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    番茄紅素增溶技術(shù)的研究進(jìn)展

    2011-08-15 00:53:40班俊峰孫美麗黃思玉呂竹芬
    中國(guó)醫(yī)藥科學(xué) 2011年5期
    關(guān)鍵詞:番茄紅素微囊環(huán)糊精

    班俊峰 孫美麗 黃思玉 呂竹芬

    (廣東藥學(xué)院藥物研究所,廣東省藥物新劑型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州 510006)

    番茄紅素增溶技術(shù)的研究進(jìn)展

    班俊峰△孫美麗 黃思玉 呂竹芬▲

    (廣東藥學(xué)院藥物研究所,廣東省藥物新劑型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東廣州 510006)

    飲食指南建議增加水果和蔬菜的攝入量,以減少癌癥、心血管疾病、骨質(zhì)疏松癥和糖尿病等疾病的發(fā)病率,水果和蔬菜中所含的抗氧化物質(zhì)可減輕氧化應(yīng)激損傷的作用。近年來(lái)研究表明番茄紅素具有很強(qiáng)的抗氧化活性,能有效降低癌癥、心血管病等疾病的發(fā)病率,是目前功能食品、藥品研究中的一個(gè)研究的熱點(diǎn),番茄紅素不溶于水且性質(zhì)不穩(wěn)定,生物利用度低,因此又限制其廣泛的應(yīng)用。故研究提高番茄紅素的水溶性、增加其穩(wěn)定性、提高生物利用度的技術(shù)成為目前的熱點(diǎn)?,F(xiàn)綜述番茄紅素增溶技術(shù)的新研究進(jìn)展,以促進(jìn)番茄紅素的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

    番茄紅素;溶解度;增溶技術(shù)

    物質(zhì)的色彩是感觀品質(zhì)的關(guān)鍵因素,色彩鮮艷的商品往往最先吸引消費(fèi)者的眼球。在講究無(wú)毒無(wú)害、高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的今天,色彩上尋求賣點(diǎn)已不再博得消費(fèi)者的好感,具有一定生理功能的色素不但無(wú)毒無(wú)害而且含有人體必須的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[1],其在產(chǎn)品中的作用以及在食品中的應(yīng)用范圍是任何其他食品添加劑所不可比擬的。

    番茄紅素是類胡蘿卜素中結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種紅色天然色素,由11個(gè)共軛雙鍵構(gòu)成,結(jié)構(gòu)中共軛多烯、長(zhǎng)鏈烷烴結(jié)構(gòu),使其外觀呈現(xiàn)為明亮的紅色,溶解度為脂溶性[2]。β-芷酮環(huán)的缺失導(dǎo)致了其不具有維生素A的活性[3]。近年來(lái)有研究表明番茄紅素可通過(guò)釋放電子對(duì)自由基進(jìn)行中和,起到抗衰老、防止外界輻射及紫外線對(duì)皮膚的損害[4,5]。其優(yōu)越的生理活性表現(xiàn)為較強(qiáng)的抗氧化能力,在清除自由基反應(yīng)中的反應(yīng)速率最大,清除單線態(tài)氧的能力超過(guò)VE 100倍、β-胡蘿卜素2倍。據(jù)報(bào)道,番茄紅素具有預(yù)防和抑制惡性腫瘤、保護(hù)血管的作用[6,7],大量攝入番茄及其制品的人群患各類癌癥的幾率比其他人低約50%。雖然番茄紅素在自然界中廣泛存在,但人體不能自身合成,需依靠外界攝入。番茄紅素不溶于水且性質(zhì)不穩(wěn)定,生物利用度低,因此又限制其廣泛的應(yīng)用。故研究提高番茄紅素的水溶性、增加其穩(wěn)定性、提高生物利用度的技術(shù)成為目前的熱點(diǎn)。現(xiàn)綜述增加番茄紅素溶解度技術(shù)的新研究進(jìn)展,以促進(jìn)番茄紅素的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)。

    1 固體分散技術(shù)

