噴霧干燥法制備雙脫甲氧基姜黃素微膠囊的研究

王 輝，張雪霞，楊貴國，任風芝

（1.河北省化工研究院，河北石家莊050030；2.河北食品添加劑有限公司，河北石家莊050035；3.微生物藥物國家工程研究中心，華北制藥集團新藥研究開發(fā)有限責任公司，河北石家莊050015）

姜黃（Curcuma longa L.）為姜科姜黃屬植物，其根莖入藥。姜黃的主要活性物質(zhì)為姜黃色素，包括姜黃素、脫甲氧基姜黃屬、雙脫甲氧基姜黃素等，大量研究證明姜黃素類化合物有抑菌、抗氧化、降血脂、抗癌等藥理活性[1-3]。雖然姜黃素類化合物結(jié)構(gòu)相近，但由于苯環(huán)上烷氧基個數(shù)的不同又使得不同結(jié)構(gòu)化合物的藥理作用存在差異，有研究發(fā)現(xiàn)雙脫甲氧基姜黃素在防止細胞脂類過氧化物的形成方面效果優(yōu)于姜黃素[4]。雙脫甲氧基姜黃素不溶于水，并且穩(wěn)定性易受光、熱的影響，限制了使用范圍，采用微膠囊技術將其包埋在食品配料組成的物料中，不但可以提高穩(wěn)定性，而且溶解性也會改善。本文就雙脫甲氧基姜黃素的微膠囊化制備工藝進行了研究，為食品工業(yè)中廣泛應用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

含量90%的雙脫甲氧基姜黃素 公司自制；蔗糖 市售；變性淀粉 石家莊市銀河變性淀粉有限公司；明膠 羅賽洛（廣東）明膠有限公司；麥芽糊精 河北華辰淀粉糖有限公司；β-環(huán)糊精 武漢銀河精細化工公司；色譜乙腈 Merck公司；雙脫甲氧基姜黃素標準品 上海江萊生物科技有限公司；其余試劑 分析純。

B-490型恒溫水浴鍋、B-290型實驗型噴霧干燥器 瑞士Buchi公司；NS1001L高壓均質(zhì)機 意大利GEA公司；高效液相色譜儀（996檢測器，515泵） 美國Waters公司。

1.2 雙脫甲氧基姜黃素微膠囊化工藝

配制一定濃度的壁材水溶液和芯材的乙醇溶液，然后將二者混合，乳化，再經(jīng)過高壓均質(zhì)形成穩(wěn)定的乳化液，最后經(jīng)過噴霧干燥得到雙脫甲氧基姜黃素微囊。工藝流程如下：

雙脫甲氧基姜黃素微膠囊化制備工藝流程：芯材溶液和壁材溶液→混合，乳化→高壓均質(zhì)→噴霧干燥→微囊。

1.3 測定方法

1.3.1 色譜分析條件 色譜柱：Diamonsil?C18150mm×4.6mm，5μm；流動相：乙睛-水-三氟乙酸（50∶50∶1）；流速1mL/min；檢測波長：420nm；進樣量20μL。

1.3.2 標準曲線的繪制 稱取4.92mg雙脫甲氧基姜黃素標準品，用甲醇溶解并定容于10mL容量瓶中，混勻，制成質(zhì)量濃度為492μg/mL的標準液。再分別取0.1、0.2、0.4、0.8、1.0mL標準液置于10mL容量瓶中，混勻，制成4.92、9.84、19.68、39.36、49.2μg/mL的系列標準液。按照1.3.1所述的色譜條件分析，以峰面積為縱坐標，質(zhì)量濃度為橫坐標，繪制標準曲線，得到回歸方程為y=2864.67x-19.31（r=0.9994），線性范圍0.0984～0.984μg。

1.3.3 雙脫甲氧基姜黃素微膠囊化效果及收粉率 采用包埋率來衡量雙脫甲氧基姜黃素微膠囊化效果，計算公式見式（1）。收粉率為實際得到的粉末相對于物料中固形物含量的比率，計算公式見式（2）。

微膠囊包埋率（%）=微膠囊產(chǎn)品中所含的雙脫甲氧基姜黃素/起始加入的雙脫甲氧基姜黃素×100 式（1）

收粉率（%）=微膠囊總量/固形物投入量×100 式（2）

1.4 壁材的選擇的確定

選擇明膠、蔗糖、麥芽糊精、β-環(huán)糊精、變性淀粉五種壁材的不同比例組合，以包埋率為指標，確定最佳壁材。

1.5 蔗糖與變性淀粉質(zhì)量比的確定

選擇蔗糖∶變性淀粉質(zhì)量比分別為1∶0、1∶3、1∶6、1∶9、1∶12，以包埋率為指標，確定兩者的質(zhì)量比。

1.6 雙脫甲氧基姜黃素微膠囊化正交實驗設計

選取包埋時間、包埋溫度和芯壁材比例為考察因素，每個因素設3個水平，進行正交實驗來確定最佳的微囊化工藝條件。正交實驗因素水平表見表1。

表1 微囊化雙脫甲氧基姜黃素的實驗因素水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.7 噴霧干燥工藝參數(shù)的確定

