纳米乳的研究进展及其在药剂学及食品工业中应用.doc

纳米乳的研究进展及其在药剂学及食品工业中应用摘要：纳米乳是由水相、油相、表面活性剂和助表面活性剂按适当比例形成粒径为10 100 nm，具低黏度、各向同性的热力学和动力学稳定的透明的或半透明体系。粒径100 1000 nm 的为亚微乳。有人将二者统称为微乳。本文综述了纳米乳的各组分组成、制备工艺、及在药剂学领域和食品工业领域中的应用。关键词: 纳米乳；制备工艺；稳定性；应用；药剂学；食品工业Progress in applications of nanocarriers and apply in Pharmaceutics and Food industryAbstract Nanoemulsion is organized with the oil phase, surfactant and co-surfactant which is formed by an appropriate proportion of water, particle size 10 100 nm, with a low viscosity, isotropic and thermodynamically or kinetically stable and transparent Translucent system. Particle size of 100 1000 nm is submicroemulsion. From the particle size of the watch, the nanoemulsion is a transitional thing micelles and emulsion between both micelles and emulsion properties, they have the essential difference; From a structural perspective, the nanoemulsion can be divided into oil-in-water (O / W), water-in-oil (W / O) and bi-continuous type. Nanoemulsion preparation is simple, safe, thermodynamically stable, can increase the solubility of poorly soluble drugs, and improve the stability of the drug easily hydrolyzed,.Its slow release, targeting can improve the bioavailability of the drug. Cyclosporine.Preparation, evaluation system, stability and in the field of pharmacy applications and micro-emulsion technology in the food industry and its progress in the text summarizes the nanoemulsion. Pointed out that the use of micro-emulsion technology to study the solubilization of nutrients in the food is a very promising development, increase in food applications of micro-emulsion technology for the development of the food industry will play an important role.Keywords nanoemulsion; preparation process; stability; application; Pharmaceutics; food industry纳米乳( nanoemulsion) 是由水相、油相、表面活性剂和助表面活性剂按适当比例形成粒径为10 100 nm，具低黏度、各向同性的热力学和动力学稳定的透明的或半透明体系。