Nghiên cứu ảnh hưởng của công nghệ homogenization đối với sự ổn định vật lý của dầu cọ hypoletate được bao phủ bởi NanoLipid cấp dinh dưỡng

I. Giới thiệu

Bài viết này thuộc về chuyên đề ứng dụng đồng nhất vi phản lực, toàn văn tổng cộng 3800 chữ, đọc khoảng 20 phút

Tóm tắt

Hệ thống nghiên cứu này so sánh tác động của ba kỹ thuật chuẩn bị vi phản lực homogenization, siêu âm và rotor-stator đối với sự ổn định vật lý của nanopoliposome của dầu cọ oleate cao (HOPO). Kết quả cho thấy sự ổn định vật lý tối ưu của các chất nano lipid được điều chế bằng công nghệ đồng nhất microjet với kích thước hạt trung bình tối thiểu (100,3 ± 1,7 nm) và chỉ số đa phân tán thấp (0,13 ± 0,01); Các mẫu được chuẩn bị bằng công nghệ siêu âm cho thấy sự ổn định keo tối ưu (tiềm năng Zeta -55,9 ± 0,8 mV). Nghiên cứu cũng phát hiện ra rằng việc bổ sung HOPO đã cải thiện đáng kể sự ổn định lưu trữ của các chất nano lipid, với sự gia tăng kích thước hạt của các mẫu có chứa HOPO thấp hơn 40% so với nhóm đối chứng sau 35 ngày lưu trữ ở 4 ℃. Nghiên cứu này cung cấp một tài liệu tham khảo kỹ thuật quan trọng để phân phối hiệu quả các loại dầu chức năng trong ngành công nghiệp thực phẩm.

Từ khóa:

Chất nano; đồng nhất microjet; Dầu cọ có hàm lượng oleic cao; ổn định vật lý; tiềm năng Zeta; Phân phối kích thước hạt; Hệ thống phân phối thực phẩm tối ưu hóa bề mặt đáp ứng

II. Khung tổng thể

Khung tổng thể của bài viết này trông như thế này:

III. Giới thiệu

Dầu cọ có hàm lượng oleate cao (HOPO), một loại dầu chức năng giàu hoạt chất sinh học, có hàm lượng cao các chất chống oxy hóa tự nhiên như beta-carotene (lên đến 500-700 mg/kg) và vitamin E, không chỉ có chức năng dinh dưỡng quan trọng mà còn tăng cường sự ổn định của màng liposome thông qua tác dụng hiệp đồng với các phân tử phospholipid.

Các kỹ thuật chuẩn bị chính hiện nay cho các chất nano lipid bao gồm:Đồng nhất MicrojetXử lý sóng siêu âm và phân tán rotor - stator...... Trong số đó,Công nghệ đồng nhất Microjet cho thấy lợi thế trong sản xuất công nghiệp nhờ khả năng kiểm soát kích thước hạt hiệu quả cao và khả năng lặp lại quy trình tốtCông nghệ siêu âm là thiết bị đơn giản và chi phí thấp; Và công nghệ rotor-stator có lợi thế rõ rệt khi xử lý hệ thống độ nhớt cao. Tuy nhiên, các nghiên cứu so sánh về hiệu quả tiêu thụ năng lượng, sự ổn định của sản phẩm và bảo vệ các thành phần hoạt tính của ba công nghệ này vẫn còn thiếu sót.

Dựa trên điều này, nghiên cứu này sử dụng hệ thống phương pháp bề mặt đáp ứng để tối ưu hóa các thông số quy trình chuẩn bị, tập trung vào các quy luật ảnh hưởng đến sự ổn định vật lý của các liposome nano HOPO của ba kỹ thuật: đồng nhất microjet, siêu âm và rotor-stator. Bằng cách mô tả các chỉ số chính như phân bố kích thước hạt, tiềm năng Zeta và chỉ số đa phân tán, kết hợp với các thí nghiệm ổn định lưu trữ để thiết lập mối quan hệ hiệu quả cấu trúc của quá trình-cấu trúc-hiệu suất, cung cấp cơ sở lý thuyết và hỗ trợ kỹ thuật cho các ứng dụng công nghiệp hóa của các chất mang nano mỡ chức năng.

