黑果枸杞花色苷微胶囊化研究

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  摘要 [目的]建立微胶囊造粒仪法制备黑果枸杞花色苷微胶囊的方法。[方法]通过单因素试验,考察壁材中海藻酸钠、明胶、β-环糊精以及氯化钙添加量对黑果枸杞花色苷包埋率的影响,采用正交试验优化黑果枸杞花色苷微胶囊的包埋工艺。 [结果]黑果枸杞微胶囊的最佳制备工艺为海藻酸钠添加量2.0%,明胶添加量7.0%,β-环糊精添加量40.0%,氯化钙添加量2.5%。此条件下制备的微胶囊平均包埋率可达90%。黑果枸杞花色苷微胶囊为圆形球状的玫红色颗粒,受强光、温度的影响,明显比微胶囊化之前稳定。[结论]该研究可为黑果枸杞花色苷的进一步开发利用提供参考。
  关键词 黑果枸杞;花色苷;微胶囊造粒仪;正交试验
  中图分类号 S567.1+9 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2017)34-0074-04
  Abstract [Objective]To establish a method for preparing anthocyanin microcapsules of Lycium barbarum L. by microencapsulation granulator. [Method]Through single factor experiment, study the wall material of sodium alginate, gelatin, beta cyclodextrin, and the mass fraction of calcium chloride on Lycium ruthenicum anthocyanins package effect of embedding rate, the optimization of micro encapsulation technology of Lycium ruthenicum anthocyanins in orthogonal test. [Result]The results showed that the optimum preparation conditions of alginate microcapsules were sodium alginate concentration 2.0%, gelatin concentration 7.0%, concentration of βcyclodextrin 40.0%, calcium chloride concentration 2.5%. Under these conditions, the average embedding rate of microcapsules was 90%. The anthocyanin microcapsule of Lycium barbarum L. is a round spherical rose granule, which is obviously stabilized by the influence of light and temperature. [Conclusion]This study can provide reference for further development and utilization of anthocyanins from Lycium barbarum L..
  Key words Lycium barbarum L;Anthocyanin;Microcapsule granulator;Orthogonal test
  黑果枸杞(Lycium ruthenicum Murr.)為茄科枸杞属多棘刺灌木,主要分布于我国山西北部、宁夏、甘肃、青海、新疆等省,生长在气候相对干燥、海拔高的盆地沙漠地带,是一种珍贵的药食两用植物[1]。果实中富含多糖、黄酮、类黄酮[2]、水溶性花色苷,该花色苷具有资源丰富、安全无毒[3]等优点。据报道,黑果枸杞花色苷具有抗氧化[4]、抗衰老[5]、抗辐射[6]、抗疲劳、美容养颜[7]等功效,在食品及药品方面具有很高的开发利用价值。但黑果枸杞花色苷与其他天然花色苷一样,在脱离植物体以后,容易受到光照、温度、pH 以及氧气[8]的影响而不稳定,大大限制了其应用范围。
