陰離子淀粉微球吸附姜黃素工藝的研究

薛 博， 李新華， 王虹玲

(1.沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院，遼寧沈陽 110161)

陰離子淀粉微球吸附姜黃素工藝的研究

薛 博1， 李新華2， 王虹玲1

(1.沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學食品學院，遼寧沈陽 110161)

[目的]分析優(yōu)化陰離子淀粉微球吸附姜黃素的工藝條件。[方法]以姜黃素作為載藥體，研究響應面法優(yōu)化陰離子淀粉微球吸附姜黃素吸附量的最佳工藝條件。通過單因素試驗和Plackett-Burman試驗確定了乳化劑用量、交聯(lián)劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間4個主要因素對陰離子微球吸附姜黃素的影響，根據(jù)中心組合設計原理采用4因素3水平的響應面分析法，獲得陰離子淀粉微球吸附姜黃素的最佳工藝條件。[結果]試驗表明，陰離子淀粉微球吸附姜黃素的最佳條件為：乳化劑用量0.599 g，交聯(lián)劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h,姜黃素吸附量預測值為2.332 mg/g，驗證值為2.367 mg/g，與預測值的相差0.035 mg/g。[結論] 研究可為陰離子淀粉微球的載藥性能和開發(fā)利用以及淀粉的深加工開發(fā)利用提供依據(jù)。

陰離子淀粉微球；姜黃素；吸附性

陰離子淀粉微球是由淀粉經(jīng)過二次交聯(lián)和陰離子化改性而制得。陰離子化后的微球改善了其表觀結構，加強其機械強度，同時也提高了微球吸附或選擇吸附的能力。由于陰離子淀粉微球具有大量的活性基團，淀粉磷酸酯帶負電荷，其可以和帶正電荷的物質產(chǎn)生靜電吸引，相當大的孔容積和比表面積，使其具有優(yōu)良的吸附性能[1-3]。姜黃素是從姜科植物姜黃中提取的一種色素，其色澤穩(wěn)定且?guī)缀鯚o毒。近年的研究表明，姜黃素具有降血脂、抗腫瘤、抗氧化、抗炎、利膽等作用。對于淀粉微球的離子化改性國內(nèi)外報道多涉及其合成與表征，但陰離子微球的吸附性研究鮮有報道[4-6]。筆者以可溶性淀粉為載體，三聚磷酸鈉為陰離子化試劑，以姜黃素為模型藥物，研究陰離子微球吸附姜黃素的吸附量，利用響應面分析陰離子微球吸附姜黃素的工藝條件，為陰離子淀粉微球的載藥性能及開發(fā)利用提供依據(jù)，為淀粉的深加工開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料主要試劑：氫氧化鈉,span60、液體石蠟、乙酸乙酯、環(huán)氧氯丙烷、丙酮、無水乙醇、三聚磷酸鈉、姜黃素、可溶性淀粉，以上試劑均為分析純，國藥集團化學試劑。

主要儀器設備：TDL-40B離心機，上海安亭科學儀器廠；UV-1600紫外可見分光光度計，上海精科分析儀器公司；HH-6型數(shù)顯轉速電動攪拌機、JB 90-S數(shù)字顯示轉速電動攪拌機，上海標本模型廠制造。

1.2 試驗方法

1.2.1合成陰離子淀粉微球。稱取一定量的span 60于液體石蠟中水浴加熱。用NaOH溶液調10%的可溶性淀粉溶液pH為12，加熱糊化后冷卻到55 ℃。在磁力攪拌的作用下將淀粉溶液滴加至液體石蠟中，攪拌5 min后，滴加一定量交聯(lián)劑環(huán)氧氯丙烷，攪拌，55 ℃保溫，反應5 h后離心，用乙酸乙酯、無水乙醇、丙酮反復洗滌，離心。加入三聚磷酸鈉攪拌均勻，浸泡過夜，用乙醇洗滌后離心、干燥，得到陰離子淀粉微球。

1.2.2陰離子淀粉微球吸附姜黃素性能的測定。精確稱取真空干燥至恒重的姜黃素10 mg,置于100 ml棕色容量瓶中，用無水乙醇定容。取8 ml置于100 ml容量瓶中，加入32 ml無水乙醇，用蒸餾水定容至100 ml,搖勻。在裝有儲備液的10 ml的密封瓶中加入0.05 g姜黃素乙醇溶液，用該溶液定容至10 ml，測2 h的吸光度。

