Studie über die Auswirkungen der Homogenisierungstechnik auf die physikalische Stabilität von Palmöl mit hohem Ölgehalt von Nährstoffnanolipiden

I. Vorstellung

Dieser Artikel ist mit der Anwendung von Mikrostrahlhomogenen verbunden, der gesamte Text ist insgesamt 3.800 Wörter, das Lesen dauert etwa 20 Minuten

Zusammenfassung

Dieses Forschungssystem vergleicht die Auswirkungen von drei Herstellungstechnologien für Mikrostrahlhomogenität, Ultraschall und Rotor-Stator auf die physikalische Stabilität von Nanolipidomen mit hoher Ölsäure Palmöl (HOPO). Die Ergebnisse zeigten, dass Nanolipisome, die mit der Mikrostrahlhomogenisierungstechnik hergestellt wurden, eine gute physikalische Stabilität aufweisen, ihre durchschnittliche Partikelgröße ist kleinst (100,3 ± 1,7 nm) und der Multidispersionsindex niedrig (0,13 ± 0,01); Die Proben, die mit Ultraschalltechnik vorbereitet wurden, zeigten die beste Kollodstabilität (Zeta-Potenzial -55,9 ± 0,8 mV). Die Studie stellte auch fest, dass die Zugabe von HOPO die Lagerstabilität der Nanolipisomen signifikant verbesserte und nach 35 Tagen Lagerung bei 4 ° C die Partikelgrößenwachstum von HOPO-enthaltenden Proben um 40% geringer war als in der Kontrollgruppe. Diese Studie bietet eine wichtige technische Referenz für die effiziente Lieferung von funktionellen Fetten in der Lebensmittelindustrie

Schlüsselwörter:

Nanolipisome; Mikrostrahlhomogenität; hochöliges Palmöl; physikalische Stabilität; Zeta-Potenzial; Partikelgrößenverteilung; Reaktionsfähiges Oberflächenoptimiertes Lebensmittellieferungssystem

II. Gesamtrahmen

Der gesamte Rahmen dieses Artikels ist wie folgt:

III. Einleitung

Palmöl mit hohem Ölgehalt (HOPO) als funktionelles Fett, das reich an biologisch aktiven Inhaltsstoffen ist, mit seinem hohen Gehalt an natürlichen Antioxidantien wie Beta-Carotin (bis zu 500-700 mg / kg) und Vitamin E hat nicht nur eine wichtige Nährstofffunktion, sondern verbessert auch die Stabilität der Lipidsomembran durch Synergie mit Phospholipidmolekülen.

Die wichtigsten Vorbereitungstechnologien der aktuellen Nanolipidome umfassenMikrostrahlhomogenitätUltraschallbehandlung und Rotor-Stator-Dispersion. Unter ihnen,Die Mikrostrahlhomogenisierungstechnik zeigt durch ihre effiziente Partikelgrößensteuerung und gute Prozesswiederholbarkeit Vorteile in der industriellen ProduktionUltraschalltechnologie ist einfach und kostengünstig; Die Rotor-Stator-Technologie hat bei der Verarbeitung von hochviskozen Systemen offensichtliche Vorteile. Allerdings sind die vergleichenden Untersuchungen dieser drei Technologien in Bezug auf Energieeffizienz, Produktstabilität und Wirkstoffschutz immer noch unzureichend.

Auf dieser Grundlage wird in dieser Studie ein reaktives Oberflächensystem zur Optimierung der Präparationsprozessparameter verwendet, um die Auswirkungen der drei Techniken der Mikrostrahlhomogenität, Ultraschall und Rotor-Stator auf die physikalische Stabilität der HOPO-Nanolipidome zu untersuchen. Durch die Charakterisierung von Schlüsselindikatoren wie Partikelgrößenverteilung, Zeta-Potenzial und Multidispersivitätsindex in Kombination mit Speicherstabilitätsexperimenten wird eine Kompositionsbeziehung zwischen Prozess, Struktur und Leistung aufgebaut, um theoretische Grundlagen und technische Unterstützung für die industrielle Anwendung von funktionellen Fett-Nanoträgern bereitzustellen.

4. Grundprozess

Zubereitung von groben Lipids

Rohstoffmischung

• Sojabohnen Phospholipid (enthaltend 16% Phosphatidylcholin, 14% Phosphatidylethanolamin, 10% Phosphatidylsterol, 34% Triglyceride) mit Palmöl mit hoher Ölsäure (HOPO) im experimentellen Design-Verhältnis vermischt werden.

Hydrierungsprozess

• Temperaturregelung: Rühren bei 35°C (1000 U/min, 10 min)

• Wasserphase hinzufügen: Langsam Milli-Q reines Wasser hinzufügen

• Primäre Homogenisierung: Hochgeschwindigkeits-Homogenisierer (Ultra-Turrax T25, 20.000 U/min, 12 min)

• Produkteigenschaften: Bildung mehrschichtiger Bläschen (MLV), Partikelgrößenbereich 1-5 μm

Mikrostrahlhomogeneisierung

Die Rohliposomenprobe wird in einem Mikrostrahlhomogeneizer in einem 75 μm Z-Typ Wechselwirkungsraum behandelt; Regeln Sie die Partikelgröße durch Änderung des Drucks (500-1500 bar) und der Zykluszahl (2-6 mal). Die Temperatur der Suspension wird während des gesamten Prozesses mit einem Eisbad auf < 35 °C gesteuert.

