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    響應(yīng)面試驗優(yōu)化羥丙基-β-環(huán)糊精包合植物甾醇的水溶性改性工藝

    2017-10-11 11:36:24袁田青蔡珺珺宮興文
    食品科學(xué) 2017年20期
    關(guān)鍵詞:包合物甾醇環(huán)糊精

    鄭 雯,王 遠,袁田青,蔡珺珺,宮興文*

    響應(yīng)面試驗優(yōu)化羥丙基-β-環(huán)糊精包合植物甾醇的水溶性改性工藝

    鄭 雯,王 遠,袁田青,蔡珺珺,宮興文*

    (浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

    為增加植物甾醇(phytosterol,PS)的水溶性,拓寬其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用,本研究采用羥丙基-β-環(huán)糊精(hydroxypropyl-β-cyclodextrin,HP-β-CD)對植物甾醇進行包合,達到增大其水溶性的目的。采用差熱掃描分析、傅里葉紅外光譜和X射線衍射對包合后的產(chǎn)物進行檢測。同時,采用單因素和響應(yīng)面試驗對包合工藝進行優(yōu)化,得到最佳包合工藝為HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.27∶1、包合溫度47 ℃、包合時間11.93 h,得到的包合率為96.57%??紤]到實際操作的便利,將其修正為:HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.30∶1、包合溫度47 ℃、包合時間12 h,并在此修正條件下進行3 次平行實驗,其平均包合率為97.25%。結(jié)果表明在包合狀態(tài)下,經(jīng)改造后的PS在 37 ℃水中的溶解度得到了大幅度提高,達到了8.31 mg/mL,是其原來(0.027 mg/mL)的307.90 倍。

    植物甾醇;羥丙基-β-環(huán)糊精;包合;溶解度

    隨著人們生活水平的不斷提高,高脂肪和高能量膳食的大量攝入,使得患肥胖癥和高脂血癥的人越來越多,所以開發(fā)出一款安全、無毒的天然降血脂藥物具有非常重要的現(xiàn)實意義。植物甾醇(phytosterol,PS)屬于天然活性物質(zhì),其以環(huán)戊烷全氫菲為骨架,可以降低血清中總膽固醇的含量與低密度脂蛋白膽固醇水平,在食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的用途[1],具有非常好的市場前景。但是植物甾醇的水不溶性限制了它在食品工業(yè)中的應(yīng)用,因此,開發(fā)出水溶性植物甾醇,解決其水溶性問題,不僅使患肥胖癥和高脂血癥的人群受益,而且還可以促進相關(guān)功能性食品等行業(yè)的發(fā)展。對于植物甾醇的安全性,2000年9月,美國食品與醫(yī)藥管理局批準添加了植物甾醇和植物甾醇酯的食品可以使用“有益健康”的標(biāo)簽[2],規(guī)定推薦攝入量為每天至少攝入3.40 g植物甾烷醇或1.30 g植物甾醇酯,并且 業(yè)界人士普遍建議對于植物甾醇的攝入每天不要超過2.00 g。

    近些年,已有人利用化學(xué)改性的方法來提高植物甾醇的水溶性,但是采用環(huán)糊精包合的方式卻鮮有報道,而環(huán)糊精被應(yīng)用于包合黃酮類藥用物質(zhì)已有多年的歷史[3],因而通過環(huán)糊精包合植物甾醇改善其水溶性也同樣具有實際的意義,當(dāng)包合樣品進入人體后,在消化的過程中外面的環(huán)糊精結(jié)構(gòu)就會被破壞,進而釋放出植物甾醇,因此當(dāng)把包合物添加到一些功能性食品比如飲料中時,可以很好地起到抑制人體對膽固醇吸收的作用。

    羥丙基-β-環(huán)糊精(hydroxypropyl-β-cyclodextrin,HP-β-CD)是一種優(yōu)良的藥用輔料,不僅水溶性好,而且無毒無害,對堿、光和熱穩(wěn)定,是一種非常好的包合材料[4],本研究依據(jù)HP-β-CD增溶難溶性藥物的成功范例[5-6],利用HP-β-CD包合PS,其非極性空腔為甾醇的非極性碳鏈部分提供很好的包裹空間,進而甾醇自身固有的羥基基團部分暴露在外端,和環(huán)糊精本身所具有的羥基共同增加了整體的親水特性[7],從而改善了甾醇在水中的溶解性。

