制得的Pickering乳液具有固体颗粒乳化剂用量少、制备过程简单及应用成本低等特点，同时具有良好的储藏稳定性、pH稳定性、盐离子稳定性及热稳定性，能为生物活性物质提供双重保护作用，有效提高生物活性物质稳定性(可从放置不同天数下，柠檬醛的保留率看出来)，延缓其降解及氧化变质，同时可为精油提供双重保护作用，有效提高精油稳定性，延缓其降解及氧化变质。与此同时，负载的生物活性物质及精油中的有效成分可赋予Pickering乳液双重功能性，具有抗氧化、抗菌、抗炎等作用效果。
相对于现有技术，本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明首先通过负载生物活性物质制备得到具有合适润湿性且具有抗氧化性的功能介孔二氧化硅纳米粒子，该粒子作为抗氧化剂负载载体的同时作为固体颗粒乳化剂，制备得到Pickering乳液(特别是油相为精油的Pickering乳液)。该Pickering乳液通过Pickering的稳定化作用及抗氧化剂的协同作用赋予精油双重保护，有效提高精油稳定性，延缓其氧化变质。
(2)本发明制备得到的Pickering精油乳液在环境因素(pH、盐离子浓度及热处理)处理下，其乳液外观、液滴状态、及粒径和电位值无显著变化，表明其具有良好的pH稳定性、盐离子稳定性及热稳定性，这样的Pickering乳液具有更广阔的实际应用空间。
(3)本发明制备得到的Pickering精油乳液在37℃下存储31天后，其乳液外观、液滴状态、及粒径和电位值无显著变化，表明其具有良好的存储稳定性。此外，存储31天后，该体系中精油主要成分的保留率远高于对照组中精油主要成分的保留率，说明此Pickering乳液可有效稳定精油，延缓其降解及氧化变质。
附图说明
图1是实施例1中按不同质量比配比下，[email protected]介孔二氧化硅颗粒中EGCG的负载量变化图；
图2是实施例1中介孔二氧化硅纳米粒子负载EGCG前后的接触角值测定图；
图3是实施例2所得的Pickering乳液液滴粒径变化图；
图4是实施例3所得的Pickering乳液液滴粒径变化图；
图5是实施例4所得的Pickeirng乳液液滴粒径随pH的变化图；
图6是实施例4所得的Pickeirng乳液液滴粒径随盐浓度的变化图；
图7是实施例4所得的Pickeirng精油乳液液滴粒径随加热温度的变化图；
图8是实施例5、对比实施例1和对比实施例2制得的乳液中柠檬醛的保留率对比图；
图9是实施例5、对比实施例1和对比实施例2制得的乳液放置过程中粒径变化图；
图10是实施例5、对比实施例1和对比实施例2制得的乳液放置过程中电位变化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液，所述乳液体系由油相、水相和功能二氧化硅纳米粒子组成，所述功能二氧化硅纳米粒子包括二氧化硅纳米粒子以及负载在二氧化硅纳米粒子表面的生物活性物质，在乳液体系中，功能二氧化硅纳米粒子的颗粒浓度为0.1-10wt％(单位的意思具体为g/mL*100％)，优选为0.2-1.0wt％，油相的体积分数为1-50％，优选为4-12％，功能二氧化硅纳米粒子中，生物活性物质的负载量为100～387mg/g。其中，二氧化硅纳米粒子具有微孔结构、介孔结构、大孔结构或中空结构。生物活性物质包括水溶性生物活性物质和脂溶性生物活性物质，水溶性生物活性物质选自维生素C(VC)、原花青素(PC)、表儿茶素(EC)或表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)中的一种或多种混合；脂溶性生物活性物质选自反式白藜芦醇(Res)、姜黄素(Cur)、丁香酚(Eug)或肉桂醛(CA)中的一种或多种混合。油相为精油或含有生物活性物质的其他油相，精油选自薰衣草精油、柠檬油、甜橙油、山苍子精油、迷迭香精油或牛至精油中的一种或多种混合；含生物活性物质的其他油相中的油相主体选自大豆油、花生油、菜籽油、玉米油或MCT中的一种或多种混合，生物活性物质选自β-胡萝卜素、叶黄素、橙皮苷或槲皮素中的一种或多种混合。
一种如上述所述的Pickering乳液的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)按(0.1:1)-(10:1)的质量比(进一步优选为(5:8)～(5:1))取二氧化硅纳米粒子和生物活性物质混合于惰性气氛保护下、黑暗及冰浴条件下进行负载，得到功能二氧化硅纳米粒子；
(2)将步骤(1)得到的功能二氧化硅纳米粒子分散于水中，得到分散有功能二氧化硅纳米粒子的分散液；
(3)将油相与步骤(2)所得的分散液混合，搅拌后得到所述Pickering乳液。
实施例1
本实施例的一种具有抗氧化性的功能介孔二氧化硅纳米粒子的制备，具体步骤如下：