Ultraschallbehandlung

Nehmen Sie 80 ml grobe Liposomsuspension in eine 100 ml Becher und verwenden Sie eine Ultraschallbehandlung (1/2 "Sonde, 20 kHz) mit der "Zeit (min)" und der "Amplitude (%)", wie in Tabelle 2 entworfen; Eiswasser-Badetemperatur < 35 °C.

Rotor-Stator-Behandlung

Die Rohlipidsomsuspension wird kontinuierlich durch ein Rotor-Stator-System zirkuliert, wobei die Drehzahl (15.000-25.000 U/min) und die Bearbeitungszeit (0,5-4 min) gemäß dem Design in Tabelle 2 eingestellt werden; 2 °C Wasserzirkulationssystem mit Temperaturregelung < 35 °C.

V. Ergebnisse und Diskussionen

Auswirkungen der homogenen Technologie auf die Eigenschaften der Nanolipidome

Alle drei Techniken ermöglichen die Herstellung von Nanolipisomen mit einer Partikelgröße von ≤ 200 nm.

• Der Mikrostrahlstrom (MF) erhält die kleinste Partikelgröße und die stärkste Verteilung (niedrig 100,3 nm, PdI = 0,13) und kann durch die Regelung des Drucks und der Zykluszahl genau gesteuert werden.

• Ultraschall (US) kann die Partikelgröße auf 149,2 nm reduzieren, aber der PdI ist etwas höher (0,20) und wird hauptsächlich von Ultraschallzeit und -amplitude beeinflusst.

• Die Rotor-Stator (RS) liefert die größte Partikelgröße mit einer Minimumgröße von 163,6 nm und PdI von bis zu 0,25, die von der Drehzahl und der Bearbeitungszeit dominiert wird.

Zeta-Stabilität: US (−55,9 mV)> RS (−51,6 mV)> MF (−46,6 mV).

Erstellen Sie ein RSM-Modell für alle Technologien und führen Sie eine Varianzanalyse (ANOVA) durch. Nur signifikante Modelle mit p < 0,05 bleiben; Die R² aller Modelle beträgt > 0,90 und die Disparität p > 0,05 zeigt, dass das Modell gut passt und für die Vorhersage verwendet werden kann.

Auswirkungen der Mikrostrahlhomogenität auf die Stabilität der Nanolipidome

• Partikelgröße: erheblich verringert mit zunehmendem Druck und der Anzahl der Zyklen; Höchster Druck (1500 bar) + 6 Zyklen erreichen 100,3 nm. Eine erhöhte Ölkonzentration erhöht die Partikelgröße (langkettige Ölsäure wird in die doppelte Schicht von Phospholipiden eingesetzt), während eine erhöhte Phospholipidkonzentration die Partikelgröße verringert (mehr Bläschen bilden).
• Zeta-Potenzial: im Bereich von -32,1 bis -46,6 mV im hohen Stabilitätsbereich. Der erhöhte Druck und die Anzahl der Zyklen schwächen das Potenzial und können durch Oxidation oder Luftmischung verursacht werden. Erhöhte Ölkonzentrationen können ein negativeres Potenzial aufrechterhalten, was vermutlich mit ihrer antioxidativen Komponente in Verbindung steht.
• PdI：0.13–0.28， Durchschnitt < 0,3, was darauf hindeutet, dass die Höhe des Systems gleichmäßig ist; Eine Erhöhung der Zykluszahl reduziert den PdI deutlich.

Auswirkungen von Ultraschall auf die Stabilität der Nanolipisomen

• Partikelgröße: verringert sich mit der Verlängerung der Ultraschallzeit und der Erhöhung der Amplitude; 10 min、 149,2 nm werden bei 100 % Amplitude erzielt. Erhöhte Ölkonzentrationen erhöhen auch die Partikelgröße.
• Zeta-Potenzial: Insgesamt zwischen −32,4 −55,9 mV, in der hohen Stabilitätszone. Langzeitultraschall verringert den absoluten Wert des Potenzials, was möglicherweise mit der Phospholipidhydrolyse / Oxidation durch freie Radikale verbunden ist, die durch Kavitation erzeugt werden.
• PdI: sinkt mit zunehmender Ultraschallzeit und -amplitude; Langere Bearbeitungszeiten und eine höhere Amplitude ermöglichen eine homogene Partikelgröße.

Auswirkungen der Rotor-Stator-Faktoren auf die Stabilität der Nanolipisomen

• Partikelgröße: verringert sich mit zunehmender Drehzahl und Bearbeitungszeit; Die Höchstdrehzahl (25.000 U/min) + 4 min reduziert die Partikelgröße auf 163,6 nm. Der Trend der Einfluss von Öl- und Phospholidkonzentrationen auf die Partikelgröße entspricht beiden oben genannten Technologien.
• Zeta-Potenzial: Bereich −27,3 bis −51,6 mV, insgesamt hochstabil.
• PdI：0.25–0.56， deutlich höher als die ersten beiden Technologien, was eine breitere Partikelgrößenverteilung bedeutet; Eine Erhöhung der Drehzahl und der Zeit kann die Gleichmäßigkeit bis zu einem gewissen Grad verbessern.