粒径100 1000 nm 的为亚微乳。有人将二者统称为微乳( microemulsion)。从质点大小看，纳米乳是胶团和乳状液之间的过渡物，兼有胶团和乳状液的性质，又有着本质差异; 从结构看，纳米乳可分为水包油型( O/W) 、油包水型( W/O) 及双连续型3。纳米乳制备简单、安全性高、热力学稳定，可增加难溶性药物的溶解度，提高易水解药物的稳定性，其缓释、靶向性可提高药物的生物利用度。1环孢素A 微乳前体胶囊( SandimmunNeora) 、Contrafungin 微乳及治疗牛皮癣和神经性皮炎的Capsoft 微乳已用于临床。文中综述了纳米乳的制备工艺、评价体系、稳定性及在药剂学领域中的应用以及微乳化技术在食品行业中的应用及其进展。指出利用微乳化技术将营养物质增溶到食品中将是一项很有开发前景的研究，加大食品中微乳化技术的应用将会对食品工业的发展起重要的推动作用。1 纳米乳各组分组成纳米乳的整个组分是由水相、油相、表面活性剂以及助表面活性剂4种组分组成，有的体系也可以没有助表面活性剂成分2。1.1 水相在纳米乳的制备中，水相组分可用超纯水、去离子水或蒸馏水。其主要的功能是在表面活性剂的作用与协同下与油相一起形成油水界面膜来包裹药物成分。还有些水相当中含有抗菌剂、缓冲剂、等渗剂等成分，但有些时候这些添加剂成分会影响相图中纳米乳单相区的面积大小4。1.2 油相选择纳米乳油相对纳米乳单相区的存在及药物的增溶非常重要。一般情况下油相选择用中长链和短链的药用一级高纯度植物油，如花生油、橄榄油、大豆油、蓖麻油等；有时也用EO、油酸或中链脂肪酸三酰甘油等作为油相。单一的油相有时不能满足纳米乳制剂对油相的要求，需要进行不同油相的混合。有时几种不同的油相按照适当的比例相互混合才会达到理想的效果5。纳米乳的稳定性和油的碳氢链长短有直接的关系，通常情况下碳氢链越短，有机相穿入界面膜也就会越深，纳米乳就会越稳定。并且，油相的黏度也会直接影响纳米乳的形成，黏度越大，油相在水中的分散能力就会越小，达到乳化平衡所需要的时间就会越长，因此在油相选择时，一般选择黏度较低的油相较好。油相的选择不但要考虑到药物在油相中的溶解能力，还要考虑纳米乳形成的难易程度以及纳米乳单相区的大小，所以应根据实际情况综合考虑纳米乳油相的选择。1.3 表面活性剂表面活性剂即是纳米乳制备中的乳化剂成分，一般用量为25%30%，有的甚至更多。表面活性剂在纳米乳中的种类及用量会直接影响纳米乳的毒性大小及其能否形成。用量过少时乳化能力较低，纳米乳形成的区域较小，性质不稳定。用量过多时则容易形成胶束，直接影响到药物的释放。表面活性剂在纳米乳中的主要作用是形成牢固的乳化膜从而降低油水界面张力，并且表面活性剂还能起到对难溶性药物的增溶效果。在应用时，表面活性剂的用量比例也要适当10。近些年来，复合表面活性剂作为乳化剂的应用越来越广泛，但也有些缺陷，即复合表面活性剂的毒性与单一成分的表面活性剂相比其毒性更强，使用时应更加慎重。在应用复合表面活性剂时，由于表面活性剂分子之间的相互作用导致形成更加紧密的更高强度的复合膜，使得纳米乳更加稳定。1.4 助表面活性剂助表面活性剂即纳米乳制备中的助乳化剂，其既能够提高膜的柔顺性和牢固性，又可增加乳化剂的溶解性，还能协助乳化剂调节亲油亲水平衡值，降低界面张力从而使纳米乳自发形成，而且还能够扩大纳米乳的形成区域，降低整个体系的黏度。助表面活性剂有时能够产生一定的皮肤刺激性，使其应用受到一定程度的限制，因此寻找低刺激性低毒的助表面活性剂成为筛选处方的重要任务10。