玉米须黄酮微胶囊化工艺的研究

玉米须黄酮微胶囊化工艺的研究

在玉米加工的辅助产品中，有丰富的活性成分能够诱导效应。许钢近年来的研究表明，黄酮类化合物具有广泛的生物学活性，如清除自由基、抗癌、抗氧化、抗病毒等采用微胶囊技术可以解决黄酮类化合物的上述问题。微胶囊技术是将目的物作为芯物质，将成膜材料作为壁材物，两者在一定条件下包埋形成微胶囊的一种工艺技术本实验采用研磨法，以β-环糊精(β-CD)为壁材，对玉米须黄酮进行包埋实验，并从芯壁比、研磨时间、β-CD的浓度以及研磨时的温度等四个因素进行考察，以黄酮的包埋率和微胶囊的产率为评定指标，研究了玉米须黄酮微胶囊化的最佳工艺条件，为进一步的研究提供基础数据。1材料和方法1.1材料和机器1.1.1材料和试剂玉米须由天津市农业高新技术产业园区提供。芦丁、无水乙醇、β-环糊精、亚硝酸钠、硝酸铝、氢氧化钠等(AR级)天津市北方试剂公司。1.1.2仪器、设备和材料DKZ-1型电热恒温振荡水槽上海精密实验设备有限公司；YP202N电子天平上海精密科学仪器有限公司；RE-52A旋转蒸发仪上海亚荣生化仪器厂；WFJ7200型分光光度计上海尤尼柯仪器有限公司；CZX-9076MBE数显鼓风干燥箱上海博远实业有限公司医疗设备厂；PE983G红外分光光度仪美国PE公司。1.2方法1.2.1乙醇溶液的制备称取玉米须粉，按1:15的比例加入75%乙醇溶液浸泡后，于50℃恒温水浴中提取2.5h后冷却，抽滤。滤液进行真空浓缩、干燥，得玉米须黄酮。1.2.2微囊的制备以研磨法制备微胶囊。即称取一定量的β-CD，用蒸馏水将β-CD调制成所需浓度，然后向β-CD溶液中逐滴滴加事先用少量无水乙醇溶解的玉米须黄酮液，边滴加边研磨，研磨一定时间后，于4℃下平衡12h，干燥，得玉米须黄酮微胶囊。1.2.3微胶体条件研究1.2.3.1.单一因素试验实验以黄酮包埋率和微胶囊产率为评定指标，重点研究了以下几个因素对包埋效果的影响。(1)和1:15芯材与壁材的配比(质量比)设计为1:6、1:10、1:12和1:15。精确称取一定量玉米须黄酮和相应量的β-CD，黄酮用少量无水乙醇溶解，β-CD用蒸馏水配成10%的溶液，按1.2.2操作，在16℃下，研磨40min，制备微胶囊。(2)芯材与壁材的配比对微胶囊制备的影响设置研磨温度为16、30、44和58℃。芯材与壁材的配比为1:10，β-CD的浓度为10%，按1.2.2操作，混合研磨40min，制备微胶囊。(3)材-材-壁材配比对研磨法的影响研磨时间设为20、30、40和50min。芯材与壁材的配比为1:10，研磨温度为16℃，β-CD的浓度为10%。按1.2.2操作，分别研磨20、30、40、50min，制备微胶囊。(4)压力设计β-CD的浓度设为5%、10%、15%和20%。按1.2.2操作，芯材与壁材的配比为1:10，研磨温度为16℃，分别研磨40min，制备微胶囊。1.2.3.2.正交试验研究根据单因素试验的结果，对芯材与壁材的配比、研磨时间、β-CD的浓度及研磨温度进行正交试验研究，以确定最佳微胶囊化的条件，设计见表1。1.2.4测量指标1.2.4.1.微囊表面黄酮的测定(1)定容、调容、摇匀精密称取干燥至恒重(105℃下减压)的芦丁对照品0.1g，用60%的乙醇溶液溶解后，转入100ml容量瓶中，以60%的乙醇溶液定容，摇匀；精密吸取该溶液1ml于100ml容量瓶中，再用60%的乙醇溶液定容，摇匀，得10μg/ml的芦丁标准溶液。(2)加0.2%乙醇溶液依次精密吸取芦丁标准液0.0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml加入各比色管中，并各加入60%乙醇溶液至5.0ml，再加5%NaNO(2)容量瓶的制备准确称取0.5g玉米须黄酮微胶囊，加入15ml无水乙醇，充分振荡、洗涤后，全部转移入50ml容量瓶中，用无水乙醇定容，静置，过滤；取滤液2ml，按1.2.4.1中(2)的方法测定滤液的吸光度，并利用公式(3)求得微胶囊表面的黄酮的浓度，再按公式(1)、(2)分别计算微胶囊包埋率和产率。