玉米須總黃酮微膠囊化及穩(wěn)定性的研究

李妍，李鋒，陶志杰，許暉

（1.蚌埠學(xué)院食品與生物工程系，安徽蚌埠233030；2.南京軍區(qū)總醫(yī)院血液科，江蘇南京210002）

玉米須總黃酮微膠囊化及穩(wěn)定性的研究

李妍1，李鋒2*，陶志杰1，許暉1

（1.蚌埠學(xué)院食品與生物工程系，安徽蚌埠233030；2.南京軍區(qū)總醫(yī)院血液科，江蘇南京210002）

玉米須是我國(guó)傳統(tǒng)中藥材，量廣而利用有限。采用酶解法提取玉米須總黃酮，同時(shí)考慮其不穩(wěn)定性和難溶解性，采用了微囊化技術(shù)。結(jié)果表明，最佳微膠囊化條件為芯壁比為1∶15，攪拌時(shí)間為35min，β-環(huán)糊精的質(zhì)量濃度為15g/100mL，攪拌溫度為50℃，在此最佳條件下，包埋率為78.5%。研究表明，pH、溫度以及金屬離子Cu2+均會(huì)對(duì)微膠囊的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

玉米須；黃酮；微膠囊化；穩(wěn)定性

玉米須為禾本科玉蜀屬植物玉米的花柱和柱頭，又名玉麥須[1-2]。玉米須自古就有藥療和食療作用，其味甘、淡，性平，具有利尿消腫、平肝利膽的功效，主治膽結(jié)石、高血壓、糖尿病等[3]。對(duì)玉米須中化學(xué)成分已有研究報(bào)道，黃酮類物質(zhì)作為其活性成分[4]具有抗病毒、抗菌、抑制癌細(xì)胞等多種藥理活性，對(duì)治療心血管等疾病有重要意義[5]。然而多數(shù)黃酮類物質(zhì)均存在難溶于冷水且不穩(wěn)定的問(wèn)題，這就使其的應(yīng)用受到限制。微囊化技術(shù)是20世紀(jì)40年代最先由美國(guó)威斯康星大學(xué)的渥斯特教授發(fā)明的，采用空氣懸浮法制備了微囊，由此打開(kāi)了微囊化技術(shù)在食品藥品行業(yè)中應(yīng)用與推廣。微囊化的功能主要表現(xiàn)在3個(gè)方面：改變了物態(tài)、體積和質(zhì)量；降低了揮發(fā)性并進(jìn)行控制性釋放；隔離活性成分，保護(hù)敏感物質(zhì)[6-9]。

本試驗(yàn)對(duì)玉米須中提取的黃酮類物質(zhì)的微膠囊化條件進(jìn)行探討研究，以期確立微膠囊化的最佳工藝，并探討影響微膠囊穩(wěn)定性的因素。微膠囊產(chǎn)品既可直接沖服食用，又可作為功能食品添加劑，可以擴(kuò)大玉米須在食品工業(yè)的應(yīng)用范圍，為玉米須的深加工提供了一條新的途徑[10]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米須：蚌埠市懷遠(yuǎn)縣；蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品：中國(guó)生物制品檢定所；β-環(huán)糊精（beta-cyclodextrin，β-CD）：西安得力化工有限公司；纖維素酶：四川省山野科技有限公司；蒸餾水為實(shí)驗(yàn)室自配；氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、無(wú)水乙醇等均為國(guó)產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SB-25-12DT超聲波清洗儀：昆山市超聲儀器有限公司；722可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司；HH-1恒溫水浴鍋、CL-3250A磁力攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器有限公司；FA214電子天平：上海衡器總廠；RE-2000B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：南京炳輝儀器儀表有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[11-12]

采用NaNO3-Al（NO3）3-NaOH顯色法。精確稱取10mg蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品，然后用體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇溶液將其溶解并定容至100mL，搖勻，得質(zhì)量濃度為0.1mg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液；依次精確吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)溶液0、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4. 0mL、5.0mL，6.0mL、7.0mL于8只25mL容量瓶中，然后再分別加入1mL 5%亞硝酸鈉溶液，搖勻，放置6min，再加入1mL 10%硝酸鋁溶液，搖勻，放置6min，加入10mL 4%氫氧化鈉溶液，用體積分?jǐn)?shù)為60%的乙醇定容，搖勻，靜置10min后，在波長(zhǎng)510nm處測(cè)定各溶液的吸光度值。以吸光度值（A）對(duì)蘆丁質(zhì)量濃度（C）進(jìn)行回歸，并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2 包埋率的計(jì)算方法及微膠囊表面黃酮的測(cè)定

