紅棗黃酮微膠囊制備條件的研究

張春蘭，周潔，王麗玲，白紅進(jìn)，*（.塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300；2.南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工兵團(tuán)重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

紅棗黃酮微膠囊制備條件的研究

張春蘭1，2，周潔1，王麗玲1，2，白紅進(jìn)1，*
（1.塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300；2.南疆特色農(nóng)產(chǎn)品深加工兵團(tuán)重點實驗室，新疆阿拉爾843300）

摘要：以紅棗黃酮為芯材，β-環(huán)糊精為壁材，采用分子包埋法制備紅棗黃酮微膠囊。研究β-環(huán)糊精的濃度，芯材和壁材的配比，攪拌時間以及攪拌溫度4個因素對紅棗黃酮微膠囊包埋率的影響，最終利用正交試驗來確定其最佳工藝條件。結(jié)果表明包埋法制備紅棗黃酮微膠囊的最佳工藝為：芯材與壁材的配比為1∶1.5（質(zhì)量比），攪拌時間為50 min，β-環(huán)糊精濃度為14%，攪拌溫度為30℃，經(jīng)試驗驗證包埋率可達(dá)到45.2%。

關(guān)鍵詞：黃酮；微膠囊；β-環(huán)糊精

紅棗自古以來就被列為“五果”之一，紅棗味甘性溫、歸脾胃經(jīng)，有補中益氣、養(yǎng)血安神、緩和藥性的功能。紅棗具有極高的營養(yǎng)價值，它富含較多的蛋白質(zhì)、氨基酸、糖類、有機酸、VC以及微量元素等營養(yǎng)成分，還含有豐富的環(huán)磷酸腺苷、紅棗多糖、黃酮類化合物等生理活性物質(zhì)[1]。黃酮類化合物具有廣泛的生理活性，如抗氧化、降低膽固醇，也可改善心腦血管疾病的癥狀等。但是大多黃酮類物質(zhì)難溶于水，性質(zhì)不穩(wěn)定，這嚴(yán)重影響了應(yīng)用范圍。微膠囊技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，通過微膠囊化，可增強產(chǎn)品的穩(wěn)定性，改善品質(zhì)[2-6]。因為β-環(huán)糊精是由7個葡萄糖殘基構(gòu)成的環(huán)狀分子，β-環(huán)糊精分子的內(nèi)腔為疏水性，而親水的羥基分布在β-環(huán)糊精分子的上下端面，外來分子如果具備一個疏水基，其在外力攪拌的作用下，便會靠疏水基團(tuán)之間的親合力而結(jié)合，所以本文采用β-環(huán)糊精為壁材，用分子包埋法制備紅棗黃酮微膠囊，研究芯材壁材的比例關(guān)系、攪拌時間、β-環(huán)糊精濃度、攪拌溫度等對紅棗黃酮微膠囊包埋率的影響，為指導(dǎo)實際生產(chǎn)提供科學(xué)參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

1.1.1材料

駿棗：新疆阿拉爾市售。

1.1.2試劑

標(biāo)準(zhǔn)品蘆?。褐袊幤飞镏破窓z定所；β-環(huán)糊精、無水乙醇、氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁等均為國產(chǎn)分析純。

1.1.3主要儀器

AR2140型電子天平：梅特勒·托利多儀器（上海）有限公司；756型紫外可見分光光度計：上海菁華科技儀器有限公司；RE-52型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器：武漢德力祥儀器設(shè)備有限公司；DZF-6050型真空干燥箱：上海精宏實驗設(shè)備有限公司。

1.2方法

1.2.1標(biāo)準(zhǔn)曲線[7]

精密吸取蘆丁標(biāo)準(zhǔn)液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mL分別置于10.00 mL容量瓶中，分別加入5%亞硝酸鈉溶液0.30 mL，搖勻，靜置6 min，再加入0.30 mL 10%的硝酸鋁溶液，搖勻，靜置6 min后，加4%氫氧化鈉溶液4.00 mL，搖勻，再用60%乙醇稀釋至刻度，搖勻，靜置12 min，以試劑作空白，于510 m處測吸光度值（A），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得回歸直線方程為：A=7.575 1x-0.004 5，式中：A為吸光度；x為濃度，mg/mL；r=0.999 7。