    難溶性物質(zhì)制成固體分散體后,物質(zhì)形態(tài)由晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)定形態(tài),可顯著地增加難溶性物質(zhì)的溶出。武花花[8]采用溶劑熔融法、共沉淀法制備考察了PEG 6000、PVPK30對(duì)番茄紅素溶出度的影響,結(jié)果表明:使用載體材料PEG 6000、PVPK30均可分別提高番茄紅素的溶解度9300倍和4600倍。PEG 6000對(duì)固體分散體中番茄紅素溶出的速率影響較顯著,當(dāng)PEG 6000與番茄紅素摩爾比為4∶1時(shí),溶解度可達(dá)到18.6μg/mL;選用PVPK30為載體時(shí),PVPK30增溶效率不及PEG 6000的一半。主要的原因是由于PEG為兩親性的聚合物使得固體分散體中的各成分以高能亞穩(wěn)態(tài)存在,高度分散于載體中,番茄紅素粒徑下降,表面積增加從而溶解度增加。呂文莉等[9]以泊洛沙姆188為載體,溶劑法制備番茄紅素固體分散體,結(jié)果表明番茄紅素以非晶體形式存在于載體中,應(yīng)用紫外光譜分析和差示掃描量法考察固體分散體水溶液的吸收峰,認(rèn)為番茄紅素與泊洛沙姆188形成了新的分子復(fù)合物,在水中的平均溶解度為460μg/mL,與形成復(fù)合物前的溶解度0.002μg/mL相比,有極大的提高。固體分散技術(shù)依靠水溶性載體良好的潤(rùn)濕性,使難溶性物質(zhì)呈高度分散狀態(tài),促進(jìn)了溶出,提高了溶解度,因此在提高番茄紅素生物利用度方面具有重要意義。

    2 微囊化技術(shù)

    近年來(lái),微囊化技術(shù)在制藥、食品、香料、農(nóng)用化學(xué)品等行業(yè)中廣泛應(yīng)用,物料經(jīng)包埋后分散及流動(dòng)性提高,也便于計(jì)量使用和貯存。

    用于包埋的壁材有多種,如淀粉、麥芽糊精、絡(luò)蛋白酸鈉和阿拉伯膠等,不同性質(zhì)壁材混合使用是近年來(lái)包埋技術(shù)應(yīng)用的趨勢(shì),周丹紅等[10]以番茄紅素晶體為芯材,采用明膠、β-環(huán)糊精、蔗糖(1∶1∶1)為復(fù)合壁材,無(wú)水乙醇為凝固劑,當(dāng)芯材與壁材質(zhì)量比為1∶5時(shí)番茄紅素的微囊產(chǎn)率和效率最高,可達(dá)到88.87%溶解率。制備的微囊既增加了番茄紅素的溶解度又提高其分散度。

    Rocha等[11]采用噴霧干燥法,選用改良淀粉為賦形劑,將5%、10%、15%番茄紅素溶液(固含物含量為30%)制備成為微囊,制備過(guò)程中控制霧化器孔徑為0.5mm,流速10mL/min,進(jìn)口和出口溫度分別為180℃和(98±2)℃,可使包封率達(dá)到29.73%,微囊形成一個(gè)圓形、凹陷的外表面。以包封率和形態(tài),對(duì)該微囊在食品中的應(yīng)用進(jìn)行評(píng)價(jià),番茄紅素經(jīng)微型包囊膜的阻隔作用,避免了外界環(huán)境的影響,增加番茄紅素在水中的分散效果。

    唐穎等[12]采用冷凍干燥方法選用多種高分子材料為保護(hù)劑制備番茄紅素微囊,其中以2%聚乙二醇為凍干保護(hù)劑制得的微囊呈白色餅狀,表面較光滑,緊致,復(fù)溶時(shí)間為(7±1)s,與未添加聚乙二醇的凍干品相比,復(fù)溶時(shí)間縮短,復(fù)溶后粒徑增大的趨勢(shì)較小,原因是番茄紅素以分子或無(wú)定形狀態(tài)分散于載體中與載體形成絡(luò)合物所致。

