《Next Nanotechnology》：Toward sustainable food encapsulation: Eco-innovative and energy-efficient fabrication of phospholipid-stabilized nanoemulsions
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本研究的主要目标是构建食品级磷脂稳定的水包油（O/W）纳米乳液（nanoemulsion, NE），用于封装富含木脂素（lignan）的芝麻油。市场上存在大量高能耗、高成本仪器；然而，本研究成功应用高速均质化（high-speed homogenization
本研究的主要目标是构建食品级磷脂稳定的水包油（O/W）纳米乳液（nanoemulsion, NE），用于封装富含木脂素（lignan）的芝麻油。市场上存在大量高能耗、高成本仪器；然而，本研究成功应用高速均质化（high-speed homogenization）与溶剂蒸发法（solvent evaporation）的组合，以克服高能方法造成的显著经济负担。此外，本工作仍需规避合成表面活性剂并引入磷脂作为乳化剂。三种纳米乳液配方NEA、NEB和NEC分别使用磷脂与Tween 20按2:1、1:1和1:2比例成功制备。发现这些配方具有纳米液滴尺寸、窄多分散指数以及对乳析和相分离足够的物理稳定性。磷脂被证明可在液滴周围提供增厚的黏弹性层、高度负的表面电位和有利的堆积参数。适量Tween 20被发现可为此类磷脂稳定配方提供空间排斥屏障，这可能有助于在宽pH和离子强度范围内保持稳定性。由于Tween 20的大量存在，NEC对环境应激源的物理稳定性最高。相反，由于磷脂固有抗氧化特性，NEA对脂质过氧化提供最大保护。在模拟胃肠环境中，NEA配方的脂解更高，表明界面组成可改变动态条件下的酶动力学。在此研究中，选择界面处的乳化剂提供了一个平台，可调节物理和氧化稳定性以及体外消化（in vitro digestion）曲线。从本研究获得的见解在纳米递送（nanodelivery）前沿领域产生了有希望的结果。
研究背景与问题：随着消费者对天然产物生物利用度最大化需求增加，基于纳米乳液（nanoemulsion, NE）的递送载体因纳米级粒径、较高表面积体积比、位点特异性靶向和克服生理屏障能力而受到关注。水包油（oil-in-water, O/W）纳米乳液由微小油滴分散在水相中，因动力学稳定性改善、控释和脂质消化性而成为封装脂溶性生物活性物的有效工具。制备NE主要有高能和低能方法。高能技术依赖强烈破坏能量和昂贵专门设备，制造成本显著。低能方法利用体系固有物理化学性质控制界面现象，但关键缺点是需要比高能技术更多合成表面活性剂；食品工业对商业合成表面活性剂因成本、味道和毒性存在顾虑。低能技术对天然乳化剂如蛋白质、多糖或磷脂适用性受限，因高分子量和慢吸附动力学。当前为建立安全、天然、无毒纳米递送系统，将高能乳化与低能溶剂蒸发结合的混合方法被广泛应用。生物材料乳化剂因可生物降解、生物相容、可持续和环保而受关注。磷脂因两亲性、亲水头基和两个疏水尾，可吸附油水界面稳定乳液。研究核心新颖性在三方面：生态创新乳化剂组成、显著能效提升、严格面向食品级脂质递送载体的界面过程优化。三支柱为：仅用标准转子-定子高速均质机（high-speed homogenizer, HSH）而非高压均质机（high-pressure homogenizer, HPH）制备60–90 nm NE；以大豆磷脂混合物（asolectin）与Tween 20双重稳定，突出磷脂静电稳定和Tween 20空间稳定；调节界面组成和乳化剂浓度改变不同条件物理稳定性及模拟消化模型体外脂质消化。研究人员制备NEA、NEB、NEC并系统表征，得出界面乳化剂选择可调控物理/氧化稳定性和体外消化，NEA抗氧化和脂解最大，NEC环境物理稳定性最高，NEB居中，为食品级NE配方选择和优化提供平台。
关键技术方法：采用印度Kolkata当地市场商业芝麻油，Asolectin为大豆磷脂混合物。关键方法包括界面张力测定；高速均质联合溶剂蒸发：分散相10%（w/w）含7.5%乙酸乙酯、2.5%芝麻油、1.8%乳化剂，连续相90%（5 mM磷酸钠缓冲液，pH 7.0，含0.02%叠氮钠）；2000 rpm磁力搅拌2 h制粗乳液，10,000 rpm冰浴高速均质30 min，45°C旋转蒸发20 min去除乙酸乙酯并补水；Asolectin:Tween 20为2:1、1:1、1:2分别得NEA、NEB、NEC。表征粒径与zeta电位8周25°C储存、透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）、pH 3–8与离子强度0–500 mM、硫代巴比妥酸反应物（thiobarbituric acid reactive substances, TBARS）、三段模拟体外消化、游离脂肪酸（free fatty acids, FFA）滴定和共聚焦激光扫描显微镜。