  微胶囊技术是一种利用天然或合成高分子材料将固体、气体等物质包埋形成微小粒子的技术[9-11]。这种技术能够将所需要包埋的物质与外界分开,从而可以保护原有物质的活性,延长储存时间。被包埋的物质称为芯材,反之称为壁材。芯材可以为固体、液体、气体,常用壁材有海藻酸钠、明胶、β-环糊精、阿拉伯树胶和蛋白质等[12-13]。海藻酸钠和β-环糊精是用途最广泛的壁材。微胶囊造粒仪采用振动喷嘴技术,依据的原理如下:连续流动的液体在流出喷嘴时,位于喷嘴上方的振动装置会将液体分成尺寸大小相等的液滴[14]。其中,振动频率取决于液滴的数量,喷头的尺寸取决于液滴的大小,如液滴带电或尺寸较小可加电压分离。
  笔者以黑果枸杞花色苷为芯材,以海藻酸钠、明胶、壳聚糖、β-环糊精为壁材,采用微胶囊造粒仪对黑果枸杞花色苷进行包埋。以包埋率为指标,通过pH 示差法对包埋前后花色苷含量进行测定,研究外界条件对黑果枸杞花色苷稳定性的影响,确定最佳制备工艺,从而为黑果枸杞花色苷的进一步开发提供理论依据。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  1.1.1
  原料与主要试剂。黑果枸杞果实采自新疆精河县;海藻酸钠:瑞士BUCHI;明胶:北京奥博星生物技术有限责任公司;氯化钙、β-环糊精、甲酸、无水硫酸镁,均为国产分析纯;试验用水均为去离子水。
  1.1.2 主要仪器设备。
  微胶囊造粒仪(B-395),瑞士BUCHI;紫外可见分光光度计(UV2700),日本岛津;纯水制备系统(ELIX5),美国密理特公司;冷冻干燥机(ALPHA2-4),德国CHRIST。   1.2 方法
  1.2.1 黑果枸杞花色苷的提取。
  黑果枸杞花色苷的提取方法参照文献[15],方法略有改动。
  黑果枸杞经流式粉碎机粉碎过 840 μm筛。黑果枸杞粉末经过石油醚脱脂后,用75%酸化乙醇(含质量分数0.1%盐酸)回流提取,50 ℃,1 h,回流提取 2次(物料比1∶20),抽滤,合并滤液,40 ℃减压浓缩,然后用 D101大孔树脂纯化,用 pH为3.0的缓冲溶液洗脱(2倍柱体积),除去蛋白质、糖等杂质,30%酸化乙醇洗脱,洗脱液40 ℃减压浓缩,冷冻干燥机中冻干成紫黑色黑果枸杞花色苷。
  1.2.2 黑果枸杞花色苷微胶囊的制备。用高速匀浆机将海藻酸钠快速分散溶解,75 ℃搅拌加入明胶,待明胶全部溶解以后,冷却至室温,加入β-环糊精,搅拌均匀,待壁材全部溶解后,加入黑果枸杞花色苷充分搅拌混匀后注入注射器中,进行微胶囊造粒。获得的微胶囊过滤,滤液避光保存,微胶囊蒸馏水冲洗2次,转至冷冻干燥机中冻干,得到的微胶囊为球形颗粒。
  1.2.3 pH示差法测定黑果枸杞花色苷含量。
  黑果枸杞花色苷的pH示差法测定参照参考文献[16],方法略有改动。
  配制1.86 g/L pH 为 1.0的 盐酸氯化钾缓冲液和54.43 g/L pH 为 4.5 盐酸醋酸钠缓冲液。称取1.00 g微胶囊颗粒于研钵中,充分研细,转至25 mL的比色管中,加入25 mL的 50%乙醇(含1% 甲酸),超声30 min。分别移取1 mL滤过液和提取液于10 mL比色管中,分别用 pH 1.0和pH 4.5的缓冲液定容,充分摇匀,避光平衡20 min。
  分别称取黑果枸杞花色苷粉末 1 mg用 pH 1.0和pH 4.5的缓冲液溶解定容至10 mL比色管中,以蒸馏水为空白,紫外分光光度计在波长250~600 nm 范围扫描,分别测定黑果枸杞花色苷在pH 1.0和pH 4.5缓冲液中的最大吸收波长λmax。
  1.2.4 微胶囊包埋率的计算。
  包埋率是衡量微胶囊化的最直观的参数,计算公式参照韩爱芝等[3]的方法略有改动,公式如下:
  包埋率(%)=(1-微胶囊表面花色苷含量胶囊中花色苷含量)×100
  1.2.5 微胶囊条件优化。
  1.2.5.1 单因素试验。
  在喷嘴尺寸、搅拌速度、固化时间、注射速度、芯材加入量恒定条件下,分别考察海藻酸钠、明胶、β-环糊精、氯化钙添加量对黑果枸杞花色苷微胶囊化的影响,以包埋率为衡量指标进行单因素试验。
  1.2.5.2 正交试验。
  根据单因素试验结果选择影响黑果枸杞花色苷微胶囊包埋率的4个因素进行工艺优化:海藻酸钠添加量、明胶添加量、β-环糊精添加量、氯化钙添加量,确定3个水平采用L9(34)正交试验设计确定最佳包埋条件,正交试验因素水平设计见表1。