目前应用较多的助表面活性剂有丙三醇、丙二醇、乙醇等，有时也选用长链的聚乙二醇类。乙醇易挥发使乳化剂不够稳定，因此临床用量受限，未被广泛使用。2.纳米乳的制备工艺纳米乳常自发形成，主要依靠体系中各处方的组成比例。其处方通常由油、水、乳化剂和助乳化剂组成，当油、乳化剂和助乳化剂被确定之后，可根据伪三元相图找出纳米乳区域来确定用量11。为寻找相互间的匹配关系，目前采用HLB 值、相转变温度( PIT) 、盐度扫描等方法确定各种成分的配比。在药剂学中应用较多的是单相纳米乳，PIT 法和盐度扫描法的应用较受限。药剂学研究中，纳米乳的首选方法是HLB 值法。从相图确定处方后，即进行制备工艺的选择。制备工艺可影响纳米乳的粒径及性质，尤其是稳定性。从乳化能量的来源可分为高能乳化法和低能乳化法13 14。2.1 高能乳化法高能乳化法制备纳米乳可采用剪切搅拌法、高压均质机匀浆法和超声法。剪切搅拌法可很好地控制粒径，且处方组成有多种选择;高压均质机匀浆法在工业生产中应用最为广泛; 超声乳化法在降低粒径方面非常有效，通常采用探头超声仪，但只适合少量样品的制备，探头发热会产生铁屑并进入药液。应用剪切均质工艺制备了氟比洛芬酯纳米乳，并与离子敏感型凝胶材料( 结冷胶) 混合后制得氟比洛芬酯纳米乳 原位凝胶。由透射电镜可见: FBA/NE ISG 中乳滴粒度分布均匀，胶凝前后无明显变化，稳定性较好17。2.2 低能乳化法低能乳化法是利用系统的理化性质，使乳滴的分散能够自发产生。这种方法减轻了制备过程对药物的物理破坏，并通过自发机制形成更小粒径的乳滴。低能乳化法包括相变温度法和转相法。相变温度法是利用聚氧乙烯型非离子表面活性剂的溶解度随温度变化而变化的特性，将水相和油相一次性混合在一起。当温度升高时，表面活性剂分子上的氢键脱落，聚氧乙烯链脱水，分子疏水性增强，自发曲率变成负值，形成水性反胶束( W/O 型乳剂) ; 当温度降低到相变温度时，表面活性剂自发地使曲率接近于零，并形成层状结构; 温度再降时，表面活性剂的单分子层产生很大的正向曲率，形成细微的油性胶束( O/W 型乳剂) 18。PIT 乳化法充分利用表面活性剂分子在相变温度时非常低的界面张力来促进乳化，故温度是最重要的影响因素，另外，盐浓度、pH 也会对乳化产生影响。应用PIT 法，以磷脂为乳化剂成功制备了羟基喜树碱纳米乳，使纳米乳成为难溶性喜树碱类抗肿瘤药物极具潜力的药物传递系统19。转相法是将水相连续加入油相中，在乳剂相转化点，表面活性剂形成层状结构，此时表面张力最小，有助于形成非常小的分散乳滴; 在乳剂相转化点过后，随着水相的进一步增加，O/W 型乳剂形成，即相变法中的液滴形成。相变法中液滴形成的短链表面活性剂可在油水界面形成可弯曲的单分子层，从而制成相变点纳米乳，此转变过程又叫做突发相转变。以CremophorRH 40 /甘油/IPM /水( Km = 11) 制得20 g·L 1 人参皂苷纳米乳6，透射电镜下呈圆球形，平均粒径为72 2nm，理化性质较稳定，能增强机体对抗原的抗体产生能力，同时，可增强Th1 和Th2 免疫应答反应，具有开发佐剂的应用价值。文献7用转相法制备硫酸沙丁胺醇口服纳米乳，考察两种制备条件对纳米乳形成的影响。其处方完全相同，采用方法1 未能得到纳米乳( 在室温下进行) ，而方法2 从混合到加水成乳均在45 水浴中进行。可见45水浴是制得此纳米乳的必要条件。对于包含中链或长链三甘油酯的混合液，一般需在40 50 的条件下平衡一段时间( 减小黏度) ，使各相充分混合完全，才能在一定区域内形成纳米乳。2.3 自动乳化法自乳化药物传递系统( self emulsifying drug delivery system，SEDDS) 是一新型药物传递系统，药物溶解于载体中，口服给药后在胃肠道内自发形成O/W 型微乳21。油的黏度、表面活性剂的HLB 值和油相与水相的混溶性等是决定自动乳化法制备纳米乳的重要因素。