利用单酰基甘油和植物甾醇实现外相油凝胶化：稳定含维生素D3的O/W/O双乳液的新型策略

《Food and Bioproducts Processing》：Outer-phase oleogelation using monoacylglycerol and phytosterol: A novel strategy for stabilizing Vitamin D 3-loaded O/W/O double emulsions

　　

摘要

维生素D是人体健康必需的营养素，但日常饮食中获取的维生素D往往不足，因此需要通过强化食品来补充。由于维生素D对氧气和高温敏感，因此需要采用特殊的输送系统来保护它。本研究旨在开发并优化一种油凝胶稳定的O/W/O复合乳液，以提高维生素D?的包封稳定性。采用两步乳化工艺使用食品级乳化剂制备了这种复合乳液，并优化了中间相和外部相的工艺参数以提高稳定性。水基中间相使用瓜尔胶和吐温20进行稳定，而外部油相则使用聚甘油多蓖麻油酸酯（PGPR）进行稳定，并通过单酰基甘油（MAG）和植物甾醇（PHY）作为油凝胶剂进行结构化处理。通过测定乳液的乳化指数、ζ电位和颗粒大小来评估其性能。最终确定的最佳配方为：中间水相含0.9%的瓜尔胶和2%的吐温20，外部油相含3%的PGPR和3%的MAG以及1.5%的PHY，内部油相含0.055%的维生素D?。该配方表现出较高的物理稳定性和包封效率，为功能性食品中的维生素D?强化提供了一种有前景的策略。

引言

双重乳液是一种复杂的多相系统，其中分散的液滴会包裹更小的次级液滴（Zhang等人，2023年）。其独特的结构带来了多种功能优势，包括减少饱和脂肪酸和反式脂肪酸的含量、保护并控制敏感的生物活性化合物、营养素或不良风味的释放，以及同时输送水溶性和油溶性成分。这些特性使得双重乳液在食品、化妆品和制药行业得到了广泛应用（Zhi等人，2024年）。然而，双重乳液在热力学上本质上是不稳定的，在储存或受到环境应力时容易分解（Zhi等人，2024年）。

为了提高稳定性，人们探索了多种策略。采用了矿物蜡和植物蜡颗粒来稳定乳液（Szuma?a和Luty，2016年），同时利用蛋白质-多糖复合物来稳定O/W/O双重乳液（Benichou等人，2007年）。外部和内部的O/W/O乳液凝胶化技术也被用于制备藻酸盐基的乳液微凝胶颗粒（Lin等人，2021年）。最近，聚甘油多蓖麻油酸酯（PGPR）和蜂蜡（BW）油凝胶的组合也被成功用于稳定O/W/O乳液（Zhi等人，2024年）。

与此同时，还设计了一种新型乳液，其类似固态脂质颗粒，以油凝胶作为乳液的分散相或连续相。乳液抵抗相分离和液滴团聚的能力通常取决于是否存在能够阻止液滴运动和接触的结晶材料（Wijarnprecha等人，2019年）。油凝胶化通过添加低分子量或高分子量的结构剂，将可食用的液体油转化为凝胶状网络，而不改变油的化学性质。常用的低分子量凝胶剂包括单甘油酯、脂肪酸、醇类、卵磷脂、植物甾醇-玉米醇混合物、乙基纤维素、神经酰胺和蜡类（Zampouni等人，2022年）。这些结构化的油体系显示出显著的潜力，能够提高基于乳液的输送系统的物理稳定性和功能性能。

维生素D是一种重要的脂溶性微量营养素，主要存在两种形式：维生素D?（麦角钙化醇）和维生素D?（胆钙化醇），其中维生素D?在人体中具有更强的生物活性。内源性维生素D?在皮肤暴露于紫外线B后合成，其生物活性代谢物1,25-二羟基维生素D?（骨化三醇）在维持人体健康方面起着关键作用。充足的维生素D水平与预防多种慢性疾病有关，包括骨质疏松症、甲状旁腺功能减退症、癌症、心血管疾病和多发性硬化症（Dima和Dima，2020年）。