IV. Quy trình cơ bản

Chuẩn bị Liposome thô

Trộn nguyên liệu

• Lecithin đậu nành (với 16% phosphatidylcholine, 14% phosphatidylglycolamine, 10% phosphatidylinositol, 34% triglyceride) được trộn với dầu cọ có hàm lượng oleate cao (HOPO) theo tỷ lệ thiết kế thực nghiệm.

Quá trình hydrat hóa

• Kiểm soát nhiệt độ: khuấy nhiệt độ không đổi 35 ℃ (1000 vòng/phút, 10 phút)

• Thêm pha nước: Thêm nước tinh khiết Milli-Q từ từ

• Đồng nhất sơ cấp: Đồng nhất tốc độ cao (Ultra-Turrax T25, 20.000 vòng/phút, 12 phút)

• Tính năng sản phẩm: Sự hình thành của túi nhiều lớp (MLV), phạm vi kích thước hạt 1-5μm

Xử lý đồng nhất Microjet

Các mẫu lipoprotes thô được xử lý trong một máy đồng nhất microjet trong khoang tương tác loại Z 75μm; Kích thước hạt được điều chỉnh bằng cách thay đổi áp suất (500-1500 bar) so với số chu kỳ (2-6 lần). Sử dụng bồn tắm nước đá để kiểm soát nhiệt độ đình chỉ ở<35 ° C trong suốt quá trình。

Xử lý siêu âm

Một hệ thống treo lipoprosome thô 80 mL được lấy và đặt trong một cốc 100 mL, sonication được thực hiện bằng sóng siêu âm (đầu dò 1/2, 20 kHz) "thời gian (phút)" so với "biên độ (%)" được thiết kế theo Bảng 2; Kiểm soát nhiệt độ tắm nước đá<35 ° C.

Xử lý rotor-stator

Lưu thông liên tục của hệ thống treo lipoprotein thô thông qua hệ thống rotor-stator, điều chỉnh tốc độ quay (15.000-25.000 vòng/phút) và thời gian xử lý (0,5-4 phút) theo thiết kế của Bảng 2; Hệ thống tuần hoàn nước 2 ° C kiểm soát nhiệt độ<35 ° C.

V. Kết quả và thảo luận

1, Ảnh hưởng của công nghệ đồng nhất đối với các đặc tính của chất nano lipid

Cả ba công nghệ đều có thể chuẩn bị các nanoflipid proton với kích thước hạt ≤200 nm.

• Microjet (MF) có kích thước hạt nhỏ nhất và phân bố tập trung nhất (thấp 100,3 nm, PdI=0,13) và có thể được kiểm soát chính xác bằng cách điều chỉnh áp suất và số chu kỳ.

• Siêu âm (Mỹ) có thể giảm kích thước hạt xuống 149,2 nm, nhưng PdI cao hơn một chút (0,20) và chủ yếu bị ảnh hưởng bởi thời gian siêu âm và biên độ.

• Rotor-stator (RS) có kích thước hạt lớn nhất, tối thiểu 163,6 nm và PdI lên đến 0,25, bị chi phối bởi tốc độ quay và thời gian xử lý.

Độ ổn định tiềm năng Zeta: US (−55,9 mV)>RS (−51,6 mV)>MF (−46,6 mV).

Thiết lập mô hình RSM trên tất cả các kỹ thuật và thực hiện phân tích phương sai (ANOVA). Chỉ giữ lại các mô hình quan trọng với p<0,05; R²>0,90 cho tất cả các mô hình và ngoại lệ p>0,05 cho thấy mô hình phù hợp và có thể được sử dụng để dự đoán.