1.2.3單因素試驗。根據(jù)微球成球機理，分別考察乳化劑用量、交聯(lián)劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間對微球吸附姜黃素量的影響。

1.2.4響應面試驗。根據(jù)單因素試驗結果，選擇影響顯著因素乳化劑用量、交聯(lián)劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間，運用響應面法優(yōu)化試驗條件。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1乳化劑用量對姜黃素吸附量的影響。span 60是固體食品級乳化劑，又是非離子型乳化劑，所以乳化劑選用span 60。固定其他因素不變，陰離子微球對姜黃素吸附量的影響如圖1所示，隨著乳化劑用量的增加而增大，若span 60用量大于0.6 g時，乳化劑膠束相互聚集或粘結，姜黃素的吸附量變化趨勢極其緩慢。

2.1.2交聯(lián)劑的用量對姜黃素吸附量的影響。如圖2所示，交聯(lián)劑選用環(huán)氧氯丙烷，因其具有活潑的環(huán)氧基和氯基，是一種交聯(lián)效果極好的交聯(lián)劑。在所選取的范圍內(nèi)，微球吸附姜黃素量隨著環(huán)氧氯丙烷用量的增加先增大后減小，若交聯(lián)劑用量大于5 g時，吸附姜黃素量迅速下降，這是由于陰離子淀粉微球內(nèi)部結塊且不易洗脫。交聯(lián)劑用量為5 g時，陰離子淀粉微球的吸附量達到最大值。

2.1.3三聚磷酸鈉用量對姜黃素吸附量的影響。由圖3可知，在所選取的范圍內(nèi)，隨著三聚磷酸鈉的增加，姜黃素的吸附量先增大后減小。三聚磷酸鈉用量的增加會使微球帶有更多的負電荷，增加了微球與姜黃素間的靜電引力，使吸附量增加。三聚磷酸鈉用量大于0.8 g時，吸附姜黃素的量減小，這是由于微球與淀粉發(fā)生二次交聯(lián)，使微球結構更加致密，不利于其吸附姜黃素，所以用量過大吸附量反而降低。當三聚磷酸鈉用量為0.6 g時，微球對姜黃素吸附量達到最大值2.34 mg/g。

2.1.4浸泡時間對對姜黃素吸附量的影響。在所選用的范圍內(nèi)陰離子微球對姜黃素吸附量如圖4所示，固定其他因素不變，隨著浸泡時間的增加，陰離子淀粉微球的吸附量呈上升趨勢，浸泡時間超過8 h后三聚磷酸鈉用量已基本耗盡，吸附量不再增加。

2.2 響應面試驗

2.2.1方差分析及二元回歸方程擬合。根據(jù)單因素試驗結果所確定的最佳反應條件，采用二次回歸通用旋轉正交設計(4因素3水平)試驗，其中4因素包括乳化劑用量(X1)、交聯(lián)劑用量(X2)、三聚磷酸鈉用量(X3)和浸泡時間(X4)，考察陰離子微球吸附姜黃素的能力，因素水平取值見表1。

陰離子微球吸附姜黃素影響因素響應面分析試驗設計與結果見表2。

表1 響應面試驗因素水平

利用Design-Expert軟件對以上各試驗點的響應值進行回歸分析，得到回歸模型方程為：

表2 響應分析試驗結果

由回歸方程分析可以看出，方程描繪因子X1<0.000 1(P<0.01)偏回歸系數(shù)極顯著，說明乳化劑用量對影響陰離子微球吸附量極顯著，X2=0.042 1，X3=0.032 1(P<0.05)的偏回歸系數(shù)高度顯著，說明交聯(lián)劑用量、三聚磷酸鈉用量對陰離子微球吸附量有顯著影響；X1X4交互作用顯著，說明陰離子微球吸附量受到了乳化劑用量和浸泡時間的共同影響，在微球吸附量中起了關鍵作用；回歸模型極顯著(P<0.000 1),說明回歸方程與實際情況吻和較好?；貧w方程方差分析結果可以看出，方程的失擬項P=0.075，P>0.05，不顯著，說明該方程對試驗試驗擬合好。回歸模型預測的最佳陰離子微球吸附量工藝條件為：乳化劑用量0.599 g，交聯(lián)劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h。