    使用包埋技術(shù)對(duì)番茄紅素進(jìn)行微囊化,隨著新材料的進(jìn)一步應(yīng)用而更加成熟。Chiu等[13]用4.5%明膠和10%的聚-谷氨酸(C-PGA)作為涂層材料包封番茄紅素提取物,得到的微囊平均粒徑為38.4μm,在 pH為5.5、7.0介質(zhì)中,120min時(shí)番茄紅素的釋放量分別為95.9%、96.5%。結(jié)果表明:pH值低時(shí)由于明膠和C-PGA的靜電作用形成了較為緊密的結(jié)構(gòu),使得芯材難以釋放。毛毛等[14]以明膠和阿拉伯膠為混合壁材,用復(fù)凝聚法制備番茄紅素-橄欖油微囊,當(dāng)成囊體系中pH值為4.0時(shí),可得平均粒徑約7μm,包封率為81.8%的微囊??梢?jiàn),制備微囊時(shí)pH是影響微囊成型及釋放的重要因素之一。

    3 包合物技術(shù)

    傳統(tǒng)增溶技術(shù)中添加適宜的表面活性劑,可使難溶性物質(zhì)溶解度增加。對(duì)于功能性色素番茄紅素而言,色彩損失和氧化與表面活性劑卻有直接影響[15]。因此,在改善番茄紅素溶解度時(shí)不能單依靠增溶劑的增溶作用增加番茄紅素的溶解度。由于環(huán)糊精具有一個(gè)相對(duì)疏水的中心和一個(gè)相對(duì)親水表面的特殊結(jié)構(gòu),使非極性脂溶性物質(zhì)易進(jìn)入內(nèi)腔而被包合,極性物質(zhì)則可嵌在開(kāi)口處的親水區(qū)。難溶性物質(zhì)作為客分子被包合后,即可避免或減少表面活性劑的使用,又可增大難溶性物質(zhì)的溶解度,提高其穩(wěn)定性。

    Vertzoni等[16]研究了β-環(huán)糊精(β-CD)、羥丙基-β-環(huán)糊精(HP-β-CD)和甲基-β-環(huán)糊精包合物對(duì)番茄紅素溶解度的影響,包合物復(fù)溶后溶液中番茄紅素的含量隨時(shí)間呈指數(shù)下降,與番茄紅素在水和葡萄糖溶液中的溶解度<0.002μg/mL相比,番茄紅素與β-CD、HP-β-CD、甲基-β-環(huán)糊精在水中的溶解度分別為(8.0±1.0)、(27.0±3.0)、(16.0±2.0)μg/mL,在 5%葡萄糖溶液中的溶解度為(16.0±2.0)、(48.0±5.0)、(4.0±1.0)μg/mL。

    安翠翠等[17]以15%番茄紅素油樹(shù)脂采用研磨法分別與單一環(huán)糊精及不同比例的混合環(huán)糊精(β-CD與HP-β-CD)制備包合物,結(jié)果表明:混合環(huán)糊精改進(jìn)番茄紅素水溶性效果明顯且性能優(yōu)于環(huán)糊精的簡(jiǎn)單加和,當(dāng)β-CD與HP-β-CD摩爾比為4∶1時(shí)制得的包合物對(duì)番茄紅增溶達(dá)70倍。另外,孫海松等[18]研究混合環(huán)糊精(β-CD與HP-β-CD)對(duì)番茄紅素油樹(shù)脂的包合性能,所得的包合物可以使番茄紅素在水中的溶解度增加50~110倍?;旌檄h(huán)糊精的使用,改善了β-CD包合能力弱及HP-β-CD吸濕性強(qiáng)的缺點(diǎn),減少了環(huán)糊精的用量,有效的解決番茄紅素水溶性差和穩(wěn)定性差的難題。

    4 固體納米技術(shù)

    納米技術(shù)中難溶性物質(zhì)是依靠表面活性劑的電荷效應(yīng)和立體效應(yīng)穩(wěn)定地分散在溶液中,提高其溶出速率、改善其生物利用度,具備較高的生物黏附性,從而提高化學(xué)穩(wěn)定性。曹雯麗等[19]采用3%復(fù)配Tween-20和Span-20作為乳化劑,乳化溫度50℃,乳化時(shí)間為8min,制備番茄紅素納米體,產(chǎn)品中番茄紅素的含量可達(dá)到4.770mg/mL,Z-Average粒徑為125.9nm。

