王永濤,張 桂,趙國群

(河北科技大學(xué),河北石家莊 050018)

洋蔥皮黃酮微膠囊技術(shù)研究

王永濤,張 桂＊,趙國群

(河北科技大學(xué),河北石家莊 050018)

通過制備洋蔥皮黃酮微膠囊,以提高洋蔥皮黃酮的穩(wěn)定性。實(shí)驗(yàn)以β-環(huán)糊精為壁材,研究了分子包埋法制備微膠囊工藝中不同因素對微膠囊化包埋率的影響。結(jié)果表明:芯材與壁材的最佳配比為 1∶11.49,攪拌時(shí)間 60.6min,攪拌溫度 61℃。在此條件下,產(chǎn)品微膠囊化效率達(dá)到 41.26%。

洋蔥皮,黃酮,β-環(huán)糊精,微膠囊

洋蔥是我國主要出口創(chuàng)匯蔬菜之一,其生產(chǎn)過程中有大量的表皮被作為廢料遺棄,造成環(huán)境的污染并使資源流失。從蔬菜原料中提取活性成分是蔬菜深加工發(fā)展的方向之一,不僅可以增加蔬菜產(chǎn)品的附加值,而且可以充分利用蔬菜生產(chǎn)過程中的廢棄資源。廢棄的洋蔥皮中含有較高的黃酮類化合物,它具有抗菌、抗病毒、抗過敏、抑制癌細(xì)胞等多種藥理活性,對治療癌癥、心血管等疾病有重要意義[1-3],因此從洋蔥皮中提取黃酮類化合物逐漸被重視起來。然而,多數(shù)黃酮類化合物均存在難溶于水且不穩(wěn)定的問題,這使其應(yīng)用受到限制[4]。采用微膠囊技術(shù)可以解決上述問題。微膠囊技術(shù)是將目的物作為芯物質(zhì),將成膜材料作為壁材物,兩者在一定條件下包埋形成微膠囊的一種工藝技術(shù)[5]。因此,以洋蔥皮為原料,利用將所得到的黃酮進(jìn)行微膠囊化,以期達(dá)到對其應(yīng)用范圍的擴(kuò)大,為工業(yè)化生產(chǎn)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)支持,為洋蔥的綜合利用提供可靠的技術(shù)保證。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

槲皮素標(biāo)準(zhǔn)品 (BR) 中國藥品生物制品檢定所;三氯化鋁(分析純) 天津市博迪化工有限公司; β-環(huán)糊精(分析純) 西安宏昌藥業(yè)有限責(zé)任公司;洋蔥皮 石家莊天洋食品廠。

S-4800Ⅰ型掃描電子顯微鏡 日本日立公司; LGJ-10型冷凍干燥機(jī) 鞏義市英峪予華儀器有限公司;JY92-Ⅱ超聲波細(xì)胞破碎器 寧波科生儀器廠;Sp-756p型紫外可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 洋蔥皮黃酮的制備 取洋蔥皮粉末 1g,按料液比 1∶40加入體積分?jǐn)?shù)為 60%的乙醇溶液,在超聲功率 180W、提取溫度 50℃的條件下超聲 10min,抽濾,濾渣在相同條件下再次提取,合并濾液并過雙層濾紙后冷凍干燥。

1.2.2 微膠囊制備工藝 將一定量的β-環(huán)糊精加入蒸餾水,在所需溫度下溶解,制成飽和溶液并保溫。將洋蔥皮黃酮溶于少量的無水乙醇,再將其緩慢滴加到β-環(huán)糊精飽和溶液中,恒溫?cái)嚢枰欢〞r(shí)間,然后攪拌冷卻至室溫,將所得混懸液在 4℃下平衡 12h,抽濾分離產(chǎn)物,真空干燥,即得洋蔥皮黃酮微膠囊。

1.2.3 黃酮類化合物的測定方法 取適量體積樣品,置于 10mL容量瓶中,加入 1mL 5%三氯化鋁溶液,用無水乙醇定容至刻度,以試劑為參比液,在200～600nm波長范圍內(nèi)進(jìn)行光譜掃描。取適量體積濃度為 0.1mg/mL的槲皮素標(biāo)準(zhǔn)溶液,按上述方法進(jìn)行光譜掃描,結(jié)果如圖 1和圖 2,根據(jù)掃描結(jié)果確定測定波長為 423nm。