選擇微膠囊化的包埋率為考察指標(biāo)，對(duì)微膠囊化的效果進(jìn)行評(píng)定，包埋率計(jì)算公式如下：

微膠囊表面黃酮含量的測(cè)定[7]：準(zhǔn)確稱取0.01g玉米須黃酮微膠囊，加入10mL無(wú)水乙醇，充分振蕩、洗滌后，全部轉(zhuǎn)移入50mL容量瓶中，用無(wú)水乙醇定容，靜置，過(guò)濾；取濾液2mL，按1.3.1中的方法測(cè)定濾液的吸光度值，并利用標(biāo)準(zhǔn)去回歸方程求得微膠囊表面的黃酮的質(zhì)量濃度，再按公式計(jì)算微膠囊包埋率。

1.3.3 玉米須總黃酮的提取[13-14]

稱取玉米須粉1g，按照料液比1∶15的比例加入體積分?jǐn)?shù)為75%的乙醇溶液，加入0.08g纖維素酶，50℃回流提取90min，抽濾，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，真空干燥24h，得玉米須總黃酮。

1.3.4 微膠囊的制備

取一定量的β-CD，用蒸餾水將β-CD調(diào)制成所需質(zhì)量濃度，然后向β-CD溶液中逐滴滴加事先用少量無(wú)水乙醇溶解的玉米須黃酮液，邊滴加邊攪拌，攪拌一定時(shí)間后，于4℃平衡12h，離心的沉淀物真空干燥，得玉米須黃酮微膠囊。

1.3.5 單因素試驗(yàn)

（1）芯材與壁材的配比對(duì)包埋率的影響

稱取β-CD15.00g，用蒸餾水配制成質(zhì)量濃度為15g/100mL的溶液，準(zhǔn)確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無(wú)水乙醇溶解。分別將芯材與壁材的配比（質(zhì)量比）設(shè)計(jì)為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20進(jìn)行試驗(yàn)，平行3次，按照1.3.4操作，攪拌溫度為15℃，攪拌時(shí)間為45min，制備微膠囊。

（2）攪拌時(shí)間對(duì)包埋率的影響

稱取β-CD15.00g，用蒸餾水配制成質(zhì)量濃度為15g/100mL的溶液，準(zhǔn)確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無(wú)水乙醇溶解。按照確定的芯材與壁材的配比，將攪拌時(shí)間分別設(shè)為25min、35min、45min、55min進(jìn)行試驗(yàn)，平行3次，按照1.3.4操作，攪拌溫度為15℃，制備微膠囊。

（3）攪拌溫度對(duì)包埋率的影響

稱取β-CD15.00g，用蒸餾水配制成質(zhì)量濃度為15g/100mL的溶液，準(zhǔn)確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無(wú)水乙醇溶解。按照確定的芯材與壁材的配比及攪拌時(shí)間，將攪拌溫度分別設(shè)為25℃、33℃、45℃、55℃進(jìn)行試驗(yàn)，平行3次，按照1.3.4操作，制備微膠囊。

（4）β-CD質(zhì)量濃度對(duì)包埋率的影響

稱取一定質(zhì)量β-CD，用蒸餾水分別配制成質(zhì)量濃度為5g/100mL、10g/100mL、15g/100mL、20g/100mL的溶液，準(zhǔn)確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無(wú)水乙醇溶解。按照確定的芯材與壁材的配比、攪拌時(shí)間及攪拌溫度進(jìn)行試驗(yàn)，平行3次，按照1.3.4操作，制備微膠囊。

1.3.6 玉米須總黃酮提取物微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗(yàn)

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料[15]以及單因素試驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)芯材與壁材的配比、攪拌時(shí)間、攪拌溫度、β-CD質(zhì)量濃度設(shè)計(jì)L9（34）正交試驗(yàn)，以確定玉米須總黃酮微囊化的最佳條件。正交試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1。

表1 微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for microcapsule conditions optimization

1.3.7 影響微膠囊穩(wěn)定性因素試驗(yàn)[15]

以微膠囊包埋率為考察指標(biāo)，分別探討pH、溫度、金屬離子等因素對(duì)微膠囊穩(wěn)定性的影響。

1.3.8 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

采用SPSS 13.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，數(shù)據(jù)以χˉ±s表示，統(tǒng)計(jì)學(xué)推斷采用單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在波長(zhǎng)510nm處，測(cè)定不同質(zhì)量濃度（C）的蘆丁標(biāo)準(zhǔn)品溶液在顯色反應(yīng)后的吸光度值（A），結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知，標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程為A=16.61C-0.002 8，相關(guān)系數(shù)R2= 0.999 4，表明二者線性關(guān)系良好。

圖1 蘆丁標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of rutin

2.2 芯材與壁材的配比對(duì)包埋率的影響

在攪拌溫度為15℃，攪拌時(shí)間為45min，β-CD的質(zhì)量濃度為15g/100mL，考察芯材與壁材的配比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20對(duì)微膠囊化的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 芯壁比對(duì)包埋率的影響Fig.2 Effect of core to wall ratio on embedding rate