    1 材料與方法

    1.1 材料與試劑

    植物甾醇(質(zhì)量分數(shù)>95%,主要成分豆甾醇)合肥博美生物科技有限責(zé)任公司;HP-β-CD(質(zhì)量分數(shù)>98%) 薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司。

    二氯甲烷、甲醇、無水乙醇 天津市永大化學(xué)試劑有限公司;氯仿、濃硫酸、濃磷酸 上海凌峰化學(xué)試劑有限公司;FeCl3·6H2O 上海展云化工有限公司;以上試劑均為分析純。1.2 儀器與設(shè)備

    旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海知信實驗儀器技術(shù)有限公司;85-2恒溫磁力攪拌器 杭州惠創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司;UV-2550紫外-可見分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司;差熱分析儀 島津國際貿(mào)易(上海)有限公司;D8 Advance型X-射線衍射儀 日立高新技術(shù)有限公司;Nexus傅里葉變換紅外光譜儀 美國Thermo Nicolet公司。

    1.3 方法

    1.3.1 樣品制備

    PS與HP-β-CD物理混合樣品的制備:準確稱取一定質(zhì)量的PS和HP-β-CD,并配制物質(zhì)的量比為1∶4的樣品,放在研缽中混合研磨均勻,然后放在干燥器中作為對照品備用。

    HP-β-CD/PS包合物的制備:配制PS和HP-β-CD物質(zhì)的量比為1∶4的樣品,分別用二氯甲烷和甲醇完全溶解,將各自溶解好的樣品混合均勻,放在恒溫磁力攪拌器中,以中檔的攪拌速度攪拌,設(shè)置溫度為45 ℃,反應(yīng)12 h后,取下樣品,進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā),待蒸發(fā)到固體狀態(tài)時放在干燥器中干燥得到HP-β-CD/PS包合物。

    1.3.2 HP-β-CD/PS包合物的檢測

    差熱掃描(differential scanning calorimetry,DSC)[8]分析:分別稱量PS、HP-β-CD、PS與HP-β-CD物理混合物和HP-β-CD/PS包合物樣品3.00~5.00 mg放入鋁質(zhì)坩堝中進行壓片密封,進行分別測定,其條件為N2流速40.00 mL/min,以10 ℃/min的升溫速率在30~300 ℃條件下測定樣品的熱性質(zhì)。

    X射線衍射(X-ray diffractomer,XRD)[9]分析:分別取PS、HP-β-CD、PS與HP-β-CD物理混合物以及HP-β-CD/PS包合物樣品,使用XRD進行樣品分析,衍射角度范圍0°~180°。

    傅里葉紅外光譜(fourier transform infrared spectroscopy,F(xiàn)T-IR)[10]分析:分別取PS、HP-β-CD、PS與HP-β-CD物理混合物以及HP-β-CD/PS包合物樣品,以KBr壓片技術(shù),F(xiàn)T-IR進行掃描。儀器參數(shù):分辨率為4 cm-1,掃描次數(shù)為32。

    1.3.3 HP-β-CD/PS包合物中PS的含量及包合率的測定

    1.3.3.1 HP-β-CD/PS包合物中PS含量的測定

    HP-β-CD/PS包合物中PS含量的測定采取硫磷鐵法[11-12],其原理是當(dāng)PS在三價鐵和濃硫酸共同作用的條件下會產(chǎn)生一種呈紫色、較穩(wěn)定的化合物,而且這種紫色化合物在520~550 nm的波長下會顯現(xiàn)出特征吸收峰,其中吸光度與PS的含量成正比,所以考慮用分光光度計對包合物中PS的含量進行測定。具體操作如下:

    鐵貯存液配制:精確稱取FeCl3·6H2O 2.50 g加入質(zhì)量分數(shù)85%的濃磷酸,并定容至100 mL,得到鐵貯存液,貯存于棕色瓶中,在室溫可長期保存。

    硫磷鐵顯色劑配制:量取上述配好的鐵貯存液8 mL,用濃硫酸將其定容至100 mL。

    最大吸收波長的確定:精確稱取PS 2.50 mg,加入無水乙醇使其溶解并定容至25 mL。移取5 mL于10 mL具塞刻度試管中,然后沿管壁緩緩加入硫磷鐵顯色劑5 mL,振搖30 次使其混勻,冷卻至室溫,以無水乙醇+硫磷鐵顯色劑為空白,于350~750 nm波長范圍內(nèi)掃描,確定其最大吸收波長。