尽管维生素D具有重要的生理作用，但其缺乏已成为全球公共卫生的问题。城市化和现代生活方式大大减少了人们的日常晒太阳时间，从而影响了内源性维生素D?的合成。此外，食物中的维生素D?来源有限，往往难以满足日常需求。在没有足够阳光照射的情况下，建议每天通过补充剂摄入800–1000国际单位（20–25μg）的维生素D?，以保持儿童和成人的最佳血清水平（Jan等人，2019年）。这些考虑促使人们对基于食品的维生素D?强化策略产生了越来越大的兴趣，作为一种可持续的替代药物补充的方法。

将维生素D?融入食品系统中面临重大挑战，因为这种维生素在加工和储存过程中极易降解。环境因素如高温、盐分、pH值变化、氧气和光照会显著降低维生素D?的稳定性，导致其损失和生物利用率下降（Maurya等人，2020年）。此外，维生素D?在消化过程中的不可控释放可能限制其功能效果。

为了克服这些限制，需要先进的输送系统来保护维生素D?并调节其释放。在这方面，O/W/O乳液为敏感的亲脂性生物活性化合物的包封和靶向释放提供了一种有前景的策略。尽管乳液稳定技术取得了进展，但使用油凝胶稳定的双重乳液来输送维生素D?的应用仍大多未被探索。特别是，结合使用植物甾醇-单酰基甘油油凝胶来结构化O/W/O乳液的外部连续油相，从而在环境应力下提高维生素D?的稳定性，这一点尚未得到系统的研究。

本研究旨在设计并优化一种新型的O/W/O双重乳液，其外部油相由植物甾醇-单酰基甘油油凝胶构成，作为维生素D?的有效输送系统。预计这种创新的稳定方法将克服固有的相分离问题（例如乳化），并显著提高系统的物理稳定性。

部分摘录

材料

向Kourosh公司（伊朗）购买了葵花籽油。吐温20、植物甾醇（β-谷甾醇，纯度≥70%）和维生素D?（胆钙化醇，纯度≥99%）购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。聚甘油多蓖麻油酸酯从Palsgaard（丹麦）购买。甘油单硬脂酸酯也来自Palsgaard（丹麦）。瓜尔胶粉末则从Neelkanth Polymers（印度拉贾斯坦邦）采购。

O/W乳液的制备

按照70:30（水/油）的体积比制备了O/W乳液。

O/W乳液的乳化指数

图1展示了使用不同浓度瓜尔胶和吐温20制备的O/W乳液的乳化指数。结果显示，将瓜尔胶浓度增加到1.2%后，乳化现象明显减少。虽然0.9%和1.2%之间的差异不显著，但总体趋势表明，较高的瓜尔胶浓度对连续相的稳定性有积极影响。

结论

结果表明，增加瓜尔胶浓度通过提高连续相的粘度并减少液滴的运动性显著提升了乳液的稳定性，而较高的吐温20浓度则会促进乳液的乳化现象。外部油相的油凝胶化有效地抑制了重力不稳定性，并在25°C下储存28天期间显著提高了乳液的稳定性。

符合伦理标准

无

伦理批准

本文未包含任何作者参与的人体或动物研究。

利益声明

笔者声明他们没有已知的竞争性财务利益，这些利益可能会影响本文的研究结果。

知情同意

本研究的所有参与者均签署了知情同意书。

未引用的参考文献

(Rousta等人，2025年；Wang等人，2024年；Wen等人，2025年；Zhi等人，2024年)

资金支持

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

CRediT作者贡献声明

Mohamad Ali Sahari：撰写、审稿与编辑、可视化、验证、资源管理、项目协调、资金获取、数据分析、概念设计。 Mohsen Barzegar：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法论。 Azadeh Naseri：撰写初稿、验证、软件操作、方法论制定、数据管理。 Zohreh Hamidi Esfehani：撰写、审稿与编辑、验证、监督、方法论制定。

在准备本研究的过程中，作者使用了chatGPT来编辑英文文本。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审查和修改，并对发表的文章内容负全责。

所有作者声明他们没有可能影响本文研究的利益冲突。

伊朗德黑兰塔比阿特莫达雷斯大学食品科学与技术系