1.2.2紅棗黃酮的制備

將一定量的紅棗浸泡在60%的乙醇溶液中，在溫度為60℃的水浴鍋中浸提3 h后冷卻，然后進(jìn)行過濾，將濾液進(jìn)行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮，經(jīng)大孔吸附樹脂純化后的黃酮真空干燥備用，純化后的黃酮濃度為250 mg/g。

1.2.3微膠囊的制備

準(zhǔn)確稱取一定量的β-環(huán)糊精，加入蒸餾水配制成所需濃度，在溫度設(shè)為60℃的恒溫水浴鍋中攪拌，使之充分溶解，然后加入轉(zhuǎn)子以一定速度在磁力攪拌器上攪拌，邊攪拌邊逐滴加入事先用無水乙醇溶解的黃酮液，滴加完畢后繼續(xù)攪拌至所需時間，然后將混合液放置4℃冰箱中保持24 h，過濾上清液，將下層濕漿進(jìn)行真空干燥，得到紅棗黃酮微膠囊。

1.2.4微膠囊包埋率的測定

微膠囊表面和上清液中黃酮含量的測定：將上清液進(jìn)行過濾，剩余的微膠囊用無水乙醇洗滌（少量多次），洗滌液進(jìn)行過濾，準(zhǔn)確量取過濾液的總體積，然后吸取一定量，按照1.2.1的方法，測定吸光度，根據(jù)標(biāo)線求得含量。

微膠囊包埋率/%=（1-上清液和微膠囊表面黃酮質(zhì)量/加入總黃酮質(zhì)量）×100

2　結(jié)果與分析

2.1芯材與壁材配比對微膠囊化的影響

準(zhǔn)確稱取5.0 g β-環(huán)糊精，加入蒸餾水使之完全溶解，配制成5%的β-環(huán)糊精溶液，依次稱取一定量的黃酮，使芯材和壁材的質(zhì)量比為1∶1～1∶3，將芯材用乙醇溶解，逐滴加入到β-環(huán)糊精溶液中，攪拌時間為30 min，攪拌溫度為30℃，制備微膠囊。芯材與壁材配比對微膠囊化的影響見圖1。

圖1 芯壁比對微膠囊化的影響Fig.1　Effects of core-wall material ratio on microencapsulation

由于環(huán)糊精的外緣親水而內(nèi)腔疏水，因此β-環(huán)糊精內(nèi)部的圓筒區(qū)為疏水區(qū)，可以容納一些疏水物質(zhì)的分子而嵌入其中，形成包合物，β-環(huán)糊精作為主分子，黃酮作為客分子。由圖1可以看出，在芯壁比為1∶1時，包埋率是較低的，可能是因為芯材的量太大，壁材的量太少，導(dǎo)致壁材只能包合一部分的芯材。當(dāng)芯壁比為1∶1.5時，包埋率達(dá)到最大，但并不是壁材越多包埋的越多，會因為壁材過量而影響包埋效果，當(dāng)芯壁比大于1∶1.5時，包埋率呈下降趨勢，可能因為壁材的量增加，降低了壁材對芯材的包覆效果，導(dǎo)致包埋率下降，并且環(huán)糊精的量相對于黃酮太多，也造成了浪費，由此可看出，芯壁比為1∶1.5時較為適宜。

2.2攪拌時間對微膠囊化的影響

配制5%的β-環(huán)糊精溶液，按芯壁比1∶1.5（質(zhì)量比）逐滴加入黃酮液，攪拌溫度為30℃，攪拌時間依次為20、30、40、50、60 min，制備微膠囊。攪拌時間對微膠囊化的影響見圖2。