采用實驗型噴霧干燥機，固定霧化器轉(zhuǎn)速50Hz，塔內(nèi)壁吹掃風溫度40℃（吹掃風的冷凍除濕機溫度2～5℃），主要考察進出風溫度（進風溫度150、160、170、180℃，出風溫度75、80、85、90℃）、進料速度（600、700、800、900、1000mL/h）兩個實驗因子，以是否粘壁、微囊包埋率、收粉率為衡量指標，確定最優(yōu)噴霧干燥工藝參數(shù)。

1.8 微膠囊產(chǎn)品中雙脫甲氧基姜黃素含量測定

稱取0.5g左右雙脫甲氧基姜黃素微膠囊，50%乙醇溶解，定容于100mL容量瓶。吸取1mL，加甲醇定容于10mL容量瓶，于425nm處測定吸光度，根據(jù)標準曲線方程求得雙脫甲氧基姜黃素的含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 壁材的選擇

用于制備微囊的壁材有很多，如明膠、阿拉伯膠、麥芽糊精、β-環(huán)糊精、變性淀粉等，都具有較好的包埋效果。采用不同壁材制備雙脫甲氧基姜黃素微囊，結(jié)果顯示變性淀粉中加入一定量的蔗糖可使微囊更易成型，微囊化效果增加。故選擇變性淀粉和蔗糖作為雙脫甲氧基姜黃素微囊壁材（見表2）。

表2 不同壁材對雙脫甲氧基姜黃素微囊化的影響Table 2 Effect of different wall materials on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.2 蔗糖占壁材比例的選擇

噴霧干燥工藝要求由微囊壁材配成的乳狀液具有良好的穩(wěn)定性，不能分層。少量的蔗糖可以增加微囊的成型性，但由于蔗糖不具有乳化性能，蔗糖含量高時不但會降低壁材溶液的乳化性，同時還會增加溶液的黏度，使噴霧干燥困難。壁材中蔗糖不同比例對雙脫甲氧基姜黃素包埋率的影響見表3，結(jié)果顯示蔗糖與變性淀粉質(zhì)量分數(shù)為1∶6時包埋效果比較好。

表3 壁材中蔗糖不同比例對雙脫甲氧基姜黃素微囊化的影響Table 3 Effect of the ratio of sucrose occupying the wall material on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.3 雙脫甲氧基姜黃素微膠囊化正交實驗結(jié)果

由正交實驗結(jié)果（見表4）可知影響雙脫甲氧基姜黃素微膠囊化的因素大小順序為：B＞C＞A，芯壁材比例＞包埋時間＞包埋溫度；制備微囊化雙脫甲氧基姜黃素的最佳工藝條件是A2B2C3，即溫度40℃、芯壁材比例1∶20、時間2h，此時包埋率達到最大值97.2%。

表4 正交實驗結(jié)果Table 4 Orthogonal array design layout and experimental results

2.4 噴霧干燥工藝參數(shù)對包埋效果的影響

2.4.1 進出風溫度的確定 進出風溫度對微膠囊化影響較大。當進風溫度過低時，產(chǎn)品水分含量大、流動性不好，而且在生產(chǎn)過程中容易粘壁；較高的進出風溫度會加快干燥速率，縮短干燥階段，促進微膠囊的玻璃體形成[5]；然而當進風溫度過高時，壁材成膜性降低，并且產(chǎn)品水分過低，易起靜電，影響微膠囊化效果。從表5可以看出，進風溫度160℃、出風溫度80℃時，微膠囊化效果最好。

表5 進出風溫度對包埋效果的影響Table 5 Effect of air inlet temperature on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.4.2 進料速度的選擇 進料速度太慢，物料溶液蒸發(fā)過度，導致接觸溫度過高，造成芯材損失，微囊包埋率下降。但進料太快，蒸發(fā)能力不夠，不能形成良好的致密性和一定強度的壁，產(chǎn)品顆粒大，干燥效果和產(chǎn)品流動性不好。根據(jù)表6的實驗結(jié)果，選擇進料速度選擇800mL/h。

表6 進料速度對包埋效果的影響Table 6 Effect of feeding speed on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.5 工藝驗證

根據(jù)以上實驗結(jié)果，選擇變性淀粉和蔗糖為復合壁材，比例為6∶1；芯壁材質(zhì)量比1∶20；包埋溫度40℃、時間2h；噴霧干燥進風溫度160℃，出風溫度80℃，進料速度800mL/h，霧化器轉(zhuǎn)速50Hz，進行3次驗證實驗，見表7。結(jié)果表明，本工藝穩(wěn)定，具有良好的實際操作性。

表7 三批驗證結(jié)果Table 7 Verification results of three batch

3 結(jié)論

本文以包埋率為衡量指標，考察了壁材、芯壁比、包埋時間、包埋溫度以及噴干參數(shù)等因素對雙脫甲氧基姜黃素微膠囊的影響，通過三批驗證實驗，確定了噴霧干燥法制備雙脫甲氧基姜黃素微膠囊的最佳工藝，所得雙脫甲氧基姜黃素微囊含量5%，包埋率≥95%，可廣泛用于食品工業(yè)中。

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