    采用將藥物包裹或夾嵌于類脂核中制成固體脂質(zhì)納米粒,一種可替代乳劑的脂質(zhì)體和聚合物納米粒的新型釋放系統(tǒng)??紫檩x等[20]采用薄膜-超聲法,以質(zhì)量比為4∶5的大豆卵磷脂和植物甾醇,制備番茄紅素脂質(zhì)體,通過(guò)大鼠禁食12h后灌服比較自制番茄紅素脂質(zhì)體、市售番茄紅素微膠囊和油溶番茄紅素三者的體內(nèi)代謝情況,結(jié)果表明將番茄紅素包封在脂質(zhì)體內(nèi),具有較長(zhǎng)的體內(nèi)滯后時(shí)間和較低的清除率,釋放更為緩慢,有效作用時(shí)間延長(zhǎng)。張必芳[21]采用薄膜-超聲法將番茄紅素包埋在以膽固醇和卵磷脂為膜材的脂質(zhì)體中,制備物平均粒徑小于40nm,與油溶組相比,小鼠灌胃實(shí)驗(yàn)表明以納米脂質(zhì)體為載體能提高番茄紅素在肝臟中的含量。李淑梅等[22]對(duì)比逆向蒸發(fā)法和薄膜法制備番茄紅素脂質(zhì)體,結(jié)果表明采用逆向蒸發(fā)法可制備番茄紅素單層脂質(zhì)體,當(dāng)卵磷脂與膽固醇比為3∶1,溫度為35℃,番茄紅素與磷脂比為1∶6,旋轉(zhuǎn)速度為200r/min,制得的番茄紅素脂質(zhì)體的包封率可達(dá)71.26%。田艷燕等[23]利用旋轉(zhuǎn)薄膜-超聲法制備了番茄紅素脂質(zhì)體并研究其體外釋放,與番茄紅素油溶液對(duì)比結(jié)果顯示,脂質(zhì)體在人工胃液中釋藥量<28%,在人工腸液中24h釋藥量達(dá)96%,說(shuō)明番茄紅素脂質(zhì)體在人工腸液中的釋放量呈緩慢釋放的特征且體外釋放呈腸溶性,而番茄紅素油在這兩種情況下基本無(wú)釋放。范遠(yuǎn)景等[24]采用旋轉(zhuǎn)薄膜-超聲法制備粒徑分布在40~50nm平均載藥量(0.86±0.10)%的番茄紅素納米粒,凍干粉外觀呈紅色膨松粉末,可迅速分散于水中并形成均一的脂質(zhì)體混懸液。番茄紅素具有強(qiáng)親脂性,制成脂質(zhì)體后增加了水中溶解度。

    5 乳劑或亞微乳劑

    在乳劑和微乳劑制備過(guò)程中,體系中加入的表面活性劑、助表面活性劑和油相等,利于水難溶性物質(zhì)制備成O/W型乳劑或微乳,從而增加溶解度、加速釋放、促進(jìn)吸收、提高生物利用度。Lopes[25]等使用2∶1聚氧乙烯脂肪醇醚與丙二醇混合乳化劑制備番茄紅素微乳,考察了不同油相對(duì)乳劑的影響,當(dāng)體系中采用乳化劑:辛酸-癸酸甘油一/二酯:水(40∶36∶24)及乳化劑:辛酸癸酸甘油三酯:水(50∶36∶14)時(shí)制得番茄紅素微乳內(nèi)相直徑分別為27、52nm,番茄紅素在乳劑中的濃度為0.05%(w/w),體系中聚氧乙烯脂肪醇醚增加了番茄紅素的穩(wěn)定性,丙二醇的加入避免了番茄紅素在聚氧乙烯脂肪醇醚液晶相的形成同時(shí)擴(kuò)大了微乳存在的區(qū)域,番茄紅素在微乳中除了油相中的分布,還可溶于油/水界面的表面活性劑分子中。Boon等[26]制備番茄紅素水包油乳劑時(shí)表明乳劑可擴(kuò)寬番茄紅素的應(yīng)用,而且制備時(shí)金屬螯合劑、自由基清除劑的加入均可抑制番茄紅素的降解,增加其穩(wěn)定性。