Optimierung und physikalische Stabilität der Nanolipidome

Sekundäre Optimierung von drei Technologien mit RSM:

• Partikelgröße, absolute Zeta-Potenziale und PdI-Minimierung;
• Auf dieser Grundlage wird die HOPO-Last weiter maximiert, um ihre Auswirkungen auf die Stabilität zu untersuchen.

Die gewonnene Formulierung wird 35 Tage bei 4 °C gelagert, wobei die Partikelgröße, das Zeta-Potential und das PdI je 7 Tage gemessen werden (Tabelle 6).

Partikelgrößenveränderungen:

• Die Proben, die von MF und US hergestellt wurden, hatten eine Teilchengröße < 200 nm während der gesamten Lagerung.
• Die US-Proben mit hoher Öllast verzeichneten den geringsten Anstieg der Partikelgröße (nur 2,7 %), während die RS-Proben mit hoher Öllast den größten Anstieg verzeichneten (15,2 %).

Veränderung des Zeta-Potenzials:

• Starker Absolutwert des MF-Probenpotentials mit hoher Öllast (18,9 %); Der geringere Rückgang in den US- und RS-Proben (≤ 26 %) deutet darauf hin, dass hohe Ölkonzentrationen die Potenzialstabilität in gewissem Maße verbessern können.

PdI-Änderungen:

• Der PdI von MF und US-Proben bleibt < 0,3 und bleibt gleichmäßig; Bei hohen Ölbelastungen steigt der PdI der RS-Probe auf 0,35 und die Verteilung ist ungleichmäßig.

Übertragungselektroskop (TEM)

Die unter vorteilhaften Bedingungen hergestellten Nanolipisomen haben eine kugelförmige, einschichtige Blöckenstruktur und die Partikelgröße entspricht den Ergebnissen der DLS. Weitere Validierung aller drei Techniken ermöglicht die Erzeugung von Nanolipisomen auf dem Niveau

Beta-Carotin-Gehalt in MF und US-Lipids

Beta-Carotin ist thermisch abbaubar.

Die HPLC-Ergebnisse zeigen, dass der Beta-Carotingehalt in der groben Liposomensuspension 6,49 × 10-3 mg mL-1 beträgt. Die Retentionsrate nach der Mikrostrahlbehandlung beträgt 92,9 % (Rückgang von 7,09 %); Retention nach Ultraschallbehandlung um 61,2 % (Rückgang um 38,83 %).

Hinweis darauf, dass die Mikrostrahltechnik minimale Schäden an Beta-Carotin verursacht, kann mit lokalen momentanen hohen Ultraschalltemperaturen verbunden sein.

6. Schlussfolgerungen

Mit der Reaktionsflächenmethode (RSM) wurden drei Homogenisierungstechnologien - Mikrostrahltechnik (MF), Ultraschall (US) und Rotor-Stator (RS) - zur systematischen Optimierung von Prozessen und Rezepturen bei der Herstellung von Nanolidisomeren mit hohem Ölgehalt (HOPO).

• Die Mikrostrahlentechnologie ist in den untersuchten Bereichen optimal integriert und ermöglicht eine minimale Partikelgröße (≈ 100 nm) und einen niedrigen Multidispersionsindex (PdI < 0,15) mit der besten Systemeinheitlichkeit.
• Alle drei Technologien ermöglichen die Herstellung von Nanolipisomen mit Partikelgrößen < 200 nm, die alle der Definition von "Nanolipisomen" entsprechen.

Durch die Optimierung der HOPO-Belastung wurde festgestellt, dass ein erhöhter Ölgehalt die physikalische Stabilität des Lipidsomes bei 4 °C und 35 d Lagerung erheblich verbessert:

• Unter Mikro- und Ultraschallbedingungen wächst die Partikelgröße, das absolute Zeta-Potenzial sinkt und der PdI-Anstieg bei hohen Ölproben ist niedriger als bei niedrigen Ölproben.

• Die Ergebnisse zeigten, dass die antioxidativen Bestandteile in HOPO, wie z. B. Beta-Carotin, eine synergistische antioxidative Wirkung mit der Phospholipid-bimolekularen Schicht haben, die die Aggregation und den oxidativen Abbau der Liposomen verzögert.

Gesamtlösung für die Mikrostrahlhomogeneisierung

Referenzen

[1] Juan David Beltrán, Ricaurte L, Estrada K B, et al. Auswirkung von Homogenisierungsmethoden auf die physikalische Stabilität von Nanoliposomen der Ernährungsqualität, die zur Verkapselung von Palmöl mit hohem Ölgehalt verwendet werden [J]. LWT, 118[2025-08-09]. DOI:10.1016/j.lwt.2019.108801.