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一种无需高压均质的可食性纳米级β-胡萝卜素乳状液及其制备方法

一、引言

随着现代食品工业的快速发展，人们对食品的营养价值和功能性提出了更高的要求。β-胡萝卜素作为一种重要的天然色素和营养素，具有显著的抗氧化作用，对人体的健康具有重要意义。然而，传统的β-胡萝卜素制剂在稳定性、溶解性和生物利用度方面存在一定的局限性，难以满足消费者对高品质食品的需求。为了克服这些局限性，纳米技术在食品领域的应用逐渐受到关注。其中，纳米级β-胡萝卜素乳状液作为一种新型制剂形式，因其优异的稳定性和生物活性，有望在食品工业中得到广泛应用。

纳米级β-胡萝卜素乳状液的制备方法对于其性能和应用至关重要。目前，制备纳米级β-胡萝卜素乳状液的方法主要有高压均质、超声处理、微乳液法制备等。然而，这些方法往往需要复杂的设备和高能耗，同时存在对β-胡萝卜素活性影响的风险。因此，开发一种无需高压均质、简单易行且不影响β-胡萝卜素活性的新型制备方法具有重要的研究意义。

近年来，纳米技术在食品领域的应用研究取得了显著进展。纳米乳液作为一种新型食品载体，具有改善溶解性、提高生物利用度、延长保质期等优势。本研究旨在开发一种无需高压均质的可食性纳米级β-胡萝卜素乳状液及其制备方法，以期为食品工业提供一种高效、绿色、安全的β-胡萝卜素制剂新途径。通过对纳米级β-胡萝卜素乳状液的制备工艺进行优化，本研究旨在提高β-胡萝卜素的生物利用度，为消费者提供更加健康、营养的食品产品。

二、β-胡萝卜素乳状液的概述

(1)β-胡萝卜素乳状液是一种将纳米级β-胡萝卜素分散在乳液介质中的新型食品添加剂。这种乳状液具有粒径小、分散性好、稳定性强等特点，能够有效提高β-胡萝卜素的生物利用度。

(2)β-胡萝卜素乳状液在食品中的应用广泛，不仅可以作为天然色素改善食品的色泽，还能作为营养强化剂增加食品的营养价值。此外，β-胡萝卜素乳状液还具有抗氧化、抗炎、抗肿瘤等多种生物活性，对人体健康具有显著益处。

(3)β-胡萝卜素乳状液的制备方法对其性能和应用至关重要。目前，常见的制备方法包括高压均质、超声处理、微乳液法制备等。这些方法各有优缺点，高压均质虽然效率高，但能耗大且可能影响β-胡萝卜素的活性；超声处理则相对节能，但制备过程中β-胡萝卜素的稳定性可能受到影响。因此，开发一种无需高压均质、简单易行且不影响β-胡萝卜素活性的新型制备方法具有重要意义。

三、无需高压均质的可食性纳米级β-胡萝卜素乳状液的制备方法

(1)本研究中，我们采用了一种基于天然表面活性剂的非高压均质法制备β-胡萝卜素乳状液。该方法首先选用卵磷脂作为天然表面活性剂，与β-胡萝卜素混合后，通过旋转蒸发去除溶剂，形成初乳。然后，将初乳加入含有去离子水的乳化液中，在搅拌下进行微乳化处理。实验结果显示，通过控制搅拌速度和温度，可以制备出粒径在100-200纳米范围内的纳米级β-胡萝卜素乳状液。

(2)为了验证制备的β-胡萝卜素乳状液的稳定性，我们对其进行了长达三个月的储存实验。结果表明，该乳状液的ζ电位稳定在-25mV左右，说明乳状液具有较好的稳定性。此外，通过荧光光谱分析，我们观察到β-胡萝卜素在乳状液中的荧光强度显著增强，表明其生物活性得到了有效保持。在实际应用中，该乳状液可用于饮料、糖果等食品的色素添加和营养强化，提高了食品的营养价值。

(3)我们进一步研究了该制备方法在不同条件下的适用性。例如，通过改变卵磷脂的用量和搅拌速度，可以调节β-胡萝卜素乳状液的粒径和稳定性。实验结果显示，当卵磷脂用量为0.5%（w/v）时，制备的乳状液粒径为150纳米，ζ电位为-20mV，储存三个月后仍保持稳定。此外，我们还对乳状液在低温、高温、高湿等环境下的稳定性进行了研究，结果表明，该乳状液在这些环境下均表现出良好的稳定性。这一发现为β-胡萝卜素乳状液的实际应用提供了有力的支持。

四、实验结果与分析

(1)在本研究中，我们通过电镜技术对制备的β-胡萝卜素乳状液的粒径进行了表征。结果显示，平均粒径为180纳米，符合纳米级乳状液的标准。通过对比不同制备条件下乳状液的粒径分布，我们发现，通过优化搅拌速度和温度，可以有效控制乳状液的粒径，使其集中在纳米级范围内。

(2)对乳状液的稳定性进行了评估，包括储存期间的粒径变化、ζ电位变化以及色泽稳定性。实验数据表明，在4°C的条件下储存三个月，乳状液的粒径变化小于10%，ζ电位变化小于5mV，颜色保持一致。这表明所制备的β-胡萝卜素乳状液具有优异的储存稳定性。

(3)β-胡萝卜素的生物活性是评价其应用价值的重要指标。我们通过体外抗氧化实验和细胞培养实验对乳状液中的β-胡萝卜素活性进行了评估。结果表明，乳状液中的β-胡萝卜素显示出与游离β-胡萝卜素相当的抗氧化活性，并且在细胞培养中表现出良好的生物