姜黄素，也称二阿魏酰基甲烷，是一种从姜黄根茎中获得的天然黄色色素，大约占总姜黄的4%。姜黄素凭借独特的风味和颜色，被广泛作为香料或食品着色剂等在国内外使用。 同时它还具有抗氧化、抗炎、护肝、抗癌和抗肿瘤等多种生物和药理活性，已成为国内外研究热点。然而姜黄素在碱性和光照条件下易分解，稳定性及水溶解性差，纯水中的溶解度约为 11ng/mL。此外，直接口服姜黄素后仅有少量能被人体吸收，严重影响了其在功能性食品和医药品中的应用。因此如何提高姜黄素的生物利用率、稳定性与水溶性是目前的研究重点及难点。较近研究表明，将一些脂溶性的，具有生物活性的化合物植入运载体系中，如制备姜黄素纳米乳液，经处理后，其液滴尺寸较小，能对姜黄素起到保护作用，大大提高了其稳定性及水溶解性等。
目前，纳米乳液的制备方法大体可分为低能和高能两种乳化法。其中高能乳化法常借用高压均质机制备纳米乳液，高压微射流在较短时间对乳液体系进行高速撞击、剪切、气蚀等，因此可形成均一、稳定的纳米乳液。
本文将采用高压微射流制备水包油型姜黄素纳米乳液，研究均质条件、乳化剂类型和浓度对乳液粒径及稳定性的影响，为制备均一、稳定的姜黄素纳米乳液，以及在强化食品功能因子方面提供技术依据。
材料与试剂：
姜黄素（货号C1386）、吐温80（货号P1754）、阿拉伯胶（货号G9752）3种乳化剂，sigma aldrich公司；乳清蛋白（WPC-80），恒天然集团；卵磷脂（大豆），Amresco公司；MCT（中链甘油三酸酯），上海东土化工进出口有限公司；其它试剂均为国产分析纯级。
实验设备：
M133/1281高速分散器（T_701FBT10P） IKA公司
NanoGenizer30K高压微射流均质机 苏州微流纳米生物技术有限公司
激光粒度仪（Zetasizer Nano-ZS90） 英国Malvern公司
分散体系分析仪（LUMiSizer611） 德国LUM
实验步骤：
1. 姜黄素纳米乳液的制备
称取0.04 g姜黄素粉末，将其加入热MCT（10mL，80℃）中，磁力搅拌至完全溶解，形成油相。称取一定量的乳化剂（吐温80、卵磷脂、乳清蛋白和阿拉伯胶）分别溶解于90mL 磷酸盐缓冲溶液（10mmol/L，pH7）中，形成水相。将油相缓慢滴加到水相中并高速分散（4kW，4min）得到粗乳液，然后将粗乳液通过微射流均质机（不同的均质条件）获得精细乳液，将其立即冷却至室温备用。
2. 姜黄素乳液平均粒径的测定
姜黄素乳液的平均粒径采用激光粒度仪测定。上机检测前将细乳液用10nnmol/L磷酸盐缓冲溶液（pH7.0）稀释至0.005%，所测样品均为新鲜配制。为减小测量误差，所有测量均进行3次，然后取平均值。
3. 姜黄素乳液物理稳定性快速分析
用Lu-misizer稳定性分析仪测定乳液的稳定性。采用现有分析模式（Front tracking）确定合适的均质条件、乳化剂浓度。取乳状液1.8mL，缓慢注射至样品试管底部（试管壁上禁止有残留和气泡），温度设定为25℃，离心转速4000r/min，每30s记录1次样品的透射率特征线，共255次。
实验结果：
1. 4种乳化剂对姜黄素乳液物化性能的影响
随着乳化剂浓度的增大，表面张力不断下降，由于乳化剂浓度达到一定值后，乳化剂大分子会在水溶液中形成球状和棒状的胶团，形成胶团的浓度即临界胶团浓度，因此选择合适的乳化剂浓度非常重要。
图1 乳化剂添加量对乳液粒径的影响
从图1可以看出，4种乳化剂在相同均质条件（均质压力60MPa，3次）下，随着乳化剂添加量的增大，乳液粒径逐渐减小，之后趋势平缓。其中小分子类合成乳化剂（吐温80）与蛋白质类（乳清蛋白）对粒径的影响大于多糖类（阿拉伯胶）和磷脂类（卵磷脂），乳化剂类型对乳液粒径的影响较大，可认为乳化剂是影响乳液粒径的主要因素，这与乳化剂能否在油水界面形成致密乳化层，进而迅速降低界面张力，达到较好乳化效果有关。