研究结果：3.1 初始液滴表征：通过视觉观察、离心、粒径、zeta电位和TEM分析，NEA、NEB、NEC新鲜配方呈蓝光，无絮凝，离心后虽乳析但无相分离；粒径60–90 nm，单峰窄分布，zeta电位高度负，TEM显示球形液滴均匀分散。结论为体系具有良好动力学稳定性，负zeta来自阴离子磷脂吸附。3.2 主要乳化——高速均质和溶剂蒸发法对纳米乳液制备的影响：通过界面张力、粘度、搅拌速度和时间分析，乙酸乙酯降低分散相粘度和界面张力，芝麻油/水界面张力为17 mN m
?1，油-乙酸乙酯/水为6.8 mN m
?1，降低临界毛细数，使10,000 rpm实现纳米破碎；超过45 min可能再聚并、氧化和热降解。溶剂蒸发通过减压去除乙酸乙酯使液滴收缩。结论为乙酸乙酯是粒径显著降低关键。3.3 混合乳化剂对纳米乳液配方的影响：通过界面张力、zeta电位和分子堆积分析，Asolectin含25%磷脂酰胆碱（PC）、25%磷脂酰乙醇胺（PE）、25%磷脂酰肌醇（PI）及少量其他磷脂；PI等在pH 7.0离子化赋予负电荷，利于静电稳定。Tween 20改变堆积参数，高亲水亲油平衡值（HLB）约16.7，增加界面膜亲水性和柔性。界面张力显示Tween 20先快速吸附，随后大豆磷脂取代并形成多层黏弹性层，asolectin主导界面。NEA zeta最负，NEC较低。结论为二者协同稳定。3.4 货架期稳定性分析：通过8周25°C粒径和zeta分析，NEA、NEB、NEC末周粒径较初始增加约59%、80.7%、132%；NEA抗聚集最大，NEC末周粒径显著高于NEA；zeta下降NEA 32.6%，NEB 43%，NEC 44.5%，末周NEC显著低于NEA。Tween 20非离子热脱水致界面变形，但亚微米尺度布朗运动抵抗宏观乳析。结论为Asolectin与Tween 20合适混合可达目标稳定性。3.5 pH影响：通过粒径和zeta分析，pH 6–8所有配方稳定，pH 4粒径增加，pH 3时NEA、NEB、NEC粒径较中性分别增加332.8%、153%、141.7%，NEA显著更高；酸性pH zeta下降，NEA降37.02%，NEB 28.16%，NEC 21.6%。结论为高磷脂NEA酸性pH更易失稳，高Tween 20者更稳。3.6 离子强度影响：通过粒径和zeta分析，盐>200 mM液滴增大，500 mM时NEC粒径增176.77%，NEA增238.85%，NEB增184.32%；zeta下降，500 mM时NEC降13%，NEA降38.83%，NEB降22.69%。Na
+静电屏蔽并削弱排斥。Tween 20空间稳定使NEC更耐离子。结论为高Tween 20配方抗离子强。3.7 脂质氧化研究：通过TBARS 8周分析，新鲜约0.2 nmol/mL，最终TBARS为NEC>NEB>NEA，NEC显著高于NEA和NEB。Asolectin在界面形成厚黏弹性多层框架，物理屏蔽水溶性助氧化剂和过渡金属；NEC缺少紧密交联磷脂网络，易受过氧自由基传播。结论为磷脂含量关键，NEA抗氧化最好。3.8 游离脂肪酸释放研究：通过三段模拟消化和FFA滴定分析，口腔和胃阶段三配方无显著差异，脂质消化主要在小肠。NEA消化更多，30–45 min NEB/NEC FFA约22–23%，NEA约26%；NEA最大FFA为72.65%，NEC早达平台59.89%。NEA高zeta利于胆盐吸附，胆盐破坏磷脂界面，Ca
2+和胆盐/磷脂形成混合胶束快速清除FFA，防止产物抑制；NEC的Tween 20致密聚氧乙烯刷空间阻碍，竞争胆盐并置换胰脂肪酶-共脂肪酶。结论为界面组成调控脂解，NEA最高。3.9 共聚焦激光扫描显微镜图像：通过共聚焦观察消化各阶段，口腔阶段无显著变化；胃阶段酸性pH导致有限聚并/絮凝，NEA可见大簇，但单个纳米液滴完整，由黏弹性多层asolectin框架保持，减少暴露酸性胃液面积并保护木脂素；肠阶段大簇解散为大量小而均匀消化结构，验证最大FFA释放，显示高效靶向肠道递送。
讨论总结与结论翻译：讨论表明，界面组成决定物理稳定性、氧化稳定性和脂解。NEA高磷脂提供抗氧化和最大脂解，NEC高Tween 20提供环境物理稳定性，NEB为中间物化中点。研究结论翻译如下：研究人员的严谨努力已成功实现本研究目标，即使用食品级乳化剂制备稳定且生物相容的芝麻油NE，并优化了一种结合高速均质和溶剂蒸发的创新技术，作为节能且成本有效的方法。系统NEA被设计为最大化天然生物材料使用，同时最小化对合成商业表面活性剂的依赖，从而直接回应食品工业对清洁标签和降低添加剂毒性的推动。致密磷脂支架提供最大的脂质氧化保护，并促进最大程度的脂质水解。相反，系统NEC被设计用于测试环境稳健性的极限，将平衡强烈转向小分子非离子表面活性剂。在NEC中，这些链在油滴周围形成致密、刷状的空间屏障。由于空间稳定从根本上不依赖于静电屏蔽，NEC对强烈环境压力保持优异物理稳定性。系统NEB作为关键物理化学中点，桥接两个组分的结构优势。这种中间结构提供中等货架期稳定性、足够的脂质过氧化保护以及中间胃肠消化曲线，使其成为需要广泛功能性的食品基质的高度适应基线对照。研究人员的研究预计将在纳米递送前沿产生挑战性机遇和满意可能性。