1.2.4.2.微胶体囊泡的嵌入率和产率的计算实验选择微胶囊化的包埋率及产率为指标，对微胶囊化的效果进行评定(1)微胶囊化和合并率式中，A为微胶囊化的包埋率(%)；B为产品表面的黄酮质量(μg)；C为加入微胶囊中的黄酮总质量(μg)。(2)微胶囊化的产量式中，E为微胶囊化的产率(%)；F为微胶囊质量(μg)；G为β-CD与加入的黄酮总质量(μg)。1.2.5红外光谱测定用KBr分别与β-CD、黄酮提取物、β-CD与黄酮提取物的物理混合物(1:1)以及β-CD与黄酮提取物的包合物进行压片，测定其各自的红外吸收光谱。2结果与分析2.1标准物质的比较曲线的构建在波长510nm处，测定不同浓度的芦丁标准品溶液在显色反应后的吸光度。结果如图1所示。2.2微胶囊化效率由上述结果可见，随着芯材与壁材配比的增加，玉米须黄酮微胶囊化效率逐渐下降。这可能是因为包埋量太大，降低了壁材对芯材的包覆效果，从而导致微胶囊产品的效率较低。根据微胶囊化包埋率，最后确定芯材与壁材配比为1:12。2.3微胶囊化的包埋时间研磨时间在一定程度上极大的影响着微胶囊化的效果，本实验中得出的实验结果如图3所示。从图3结果可见，在20～40min时，随着研磨时间的延长，包埋率呈现上升趋势，但在40min以上时，却出现包埋率趋于下降的情况。理论上，时间越长，包埋进行得越完全，微胶囊化的效率和产率都会更高。但从图3中可以看出，包埋率并不是随着研磨时间的增加而与其成正比关系。在处理过程中，随着时间的延长，黄酮分子进入β-CD分子内越多，当β-CD的内部空腔完全被黄酮分子占据后，外来的黄酮分子就无法再进入，这时包埋率将呈下降趋势。因此，当用研磨法处理时，最适处理的时间为40min。2.4微胶囊化过程由于β-CD是由7个葡萄糖残基构成的环状分子，β-CD分子的内腔为疏水性，而亲水的羟基分布在β-CD分子的上下端面。外来分子如果具备一个疏水基，其在外力的作用下，便会靠疏水基团之间的亲合力而结合。因此，用β-CD为壁材制备微胶囊时，必须要在水存在的环境下不断运动而完成。加入的水量会直接影响微胶囊化的效果。结果如图4所示。从图4可以看出，当β-CD的浓度在5%～10%间时，包埋率呈缓慢上升趋势，当β-CD的浓度超过10%时，包埋率开始呈下降趋势。本实验结果表明，当β-CD的浓度为10%时，其包埋效果最佳。2.5温度对微胶囊包埋率的影响研磨时的温度对微胶囊化效果的影响，见图5所示。由图5可以看出，当研磨温度在16～40℃时，微胶囊化效率随温度的提高而增高。这是因为提高研磨过程中所处的温度，可以使壁材成膜速度加快，包埋效果更好。但当温度过高时，因水分散失速度较快，囊壁表面易产生一些小坑，导致壁材成膜性降低，微胶囊化效率降低，且产品颜色较深，影响产品的包埋效果。由图5可知，温度太高或太低都影响到玉米须黄酮微胶囊包埋率。温度太高，蒸发过度，膜易产生裂纹，或表面不圆滑，导致干燥状态不佳，而且容易粘壁；温度太低，蒸发能力不够，不能形成良好致密性与一定强度的壁，故产品的微胶囊效率及包埋率都会出现一定的下降2.6考察范围及结果通过单因素试验，确立了在各个单因素中微胶囊化的最佳水平值。在此基础上，进一步优化考察范围，以便确立最佳的工艺水平条件。试验结果如表2所示。极差R值越大，说明该因素的效应越大。从试验结果中得出，影响玉米须黄酮微胶囊化效率的因素依次为：芯壁比>研磨温度>β-CD浓度﹥研磨时间，最佳因素水平为A2.7化合物结构分析各物质的IR谱图见图6所示。由图6可见，c谱图是a和b谱图的简单相加，β-CD和黄酮提取物的主要特征吸收峰在c谱图中均存在；而d谱图即包合物的红外图谱，整体显示了β-CD红外谱图的特征，峰的强度和峰位置同β-CD的基本一致，但因为包结作用，提取物的特征峰(2122、1724、1254cm3研磨法制备微胶囊化的包埋率采用研磨法制备玉米须黄酮微胶囊，工艺简单合理，成本较低。选用β-环糊精做