由圖2可知，在芯材質(zhì)量不變的情況下，不斷地加大壁材的質(zhì)量，玉米須總黃酮包埋率先穩(wěn)定上升后緩慢下降。可能由于隨著壁材的增多，壁材分子之間相互作用，反而降低了壁材對(duì)芯材的包埋效果，從而導(dǎo)致了包埋率的降低。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定芯材與壁材配比為1∶15。

2.3 攪拌時(shí)間對(duì)包埋率的影響

將芯材與壁材的配比確定為1∶15，攪拌溫度為15℃，β-CD的質(zhì)量濃度為15g/100mL，考察攪拌時(shí)間分別為25min、35min、45min、55min對(duì)微膠囊化的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 攪拌時(shí)間對(duì)包埋率的影響Fig.3 Effect of stirring time on embedding rate

由圖3可知，在45min之前隨著攪拌時(shí)間的延長(zhǎng)包埋率一直升高，但在45min以后出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象。理論上，應(yīng)該隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，包埋率越高，但是出現(xiàn)了相反的現(xiàn)象，有可能是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)二者包埋的通道被阻，導(dǎo)致芯材無(wú)法與壁材結(jié)合，包埋效率下降。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定攪拌時(shí)間為45min。

2.4 攪拌溫度對(duì)包埋率的影響

將芯材與壁材的配比確定為1∶15，攪拌時(shí)間為45min，β-CD的質(zhì)量濃度為15g/100mL，考察攪拌溫度分別為25℃、35℃、45℃、55℃對(duì)微膠囊化的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 溫度對(duì)包埋率的影響Fig.4 Effect of temperature on embedding rate

由圖4可知，在攪拌溫度升至45℃以前，隨著溫度的升高包埋率越高。但45℃以后，隨著溫度的繼續(xù)升高，包埋率卻出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象。有可能是因?yàn)殡S著溫度的升高，破壞了分子結(jié)構(gòu)或是水分蒸發(fā)速度太快，導(dǎo)致壁材成膜性降低。結(jié)果說(shuō)明并不是溫度越高越好，而是只有在合適的溫度時(shí)包埋效率最高，微囊化的效率最快，最穩(wěn)定。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定攪拌溫度為45℃。

2.5 β-CD質(zhì)量濃度對(duì)包埋率的影響

將芯材與壁材的配比確定為1∶15，攪拌時(shí)間為45min，攪拌溫度為45℃，考察β-CD質(zhì)量濃度分別為5g/100mL、10g/100mL、15g/100mL、20g/100mL對(duì)微膠囊化的影響，結(jié)果見(jiàn)圖5。

圖5 β-CD質(zhì)量濃度對(duì)包埋率的影響Fig.5 Effect ofβ-cyclodextrin concentration on embedding rate

環(huán)糊精素主要分別由6、7、8個(gè)葡萄糖分子組成。其中以β-CD的溶解度最小，最容易析出結(jié)晶，故最為常用。β-CD的結(jié)構(gòu)是7個(gè)葡萄糖殘基構(gòu)成的環(huán)狀分子，環(huán)狀的內(nèi)部為疏水性，其兩端與外部均為親水性。如果外來(lái)的分子中含有疏水基，會(huì)引發(fā)基團(tuán)之間的親和力的作用。因此，用β-CD為壁材制備微膠囊時(shí)，加入的水量會(huì)直接影響包埋的效果。由圖5可知，當(dāng)β-CD的質(zhì)量濃度為5～15g/100mL時(shí)包埋率隨β-CD的質(zhì)量濃度的增長(zhǎng)而升高，但當(dāng)β-CD的質(zhì)量濃度＞15g/100mL后，明顯出現(xiàn)了包埋率下降的現(xiàn)象。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定β-CD質(zhì)量濃度為15g/100mL。

2.6 玉米須總黃酮提取物微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果

微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析見(jiàn)表2。

表2 微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗(yàn)結(jié)果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for microcapsule conditions optimization

由表2可知，影響玉米須總黃酮微膠囊化包埋率的因素依次為攪拌溫度＞β-CD質(zhì)量濃度＞芯壁比＞攪拌時(shí)間，最佳因素水平為A3B1C2D3。從試驗(yàn)條件和成本考慮，玉米須總黃酮微囊化的最佳工藝條件為芯壁比為1∶15，攪拌時(shí)間為35min，攪拌溫度為50℃，β-CD質(zhì)量濃度為15g/100mL。在此條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，包埋率平均值為78.5%。

2.7 穩(wěn)定性試驗(yàn)