乳化过程的自发性主要由界面张力、油水界面黏度和体积黏度、乳剂相变区域、表面活性剂的浓度和结构等因素来决定。自发乳化法制备纳米乳的步骤为: 制备油相( 将油和油溶性表面活性剂溶解在可与水混溶的溶剂中，如丙酮) ，在磁力搅拌下，将油相加入水相中，与水混溶的溶剂通过减压蒸馏挥干。但自发乳化法要求油的含量低( 一般是1%) 。3. 纳米乳在药剂学领域中的应用纳米乳粒径范围非常窄，能改善组织对药物的耐受性，改善药物吸收转运，不会产生排异反应，可用作口服、经皮、注射、鼻用、眼用等药物制剂载体。3.1 纳米乳载药系统的经皮靶向吸收目前，纳米乳的给药途径有口服给药、注射给药、经皮给药、鼻腔给药等。口服给药方法比较方便，是最常用的给药途径。但是存在的问题是口服给药不可避免地面临药物对胃肠道的刺激和肝脏首过效应；注射给药虽然生物利用度良好，但是给药不方便，并且还会给患者带来痛苦；鼻腔给药目前仅用于脑部疾病的治疗。经皮给药能够避免药物对胃肠道的刺激作用和肝脏的首过效应，并且可以实现缓释给药，增强了治疗效果，平稳了血药浓度，并且能够实现靶向给药的目的，经皮给药是广大研究者在研究纳米乳给药系统时的研究重点。22纳米乳容易湿润皮肤，使角质层的结构发生改变，表面张力变低，具有良好的透皮和局部给药特性，能够促进药物透皮吸收进入循环系统。20世纪90年代，随着对纳米乳给药系统快速透皮作用机制的深入研究，使纳米乳作为透皮给药系统的研究成为热点。目前纳米乳的促进渗透作用机制存在几种观点:纳米乳载药系统能够增加药物的溶解性，构成纳米乳的各个组分能成为良好的透皮促进剂，大大提高药物的透皮速率，促进药物的经皮吸收，缩短时滞26。纳米乳作用于皮肤的角质层，能够改变皮肤角质层脂质双层的流动性，由于纳米乳制剂既是亲油性物质又是亲水性物质，能够与角质层的脂质双分子层有很好的相容性，这种特性有助于促进药物穿透角质层进入循环系统27。另有报道23、24称：纳米乳能够使角质层中的脂质双分子层部分扭曲，改变其连接的紧密程度，从而使角质层细胞结构变得松散，药物易于穿过角质层。皮肤的毛囊也是纳米乳的作用靶点，能够促进药物透皮吸收，纳米乳的粒径大小和皮肤附属器官的大小相近，在药物透皮吸收的初期，药物首先是通过皮肤附属器毛囊吸收。3.2 黏膜给药纳米乳可热压灭菌、滤过，药物溶解量大，又具有缓释作用，常用于眼部及鼻黏膜给药。文献4研制的氟比洛芬酯纳米乳 离子敏感型原位凝胶( NE ISG) ，其AUC012 h( 126 8 g·mL·min 1 ) 和MRT( 12 3 h) 分别是氟比洛芬钠滴眼液组( FB Na) 的2 9 倍和2 7 倍，眼部生物利用度显著提高。FBA/NE ISG 能够显著延长药物的眼表滞留时间，发挥缓释作用，提高药物的眼部生物利用度，并有效降低原形药物氟比洛芬( FB) 的眼部刺激。利用2 5%的DOTAP 制备了反义核苷酸ODNs的阳离子纳米乳，将ODNs 传递到眼内与其特异性的VEGF KDR 受体结合。该纳米乳可保护ODNs 在眼内不被降低，提高稳定性，并可使药物浓度( 2nmol·g 1 ) 达到治疗水平，为核苷类药物的开发提供了一条新的思路。3.3 口服给药多烯紫杉醇难溶于水，口服给药生物利用度几乎为零，文献17以新型纳米乳为载体，研制了口服纳米制剂，口服后可经淋巴吸收，为多烯紫杉醇口服制剂提供了依据。文献13对黄连素的传统剂型进行了改进，研制出适合口服的纳米乳制剂，用小鼠灌胃的急性毒性实验对纳米乳安全性进行评价。结果表明: 研制出的黄连素口服纳米乳平均粒径为56 8 nm; 高速离心稳定，小鼠ig 纳米乳后无毒性，是一种质量稳定、安全性高的良好药物传递系统。青蒿琥酯( Artesunate，AS) 在水中的溶解度不大，口服不能避免肝脏的首过效应，其钠盐不稳定，在临床使用前需要现用现配，极不方便。文献18在国内首次将AS 成功成了纳米乳剂，并研究了小鼠急性毒性，其毒性远小于AS 传统剂型( 片剂) ，有效地克服了AS 钠盐注射液稳定差、生物利用度低等缺点。