圖 1 樣品吸收光譜圖

圖 2 槲皮素標(biāo)準(zhǔn)品吸收光譜圖

分別精確吸取槲皮素標(biāo)準(zhǔn)液 0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mL,按上述測定方法,在 423nm下,測定吸光度,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。得回歸方程為:C= 12.175A+0.2398,R2=0.9992,此標(biāo)準(zhǔn)曲線具有良好的線性關(guān)系。

1.2.4 包埋率計(jì)算方法 產(chǎn)品表面黃酮的測定:準(zhǔn)確稱取 0.5g微膠囊產(chǎn)品,加入 10mL無水乙醇,充分振蕩、洗滌后,全部轉(zhuǎn)移入 50mL容量瓶中,用無水乙醇定容,靜置,過濾;取濾液2mL,按 1.2.3中的方法測定濾液的吸光度,計(jì)算微膠囊表面黃酮的濃度,按下式計(jì)算微膠囊化的包埋率:

式中,A為微膠囊化的包埋率 (%);B為產(chǎn)品表面的黃酮質(zhì)量 (μg);C為加入微膠囊中的黃酮總質(zhì)量(μg)。

1.2.5 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.5.1 芯材與壁材的配比對微膠囊化的影響 芯材與壁材的配比 (質(zhì)量比)設(shè)計(jì)為 1∶5、1∶10、1∶15、1∶20和 1∶25,按 1.2.2操作,在溫度 50℃下攪拌60min,制備微膠囊。

1.2.5.2 攪拌時(shí)間對微膠囊化的影響 設(shè)計(jì)攪拌時(shí)間為 30、40、50、60、70min。芯材與壁材的配比為1∶10,攪拌溫度為 50℃,按 1.2.2操作,制備微膠囊。

1.2.5.3 攪拌溫度對微膠囊化的影響 設(shè)計(jì)攪拌溫度為 40、50、60、70、80℃,芯材與壁材的配比為 1∶10,攪拌時(shí)間為 60min,按 1.2.2操作,制備微膠囊。

1.2.6 二次回歸正交組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 單一因素達(dá)到一定程度時(shí)對包埋率的提高都有一定難度,必須綜合考慮多個(gè)因素,確定出合理的水平,才能得到理想的包埋率。因此,采用二次回歸正交組合實(shí)驗(yàn)方法對微膠囊制備工藝條件進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)因素水平見表1。

表 1 實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.2.7 微膠囊產(chǎn)品的超微結(jié)構(gòu)觀察 微膠囊產(chǎn)品用離子濺射器鍍金膜,測試加速電壓為 3.0kV,根據(jù)樣品選擇放大倍數(shù),觀察并拍照具有代表性的微膠囊顆粒形態(tài)。

2 結(jié)果與分析

2.1 芯材與壁材的配比對微膠囊化的影響

從圖 3中可以看出,芯材比壁材的值過小,壁材不能充分接觸芯材,包埋率較低,當(dāng)比值達(dá)到 1∶10時(shí),包埋率最大;繼續(xù)增大比值,就會造成壁材包埋量太大,降低了壁材對芯材的包覆效果,反而導(dǎo)致微膠囊產(chǎn)品的效率降低。

圖 3 芯壁材比對微膠囊化的影響

2.2 攪拌時(shí)間對微膠囊化的影響

理論上,時(shí)間越長,包埋進(jìn)行得越完全,微膠囊化的效率會更高。但從圖 4中可以看出,包埋率并不是隨著攪拌時(shí)間的增加而與其成正比關(guān)系。在處理過程中,隨著時(shí)間的延長,黃酮類分子進(jìn)入β-環(huán)糊精分子內(nèi)越多,當(dāng)β-環(huán)糊精的內(nèi)部空腔完全被黃酮分子占據(jù)后,外來的黃酮分子就無法再進(jìn)入,這時(shí)黃酮分子過剩,導(dǎo)致包埋率將呈下降趨勢。

圖 4 攪拌時(shí)間對微膠囊化的影響

2.3 攪拌溫度對微膠囊化的影響

從圖 5中可以看出,隨著溫度的升高,包埋率增加,但當(dāng)溫度超過 60℃時(shí),包埋率開始下降。這主要是因?yàn)闇囟容^低時(shí),β-環(huán)糊精在水溶液中的溶解度較小,難以提供足夠的分子狀態(tài)的β-環(huán)糊精與黃酮分子形成微膠囊,所以在反應(yīng)開始時(shí)提高溫度有利于微膠囊的形成。但是由于包埋反應(yīng)為放熱的過程,當(dāng)溫度增加到一定限度時(shí),就會對微膠囊的形成產(chǎn)生阻礙作用,因此 60℃為較為合適的攪拌溫度。

