溶劑揮發(fā)法制備還原型谷胱甘肽微膠囊

王 鑫，徐麗萍，宋 偉

(哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院省高校食品科學與工程重點實驗室，哈爾濱150076)

微膠囊(micro－encapsulation)技術(shù)又稱微膠囊化，是用特殊手段利用性能較穩(wěn)定的天然或合成的高分子物質(zhì)作壁材，將性能不穩(wěn)定的固體、液體和氣體等芯材物質(zhì)包埋[1]，并形成直徑幾微米至上千微米的微小容器內(nèi)的操作過程[2]，因包封形成微小粒子的不同粒徑分別稱為納米粒、微膠囊以及微球等[3－4].還原型谷胱甘肽(GSH)是一種三肽(L－γ－谷氨酸－L－半胱氨酸－甘氨酸)化合物[5]，屬于含有巰基的小分子活性肽，廣泛分布于機體中，是細胞內(nèi)非蛋白硫氫基團主要的組成部分，在生物體內(nèi)有著多種重要的生理功能，對于維持生物體內(nèi)適宜的氧化還原環(huán)境起著至關(guān)重要的作用[6]，具有延緩衰老、抗疲勞等作用，但是GSH極易被氧化，使其生理保健作用效果降低，微膠囊化GSH可以克服不同成分間的反應(yīng)且可以對其起到保護作用，極大地保持還原型谷胱甘肽的生理特性，提高其穩(wěn)定性.

1 實驗材料與主要儀器

1.1 實驗材料與試劑

還原型谷胱甘肽(實驗室自制);海藻酸鈉(天津市凱通化學試劑有限公司);無水氯化鈣(天津市津東天正精細化學試劑廠);分子蒸餾單甘酯(張家港市中鼎添加劑有限公司);正己烷(天津市永大化學試劑有限公司);二氯甲烷、甲苯(天津市福晨化學試劑廠);明膠(天津人民化工廠);乙醚(天津市凱通化學試劑有限公司).

1.2 實驗儀器

pH計測試筆H198/28型(北京海星順達經(jīng)銷公司);TU－1901/1900型雙光束紫外分光光度計(北京普析通用儀器有限責任公司);數(shù)控超聲波清洗器KQ－500VDE型(昆山市超聲儀器有限公司);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE52－98(上海亞榮生化儀器廠).

2 實驗方法

2.1 玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊的制備

還原型谷胱甘肽乙基纖維素微膠囊的制備采用的方法是乳液－溶劑揮發(fā)技術(shù).

2.2 有機溶劑的選擇

稱取乙基纖維素0.5 g，向其中分別加入二氯甲烷、正己烷、甲苯溶液各25 mL，按壁材與芯材比(以下簡稱壁芯比)15∶1加入GSH提取液，緩慢加入到1%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，采用雙光束紫外分光光度法測定谷胱甘肽質(zhì)量分數(shù)，以包埋率為指標，考察3種溶劑對GSH微膠囊包埋率的影響.確定溶劑揮發(fā)法制備還原型谷胱甘肽最佳溶劑.

其中:B為微膠囊包埋率;N為微膠囊表面的GSH質(zhì)量分數(shù);W為微膠囊中GSH的總質(zhì)量分數(shù).

2.3 玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊單因素的選擇

2.3.1 壁材質(zhì)量分數(shù)單因素實驗

稱取5份等量的乙基纖維素，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷50、25、17.5、12.5、10 mL，依次混合均勻后，按壁芯比15∶1加入GSH提取液，緩慢加入到質(zhì)量分數(shù)為1%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標，考察壁材溶液質(zhì)量分數(shù)對GSH微膠囊包埋率的影響.

2.3.2 壁芯比單因素實驗

稱取5份等量的乙基纖維素，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁芯比10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1加入GSH提取液，緩慢加入到質(zhì)量分數(shù)為1%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標，考察壁芯比對GSH微膠囊包埋率的影響.

2.3.3 乳化劑質(zhì)量分數(shù)單因素實驗

稱取5份等量的乙基纖維素，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁芯比20∶1加入GSH提取液，分別加入到質(zhì)量分數(shù)為1%、2%、3%、4%、5%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標，考察乳化劑質(zhì)量分數(shù)對GSH微膠囊包埋率的影響.

2.3.4 攪拌速度單因素實驗

稱取5份等量的乙基纖維素各，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁材芯材比20∶1加入GSH提取液，之后加入到質(zhì)量分數(shù)2%的明膠溶液中.分別在1 000 r/min，2 000、3 000、4 000、5 000 r/min的攪拌速度下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標，考察攪拌速度對GSH微膠囊包埋率的影響.

2.4 玉米胚還原型谷胱甘肽微膠囊化最佳工藝條件的選擇

根據(jù)單因素實驗的結(jié)果，選擇3個主要因素:壁材質(zhì)量分數(shù)(A)、壁芯比(B)、乳化劑質(zhì)量分數(shù)(C)、攪拌速度(D)，采用L9(34)正交試驗設(shè)計法對影響還原型谷胱甘肽進行微膠囊化的主要因素進行研究.以微膠囊包埋率作為指標，確定最佳微膠囊化工藝參數(shù).因素水平設(shè)計見表1.

