基于生物大分子乳化剂的纳米乳液载体构建及其稳定机理研究

Nanoemulsion could be used as a suitable carrier of water-insoluble nutrients to improve their stability and bioavailability. However, the researches on nanoemulsion system as a nutritional supplement carrier in food industry are mainly focused on the relationship between the preparation parameters and the absorption properties of bioactive food components. Lack of understanding of the interaction relationship between components and the stability mechanism has been proven to be the main obstacle in the development of nanoemulsion food nutritional delivery system.. In this project astaxanthin and lycopene are chosen as model actives, oil-in-water nanoemulsions system stabilized by biopolymer emulsifier (such as β-lactoglobulin, OSAstarch, maltodextrin) is bulit, and the phase behavior, microstructure and rheological properties are studied. Then the interaction of actives with carrier system is studied by the NMR test and Dissipative Particle Dynamics (DPD) simulation. Finally the stability mechanism will be proposed after combining the evaluation of the physical stability and chemical stability of actives-loaded nanoemulsion during three stage （preparation, storage, before and after incorporation into hydrogels and food systems） and the results of instrumental analysis. These results will provide the basic data and throtetical basis for the preparation and application of nanoemulsion delivery system in food industry, which has significant theory value and practical signigicance.

纳米乳液作为难溶性食品营养物载体时能显著提高营养物的稳定性和生物利用度，但目前对负载营养物纳米乳液的稳定机理研究较少，也未见计算机辅助的营养物和纳米乳液组分相互作用机制研究。本项目拟以虾青素和番茄红素两种脂溶性营养物为模型组分，以β-乳球蛋白和OSA变性淀粉等生物大分子为乳化剂，构建安全稳定的水包油型纳米乳液体系，研究所构建纳米乳液的相行为、微观结构和流变性能；然后通过对营养物载入前后油水界面的自扩散速率、组分化学位移值等的测定及DPD模拟结果，研究营养物载入对纳米乳液体系界面性能的影响及组分间的相互作用机制；最后系统研究负载营养物纳米乳液体系在制备过程、贮存期间、加入到凝胶和食品体系后各阶段的稳定性及主要影响因素，分析并提出各阶段稳定机理。项目研究结果为食品营养物的纳米乳液载运体系研究开发提供基础数据和理论依据，具有重要的学术价值和实用意义。

番茄红素等功能成分因不溶于水及对环境和加工流程敏感等特性，极大的限制了其作为天然抗氧化剂在食品工业中的应用。纳米乳液作为难溶性食品营养物载体时能显著提高体系稳定性和生物利用度，但采用生物大分子作为乳化剂的研究较少，乳液体系的稳定机理和组分间相互作用也不甚明晰。为此，本研究主要以番茄红素为模型营养物，采用生物大分子乳化剂构建食品级纳米乳液，系统研究负载营养物纳米乳液在不同条件下的物理化学稳定性，并通过实验和计算机模拟手段获得乳液界面性能及组分间的相互作用情况。主要研究发现包括：① 对乳清分离蛋白、酪蛋白酸钠、OSA变性淀粉三种大分子乳化剂的乳化特性、所构建纳米乳液的稳定性和消化特性的系统研究结果表明OSA变性淀粉更适合作为构建番茄红素纳米乳液的乳化剂。110 Mpa下高压均质3次所得番茄红素纳米乳液粒径125nm，负载率77.31%，生物可给率25.60%；② 所构建纳米乳液在常温下储存28天后粒径稍有增加，番茄红素保留率仍达41.4%，乳液在pH 3-6范围内稳定，且体系中的盐离子和蔗糖分子不会显著降低体系稳定性，说明该纳米乳液体系具有较好的稳定性及在食品体系的应用潜力；③ 不同时间和离心速率下的稳定性分析结果表明乳液会有一定的失稳现象，沉淀和奥氏熟化是导致其失稳的主要原因；④番茄红素的载入有利于提高乳化剂分子在界面上的横向有序性排列，随着番茄红素浓度增大，番茄红素由核心疏水区向油水界面移动，OSA淀粉分子的自扩散系数和界面迁移速率显著下降，说明番茄红素营养物和乳化剂OSA变性淀粉分子间有显著的相互作用。本研究阐述了乳液构建、组分间相互作用和稳定性之间的内在联系，探讨负载营养物纳米乳液的稳定机理，研究结果可为高稳定性纳米乳液载运体系的构建提供理论指导和数据支持。