Исследование стабильности наноэмульсий с дигидрокверцетином, полученных на основе ультразвукового воздействия

Многочисленные исследования, представленные в литературе, свидетельствуют о целесообразности использования наноэмульсий в качестве метода инкапсуляции, для защиты и эффективной доставки биологически активных веществ в организм человека.

Известно, что эмульсии, в том числе и наноэмульсии, являются дисперсными системами, которые образуются при взаимодействии двух несмешивающихся жидкостей (обычно масла и воды) и различаются в зависимости от размеров капель (рис. 1).

Особое внимание в рамках данной работы отводится наноэмульсиям, так как они могут эффективно использоваться в качестве нано-размерных «контейнеров» для включения в них биологически активных веществ (БАВ). Под наноэмульсиями понимают тонкодиспер- гированные системы, состоящие из чрезвычайно мелких частиц размером в интервале от 20 до 200 нм (по некоторым данным менее 100 нм), для формирования которых обычно используют масло, воду и поверхностноактивные вещества (ПАВ). Микро- и наноэмульсии в последнее время являются одной из наиболее часто исследуемых форм пероральной системы доставки для гидрофобных биологически активных веществ [6, 8–12, 20, 21, 23-25].

Описаны данные использования эмульсий для инкапсуляции многих БАВ, включая ω-3 жирные кислоты, каротиноиды, куркумин, ресвератрол, коэнзим Q10. Ряд этих исследований показал, что инкапсуляция гидрофобных БАВ в эмульсии или наноэмульсии увеличивает их биодоступность и/ или биологическую активность. Например, in vivo иссле-

* *Л * * *» » * *

Эмульсии

Термодинамически нестабильны, d > 300 нм

Микроэмульсии Термодинамически нестабильны, 200 нм < d < 300 нм

Наноэмульсии Термодинамически стабильны, 20 нм < d < 200 нм

Рис. 1. Схематическое изображение различных видов эмульсий в зависимости от размера частиц дования показали, что инкапсуляция курку-мина в наноэмульсии увеличивала его биодоступность по сравнению со свободным кур-кумином. Аналогичным образом, исследования in vivo показали, что пероральная биодоступность β-каротина примерно в 11,5 раз выше при доставке в виде наноэмульсии, а не при простом диспергировании в масле [4, 7, 13, 14, 15–19,20–22].

Вместе с тем, необходимо учитывать, что эффективность эмульсии зависит от ее состава и структуры. Как правило, способность эмульсии повышать биодоступность инкапсулированных БАВ возрастает по мере того, как уменьшается размер липидных капель, поскольку это приводит к увеличению границы раздела масло-вода и, следовательно, к более быстрому перевариванию липидов и солюбилизации БАВ. Более того, для некоторых БАВ характер масляной фазы, используемой для их солюбилизации, также играет важную роль в формировании их биодоступности [1–5, 21].

В рамках настоящего исследования рассматривается возможность использования наноэмульсии типа «масло-вода» в качестве системы инкапсуляции флавононола дигидрокверцетина (ДГК) и исследование стабильности эмульсии.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования выступал сухой экстракт ДГК, представленный ООО «БиоТех» (с содержанием ДГК 98,9 %) [2], в качестве жировой фракции эмульсии использовалось кукурузное масло. В качестве водной фазы использовалась дистиллированная вода. В качестве ПАВ использовали гела-новую камедь.

Для получения наноэмульсии применялся аппарат ультразвуковой технологический погружной «Волна-Л» модель УЗТА-0,63/22-ОЛ с рабочим инструментом грибкового типа. Ультразвуковая колебательная система построена на пьезоэлектрических кольцевых элементах и изготовлена из титанового сплава ВТ5. Принцип действия основан на использовании свойств ультразвуковых колебаний высокой интенсивности в жидких и жидкодисперсных средах. Используемые инженерные решения защищены патентом РФ № 2141386.

Концентрация масла в эмульсии составляла 5 %, ДГК вносили в количестве 0,1 % к общему объему эмульсии. Гелановую камедь вносили в количестве 0,2 % на каждый процент жировой фракции.

Готовился образец контрольный и модельный.

Контрольный образец. Контроль 1 (К). Эмульсию готовили путем механического перемешивания (10000 об/мин) всех ингредиентов одноэтапно при температуре 40 °С в течение 30 мин.

Модельный образец. Готовили путем одноэтапного смешивания всех ингредиентов с использованием УЗВ. Режимы УЗВ: мощность воздействия 320 Вт, продолжительность 15 мин (циклами 5 мин работы прибора, 5 мин отдыха). Объем смеси составлял 200 мл. УЗ обработка велась в условиях принудительного охлаждения обрабатываемой смеси при контроле температуры не выше 40 °С.

Полученные образцы эмульсий оценивались по следующей номенклатуре показателей.