表1 因素水平表

3 結(jié)果與分析

3.1 有機溶劑的選擇結(jié)果與分析

根據(jù)二氯甲烷、正己烷、甲苯對谷胱甘肽微膠囊化影響的結(jié)果及分析，由表2可以看出，在三種有機溶劑中二氯甲烷作為有機溶劑時制得微膠囊的包埋率最高，且粒徑分布均勻，而正己烷作為有機溶劑時制得微膠囊的包埋率最低，粒徑分布不均勻.因此，確定二氯甲烷為制備GSH微膠囊的最佳有機溶劑.

表2 有機溶劑的選擇結(jié)果表

3.2 還原型谷胱甘肽微膠囊單因素結(jié)果與分析

3.2.1 壁材質(zhì)量分數(shù)單因素實驗結(jié)果與分析

隨著壁材質(zhì)量分數(shù)的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢，當壁材溶液質(zhì)量分數(shù)達到4%時包埋效果最好，之后隨著壁材質(zhì)量分數(shù)的增加包埋率逐漸降低，如圖1所示.

微膠囊壁材溶液的質(zhì)量分數(shù)影響微膠囊的形成和效果的好壞，壁材溶液質(zhì)量分數(shù)過大時，其黏度也就隨之增大，難于形成微膠囊.在攪拌形成微膠囊的過程中由于溶劑的蒸發(fā)，使它的壁材溶液質(zhì)量分數(shù)增大，這樣不利于將其分散到保護液中形成微膠囊，影響微膠囊粒徑的大小和分布均勻情況.壁材溶液質(zhì)量分數(shù)太小由于壁材很薄而難以形成微膠囊.

圖1 壁材質(zhì)量分數(shù)對包埋率的影響

3.2.2 壁芯比單因素實驗結(jié)果與分析

隨著壁芯比的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢，當壁芯比達到20∶1時包埋效果最好，之后隨著壁芯比的增加包埋率逐漸降低，如圖2所示.

圖2 壁芯比對包埋率的影響

隨著有機溶劑的蒸發(fā)，乙基纖維素開始在W/O液滴里凝固，并通過油水相的界面作用在夜滴表面形成微膠囊囊壁.壁心比較小時，芯材用量較多，乙基纖維素的用量不足以包埋全部的芯材，部分乙基纖維素團聚成無定形顆粒，攪拌時與夜滴碰撞，影響液滴穩(wěn)定性;壁芯比較大時，由于乙基纖維素用量過多，同樣會團聚成無定形顆粒，影響乳液液滴的穩(wěn)定性，導(dǎo)致微膠囊的粘連.

3.2.3 乳化劑質(zhì)量分數(shù)單因素實驗結(jié)果與分析

隨著乳化劑質(zhì)量分數(shù)的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢，當乳化劑質(zhì)量分數(shù)達到2%時包埋效果最好，之后隨著乳化劑質(zhì)量分數(shù)的增加包埋率逐漸降低，如圖3所示.

圖3 明膠質(zhì)量分數(shù)對包埋率的影響

溶劑蒸發(fā)過程中，必須確保W/O乳液的穩(wěn)定，才能使W/O/W才能使乳業(yè)保持穩(wěn)定[7－8].因此液滴的分散穩(wěn)定性很重要，它決定了微膠囊的大小和均勻性.乳化劑用量過大時，芯材黏度過大，分散困難，無法形成穩(wěn)定的乳業(yè)體系.而乳化劑用量過小時，連續(xù)相介質(zhì)黏度較小，液滴沉降速度較快，影響液滴的分散性和穩(wěn)定性.

3.2.4 攪拌速度單因素實驗結(jié)果與分析

隨著攪拌速度的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢，當攪拌速度達到4 000 r/min時包埋效果最好，之后隨著攪拌速度的增加包埋率逐漸降低，如圖4所示.

圖4 攪拌速度對包埋率的影響

攪拌速度的大小對微膠囊的形成有很大的影響.攪拌速度太大，由于有機溶劑揮發(fā)的太快，壁材溶液的最終質(zhì)量分數(shù)過大，形成的微膠囊易粘連，且得率很低;攪拌速度太小，則無法得到符合粒徑要求的微膠囊.

3.3 還原型谷胱甘肽微膠囊最佳工藝條件的確定

通過正交實驗法，以玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊包埋率為考察指標，確定微膠囊化的最佳工藝條件，其實驗結(jié)果見表3.

表3 正交試驗法優(yōu)化玉米胚還原型谷胱甘肽微膠囊化結(jié)果

3.4 方差分析

由表4的極差分析可知，玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊技術(shù)的最佳工藝參數(shù)為壁材質(zhì)量分數(shù)

表4 方差分析表

為4%、壁材芯材比為15∶1、明膠質(zhì)量分數(shù)為2%、攪拌速度為4 000 r/min.經(jīng)驗證試驗確定玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊包埋率為63.12%.

4 結(jié)語

以玉米胚中還原型谷胱甘肽為原料，應(yīng)用溶劑揮發(fā)法研究玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊的包埋技術(shù)，以包埋率率作為指標，選二氯甲烷為有機溶劑時，很易制得微膠囊，且微膠囊粒徑分布均勻，無刺激性氣味產(chǎn)生;而選正己烷及甲苯為有機溶劑時，不易形成微膠囊，且產(chǎn)生刺激性氣味，不利于實驗室使用.因此，二氯甲烷為制備GSH微膠囊的最佳有機溶劑.采用正交試驗確定最佳包埋條件，確定最佳工藝條件為壁材質(zhì)量分數(shù)為4%、壁芯比為20∶1、乳化劑質(zhì)量分數(shù)為2%、攪拌時間為4 000 r/min，微膠囊包埋率可達63.12%.

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