    PS標(biāo)準曲線的繪制:分別準確量取0、1、2、3、4、5 mL的0.10 mg/mL PS溶液置于10 mL具塞刻度試管中,各加入無水乙醇5、4、3、2、1、0 mL,然后在每支試管中各加入5 mL硫磷鐵顯色劑,搖勻,冷卻至室溫,于最大吸收波長處測定吸光度。橫坐標(biāo)為各管樣品的濃度,縱坐標(biāo)為對應(yīng)的吸光度,以此來繪制PS溶液的標(biāo)準曲線。

    1.3.3.2 PS包合率的測定

    以PS的包合率和包合效率作為指標(biāo)考察HP-β-CD/PS包合物的包合效果,計算如式(1)~(3)所示:

    1.3.4 HP-β-CD/PS包合工藝的優(yōu)化

    1.3.4.1 物質(zhì)的量比對包合效果的影響

    改變HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比,固定包合溫度為45 ℃,包合溶劑分別用甲醇與二氯甲烷溶解,包合時間為12 h,以包合率和包合效率為指標(biāo),考察HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比分別為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和6∶1時的包合效果,確定最佳包合效果的物質(zhì)的量比。

    1.3.4.2 溶劑對包合效果的影響

    考慮到本實驗的包合方法是HP-β-CD與PS各自用合適的有機溶劑溶解,之后再混合,混合后的兩種溶劑不能分層,所以PS考慮用二氯甲烷或三氯甲烷,HP-β-CD用甲醇或乙醇。固定物質(zhì)的量比為4∶1,包合溫度為45 ℃,包合時間為12 h,以HP-β-CD/PS的包合率與包合效率作為指標(biāo),篩選一組較為合適的溶劑。

    1.3.4.3 包合溫度對包合效果的影響

    選用上述實驗得出的優(yōu)化條件下的物質(zhì)的量比和篩選出的較好的包合效果的一組溶劑,包合時間為12 h,控制反應(yīng)溫度變量,考察包合溫度分別為30、35、40、45、50、55、60 ℃對HP-β-CD/PS包合效果的影響。

    1.3.4.4 包合時間對包合效果的影響

    選用之前實驗得出的優(yōu)化條件下的物質(zhì)的量比和溫度以及篩選出的較好的包合效果的一組溶劑,改變包合時間,設(shè)置6、8、10、12、14 h 5 個因素水平,考察不同的反應(yīng)時間對包合效果的影響。

    1.3.5 HP-β-CD與PS包合的響應(yīng)面試驗

    在單因素試驗的基礎(chǔ)上根據(jù)Box-Behnken試驗的設(shè)計原理采用三因素三水平響應(yīng)面法優(yōu)化[13-14]HP-β-CD包合PS的包合條件,以包合率為評價指標(biāo),試驗因素和水平見表1。

    表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素與水平Table 1 Coded levels of independent variables used in response surface analysis

    1.3.6 HP-β-CD/PS包合物水中溶解度的測定

    稱取過量的PS、HP-β-CD/PS物理混合 物以及包合樣品分別置于10 mL的容量瓶中,加水配制成過飽和溶液,旋渦混合5 min后于3 7 ℃的搖床中振蕩平衡24 h。取出一部分溶液以0.45 μm的水膜過濾,精密吸取0.50 mL過濾后的溶液,用純凈水稀釋到適當(dāng)倍數(shù)后,置于10 mL的容量瓶中,在548 nm波長處測定吸光度,將其代入PS溶液標(biāo)準曲線方程,計算PS、HP-β-CD/PS物理混合物以及包合樣品在水中的溶解度。

    2 結(jié)果與分析

    2.1 最大吸收波長的確定

    波長掃描見圖1,確定植物甾醇的最大吸收波長為548 nm。

    圖1 植物甾醇波長掃描Fig. 1 Visible absorption spectrum of phytosterol

    2.2 植物甾醇溶液標(biāo)準曲線的繪制

    以植物甾醇溶液質(zhì)量濃度(mg/mL)為橫坐標(biāo),548 nm波長處的吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準曲線。植物甾醇標(biāo)準曲線的線性擬合方程為Y=1.234 86X+0.023 29,相關(guān)系數(shù)R2為0.994 23。