图1显示当吐温80和乳清蛋白的添加量于2%左右时，乳液粒径大小基本保持不变，维持在169 nm与226 nm左右。选此值作为后续试验添加量。阿拉伯胶的质量分数在4%时乳液粒径小至（650 nm）。当卵磷脂的添加量到3%时，粒径减小趋势不太明显，粒径为415 nm。选用4%与3%作为阿拉伯胶和卵磷脂后续研究的添加量。
2. 均质条件对姜黄素乳液粒径、物化性能的影响
图2 均质条件对乳液平均粒径的影响
从图2a看，随着均质压力的增大，4种乳液的平均粒径逐渐减小，之后趋于平缓。4种乳化剂制备的粗乳液在均质压力从10MPa增至40MPa时，其粒径减小趋势比较明显。均质压力增大，能耗随之增大，导致温度升高，破坏物质的结构，需综合考虑选择较适压强。4种粗乳液的均质压力从10MPa增到80MPa时，阿拉伯胶乳液的粒径从834nm降至600nm，当压力过40MPa后粒径基本保持不变，故选此压力做后续试验。卵磷脂乳液的粒径从362 nm 降至196nm，且一直保持减小趋势，这可能与高温、高压下卵磷脂不稳定，进而发生结构变化有关。选择40MPa为其合适压力。乳清蛋白和吐温80乳液的粒径分别降至225nm和130 nm，压力过高可能会引起蛋白变性。综合考虑采用40MPa作为乳清蛋白乳液的均质压力，60MPa作为吐温80的均质压力。
从图2b可看出，4种乳液的平均粒径随着均质次数的增加，乳液平均粒径减小，之后趋势变小。随着均质次数的增加，乳液粒子之直径（粒径）分布均匀，对乳液的稳定性有一定的影响。阿拉伯胶乳液在均质压力为40MPa，添加量为4%，均质两次后粒径基本保持在 570nm左右，选较适均质次数为2。卵磷脂在均质压力为40MPa，添加量为3%时，随着均质次数的增加其粒径减小，然而均质6次后，粒径减小趋势增大，可能与其结构变化有关。较终选均质6次做后续研究。乳清蛋白则在均质压力40MPa，添加量为2%，均质6次时粒径小至（196 nm），较终选其均质6次。吐温80在均质压力60MPa，添加量2%，均质过 6次后，粒径虽有减小但不明显。综合考虑能耗及时间，选均质6次。
3. 均质条件对姜黄素乳液稳定性的影响
采用Lumisizer稳定性分析仪，通过离心加速沉降、悬浮的方法使溶液分层。因溶液中粒子在不同时间会有所移动，进而造成对应位置的光透射强度发生变化，故将每个位置的光强度值连接起来，得到profile曲线。随着时间的变化，可得到不同的profile，通过每条曲线之间的差异表征出稳定性的好坏。采用Front tracking的分析方法分析曲线，能更直观地描述乳液的稳定性。斜率图（正斜率代表沉降，负斜率代表悬浮）见图3a至图6d，斜率绝对值越大越不稳定。图3a，4a，5a，6a代表不同均质压力（10，20，40，60，80MPa）对乳液稳定性的影响，图3b，4b，5b，6b均为不同均质次数（1，2，4，6，8次）对乳液稳定性的影响。
图3 均质条件对乳清蛋白乳液稳定性的影响
图4 均质条件对吐温80乳液稳定性的影响
图5 均质条件对卵磷脂乳液稳定性的影响
图6 均质条件对阿拉伯胶乳液稳定性的影响
图3a为乳清蛋白的添加量2%，均质次数3次时， 不同均质压力下所得斜率值A-E（-8.511，-6.275，-4.435，-4.120，-3.920）。选60MPa作为其合适压强值。图3b为乳清蛋白乳液在均质压力为60MPa，添加量为2%时，不同的均质次数所得斜率值A-E（-4.004，-1.763，-1.190， -1.007，-1.064），可看出均质次数过4次，对其稳定性影响不明显。较终选用均质4次。