    6 其他方法

    超臨界流體具有表面張力為零,類似氣體的擴(kuò)散系數(shù)、液體的溶解力,能迅速滲透進(jìn)固體物質(zhì)之中,提取其精華,具有高效、不易氧化、純天然、無(wú)化學(xué)污染等特點(diǎn)。Fuente等[27]采用二氧化碳超臨界萃取并對(duì)比類胡蘿卜素溶解度增溶情況,表明在30MPa、313K時(shí)類胡蘿卜素溶解度增加的情況如下:番茄紅素>-胡蘿卜素角黃素>葉黃素≈玉米黃質(zhì)>辣椒紅色素蝦青素。

    超臨界流體技術(shù)制備β-CD包合物是近幾年興起的技術(shù)。其利用超臨界流體的特點(diǎn),使物質(zhì)顆粒微細(xì)化,顆粒大小分布均勻。此技術(shù)開(kāi)辟了制備超微粉體的新途徑,特別適合制備諸如番茄紅素、酶等易揮發(fā)的物質(zhì)和敏感的物料,是繼超臨界流體技術(shù)應(yīng)用于萃取、反應(yīng)后的又一新領(lǐng)域。Blanch等[28]研究了全反式番茄紅素與α、β、γ環(huán)糊精包合,對(duì)比了超臨界流體萃取法和傳統(tǒng)方法,結(jié)果表明采用超臨界流體法以β-CD與番茄紅素摩爾為1∶0.0026時(shí)可得到93.8%的產(chǎn)率。

    超臨界流體反溶劑法是另一種微粒制備方法,其機(jī)制是將藥物溶解于特性溶劑中形成溶液,然后將此溶液與反溶劑混合。當(dāng)反溶劑與溶液接觸時(shí),反溶劑迅速擴(kuò)散至該溶液,使溶液體積迅速膨脹,利用膨脹后溶液密度變小的特點(diǎn),使溶質(zhì)在原溶劑中的溶解度降低,在極短的時(shí)間內(nèi)形成很大的過(guò)飽和度,從而使溶劑中的原有溶質(zhì)形成結(jié)晶或無(wú)定形沉淀而析出。該法特別適用于如番茄紅素這類在特定溶劑中溶解度很高的溶質(zhì)沉淀。Miguel等[29]采用超臨界流體反溶劑技術(shù)制備平均粒徑為10~80μm的番茄紅素針狀顆粒,操作中參數(shù)的改變不會(huì)造成番茄紅素微粉外貌形態(tài)的改變,相平衡熱力學(xué)模型表明,過(guò)飽和狀態(tài)下參數(shù)是關(guān)鍵因素,當(dāng)壓力增加至9~15MPa時(shí)粒徑增大,當(dāng)壓力降至9~7MPa時(shí)粒徑小,原因是由于壓力在9MPa時(shí)體系達(dá)到混合物的臨界點(diǎn),處于臨界狀態(tài),可見(jiàn)在超臨界抗溶劑過(guò)程中最具有決定性的參數(shù)是溶質(zhì)的平衡溶解度。因此,采用此法制備時(shí)可通過(guò)控制壓力和溫度等參數(shù),就可以實(shí)現(xiàn)氣相或液相重結(jié)晶,而得到大小分布均勻的微細(xì)顆粒。

    7 結(jié)論

    近年來(lái),番茄紅素是目前國(guó)際上功能食品成分研究中的一個(gè)熱點(diǎn),大量的研究表明番茄紅素的溶解度問(wèn)題是其廣泛應(yīng)用的瓶頸,如何提高其溶解度成為當(dāng)今研究的難點(diǎn)和熱門(mén)。目前,各種新的增溶技術(shù)在難溶性物質(zhì)中已有應(yīng)用。天然色素番茄紅素本身具有一定的生理功能且廣泛分布于各種植物中,其作為新型保健食品、食品添加劑、化妝品、藥品具有廣闊的市場(chǎng)前景。番茄紅素增溶技術(shù)的發(fā)展是由低級(jí)產(chǎn)業(yè)向高級(jí)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)變,增加番茄紅素溶解度的開(kāi)發(fā)將給農(nóng)業(yè)、食品加工業(yè)、醫(yī)藥行業(yè)、美容業(yè)等與它相關(guān)的行業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

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    R94

    A

    2095-0616(2011)05-32-03

    △廣東藥學(xué)院藥物研究所在讀碩士研究生

    ▲通訊作者

    2011-01-23)

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