    2.3 HP-β-CD/PS包合物的驗證

    2.3.1 DSC驗證實驗

    由圖2可知,PS在140 ℃顯示了一個強的吸熱峰,而HP-β-CD屬于無定型粉末,在50~110 ℃有吸熱峰,可能是由HP-β-CD脫水作用引起的[15],而HP-β-CD/PS物理混合物的圖譜,既顯示了PS的吸熱峰,又出現(xiàn)HP-β-CD的吸熱峰,但峰值和單純的PS和HP-β-CD的峰值不同,可能是因為在物理混合物中存在著兩者之間物理相互作用的影響,說明了物理混合物并不起包合作用。而HP-β-CD/PS包合物的圖譜表明在實驗溫度范圍內(nèi)并沒有任何尖銳的峰值出現(xiàn),證實了包合物的形成,因為在包合物中PS是以無定形狀態(tài)分散在HP-β-CD中,從而使得它們原有的吸熱峰消失[16]。

    圖2 HP-β-CD、PS、物理混合物及包合物的DDSSCC圖譜Fig. 2 DSC spectra of HP-β-CD, PS, HP-β-CD mixture and HP-β-CD/PS inclusion complex

    2.3.2 XRD驗證實驗

    圖3 XRD圖譜Fig. 3 XRD graphs of samples

    為了進一步驗證HP-β-CD/PS包合物的形成,進行了XRD分析。圖3中PS出現(xiàn)了強而尖的衍射峰,HP-β-CD則沒有任何的晶型峰,表現(xiàn)為彌散衍射峰,表明它是一種無定型的粉末,這與DSC分析的結(jié)果相吻合。由HP-β-CD/PS物理混合物的XRD圖譜可知,PS在5°~25°處的強衍射峰依然存在,并且圖譜是PS與HP-β-CD雙重衍射峰的一個疊加[17],因為HP-β-CD的無定形使得混合物峰的強度有所下降。然而在HP-β-CD/PS包合物的XRD圖譜中沒有顯示任何尖銳的峰值,表現(xiàn)為彌散衍射峰,這是因為PS被HP-β-CD包合后,其自身的特征消失,形成了新的無定形物質(zhì),和單純的主客體結(jié)構(gòu)相比有著明顯的不同,也因此表明了包合物的成功形成[18]。

    2.3.3 FT-IR驗證實驗

    圖4結(jié)果表明,在包合物中,PS在2 900 cm-1與1 500 cm-1的吸收峰均消失[19],在物理混合物中PS的這些特征吸收峰卻表現(xiàn)很突出,而在包合物中并未顯現(xiàn),說明物理混合物并沒有起到包合的作用,而且包合物的吸收峰與HP-β-CD的吸收峰大體相同,可以表明HP-β-CD可以識別PS,驗證了包合物的形成[20]。

    圖4 FT-IR圖Fig. 4 FT-IR spectra of samples

    2.4 HP-β-CD/PS包合工藝優(yōu)化

    2.4.1 HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比對包合效果的影響

    圖5 HHPP--β-CD與PS的物質(zhì)的量比對包合效果的影響Fig. 5 Effect of molar ratio of HP-β-CD to PS on the inclusion effi ciency of PS

    從圖5可知,在一定范圍內(nèi),無論是包合率還是包合效率,都隨著HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比的增大而增大。但超過了一定的物質(zhì)的量比,包合率和包合效率都有所下降,原因可能在于當(dāng)HP-β-CD超過一定量后,分子的運動性受阻不利于PS的包合。HP-β-CD與PS不同的物質(zhì)的量比對包合效率的影響不大,差異很小,而當(dāng)兩者的物質(zhì)的量比為4∶1時包合率最大,因此確定HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比為4∶1。

    2.4.2 包合溶劑對包合效果的影響

    圖6 包合溶劑對HHPP--β--CCDD/PS包合效果的影響Fig. 6 Infl uence of inclusion solvents on the inclusion effi ciency of HP-β-CD/PS

    如圖6所示,當(dāng)二氯甲烷與甲醇組合即PS用二氯甲烷溶解、HP-β-CD用甲醇溶解時,其包合率和包合效率都是最高的,因此確定選用溶劑為二氯甲烷和甲醇。

    2.4.3 包合溫度對包合效果的影響

    圖7 包合溫度對HHPP--β--CCDD/PS包合效果的影響Fig. 7 Effect of temperature on the inclusion effi ciency of HP-β-CD/PS

    由圖7可知,隨著溫度的升高,包合率和包合效率都呈上升趨勢,在45 ℃時包合率和包合效率均為最高,但當(dāng)溫度超過45 ℃,包合率和包合效率都趨于平緩,甚至下降,原因可能因為在包合的過程中,低溫度時分子運動不夠劇烈,HP-β-CD與PS的碰撞機會小,而當(dāng)溫度過高時分子的運動過于強烈而使PS不易被包合[21]。在整個過程中溫度對包合效率的影響并不大,包合效率之間的差值很小。因此確定包合溫度為45 ℃。