2.7.1 pH對(duì)玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確稱取微膠囊化物1.00g溶于10mL無(wú)水乙醇中，制得溶液，分4組，調(diào)節(jié)溶液pH分別為2.0、5.0、7.0、8.0，于40℃處放置6h后進(jìn)行試驗(yàn)，平行測(cè)定3次，考察不同pH對(duì)微膠囊化包埋率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖6。

圖6 pH對(duì)玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of pH on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由圖6可知，當(dāng)溶液處于酸性或是中性的時(shí)候，總黃酮微膠囊的包埋率仍較高。但當(dāng)溶液處于堿性的時(shí)候（pH＞7），總黃酮微膠囊的包埋率明顯降低。由于總黃酮中含有酚羥基，故顯酸性。而當(dāng)溶液額外加入堿性物質(zhì)的時(shí)候，部分總黃酮可能發(fā)生化學(xué)變化，導(dǎo)致總黃酮微膠囊包埋率降低。故堿性環(huán)境會(huì)對(duì)微膠囊的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2.7.2 攪拌溫度對(duì)玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確稱取微膠囊化物1.00g溶于10mL無(wú)水乙醇中。分3組，分別置于4℃冰箱保存，室溫（25℃）條件下貯存，40℃恒溫箱中保存，放置6h后進(jìn)行試驗(yàn)，平行3次，考察不同攪拌溫度對(duì)微膠囊化包埋率的影響，結(jié)果見(jiàn)圖7。

圖7 溫度對(duì)玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of temperature on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由圖7可知，位于室溫條件下和冰箱中保存均沒(méi)有出現(xiàn)包埋率下降的現(xiàn)象，只有當(dāng)于40℃恒溫箱中放置時(shí)，包埋率大幅度下降。由于玉米須總黃酮的不穩(wěn)定性，雖然微膠囊化后的穩(wěn)定性大幅提高。但當(dāng)放于高溫下，玉米須總黃酮微膠囊的包埋率仍會(huì)出現(xiàn)下降，故在保存時(shí)仍要避免高溫環(huán)境。

2.7.3 重金屬Cu2+對(duì)玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響

準(zhǔn)確稱取微膠囊化物1.00g溶于10mL無(wú)水乙醇中。分3組，分別加入蒸餾水、硫酸銅溶液（100mg/kg）2mL和5mL，放置6h，平行3次。結(jié)果見(jiàn)圖8。

圖8 重金屬Cu2+鹽對(duì)玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of Cu2+on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由圖8可知，當(dāng)加入蒸餾水后包埋率幾乎不會(huì)出現(xiàn)變化，而當(dāng)加入重金屬Cu2+后包埋率會(huì)出現(xiàn)明顯變化，隨著硫酸銅溶液的體積加大，包埋率變化愈加明顯。由于玉米須總黃酮可以與重金屬Cu2+發(fā)生顏色反應(yīng)，導(dǎo)致了包埋率的下降。

3 結(jié)論

單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)確定了玉米須總黃酮微膠囊化最佳工藝條件：芯壁比1∶15，攪拌時(shí)間為35min，攪拌溫度為50℃，β-CD質(zhì)量濃度為15g/100mL。在此最佳條件下，微膠囊化效率達(dá)到78.5%。

玉米須總黃酮微膠囊產(chǎn)品為黃色或淡黃色粉末，產(chǎn)品中總黃酮含量＞7%，另外在pH、溫度和加入重金屬Cu2+的情況下都會(huì)對(duì)微膠囊的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

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The microencapsulation and stability of flavonoids from corn silk

LI Yan1,LI Feng2*,TAO Zhijie1,XU Hui1
(1.Department of Food and Biology Technology,Bengbu College,Bengbu 233030,China;2.Department of Hemotology, Nanjing Military Region Nanjing General Hospital,Nanjing 210002,China)

Corn silk is a traditional Chinese medicine;it has large quantity but limited utilization.The total flavonoids was extracted by enzyme hydrolysis method,and microencapsulation technology was used as well considering the instability and poor solubility.Results showed that the optimum condition of microencapsulation was obtained as follows:core wall ratio 1∶15,stiring time 35 min,β-cyclodextrin concentration 15g/100ml, temperature 50℃.Under such condition,the embedding rate was 78.5%.Result showed that pH,temperature and metal ion Cu2+were making influences on the stability of microcapsules.

corn silk;flavonoids;microencapsulation;stability

TQ461

A

0254-5071（2014）04-0047-05

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.012

2014-03-13

安徽省高等學(xué)校省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（20101091）；蚌埠學(xué)院自然科學(xué)研究項(xiàng)目（2010ZR12）作者簡(jiǎn)介：李妍（1982-），女，助教，碩士，研究方向?yàn)樘烊凰幬锏奶崛∨c分離純化。

*通訊作者：李鋒（1979-），女，主治醫(yī)生，博士，研究方向?yàn)檠翰〉姆乐巍?/p>