(1)取10mg介孔二氧化硅纳米粒子，再按照介孔二氧化硅纳米粒子：EGCG的质量比分别为5:8，5:7，5:6，5:5，5:4，5:3，5:2，5:1称量EGCG，并将两者溶于30mL去离子水中，分散均匀。
(2)将步骤(1)得到的溶液在惰性气氛保护下、黑暗及冰浴条件下进行搅拌，使EGCG负载在介孔二氧化硅纳米粒子的外表面上，得到抗氧化性介孔二氧化硅纳米粒子分散液，离心洗涤后最终得到功能介孔二氧化硅纳米粒子，即负载有生物活性物质的二氧化硅纳米粒子(具体为[email protected]介孔二氧化硅颗粒)。
对该实施例得到的八种[email protected]介孔二氧化硅颗粒进EGCG的负载量(该负载量为EGCG在[email protected]介孔二氧化硅颗粒中的质量)测定，由图1可知，分别为100mg/g(对应5:1的质量比)、195mg/g(对应5:2的质量比)、265mg/g(对应5:3的质量比)、330mg/g(对应5:4的质量比)、383mg/g(对应5:5的质量比)、383mg/g(对应5:6的质量比)、387mg/g(对应5:7的质量比)、387mg/g(对应5:8的质量比)，可说明在不同二氧化硅纳米粒子和EGCG的质量比下得到的[email protected]介孔二氧化硅颗粒存在差异，具有不同的EGCG负载量，并且可以看到，当介孔二氧化硅纳米粒子和EGCG的质量比为5:5时，EGCG的负载量最大，且再增加EGCG的质量，EGCG的负载量也不增加，因此，在共同考虑到EGCG的用量、EGCG的负载量以及抗氧化剂作用的情况下，选择采用介孔二氧化硅纳米粒子和EGCG的质量比为5:5得到的[email protected]介孔二氧化硅颗粒进行后续实验。
对负载前后的介孔二氧化硅纳米粒子(MSNs)以及在最优质量比条件下得到的[email protected]介孔二氧化硅颗粒([email protected])进行接触角值测定，结果如图2所示，可看到，介孔二氧化硅纳米粒子的接触角值为74°，负载EGCG后的[email protected]介孔二氧化硅颗粒的接触角值为79°。结果表明，该颗粒具有合适的润湿性，适合制备O/W型Pickering乳液。
实施例2
本实施例的一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液的制备，具体步骤如下：
(1)按质量比为5:5取10mg介孔二氧化硅纳米粒子和10mg EGCG溶于去离子水中，分散均匀，随后在惰性气氛保护下、黑暗及冰浴条件下进行搅拌，得到抗氧化性介孔二氧化硅纳米粒子分散液，离心洗涤后最终得到[email protected]介孔二氧化硅颗粒；
(2)分别取10mg、20mg、30mg、40mg、50mg [email protected]介孔二氧化硅颗粒分散于4.8mL去离子水中进行分散，使最终乳液中的颗粒浓度为0.2wt％(单位的意思具体为g/mL*100％，下同)，0.4wt％，0.6wt％，0.8wt％，1.0wt％，得到分散液；
(3)按体积分数为4％取0.2mL山苍子精油与步骤(2)所得分散液混合，搅拌后得到Pickering乳液。
对实施例2中的各乳液通过粒径仪进行粒径测定，结果如图3所示。当其他条件一致，仅改变颗粒浓度时，乳液液滴的尺寸随颗粒浓度的增加而减小。
实施例3
本实施例的一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液的制备，具体步骤如下：
(1)按质量比为5:5取10mg介孔二氧化硅纳米粒子和10mg EGCG溶于去离子水中，分散均匀，随后在惰性气氛保护下、黑暗及冰浴条件下，搅拌后得到抗氧化性介孔二氧化硅纳米粒子分散液，离心洗涤后最终得到[email protected]介孔二氧化硅颗粒；
(2)取五份50mg [email protected]介孔二氧化硅颗粒分别分散于4.8mL、4.7mL、4.6mL、4.5mL、4.4mL去离子水中进行分散，使最终乳液中的颗粒浓度为1.0wt％，得到分散液；
(3)分别按体积分数为4％，6％，8％，10％，12％取0.2mL、0.3mL、0.4mL、0.5mL、0.6mL山苍子精油与步骤(2)所得分散液混合，搅拌后得到Pickering乳液。
对实施例3中的各乳液通过粒径仪进行粒径测定，结果如图4所示。而当其他条件一致，仅改变油相体积分数时，乳液液滴的尺寸随油相体积分数的增加而增加。
实施例4
本实施例的一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液的制备，具体步骤如下：
(1)按质量比为5:5取10mg介孔二氧化硅纳米粒子和10mg EGCG溶于去离子水中，分散均匀，随后在惰性气氛保护下、黑暗及冰浴条件下，搅拌后得到抗氧化性介孔二氧化硅纳米粒子分散液，离心洗涤后最终得到[email protected]介孔二氧化硅颗粒；