  1.2.6 花色苷微胶囊稳定性能测定。
  1.2.6.1 热稳定性试验。
  分别称取 8 份微胶囊颗粒,每份 0.20 g,放在 60 ℃烘箱中,每隔 1 h拿出1份,研钵研细,50%乙醇(含1%甲酸),超声 30 min。样品测定方法参照“1.2.3”。
  1.2.6.2 光稳定性试验。
  分别称取6份微胶囊颗粒,每份 0.20 g,室温放置在自然光下,每隔 2 h拿出1份,研钵研细,50%乙醇(含1%甲酸),超声30 min。样品测定方法参照“1.2.3”。
  2 结果与分析
  2.1 单因素试验结果
  由图1可以看出,随着海藻酸钠添
  加量的增加,包埋率在逐渐增大,当添加量超过 2.5%时,包埋率反而下降,原因是海藻酸钠添加量增大,造成整个体系的黏度变大,壁材和芯材的相遇受阻,导致包埋率下降。从图1中可以看出,海藻酸钠添加量应该控制在 2.0%左右。从图2可以看出,随着明胶添加量的增加,包埋率随之增加,当明胶添加量超过 5%时,包埋率趋于平缓。原因是明胶将海藻酸钙表面的孔封上,水進入不了微胶囊的内部,花色苷可以稳定地包埋在微胶囊里。由此得出,明胶的添加量应该控制在 7%左右。从图3可以看出,随着β-环糊精的添加量增加,包埋率先增后降,当β-环糊精添加量在 40%的时候,包埋率最大,超过 40%包埋率一路下降,原因与海藻酸钠一样,添加量过大造成壁材与芯材相遇受阻,造成包埋率下降。由图4可以看出,随着氯化钙添加量的增加,包埋率先
  增后降,在氯化钙添加量在 2.5%的时候达到最大。这是因为当海藻酸钠、明胶、β-环糊精的添加量一定时,随着氯化钙添加量的增加,形成微胶囊的几率变大,当氯化钙添加量过大,会造成壁材间接触变大,芯材与壁材接触的几率变小,造成包埋率下降。
  2.2 正交试验
  2.2.1 正交试验设计与结果。
  基于单因素试验结果,选择对微胶囊包埋率影响最显著的海藻酸钠(A)、β-环糊精(B)、明
  胶(C)、氯化钙(D)的添加量为自变量,以包埋率为指标,设计了4因素3水平正交试验,试验方案及结果见表2。
  由表2可以看出,RA>RD>RB>RC,故A、B、C、D 4个因素中对微胶囊包埋效果的影响顺序大小依次为海藻酸钠添加量、氯化钙添加量、β-环糊精添加量、明胶添加量。正交试验筛选出的最优组合为A2B1C3D3,即海藻酸钠添加量2.0%,β-环糊精添加量40.0%,明胶添加量7.0%,氯化钙添加量2.5%。但是此组合在9组试验中并没有出现,它比较接近4号试验,在4号试验中只有明胶不是处在最好的水平,而且明胶对试验结果的影响因素不是太高。从实际测定的4号试验包埋率结果看出,4号试验的包埋率是最大的,这说明正交试验找出的最好的方案是符合实际的。   2.2.2 验证试验。
  根据正交试验所得模型,固定喷嘴大小、注入速度、搅拌速率,以海藻酸钠添加量 2.0%,β-环糊精添加量 40.0%,明胶添加量7.0%,氯化钙添加量2.5%,以包埋率为衡量指标进行验证试验。结果,黑果枸杞花色苷微胶囊包埋率平均值達(90.21±0.63)%(相对标准偏差0.37%,n=6),与预测值较为接近,重复性较好,从而验证了正交试验结果,说明正交试验结果可靠。
  2.3 微胶囊稳定性试验
  根据正交试验得到的工艺,制备出的花色苷微胶囊,外观为粉红色颗粒,形状较均匀的球形,无特殊气味,平均质量为(100±6)mg。
  从图 5可以看出,随着时间的延长,花色苷的保存率在微胶囊化前和微胶囊化后有着较大的差别。虽然保存率都在下降,但是微胶囊化后下降幅度较缓,说明微胶囊壁材将花色苷包裹,减少了温度、光照外界条件对花色苷的影响,提高了花色苷的稳定性,从而延长了花色苷的保存时间,拓宽了花色苷的应用范围。
  3 结论与讨论
  采用单因素试验、正交试验获得的微胶囊造粒法制备黑果枸杞花色苷微胶囊的最佳条件为海藻酸钠添加量2.0%,β-环糊精添加量40.0%,明胶添加量 7.0%,氯化钙添加量 2.5%。此条件下制备的微胶囊包埋率较张元德[17]采用复凝聚法制备的黑果枸杞花色苷微胶囊高,而且此方法制备的微胶囊颗粒大小较均匀,粒径范围可控。黑果枸杞花色苷微胶囊的制备,有效地缓解来自自然条件下温度以及光照因素对花色苷的影响,延长了黑果枸杞花色苷的保存时间,拓宽了黑果枸杞花色苷的利用领域,为其进一步开发提供了依据。
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