圖 5 攪拌溫度對微膠囊化的影響

2.4 二次回歸正交組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果

2.4.1 二次回歸方程的建立與檢驗(yàn) 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī),經(jīng)DPS統(tǒng)計(jì)軟件處理,結(jié)果如表 2。回歸方程為:

表 2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)表 3,從各回歸系數(shù)的顯著水平 p可以看出,各個(gè)因素對包埋率的影響大小順序?yàn)?芯材與壁材的配比 >攪拌溫度 >攪拌時(shí)間。剔除回歸方程中0.10水平上的不顯著項(xiàng),得到簡化后的回歸方程為:

表 3 各項(xiàng)回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

回歸方程的顯著性檢驗(yàn) F回=65.88>F0.01(8,9) =5.47,說明回歸是極顯著的,模型成立。回歸方程的失擬性檢驗(yàn) FLf=MSLf/MSe=SSLf,dfe/(SSedfLf)= 6.95

2.4.2 方程局部最優(yōu)點(diǎn)的尋找 根據(jù)DPS統(tǒng)計(jì)軟件處理結(jié)果,最高指標(biāo)時(shí)各個(gè)因素組合為:X1=0.4196, X2=0.0780,X3=0.1171,此時(shí) Y=41.6617。將上述X1、X2、X3代入原編碼水平,得出各因素的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)水平為:

式中,Zi為各實(shí)驗(yàn)因子;Xi為編碼后方程中的各實(shí)驗(yàn)因子;△j為各因子變化區(qū)間;Z0j為各因子的零水平。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件,分別選取:芯材∶壁材 =1∶11.49;攪拌時(shí)間 60.6min;攪拌溫度 61℃做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),重復(fù) 3次,結(jié)果包埋率為 41.26%,結(jié)果與預(yù)測值比較接近。

2.5 洋蔥皮黃酮微膠囊的電鏡掃描

從圖 6中可觀察到,在放大 600倍時(shí),所得微膠囊外形為無定形狀態(tài),微膠囊的粒徑在 10～50μm之間。放大 35000倍后可以清楚地看到,微膠囊顆粒表面既存在大量的連續(xù)體,也有豐富的孔洞。微膠囊表面連續(xù)體凹凸不平,微孔呈現(xiàn)大小不均、形狀不一、分布不勻的特點(diǎn)。因而,微膠囊具有很大的內(nèi)表面積,能有效地包埋、截留黃酮分子,并且這也有利于在特定條件下微膠囊的釋放效果。

圖 6 掃描電鏡微膠囊圖片

3 結(jié)論

分別研究了各單因素對微膠囊包埋率的影響,設(shè)計(jì)二次回歸正交組合實(shí)驗(yàn)對工藝進(jìn)行優(yōu)化,得到了回歸方程,并利用該方程求得最佳工藝條件,芯材∶壁材 =1∶11.49;攪拌時(shí)間60.6min;攪拌溫度 61℃,此條件下包埋率達(dá)到41.26%。

對微膠囊產(chǎn)品進(jìn)行了電鏡掃描,觀察到微膠囊顆粒表面既存在大量的連續(xù)體,又有豐富的孔洞,微膠囊效果較好。

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Study on m icrocapsule technology of flavonoids from on ion skin

WANG Yong-tao,ZHANG Gui＊,ZHAO Guo-qun
(HebeiUniversity of Science&Technology,Shijiazhuang 050018,China)

The p urp ose of this exp e r im ent wasto imp rove the onion skin flavonoids s tab ility by m ic rocap sule technology.M ic rocap sule of the flavonoids from onion skin w ithβ-cyc lodextrin and the effec t of the p rocess ing p a ram e te r of p as te m e thod on the m ic rocap sule effic iency we re inves tiga ted.The results showed tha t the p roduc ts w ith high qua lity could be ob ta ined a t the cond itions such as the ra tio of the wa ll m a te ria ls to the core m a te ria l 1∶11.49,s tirring t im e60.6m in,s tirring temp e ra ture61℃.O n these cond itions,the m ic roencap sula ted effic iency of the p roduc t reached41.26%.

onion skin;flavonoids;β-cyc lodextrin;m ic rocap sule

TS255.1

A

1002-0306(2010)01-0291-04

2008-12-29 ＊通訊聯(lián)系人

王永濤(1983-),男,在讀碩士研究生,研究方向:食品加工與保鮮。