(2)取40mg [email protected]介孔二氧化硅颗粒分散于4.8mL去离子水中进行分散，使最终乳液中的颗粒浓度为0.8wt％，得到分散液；
(3)按体积分数为4％取0.2mL山苍子精油与步骤(2)所得分散液混合，搅拌后得到Pickering乳液。
对本实施例得到的Pickering乳液进行pH稳定性(3.0-7.0)、盐离子稳定性(10-90mM NaCl浓度)和热稳定性(40-80℃)表征。如图5所示，通过0.1M柠檬酸对该Pickering乳液的pH进行调节，发现乳液液滴的平均粒径随着pH的增加变化幅度不大，即该Pickering乳液具有pH稳定性。如图6所示，向该Pickering乳液添加一定浓度的NaCl(10-90mM)，搅拌使乳液均一化，并于室温下放置24h后进行观察，发现乳液液滴的平均粒径随着盐的浓度的增加而增加，但乳液状态在10-70mM NaCl浓度下无显著变化，即在该盐离子浓度下，乳液具有较好的盐离子稳定性。如图7所示，将该Pickering乳液加热至不同温度，加热结束后用冰浴迅速冷却至室温，于室温下放置24h后进行观察，，发现乳液液滴的平均粒径随着加热温度的增加变化幅度不大，即该Pickering乳液具有热稳定性。综上，该Pickering乳液具有良好的pH稳定性、盐离子稳定性及热稳定性。
实施例5
本实施例的一种具有双重功能性及稳定性的Pickering乳液的制备，具体步骤如下：
(1)按质量比为5:5取10mg介孔二氧化硅纳米粒子和10mg EGCG溶于去离子水中，分散均匀，随后在惰性气氛保护下、黑暗及冰浴条件下，搅拌后得到抗氧化性介孔二氧化硅纳米粒子分散液，离心洗涤后最终得到[email protected]介孔二氧化硅颗粒；
(2)取40mg [email protected]介孔二氧化硅颗粒分散于去离子水中进行分散，使最终乳液中的颗粒浓度为0.8wt％，得到分散液；
(3)按体积分数为4％取0.2mL山苍子精油与步骤(2)所得分散液混合，搅拌后得到Pickering乳液。
对本实施例得到的Pickering精油乳液进行存储稳定性(37℃，31d)表征。如图8所示(以E表示)，将该Pickering乳液于37℃下放置31d后，通过紫外-可见分光光度计测定EGCG的保留率为59.0％；通过气相色谱-质谱联用仪测定精油主要成分柠檬醛的保留率为52.1％。分别如图9和图10所示(均以E表示)，该Pickering乳液在放置31d后，其乳液液滴尺寸以及乳液整体Zeta电位值变化不明显，表明其具有较好的储存稳定性
对比实施例1
一种由吐温80进行稳定的精油乳液，具体制备步骤如下：
(1)取40mg吐温80乳化剂分散于4.8mL去离子水中，使最终乳液中的乳化剂浓度为0.8wt％，均质得到水相体系；
(2)按体积分数为4％取0.2mL山苍子精油与步骤(1)所得水相体系混合，均质后得到精油乳液。
如图8所示(以T表示)，将该精油乳液于37℃下放置31d后，通过气相色谱-质谱联用仪测定精油主要成分柠檬醛保留率为5.1％。分别如图9和图10所示(均以T表示)，该Pickering乳液在放置31d后，其乳液液滴尺寸以及乳液整体Zeta电位值变化十分明显，表明其在放置过程中具有较差的稳定性。
对比实施例2
一种由介孔二氧化硅纳米粒子进行稳定的Pickering精油乳液，具体制备步骤如下：
(1)取40mg介孔二氧化硅纳米粒子分散于4.8mL去离子水中进行分散，使最终乳液中介孔二氧化硅纳米粒子的颗粒浓度为0.8wt％，得到分散液；
(2)按体积分数为4％取0.2mL山苍子精油与步骤(1)所得分散液混合，搅拌后得到Pickering精油乳液。
如图8所示(以M表示)，将该Pickering精油乳液于37℃下放置31d后，通过气相色谱-质谱联用仪测定精油主要成分柠檬醛保留率为32.3％。分别如图9和图10所示(均以M表示)，该Pickering乳液在放置31d后，其乳液液滴尺寸以及乳液整体Zeta电位值变化较不明显，表明其在放置过程中稳定性较好。
实施例5、对比实施例1及对比实施例2对比结果如图8，图9及图10所示，能够更好地说明本发明的效果。通过放置过程中乳液表现出的物理稳定性(即放置稳定性)可表明，Pickering乳液的放置稳定性效果明显优于传统表面活性剂稳定的乳液，可更好赋予精油保护效果。由吐温80进行稳定的精油乳液在37℃下存储31d后，精油主要成分柠檬醛的保留率为5.1％，而相同储存条件下，由介孔二氧化硅纳米粒子进行稳定的Pickering精油乳液中柠檬醛的保留率为32.3％，而本发明的Pickering精油乳液在相同储存条件下，其柠檬醛的保留率高达52.1％。通过对比说明，相较于传统含有表面活性剂的乳液，Pickering稳定化和抗氧化剂的协同作用极大地提高了精油的稳定性，为延缓精油氧化变质提供了双重保护作用。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种西瑞香素胶束及制备方法、含量检测和应用