Ảnh hưởng của sự đồng nhất của microjet đối với sự ổn định của nanoclipid proton

• Kích thước hạt: giảm đáng kể khi áp suất và số lượng chu kỳ tăng; Áp suất tối đa (1500 bar)+6 chu kỳ cho 100,3 nm. Nồng độ dầu tăng làm tăng kích thước hạt (axit oleic chuỗi dài được chèn vào lớp phospholipid kép), trong khi nồng độ lecithin tăng làm giảm kích thước hạt (tạo thành nhiều nang hơn).
• Điện thế Zeta: Phạm vi từ −32,1 đến −46,6 mV, nằm trong phạm vi ổn định cao. Sự gia tăng áp suất và số lần lưu thông có thể làm suy yếu tiềm năng, có thể do oxy hóa hoặc trộn lẫn không khí. Tăng nồng độ dầu duy trì tiềm năng âm hơn và được cho là có liên quan đến lecithin phối hợp với các thành phần chống oxy hóa của nó.
• PdI：0.13–0.28， Trung bình<0,3, cho thấy chiều cao của hệ thống là đồng nhất; Số lượng chu kỳ tăng có thể làm giảm đáng kể PdI.

Ảnh hưởng của siêu âm đối với sự ổn định của nanoilipoprotein

• Kích thước hạt: giảm với thời gian siêu âm kéo dài và biên độ tăng; 10 min、 149,2 nm có thể thu được ở biên độ 100%. Nồng độ dầu tăng tương tự làm tăng kích thước hạt.
• Điện thế Zeta: tổng thể từ −32,4 đến −55,9 mV, trong vùng ổn định cao. Siêu âm kéo dài làm giảm giá trị tuyệt đối tiềm năng và có thể liên quan đến các gốc tự do được tạo ra bởi cavitation để thúc đẩy thủy phân/oxy hóa phospholipid.
• PdI: giảm với thời gian siêu âm và biên độ tăng; Thời gian xử lý lâu hơn và hiệu ứng cavitation mạnh mẽ đi kèm với biên độ cao hơn góp phần vào sự đồng nhất kích thước hạt.

Ảnh hưởng của yếu tố rotor-stator đối với sự ổn định của nano lipid proton

• Kích thước hạt: giảm khi tốc độ quay và thời gian xử lý tăng; Tốc độ quay tối đa (25.000 vòng/phút)+4 phút có thể giảm kích thước hạt xuống 163,6 nm. Xu hướng ảnh hưởng đến kích thước hạt của nồng độ dầu và nồng độ lecithin phù hợp với hai kỹ thuật trên.
• Điện thế Zeta: Phạm vi −27,3~51,6 mV, tổng thể vẫn ổn định cao.
• PdI：0.25–0.56， cao hơn đáng kể so với hai kỹ thuật trước, cho thấy sự phân bố kích thước hạt rộng hơn; Tăng tốc độ và thời gian có thể cải thiện sự đồng đều ở một mức độ nào đó.

Tối ưu hóa và bảo quản ổn định vật lý NanoLiposome

Tối ưu hóa thứ cấp cho ba kỹ thuật riêng biệt thông qua RSM:

• Nhắm mục tiêu kích thước hạt, giá trị tuyệt đối tiềm năng Zeta và giảm thiểu PdI;
• Trên cơ sở này, tải trọng HOPO được mở rộng hơn nữa để kiểm tra tác động của nó đối với sự ổn định.

Công thức tốt nhất thu được là 35 d ở 4 °C, với kích thước hạt, tiềm năng Zeta và PdI được xác định sau mỗi 7 d mẫu (Bảng 6).