2.2.2交互作用分析。陰離子微球吸附姜黃素優(yōu)化的響應曲面如圖5～10。在固定交聯(lián)劑用量和浸泡時間的條件下，乳化劑用量與三聚磷酸鈉用量的響應面圖見圖6，乳化劑用量與三聚磷酸鈉用量交互作用顯著，吸附量主要由二者共同影響，效果較為顯著，兩者在吸附量的提高中起到關鍵的作用，在圖6中可以看出吸附量主要受乳化劑用量的影響，吸附量隨乳化劑用量的升高而加大，在乳化劑用量達到0.60 g

左右時，吸附量出現(xiàn)峰值，同時三聚磷酸鈉用量為0.8 ml時，響應值變化最大，即可獲得較高的吸附量。乳化劑用量和交聯(lián)劑用量相互作用也較為顯著如圖5所示，表現(xiàn)為曲線較陡。在保證吸附量的前提下，可根據(jù)實際情況適當?shù)脑黾尤榛瘎┯昧慷鴾p少攪拌時間。而三聚磷酸鈉用量(X3)和浸泡時間(X4)次之，表現(xiàn)為曲線較為平滑，且隨其數(shù)值的增加，響應值變化較小。

2.3 模型驗證為檢驗模型預測的準確性，依據(jù)響應面優(yōu)化得到的最佳工藝條件，將考察的因素設定為: 乳化劑用量0.599 g，交聯(lián)劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h,經(jīng)過4次驗證試驗，得到陰離子微球吸附姜黃素的量為2.367 mg/g，與模型預測值相差0.035 mg/g,與理論值基本相符。

3 結論

研究得出，乳化劑用量、交聯(lián)劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間對陰離子微球吸附姜黃素影響均顯著，其中乳化劑用量和三聚磷酸鈉用量較為顯著。陰離子微球吸附姜黃素的最佳工藝條件為乳化劑用量0.599 g，交聯(lián)劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h,此條件下，陰離子微球吸附姜黃素的量為2.367 mg/g，說明響應面法適用于陰離子淀粉微球對姜黃素吸附量進行參數(shù)優(yōu)化，對于指導陰離子微球作為藥物載體提供理論和實踐上的參考。

[1] 肖昊江，寧青菊，李仲謹，等.反相懸浮法制備交聯(lián)陽離子型淀粉微球[J].陜西科技大學學報，2007，25(4)：32-35．

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[3] 林觀祥，潘曉軍，王賢親．姜黃素多孔淀粉微球的制備[J]．海峽藥學，2008，20(9)：25-26

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Optimization of Adsorption of Anionic Starch Microspheres Curcumin

XUE Bo1, LI Xin-hua2, WANG Hong-ling1

(1. College of Life Science, Shenyang Institute of Technology, Fushun, Liaoning 113122; 2. College of Food Science, Shenyang Agriculture University, Shenyang, Liaoning 110161)

[Objective] To optimize technique conditions for anionic starch microsphere adopting curcumin. [Method] With curcumin as medicine carrier, the optimal technique conditions for nionic starch microsphere adopting curcumin were obtained by response surface method. The single factor experiments and Placket-Burman test suggested that emulsifier dosage, crosslinker dosage, values of sodium tripolyphosphate amount and soaking time were the major factors on adsorption of curcumin. Three-level response surface methodogy based on the principle of central composite design was employed to analyze the significance and interactions of the above factors by mathematical modeling. [Result] The results showed that the optimum adsorption of starch microspheres curcumin content were as follows: emulsifier dosage was 0.599 g, crosslinker dosage was 3.001 ml, values of sodium tripolyphosphate amount 0.8 g and soaking time 8.5 h. The predicted adsorption yield was 2.332 mg/g, while the actual adsorption yield was 2.367 mg/g, with relative error of 0.035 mg/g. [Conclusion] The study can provide basis for development and utilization of anionic starch microsphere and deep processing of starch.

Anionic starch microsphere; Curcumin; Adsorption

薛博(1984- )，女，遼寧北票人，講師，碩士，從事農(nóng)產(chǎn)品深加工與轉化研究。

2015-03-20

S 509

A

0517-6611(2015)12-230-03