圖2 攪拌時間對微膠囊化的影響Fig.2　Effects of stiring time on microencapsulation

β－環(huán)糊精是有疏水性空腔的環(huán)狀分子，含有疏水端的芯材可以進(jìn)入空腔內(nèi)，靠分子間的作用力結(jié)合，由于β－環(huán)糊精的空腔體積小，黃酮分子必須借助外界環(huán)境的推動力，進(jìn)入β－環(huán)糊精的空洞內(nèi)，形成包合物。因此通過攪拌這一外力，可以增加芯材的分散性，可以使芯材更快地進(jìn)入空腔，攪拌時間制約著包合物的形成。從圖2結(jié)果可見，隨著時間的延長，黃酮分子進(jìn)入到空腔內(nèi)的數(shù)量增多，包埋進(jìn)行的越完全，包埋率就越高，在20 min～50 min時，隨著攪拌時間的延長，包埋率是呈上升趨勢的，但在50 min以后，包埋率略有下降，可能因為隨著時間的延長，紅棗黃酮分子進(jìn)入β-環(huán)糊精內(nèi)的量就會越多，當(dāng)黃酮分子完全占據(jù)β-環(huán)糊精的內(nèi)部空腔后，外來的黃酮分子就無法再進(jìn)入，即使攪拌時間的延長，剩余的黃酮分子也不會被包埋，只能停留在溶液中。攪拌時間過長，可能會破壞已經(jīng)包合好的微膠囊，最終導(dǎo)致包埋率也會下降。

2.3β-環(huán)糊精濃度對微膠囊化的影響

配制2%的β環(huán)糊精溶液，將其稀釋成一定的濃度，按芯壁比1∶1.5（質(zhì)量比）逐滴加入黃酮液，攪拌溫度為30℃，攪拌時間30 min，制備微膠囊。β-環(huán)糊精濃度對微膠囊化的影響見圖3。

圖3　β-環(huán)糊精濃度對微膠囊化的影響Fig.3　Effects of beta-cyclodextrin concentration on microencapsulation

由圖3可見，壁材濃度在2%～11%時，包埋率是逐漸上升的，這可能是因為隨著壁材濃度的提高，在單位體積內(nèi)分布的β環(huán)糊精數(shù)量也增加，增加了芯材與壁材的接觸比率，更有利于黃酮分子進(jìn)入疏水內(nèi)腔。濃度大于11%時包埋率是逐漸下降的，因為以β-環(huán)糊精為壁材制備微膠囊時，必須要在水存在的環(huán)境下不斷運動而完成，而壁材濃度大于11%時，濃度過大，含水量太少，導(dǎo)致包埋率下降，所以加入的水量會直接影響微膠囊化的效果。

2.4攪拌溫度對微膠囊化的影響

配制5%的β-環(huán)糊精溶液，按芯壁比1∶1.5（質(zhì)量比）逐滴加入黃酮液，攪拌時間30 min，攪拌溫度依次為20、30、40、50、60℃，制備微膠囊。攪拌溫度對微膠囊化的影響見圖4。

溫度對微膠囊的影響也非常大，本試驗溫度選在20℃～60℃的范圍內(nèi)。從圖4結(jié)果可見，溫度為20℃時，包埋率是較低的，主要因為溫度較低時，β-環(huán)糊精在水中的溶解度較小，難以提供足夠的分子狀態(tài)的β-環(huán)糊精與黃酮分子形成微膠囊，并且隨著溫度的升高，可以提高壁材成膜的速度，所以反應(yīng)剛開始時，提高溫度有利于微膠囊的形成，所以溫度為40℃時包埋率最高。當(dāng)攪拌溫度高于40℃時，包埋率下降，這可能是因為包合反應(yīng)是個放熱反應(yīng)，因此溫度低有利于包埋向正方向進(jìn)行，攪拌溫度增高，體系的總熱量不斷增加，這不利于包埋反應(yīng)，從而影響了包埋效果，導(dǎo)致包埋率下降。

2.5正交試驗結(jié)果

圖4 攪拌溫度對微膠囊化的影響Fig.4　Effects of stiring temperature on microencapsulation

通過單因素試驗，確立了在各個因素中微膠囊化的較佳水平，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化考察范圍，以便確立最佳的工藝水平條件。試驗結(jié)果如表1所示。

