通过复合凝聚技术开发负载了优化提取的欧芹（Origanum vulgare L.）精油的海藻糖/阿拉伯胶纳米胶囊

《ACS Omega》：Development of Optimized Origanum vulgare L. Essential Oil-Loaded Chitosan/Gum Arabic Nanocapsules by Complex Coacervation

纳米封装技术优化与稳定性研究：采用复杂共沉淀法制备壳聚糖/阿拉伯胶纳米颗粒，通过Box-Behnken实验设计确定最佳配方（OEO 470 mg，CHI/GA 1:5 659 mg，吐温80 13 mg），获得粒径323±22 nm、zeta电位+15.8±0.8 mV的稳定纳米体系，包封效率达95%。FTIR证实静电作用，TGA/DSC显示热稳定性。GC-MS方法验证显示R2=0.9976，LOD=0.22 μg/mL，LOQ=0.66 μg/mL。纳米颗粒在4℃、25℃、40℃下储存120天保持结构完整

　　### 奥雷加诺精油纳米胶囊的开发与分析

奥雷加诺精油（OEO）因其富含具有生物活性的化合物，如百里香酚和香芹酚，而被广泛应用于食品、农业和制药行业。然而，由于其挥发性和热敏性，OEO在工业处理过程中容易发生氧化、水解和成分流失。为了克服这些限制，科学家们探索了多种技术来提高OEO的稳定性，其中纳米封装被认为是一种有前景的策略。纳米封装不仅可以提高稳定性，还能延长生物活性，如抗菌和抗氧化能力，并在食品产品中提供风味和香气。

纳米封装技术中的复杂共凝聚法因其高封装效率、可控释放和在不利条件下对封装材料的保护能力而受到关注。该技术利用至少两种带相反电荷的聚合物形成胶囊，通常采用天然多糖和/或蛋白质作为壁材。在本研究中，采用壳聚糖（CHI）和阿拉伯胶（GA）作为天然生物聚合物，通过复杂共凝聚法成功制备了OEO负载的纳米胶囊。通过实验设计优化了OEO浓度、CHI/GA质量比以及Tween 80的使用量，以获得具有理想物理化学性质的纳米载体。

### 实验方法与材料

本研究使用的奥雷加诺精油（OEO）是从*Origanum vulgare* L.中提取的，通过蒸汽蒸馏获得。其密度为0.93 g/mL，折射率为1.50（在20°C下）。研究中还使用了标准的百里香酚、阿拉伯胶、低分子量壳聚糖和Tween 80。这些材料均来自可靠的供应商，并在实验前进行了适当的处理和配制。例如，壳聚糖溶液是在1%（v/v）乙酸中溶解并磁力搅拌8小时制备的，而阿拉伯胶溶液则是在去离子水中制备的。

为了分析OEO的组成，采用了气相色谱-质谱联用技术（GC–MS）。该方法能够有效地分离、鉴定和定量复杂混合物中的成分。通过GC–MS分析，研究确定了OEO中含有24种成分，其中香芹酚为主要成分，占78.8%。其他重要成分包括*p*-伞花烃（10.4%）、γ-松油烯（5.7%）、芳樟醇（1.5%）和百里香酚（1.2%）。这些成分的相对含量在不同研究中可能有所变化，这取决于植物的生长环境，如海拔、温度、降水量和地理分布。

### 纳米胶囊的制备与优化

纳米胶囊的制备采用复杂共凝聚法，其基本步骤包括乳化和形成聚合物壳层。乳化过程中，OEO与壳聚糖和阿拉伯胶溶液混合，并通过超声波均质器（Ultra-Turrax）进行乳化。随后，将阿拉伯胶溶液缓慢加入乳化体系中，以促进聚合物壳层的形成。实验过程中，通过调整CHI/GA质量比、OEO浓度和Tween 80的使用量，优化了纳米胶囊的物理化学特性。

为了系统地评估这些变量对纳米胶囊特性的影响，采用了Box–Behnken实验设计（BBD）。BBD是一种第二阶模型，基于不完全三水平因子设计，可以减少实验次数，提高研究效率。实验结果表明，CHI/GA质量比对纳米胶囊的粒径和表面电位具有显著影响。通过分析不同质量比下的粒径和电位，研究确定了1:5的质量比为最佳选择，因为它能够产生粒径较小且表面电位较高的纳米胶囊。

### 物理化学特性分析

为了进一步评估纳米胶囊的性能，研究对其粒径、多分散指数（PdI）和Zeta电位进行了测量。粒径和PdI的测定采用准弹性光散射（QELS）技术，该技术能够提供纳米颗粒的尺寸分布信息。Zeta电位的测定则通过激光多普勒电泳（LDE）进行，用于评估纳米胶囊的电荷特性及其对稳定性的影响。