4. 微乳液在食品工业中的应用由于微乳具有许多不同于乳状液的特殊优点， 目前已被广泛地应用于日用化工、精细化工、石油化工、材料化学、生物技术以及环境科学等领域， 并逐渐在食品工业中崭露头角28。微乳化技术在食品领域的应用目前主要集中在以下几个方面。4.1 除浊微乳化技术在食品工业中最早用于解决如饮料、啤酒、低度白酒等产品的后混浊问题。早在1990 年，邹光友就用TZ 增溶剂解决低度白酒混浊和沉淀的问题， 在1040 度白酒中只加TZ0.020.07就使低度白酒由混浊转为清澈透明， 且不影响酒的理化卫生指标和感官指标。刘福林29等人比较了实质为微乳化技术的乳化澄清法和冷冻过滤法、粉末活性炭吸附法、淀粉吸附法、高效吸附法等方法对低度白酒的除浊效果，结果表明， 乳化澄清法与其他除浊方法比较， 降度处理后， 无需调味， 既能达到酒液透明， 又能保证原酒固有风格， 低而不淡的特点。宋柯在邹光友的研究基础上扩大了增溶剂的范围， 采用吐温、脂肪酸蔗糖酯和聚乙二醇400 配成增溶标准液并将之分别添加到浓香型、酱香型和清香型低度白酒中， 有效地解决了低度白酒的失光现象， 并且不局限于某种香型。同时还用SX-865 澄清剂进行了对比试验， 结果表明， 达到相同效果SX-865 澄清剂使用量是增溶标准液的10 倍左右。可见， 微乳化技术在除浊方面具有非常好的效果。4.2 防霉剂增效由于微生物只有在水相中才能生长繁殖， 且一切与生命活动有关的酶促生化反应也均在水相中进行，因此， 防霉剂必须溶解或均匀分散于水相中， 才能作用于菌体， 或干扰其代谢酶系统， 从而起到抑菌或杀菌作用。另一方而， 防霉剂分子要作用于微生物细胞膜的脂双层， 本身要有一定的亲脂性。因此， 如果将亲酯性的酯型防腐剂制成O/W 型微乳液可大大增强防霉保鲜效果。傅小伟30等人研究月桂酸甘油单酯微乳化防霉剂， 最终得到一种较强抗菌防腐效果的清澈透明的GML 微乳液， 解决了GML 溶解性差等因素降低其在食品中的抗菌防霉效果的问题。4.3解决添加剂的溶解性问题目前， 关于应用微乳化技术解决添加剂溶解性的报道还只见于抗氧化剂。对水溶性的抗氧化剂茶多酚， 林新华等人早在2001 年就利用复配非离子表面活性剂作为溶剂， 制备了增效脂溶性茶多酚溶液， 并测定处理植物油的过氧化值(POV)， 考察抗氧化性能。结果该茶多酚溶液在植物油中抗氧化活性明显优于合成抗氧化剂二丁基羟基甲苯、叔丁基对苯二酚， 在使用浓度范围内， 茶多酚的氧化产物不影响植物油的色泽和清亮度。为了克服VE易被氧化及不溶于水等不足， 很多VE的深入研究是将其微胶囊化制成VE水溶性粉末。但是微胶囊化产品大多属固体状态， 不方便作为食品添加剂添加进饮料等食品， 且工业化生产操作麻烦。丰隽莉等人以Tween80 为表面活性剂， 正丁醇为助表面活性剂， 开展了VE微乳液的研究。最终制备的VE微乳液平均粒径为10nm 以下， 且粒径大小随时间变化不大，稳定性好， 具有透明澄清的外观， 制备简单， 可常温下储藏， 其包埋后VE损失随时间变化很小， 具有较高的对VE的包封率。将VE包裹进微乳液中成液体状， 解决了微胶囊的问题， 且微乳液粒径大小都在100nm 以下， 其粒径大大低于微米级的微胶囊化VE， 有利于人体吸收。4.4 增溶营养物质由于很多对人体有重要作用的物质是药食两用的，所以借鉴纳米微乳在药物开发中的应用， 通过微乳化技术将原本不溶解的营养物质增溶到口服液中不失为一个很有发展前景的尝试。目前这方面可见报道很少，仅见青海大学的孙万成利用溶血磷脂作乳化剂， 以沙棘油为油相， 研究制备含沙棘油的微乳液。最终产品呈透明、稳定的均相混合物。尽管孙万成没有具体将沙棘油微乳液应用范围扩大到营养口服液领域， 但是其研究对将其他溶解度不大的营养物质增溶到食品中具有很大的启发作用。5.