从图4a同样可看出，吐温80乳液的添加量为2%，均质3次时，随着均质压力的增大，乳液的稳定性变好，之后变化不大，斜率值分别为-28.38，-11.68，-5.917，-7.420，5.563，在均质压力在大于40MPa后对其稳定性影响逐渐减小。过高的压力容易引起蛋白变性，建议选择压力40MPa做试验。图4b显示，吐温80乳液的添加量为2%，均质压力40MPa时，随着均质次数的增大，乳液稳定性变好，斜率值分别为-2.921，-1.884，-1.348，-1.189，-1.073。 均质过6次后基本稳定，6次为其合适的均质次数。
从图5a可看出，在乳化剂添加量为4%，均质3次时，均质压力与其稳定性呈负相关，斜率值分别为-4.162，-4.090，-4.195，-4.723，-5.069，在压力过60MPa后稳定性开始下降，可能与卵磷脂在高温、高压下不稳定，结构发生变化有关，进而影响其乳化效果。较终选其适宜压力40MPa。图5b为卵磷脂在均质压力40MPa，添加量4%时，乳液随着均质次数的增加，稳定性的变化，斜率值为-5.528，-4.107，-3.718，-3.491，-3.276。较终选均质6 次。
图6a显示，阿拉伯胶乳液在添加量为4%，均质3次时，随着均质压力的增大，其稳定性差，其斜率值为-2.654，-2.339，-3.587，-4.666，-4.054。压力20MPa为其合适压力。这是因为阿拉伯胶是一种天然的多糖类大分子聚合物，其分子结构中含有2%左右的蛋白质，且与多糖部分共价结合。在高压下阿拉伯胶与蛋白质共价结合，自身结构被破坏，影响其乳化效果。图6b显示，阿拉伯胶乳液在均质压力20MPa，添加量为4%时，随着均质次数的增加，其稳定性先好后差，其斜率值分别为-2.403，-1.332，-1.396，-1.658，-1.724。较终选均质2次。
4. 乳化剂浓度对乳液稳定性的影响
图7 乳化剂类型与浓度对乳液稳定性的影响
从图7a至7d可看出4种乳化剂在各自选定的均质条件下，随着乳化剂添加量的增大，乳液的稳定性提高。
图7a显示不同浓度的乳清蛋白乳液分析斜率为-1.849，-1.419，-1.211，-0.9052，-0.5440，当其添加量为4%时，斜率线趋于平缓。乳化剂添加量选择4%或者略大于4%。
图7b可看出，随着吐温80乳液浓度的增大，其稳定性呈先升高后下降的趋势。其合适添加量为2%。吐温80乳液粒径较小，之前有研究表明粒径太小容易发生凝聚、沉淀，这可能是影响其稳定性的原因。
图7c显示：分析卵磷脂乳液所得斜率值为-30.79，-9.944，-5.305，-3.900，-2.906。当添加量过4%时，其斜率曲线趋于平缓，可考虑选择添加量为4%，或者略大于4%。
从图7d可以看出，阿拉伯胶乳液的稳定性受浓度的影响较大，当添加量为4%时，其减小趋势较大。若浓度过高容易造成乳液的黏性过强，则不适宜应用，可考虑选择4%或略大。
结论：
4种乳化剂在相同处理条件下，吐温80乳液的粒径受均质条件、乳化剂浓度的影响大至，乳清蛋白次之，然后是卵磷脂、阿拉伯胶。结合均质条件，乳化剂浓度对乳液粒径及稳定性的影响，乳清蛋白在均质压力60MPa，均质4次，添加量为2%时得到相对稳定的乳液； 吐温80在均质压力40MPa，均质6次，添加量为2%时得到相对稳定的乳液。卵磷脂可在均质压力40MPa，均质为4次，添加量为4%或略大均可。阿拉伯胶在均质压力为20MPa，均质2次，添加量为4%或略大。
关键词：高压微射流，纳米乳液，姜黄素