    2.4.4 包合時間對包合效果的影響

    圖8 包合時間對HHPP--β--CCDD/PS包合效果的影響Fig. 8 Infl uence of reaction time on the inclusion effi ciency of HP-β-CD/PS

    由圖8可知,隨著包合時間的延長,包合率逐漸增大,達到一定值后趨于平穩(wěn),雖然包合效率也呈現(xiàn)增加的趨勢,但是整體看來,包合效率的差異并不大,因此主要考慮包合率。當(dāng)包合時間超過12 h,包合率幾乎不再增大,因此確定包合時間為12 h。

    2.5 HP-β-CD與PS包合的響應(yīng)面試驗結(jié)果

    2.5.1 構(gòu)建模型及顯著性分析檢驗

    根據(jù)響應(yīng)面試驗設(shè)計[22-23],試驗結(jié)果見表2,由Design-Expert V8.0.6.1軟件處理得到的回歸模型的方差分析及顯著性檢驗見表3。

    利用統(tǒng)計分析軟件得出的HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比、包合溫度、包合時間之間的二次多項回歸模型方程如下:

    由表3的方差分析可知,該數(shù)學(xué)模型P值小于0.000 1,說明該模型極其顯著。失擬項P值大于0.05,表明不顯著,即該數(shù)學(xué)模型在被分析的整個回歸區(qū)域內(nèi)擬合較好。該方程的多元相關(guān)系數(shù)R2為0.989 6,說明試驗操作是可行的。因此,回歸方程可以較好地描述各因素與響應(yīng)值(包合率)之間的真實關(guān)系,可以利用該回歸方程找出HP-β-CD包合PS的最優(yōu)條件。

    表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

    表3 回歸模型的方差分析及顯著性檢驗Table 3 Analysis of variance and signifi cance test of the regression mooddeell

    2.5.2 包合工藝的響應(yīng)面分析與優(yōu)化

    用Design-Expert V8.0.6.1軟件,依據(jù)回歸方程式得出響應(yīng)面和等高線圖[24-25]。

    圖9a顯示包合時間為11 h時,HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比和包合溫度對包合率的影響。HP-β-CD與PS 物質(zhì)的量比較低時(如2∶1),包合率隨溫度的升高而增大,但隨物質(zhì)的量比的增加,包合率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。同理,在包合溫度較低的時候(如30 ℃),包合率隨物質(zhì)的量比的增大而增大,但達到一定溫度后,包合率又開始下降。從響應(yīng)面3D圖和等高線圖可以看出,在最小橢圓里存在極大值。

    圖9b顯示包合溫度為45 ℃時,HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比和包合時間對包合率的影響。包合初始,包合率隨HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比的增大而增大,但當(dāng)時間達到一定值后,包合率又開始下降。同樣,當(dāng)HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比較低時,包合率隨包合時間的延長而增大,但隨物質(zhì)的量比的增加,包合率開始下降,但是下降的速率小于HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比較低時的速率。原因可能是在物質(zhì)的量比較高時,分子運動受阻,阻礙了包合過程的進行。

    圖9c顯示HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比為4∶1時,包合溫度和包合時間對包合率的影響。不同包合溫度下,包合率均隨包合時間的延長呈先增大后減小的趨勢;不同包合時間的情況下,隨包合溫度的升高,包合率也是同樣的出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。且在響應(yīng)面圖的最高點和橢圓中心處存在極大值。

    圖9 各因素交互作用對包合率影響的響應(yīng)面圖Fig. 9 Respo nse surface and contour plots showing the interactive effect of factors on inclusion rate

    2.6 HP-β-CD與PS包合工藝條件的確定

    在選取的各因素范圍內(nèi),由Design-Expert V8.0.6.1軟件分析可以得到,包合工藝的最佳包合條件為HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.27∶1、包合溫度47 ℃、包合時間11.93 h,得到的包合率為96.57%。但考慮到實際操作的便利,將包合工藝的工藝條件修正為:HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.30∶1、包合溫度47 ℃、包合時間12 h。在此修正條件下,重復(fù)3 次實驗,得到包合工藝的平均包合率為97.25%,與預(yù)測值96.57%基本一致,實際測定值比理論預(yù)測值高0.68%,說明該數(shù)學(xué)模型能很好的預(yù)測各因素同包合率之間的關(guān)系。