结语目前，国内虽然已有较多纳米乳方面的研究，但尚处于起步阶段，仅有个别产品上市，而且仍有很多问题需要解决：诸如可供选择的辅料种类少，尚未深入了解纳米载体或药物颗粒与机体生物分子和细胞的行为和作用，纳米粒及其降解产物的细胞毒性及长期蓄积产生的副作用等等。只有更深入的研究，如高效、低毒表面活性剂和助表面活性剂研究的不断深入、扩展，和制备纳米乳的新型设备、技术的不断开发，纳米乳在药剂学领域才会有实际应用的价值3。到目前为止，国内外尚未对纳米药物的质量标准进行系统研究，这对纳米药物的发展很不利。微乳在食品科学中有广泛的应用前景， 但是目前对其研究相对较少， 主要是因为标准微乳液的配方并不适合甘三酯体系。相信经过多领域科研人员的不断努力，纳米载体技术将会和其他新兴技术联用，在人类疾病的诊断、治疗、预防及食品工业等方面发挥重大作用。参考文献1 Lawrencem J，Reesg D Microemulsion based media as noveldrug delivery systemsJAdv Drug Deliv Rev，2000，45( 1) : 89 1212 何欣 雷公藤多甙纳米乳透皮给药系统的研究D 西北农林科技大学，2008，B051153 于力，张钧寿，周建平 纳米乳的研究及其在制剂学领域的应用J 药学进展， 2005，30( 11) : 491 4974 沈锦秋 氟比洛芬酯眼用纳米乳 离子敏感型原位凝胶的研究J 药学学报，2010，45( 1) : 120 1255 龚明涛，张钧寿，沈益 羟基喜树碱纳米乳的制备及其抗癌作用初步研究J 中国天然药物，2005，3( 1) : 41 436 曹发昊，欧阳五庆，王艳萍 人参皂苷纳米乳的制备及其免疫佐剂效应研究J 中国中药杂志，2010，35( 4) : 439 4437 毛世瑞 硫酸沙丁胺醇油包水型口服纳米乳的制备及小肠吸收考察J 沈阳药科大学学报，2005，22( 6) : 401 4048 Pouton CW Formulation of self emulsifying drug delivery systemJ Adv Drug Deliv Rev，1997，25( 1) : 47 839 吴旭锦 紫苏子油纳米乳的研究D 西北农林科技大学，2008，B0511310 胡宏伟 纳米乳在药剂学中的研究进展及其应用J 湖北农业科学， 2009，48( 3) : 747 75011 曹发昊 苦参碱纳米乳的研制及其对小鼠抗氧化作用的影响J 西北农林科技大学，2007，35( 3) : 61 6412 王晓黎 微乳在药剂学中的应用J 解放军药学学报，2000，16( 2) : 88 9113 孙红武 黄连素口服纳米乳的研制、质量及安全性评价J上海交通大学报，2007，25( 1) : 60 6514 汤祎 克拉霉素纳米乳的制备及体外释放度研究J 广东药学院学报，2006，22( 6) : 579 58215 Lemarchand C，Couvreur P，Vauthier C， et al Study of emulsionstabilization by graft copolymers usingthe optical analyzer TurbiscanJ Int J Pharm，2003，254: 77 8216 何欣 雷公藤多苷纳米乳透皮制剂的抗炎镇痛作用试验J2008，44( 8) : 13 1517 陈洁 多烯紫杉醇纳米乳的研制和质量评价J 中国药学杂志，2010，45( 7) : 534 53818 胡宏伟 青蒿琥酯纳米乳注射液的研制与质量安全性评价J 中国医院药学杂志，2009，29( 20) : 1780 178219 陈永法 紫杉醇冻干纳米乳的制备及理化性质J 中国天然药物，2005，3( 4) : 235 237 20 Gannu R, Palem C R, Yamsani V V, et al. 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