研究发现，纳米胶囊的粒径在290至315 nm之间，PdI值为0.20 ± 0.02，表明其具有良好的均匀性和单分散性。Zeta电位值为+15.8 ± 0.8 mV，表明纳米胶囊具有较强的静电稳定性。这些结果进一步验证了CHI和GA之间通过静电相互作用形成的纳米胶囊的结构稳定性。

为了更直观地了解纳米胶囊的形态，研究还采用了扫描电子显微镜（SEM）和原子力显微镜（AFM）进行分析。SEM图像显示，纳米胶囊呈球形且个体化，表面结构清晰，粒径范围在200 nm左右。AFM图像进一步确认了纳米胶囊的三维球形结构，表明其具有良好的物理特性。

### 热稳定性分析

热稳定性是评估纳米胶囊作为封装和储存材料性能的重要指标。为此，研究采用了热重分析（TGA）和差示扫描量热法（DSC）对阿拉伯胶、壳聚糖和OEO负载的纳米胶囊进行了热分析。TGA结果显示，纳米胶囊在250°C左右开始质量损失，而在400°C时几乎完全挥发，这表明其热稳定性良好。

DSC分析进一步揭示了纳米胶囊的热行为。结果显示，纳米胶囊的熔点在50°C以上，且在48°C左右出现吸热峰，表明其在高温下仍能保持结构稳定。相比之下，阿拉伯胶在高温下表现出更明显的结晶行为，这可能与其物理性质有关。

### 温度稳定性评估

为了评估纳米胶囊在不同储存条件下的稳定性，研究将其在4°C、25°C和40°C下储存120天，并监测其粒径、PdI和Zeta电位的变化。结果显示，储存温度对纳米胶囊的稳定性有显著影响。在40°C储存的样品粒径增加最快，而4°C储存的样品则表现出最小的粒径增长。这可能与高温度下聚合物的自聚集现象有关。

PdI值在储存过程中逐渐增加，但在4°C和25°C之间没有显著差异。然而，在40°C储存的样品从第30天开始显示出显著的PdI升高，表明高温可能导致纳米胶囊分布的不均匀性。Zeta电位在储存过程中略有下降，但在4°C和25°C之间没有显著差异。尽管电位值有所降低，但仍保持在+25 mV以上，表明纳米胶囊在这些温度下仍具有良好的胶体稳定性。

### 分析方法的验证

为了确保纳米胶囊中香芹酚的准确定量，研究采用了一种经过验证的GC–MS方法。该方法遵循国际协调会议（ICH）指南，评估了其选择性、线性、检测限（LOD）、定量限（LOQ）、准确性和精密度。选择性分析表明，该方法能够有效分离香芹酚与其他成分，避免了可能的干扰。

线性分析结果显示，香芹酚的检测范围为5至25 μg/mL，相关系数（R2）为0.9976，表明该方法在该浓度范围内具有良好的线性响应。LOD和LOQ分别为0.22 μg/mL和0.66 μg/mL，表明该方法具有较高的灵敏度和定量能力。准确性测试显示，香芹酚的回收率在99%至102%之间，相对标准偏差（RSD）为3.59%，表明该方法具有较高的重复性和可靠性。

### 应用前景与结论

本研究不仅揭示了CHI和GA之间形成的纳米胶囊的物理化学特性，还展示了其在不同储存条件下的稳定性。这些结果表明，纳米胶囊可以作为一种有效的载体，用于保护和缓慢释放OEO中的生物活性成分。此外，该研究还验证了GC–MS方法在复杂聚合物基质中的适用性，为未来的研究提供了可靠的分析工具。

在食品工业中，这些纳米胶囊可以用于功能性食品和活性包装，以替代合成添加剂。在制药领域，它们可以用于开发口服或外用制剂，以治疗感染和炎症性疾病，甚至作为抗癌治疗的辅助剂。在农业中，它们可以作为缓释生物杀菌剂或生物杀虫剂，为传统化学农药提供可持续的替代方案。

综上所述，本研究成功开发了一种通过复杂共凝聚法制备的OEO负载纳米胶囊，并通过实验设计优化了其配方。纳米胶囊在不同储存条件下表现出良好的稳定性，为未来在食品、制药和农业领域的应用提供了坚实的基础。研究还强调了自然生物聚合物在封装策略中的广泛适用性，并提出了未来研究的方向，如体内药代动力学、长期稳定性研究、规模化生产和与其他生物活性成分的结合，以进一步拓展其应用潜力。