    2.7 PS水中溶解度的測定結(jié)果

    按1.3.6節(jié)所描述方法把測得的數(shù)據(jù)代入標(biāo)準曲線方程[26-27],經(jīng)計算得到PS、HP-β-CD/PS物理混合物和HP-β-CD/PS包合物中,PS在37 ℃水中的溶解度,見表4。

    表4 37 ℃條件下各樣品PS在水中的溶解度Table 4 Water solubility of PS, its physical mixture and inclusion complex with HP-β-CD at 37 ℃

    由表4可知,物理混合物和包合物樣品中PS在水中的溶解度都有所改善,但是改善的程度并不相同,相比包合物來講,物理混合物改善的并不明顯[28],而包合物中PS溶解度是原來PS在水中溶解度的300多倍,也證明了本實驗方法的可靠性,當(dāng)包合反應(yīng)發(fā)生后,因為HP-β-CD的空腔外部為親水性的羥基,間接地提高了PS在水中的溶解性,因此當(dāng)PS被包合以后,其水溶性得到了顯著的提高[29-30]。

    3 結(jié) 論

    本研究通過HP-β-CD包合PS,并采用DSC、XRD和FT-IR對得到的 包合物進行分析鑒定,證實了包合物的存在;單因素試驗得到各個因素的最佳添加量,并根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理,在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用三因素三水平響應(yīng)面法優(yōu)化HP-β-CD包合PS條件,確定最佳包合工藝為HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.27∶1、包合溫度47 ℃、包合時間11.93 h,得到的包合率為96.57%。但考慮到實際操作的便利,將包合工藝的工藝條件修正為:HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.30∶1、包合溫度47 ℃、包合時間12 h。在此修正條件下,重復(fù)3 次實驗,得到包合工藝的平均包合率為97.25%;最后測定了PS、HP-β-CD/PS物理混合物、HP-β-CD/PS包合物在37 ℃條件下在相同體積水中的溶解度,結(jié)果表明在包合狀態(tài)下,PS的水溶性得到大幅度的提高,水溶性平均值達到8.31 mg/mL,是其原來(0.027 mg/mL)的307.90 倍。

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    Optimization of Preparation of Inclusion Complex of Phytosterol with Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin for Improved Water Solubility by Response Surface Methdology

    ZHENG Wen, WANG Yuan, YUAN Tianqing, CAI Junjun, GONG Xingwen*
    (School of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China)

    In this study, phytosterol (PS) was included with hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) to improve its solubility and thereby broaden the range of its application in the food industry. The inclusion complex was tested by differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy and X-ray diffraction. The inclusion process was optimized using response surface methodology. The optimum conditions obtained were as follows:molar ratio between PS and HP-β-CD, 4.27:1; temperature, 47 ℃; and inclusion time, 11.93 h, yielding an inclusion rate of 96.57%. However, to improve operating convenience, these parameters were modified as 4.30:1, 47 ℃, and 12 h,respectively. Triplicate experiments carried out under these conditions gave an average inclusion rate of up to 97.25%. At 37 ℃, the water solubility of HP-β-CD/PS clathrate reached an average of 8.31 mg/mL, which was 307.90 times of its original solubility (0.027 mg/mL).

    phytosterol; hydroxypropyl-β-cyclodextrin; inclusion; solubility

    10.7506/spkx1002-6630-201720023

    TS202.3

    A

    1002-6630(2017)20-0161-08

    鄭雯, 王遠, 袁田青, 等. 響應(yīng)面試驗優(yōu)化羥丙基-β-環(huán)糊精包合植物甾醇的水溶性改性工藝[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(20):

    161-168.

    10.7506/spkx1002-6630-201720023. http://www.spkx.net.cn

    ZHENG Wen, WANG Yuan, YUAN Tianqing, et al. Optimization of preparation of inclusion complex of phytosterol with hydroxypropyl-β-cyclodextrin for improved water solubility by response surface methdology[J]. Food Science, 2017, 38(20)∶161-168. (in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201720023. http∶//www.spkx.net.cn

    2016-12-22

    浙江省自然科學(xué)基金項目(LY12C19011);食品科學(xué)與工程浙江省重中之重一級學(xué)科資助項目(JYTSP20141052)

    鄭雯(1990—),女,碩士研究生,研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail:zhengwen0412@163.com

    *通信作者:宮興文(1971—),男,副研究員,博士,研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail:gongxingwen@163.com

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