表1正交試驗結(jié)果Table 1　Result of orthogonal test

表2方差分析Table 2　Variance analysis

從試驗結(jié)果中得出，影響紅棗黃酮微膠囊包埋率的因素依次為：芯壁比>攪拌時間>攪拌溫度>壁材濃度，最佳因素水平為A2B2C3D1所以制備紅棗黃酮微膠囊的最佳工藝條件為：芯壁比為1∶1.5，攪拌時間為50 min，β-CD濃度14%，攪拌溫度30℃，其包埋率可達(dá)到45.2%。經(jīng)表2，方差分析后，可以得出芯壁比對微膠囊化影響較為顯著。

3　結(jié)論

采用分子包埋法制備紅棗黃酮微膠囊，工藝簡單合理，成本較低。選用β-CD為壁材，能夠達(dá)到較好的微膠囊化效果。紅棗黃酮微膠囊化的優(yōu)化條件為：芯壁比為1∶1.5，攪拌時間為50 min，β-環(huán)糊精濃度14%，攪拌溫度30℃，包埋率可達(dá)到45.2%，紅棗黃酮微膠囊產(chǎn)品為淡黃色粉末。

參考文獻(xiàn)：

[1]王軍,張寶善,陳錦屏.紅棗營養(yǎng)成分及其功能的研究[J].食品研究與開發(fā),2003,24(2):68-72

[2]陳梅香,張雅稚.用分子包埋法對BHT進(jìn)行微膠囊化研究及應(yīng)用[J].肉類研究,2007(3):22-27

[3]陳發(fā)河,吳光斌,陳志輝.天然胡蘿卜素β-環(huán)糊精微膠囊制備工藝的研究[J].中國食品學(xué)報,2006,6(1):110-115

[4]王永濤,張桂,趙國群.洋蔥皮黃酮微膠囊技術(shù)研究[J].食品工業(yè)科技,2010,31(1):291-293

[5]魯曉翔,陳甲,連喜軍,等.玉米須黃酮微膠囊制備條件的研究[J].食品科學(xué),2007,28(9):132-136

[6] 高晗,孫俊良,劉本國,等.山楂黃酮微膠囊化技術(shù)研究[J].食品科學(xué),2009,30(16):86-88

[7]張春蘭,張銳利,張建花,等.棗核中黃酮類化合物的提取工藝[J].食品研究與開發(fā),2011,32(9):33-36

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.23.018

收稿日期：2014-04-21

基金項目：浙江大學(xué)馥莉食品研究院基金資助項目（KY201404）；塔里木大學(xué)校長基金碩士項目（TDZKSS201109）；國家星火計劃項目（2012GA891023）；兵團(tuán)科技支疆計劃項目（2013AB023）

作者簡介：張春蘭（1979—），女（漢），副教授，碩士，研究方向：食品科學(xué)與天然產(chǎn)物。

*通信作者

Study on Microencapsulation Conditions of Flavonoids from Chinese dates

ZHANG Chun-lan1，2，ZHOU Jie1，WANG Li-ling1，2，BAI Hong-jin1，*
（1.College of Life Sciences Tarim University，Alar 843300，Xinjiang，China；2.Production&Construction Group Key Laboratory of Special Agricultural Products Further Processing in Southern Xinjiang，Alar 843300，Xinjiang，China）

Abstract：To explore the microencapsulation parameters of Chinese dates flavonoids，the impacts of betacyclodextrin concentration，the proportion of core material and wall material，stiring time and temperature on the microencapsulated effect were studied using Chinese dates flavonoids as the core materials.The results showed that the optimum conditions are as follows：the ratio of core material and wall material is 1∶1.5（w∶w），betacyclodextrin concentration 14%，the stiring temperature 30℃for 50 min.The embedding rate could reach 45.2%in the optimum conditions.

Key words：flavonoids；microencapsulation；beta-cyclodextrin