Thay đổi kích thước hạt:

• Các mẫu được chuẩn bị bởi MF và US có kích thước hạt<200 nm trong suốt thời gian lưu trữ.
• Các mẫu Mỹ có tải trọng dầu cao có mức tăng kích thước hạt nhỏ nhất (chỉ 2,7%), trong khi các mẫu RS cao có mức tăng lớn nhất (15,2%).

Thay đổi tiềm năng Zeta:

• Tải trọng dầu cao MF mẫu tiềm năng giảm đáng kể (18,9%); Sự sụt giảm nhỏ hơn (≤26%) giữa các mẫu US và RS cho thấy nồng độ dầu cao có thể làm tăng độ ổn định tiềm năng.

Thay đổi PdI:

• PdI của MF và mẫu US vẫn<0,3, duy trì mức độ đồng đều cao; Mẫu RS tăng PdI lên 0,35 ở tải trọng dầu cao và phân phối có xu hướng không đồng đều.

Kính truyền qua (TEM)

Nano lipoprosome được chuẩn bị trong điều kiện tối ưu có cấu trúc túi một lớp hình cầu, kích thước hạt phù hợp với kết quả DLS, xác minh thêm rằng ba công nghệ có thể thu được liposome nano

Hàm lượng beta-carotene trong MF và lipoprotein tối ưu của Hoa Kỳ

Beta carotene dễ bị suy thoái nhiệt.

Kết quả HPLC cho thấy: hàm lượng beta-carotene trong hệ thống treo lipoprotein thô là 6,49 × 10 ⁻ ³ mg mL ⁻ ³. Tỷ lệ giữ lại 92,9% (giảm 7,09%) sau khi điều trị bằng microjet; Tỷ lệ duy trì sau sonication là 61,2% (giảm 38,83%).

Nó chỉ ra rằng công nghệ microjet có sự phá hủy tối thiểu beta-carotene và có thể liên quan đến nhiệt độ cao cục bộ tức thời của siêu âm.

VI. Kết luận

Phương pháp bề mặt đáp ứng (RSM) đã được tối ưu hóa một cách có hệ thống các quy trình và công thức của ba công nghệ đồng nhất - Microjet (MF), Ultrasonics (US) và Rotor-Stator (RS) - trong việc chuẩn bị các proton nano lipid được bao phủ trong dầu cọ cao oleate (HOPO).

• Hiệu suất tổng hợp của công nghệ microjet là tối ưu trong phạm vi được kiểm tra, cho phép kích thước hạt tối thiểu (≈100 nm) và chỉ số đa phân tán thấp (PdI<0,15) và tính đồng nhất của hệ thống là tốt nhất.
• Cả ba công nghệ đều có thể chuẩn bị nanoprotein có kích thước hạt<200 nm, tất cả đều phù hợp với định nghĩa "nanoprotein".

Bằng cách tối ưu hóa tải trọng HOPO, việc cải thiện hàm lượng dầu làm tăng đáng kể sự ổn định vật lý của liposome trong quá trình lưu trữ 4 ° C, 35 d.

• Trong điều kiện vi phản lực và siêu âm, kích thước hạt của mẫu dầu cao, giảm tiềm năng Zeta và tăng PdI thấp hơn so với mẫu dầu thấp.

• Kết quả cho thấy tác dụng chống oxy hóa hiệp đồng giữa các thành phần chống oxy hóa trong HOPO, chẳng hạn như beta-carotene, và các lớp lưỡng phân phospholipid, làm chậm sự kết tụ lipoprotein và sự suy thoái oxy hóa.

Giải pháp tổng thể cho xử lý đồng nhất Microjet

Tài liệu tham khảo

[1] Juan David Beltrán, Ricaurte L, Estrada K B, et al. Tác dụng của các phương pháp đồng nhất hóa đối với sự ổn định vật lý của các nanoliposome cấp dinh dưỡng được sử dụng để đóng gói dầu cọ oleic cao [J]. LWT, 118[2025-08-09]. DOI: 10.1016/j.lwt.2019.108801.