通过响应面方法优化β-胡萝卜素纳米脂质的制备条件并评估其稳定性

《Chemistry and Physics of Lipids》：Optimization of Preparation Conditions and Stability Evaluation of β-carotene nanoliposomes by Response Surface Methodology

　　

摘要

β-胡萝卜素是一种天然的脂溶性类胡萝卜素，具有多种生物活性，但其水溶性较差，且对光、热和氧气敏感，这限制了其应用。本研究采用薄膜水合法制备了β-胡萝卜素纳米脂质体（βC-NL-1），并通过响应面方法对其配方进行了优化。优化后的配方中，大豆卵磷脂与胆固醇的质量比为6:1，β-胡萝卜素的加载量为0.22 mg/10 mL乙醇，PBS溶液的体积为25 mL，包封效率达到63.89 ± 1.09%。优化后的纳米脂质体粒径为121.9 ± 1.24 nm，多分散度指数（PDI）为0.2654 ± 0.0136，Zeta电位为-54.25 ± 1.26 mV。透射电子显微镜观察到其呈较为均匀的球形或椭圆形囊泡结构；傅里叶变换红外光谱显示其特征谱变化与β-胡萝卜素溶解在脂质体系中的情况一致。在4°C下储存20天后，β-胡萝卜素的保留率为81.43%。在模拟的胃肠道消化过程中，β-胡萝卜素在胃阶段的释放量相对较低，随后在肠道阶段的释放量增加。此外，在测试条件下，βC-NL-1的羟基自由基和DPPH自由基清除活性优于游离β-胡萝卜素。这些结果表明βC-NL-1作为β-胡萝卜素脂质体递送系统的潜力，并为其在功能性食品中的应用提供了基础。

引言

脂质体是由磷脂双层组成的封闭囊泡结构，具有良好的生物相容性和生物降解性。它们可以分别将亲水性和亲脂性活性化合物封装在水核和脂质双层中。此外，脂质体可以为封装的化合物提供防护环境，使其免受光照、氧气和热等环境因素的影响，从而提高其稳定性和分散性。因此，脂质体已被广泛研究作为食品和药品中生物活性化合物的递送系统（Chai和Park，2024；Rahim等人，2025；Luo等人，2025）。

β-胡萝卜素（βC）是一种重要的亲脂性类胡萝卜素，也是维生素A的前体，具有多种生物活性，包括抗氧化活性。然而，由于其高疏水性和广泛的共轭双键结构，βC在光照、氧气和热的作用下容易被氧化、降解和异构化。其较差的水分散性也限制了其在食品和营养产品中的应用。因此，开发合适的递送系统以提高βC的稳定性和分散性具有重要意义（Zhao等人，2024）。先前的研究表明，脂质体可以有效封装β-胡萝卜素，改善其储存稳定性，并调节其在模拟胃肠道条件下的释放行为（Fortunatus等人，2025；Niaz和Mackie，2024；Bai等人，2019）。例如，Tan等人比较了不同类胡萝卜素在脂质体中的装载特性、储存稳定性和体外释放行为，展示了脂质体在β-胡萝卜素递送方面的潜力（Tan等人，2014a）。此外，采用薄膜水合法制备的β-胡萝卜素脂质体在储存稳定性、抗氧化活性和体外胃肠道消化行为方面也进行了研究（Wang等人，2023）。这些研究表明，脂质体是β-胡萝卜素的有前景的递送系统。尽管这些研究为脂质体递送β-胡萝卜素提供了基础，但不同研究之间的配方组成和制备条件存在差异，关键配方参数的效果也取决于具体配方。因此，系统地优化配方参数，并对所得纳米脂质体进行全面表征，对于开发具有适宜物理化学性质和体外性能的β-胡萝卜素递送系统仍然非常重要。

本研究采用薄膜水合法制备了βC-NL-1，并通过响应面方法优化了关键配方参数。优化后的βC-NL-1在粒径、PDI、Zeta电位和包封效率等方面进行了表征。进一步评估了其储存稳定性、模拟胃肠道条件下的释放行为以及体外羟基自由基和DPPH自由基清除活性。本研究为βC-NL-1递送系统的开发和表征及其在功能性食品中的潜在应用提供了实验证据。

章节摘录

β-胡萝卜素纳米脂质体的制备

βC-NL-1采用薄膜水合法制备。将一定量的大豆卵磷脂和胆固醇（质量比5:1）以及新鲜配制的β-胡萝卜素-二氯甲烷溶液（1 mg/mL）溶解在10 mL乙醇中直至完全溶解。通过涡旋混合充分均匀后，转移至圆底烧瓶中。在42°C的旋转蒸发装置下去除有机溶剂，使脂质和β-胡萝卜素形成囊泡结构。

β-胡萝卜素添加量对纳米脂质体包封效率的影响

在制备纳米脂质体过程中，研究了β-胡萝卜素添加量（0.10、0.20、0.30、0.40和0.50 mg/10 mL乙醇）对包封效率（EE）的影响，如图1(a)所示。随着β-胡萝卜素添加量的增加，包封效率最初上升，随后下降。在较低添加量下，β-胡萝卜素可能更多地融入磷脂双层的疏水区域，从而提高包封效率。

结论

本研究采用薄膜水合法成功制备了βC-NL-1，并通过响应面方法优化了其配方。优化后的配方包封效率为63.89 ± 1.09%，粒径为121.9 ± 1.24 nm，PDI为0.2654 ± 0.0136，Zeta电位为-54.25 ± 1.26 mV。透射电子显微镜和傅里叶变换红外光谱分析证实了囊泡结构的形成以及β-胡萝卜素在脂质体系中的整合。储存过程中，βC-NL-1表现出稳定的性能。

机构审查委员会声明

不适用。

知情 consent声明

不适用。

数据可用性声明

本研究中的数据可向通讯作者索取。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

作者贡献

LXF和GRF构思并设计了本研究。HY和CZY进行了实验。ZY、ZZY和GRF提供了新的试剂或分析工具。ZY、ZZY和HY分析了数据。LXF和CZY撰写了手稿。所有作者均阅读并批准了手稿。

资助

本研究得到了浙江省重大科技项目（2023C04027和2024C04029）、国家自然科学基金（32302042）和杭州市科技发展计划项目（2025TPY0095）的支持。

CRediT作者贡献声明

Chen志宇：撰写——初稿，方法学。Huang Yan：方法学，数据管理。Guan Rongfa：方法学，资金获取。Liu Xiaofeng：撰写——审阅与编辑，方法学，资金获取。Zhou Zhiyuan：数据管理。Zhang Yao：数据管理。

利益冲突声明

本手稿的提交过程中不存在利益冲突，所有作者均同意发表。我代表我的合作者声明，所描述的工作是原创研究，未曾以全部或部分形式在其他地方发表。所有列出的作者均已批准所附的手稿。

Yan Huang|Chen Zhiyu|Zhang Yao|Zhou Zhiyuan|Guan Rongfa|Liu Xiaofeng

浙江工业大学食品科学与技术学院，浙江杭州 310014，中国