• •    Морфология . Использовался конфо-

• кальный микроскоп Leica TCS SP5. Объектив HCX PL APO lambda blue 63.0x1.40 OIL UV. Возбуждение Di-4 ANNEPS производилось аргоновым лазером, полосой 488 нм.

• •    Стойкость эмульсий (% выделившейся фракции масла) по ГОСТ Р 53595-2009.

• •    Перекисное число эмульсий определяли согласно ГОСТ Р 51487-99 (свежеприготовленных эмульсий, через 7 дней, через 14 дней хранения в агрессивных условиях).

Результаты и их обсуждение

Полученные свежеприготовленные контрольный и модельный образцы эмульсий имели однородную систему без расслоения. Так как эмульсии были нагружены ДГК, то были заложены на хранение в агрессивных условиях для оценки активности пищевого ингредиента как антиокислителя. Полученные результаты позволили установить выраженное влияние УЗВ на все показатели качества свежеприготовленных эмульсий.

Совокупный анализ морфологии полученных образцов эмульсий показывает, что более однородные эмульсии с меньшими размерами жировых капель формируются при использовании УЗВ (рис. 2).

Известно, что различия между эмульсиями и наноэмульсиями становятся более выраженными, когда диаметр капли падает ниже 200 нм. Электрические характеристики эмульсионных капель в значительной степени определяются природой любых поверхностно-активных веществ, адсорбированных на их поверхности. Электрический потенциал может изменяться от сильно положительного, нейтрального до сильно отрицательного в зависимости от типа эмульгатора и состава эмульсии.

Представленные микрофотографии, характеризующие морфологию исследуемых образцов эмульсий, позволяют судить, что в контрольном образце эмульсии наблюдалась активная агломерация частиц, очевидно вызванная протеканием процессов флокуляции и коалесценции. Наноэмульсия, полученная с применением УЗВ, характеризовалась более стабильным состоянием.

Электрические свойства капель масла в наноэмульсии играют важную роль в определении его физической и химической стабильности. Укрупнение капель дисперсной фазы со временем может быть обусловлено оствальдо-

К

М

Рис. 2. Морфологическая структура образцов эмульсий с ДГК

вым созреванием, коагуляцией и последующей коалесценцией. Большинство исследователей считает, что основным процессом, приводящим к расслаиванию наноэмульсий, является оствальдово созревание [10, 20–23].

Результаты оценки стойкости полученных эмульсий указывают на то, что наиболее стабильной была модельная эмульсия, полученная с применением УЗВ: Процент выделенной фракции масла – (4,0 ± 0,4) %, тогда как для контрольного образца это значение составило (28,0 ± 0,5) %. Согласно данным McClements меньший размер частиц эмульсии обеспечивает значительные размеры межфазного слоя, что в целом препятствует протеканию оствальдового созревания, процессов флокуляции и коалесценции [11, 18, 22, 21, 23–25].

На следующем этапе была проведена оценка динамики изменения перекисного числа исследуемых образцов эмульсий при хранении их в агрессивных условиях в течение 14 дней (рис. 3). Основными факторами провокации окислительных процессов являлись комнатная температура, свет и доступ кислорода.

Известно, что ДГК способен проявлять антиоксидантные свойства в различных системах, в том числе и жировых. Первичный механизм действия ДГК как антиокислителя заключается во взаимодействии с продуктами или катализаторами свободнорадикального окисления: с активными радикалами, гидроперекисями, а также в хелатировании катализаторов свободнорадикального окисления, прежде всего ионов металлов переменной валентности.

Представленные данные свидетельствуют о том, что в эмульсии, полученной с применением УЗВ, процессы окисления протекают с меньшей интенсивностью, чем в контрольном образце эмульсии. На конечный период исследования значения перекисного числа для модельной эмульсий были (28 ± 0,03) ммоль (¹/ 2 О)/кг, в то время как контрольного образца (36 ± 0,03) ммоль (¹/ 2 О)/кг.

Полученные данные также дают ясное представление о роли ДГК в замедлении процессов окисления липидов. В образцах эмульсий без ДГК окислительные процессы протекали более активно и через 14 дней значения перекисного числа составило (48 ± 0,03) ммоль (1/2О)/кг, что значительно превосходило значения ПЧ эмульсии с ДГК (в 1,3–1,7 раза).

Заключение

Таким образом, проведенные исследования показали возможность применения УЗВ для получения устойчивых, стабильных нано-

Рис. 3. Результаты определения перекисного числа исследуемых эмульсий в процессе хранения (ммоль (¹/ 2 О)/кг)

эмульсий типа масло-вода, нагруженных БАВ.

Данный подход можно рассматривать эффективным дуально, т. е. и со стороны проявления антиокислительных свойств ДГК для замедления окислительных процессов жировой фракции в 1,7 раза.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011, при финансовой поддержке государственного задания № 40.8095.2017/БЧ (2017123-ГЗ) и гранта РФФИ 18-53-45015.