響應(yīng)面法研究茶多酚微膠囊成囊特性的影響因素

◎ 付嘉琪1，朱傳輝，張意鋒，李 超

（1.湘潭大學(xué)化工學(xué)院制藥工程，湖南 湘潭 411100；2.上海理工大學(xué)，上海 200093）

微膠囊技術(shù)是將被包覆物質(zhì)包封在粒徑在微米和納米級(jí)別的微小的、封閉性的外部膜內(nèi)形成粒子的。內(nèi)部的材料稱為芯材，外部材料稱為壁材。該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、生物等領(lǐng)域。

茶多酚（Tea Polyphenols），是茶葉中所含的一類多羥基類化合物的總稱，兒茶素類化合物主要包括沒(méi)食子兒茶素（EGC）、沒(méi)食子兒茶素沒(méi)食子酸酯（EGCG）、兒茶素沒(méi)食子酸酯（ECG）和兒茶素（EC）4種物質(zhì)。其性狀為淡黃至茶褐色略帶茶香的水溶液、粉狀固體或結(jié)晶，具澀味，具有較好的水溶性，親脂性較差。茶多酚因其具有較強(qiáng)的抗氧化作用，清除有害自由基的能力極強(qiáng)；還能調(diào)節(jié)免疫球蛋白的活性，舒緩腸胃緊張、止瀉和利尿等，從而廣泛運(yùn)用于心血管疾病的預(yù)防與治療、預(yù)防衰老、美容保健等領(lǐng)域。然而，由于茶多酚分子中的酚羥基非?；顫?，在光照、高溫以及堿性條件下極其容易發(fā)生氧化、聚合、縮合等反應(yīng)，導(dǎo)致其失去抗氧活性，這就使得茶多酚的儲(chǔ)藏與運(yùn)用存在一定的局限性。因此，我們可以采用微膠囊包埋技術(shù)，使得茶多酚被包裹起來(lái)以降低對(duì)環(huán)境的敏感性。同時(shí)，采用微膠囊包埋技術(shù)還有以下好處：①可以達(dá)到緩釋控釋的目的。②可以掩蓋茶多酚本身的不良?xì)馕丁?/p>

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

海藻酸鈉、明膠和四氧化三鐵均為CP；茶多酚；激光粒度測(cè)定儀，上海天精；高壓靜電微膠囊制備裝置（自制）。

1.2 方法

1.2.1 微膠囊的制備

高壓靜電微膠囊成型裝置如圖1所示。

微膠囊制備過(guò)程：把壁材溶液放在注射器中，經(jīng)過(guò)蠕動(dòng)泵推擠，壁材溶液通過(guò)針頭落入盛有氯化鈣溶液的量杯中，經(jīng)過(guò)高壓靜電場(chǎng)力的作用固化成微膠囊。

圖1 高壓靜電微膠囊成型裝置圖

1.2.2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

采用Box-Benhnken原理，選取電壓、注射器推進(jìn)速度和注射器針頭內(nèi)徑3因素3水平的響應(yīng)面，設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

1.3 微膠囊的檢測(cè)

在微膠囊溶液中過(guò)濾出微膠囊，通過(guò)激光粒度測(cè)定儀測(cè)定其粒徑。在電子顯微鏡下觀察微膠囊是否呈現(xiàn)圓形，圓形為合格，圓形以外為不合格。

微膠囊的合格率/%=（圓球形數(shù)目/總數(shù)）×100%

2 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)回歸模型的建立

根據(jù)Box-Behnken的中心組合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，分別以電壓、注射器推進(jìn)速度和注射器針頭內(nèi)徑作為自變量A、B、C，以微膠囊合格率為響應(yīng)值Y，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果表

2.2 回歸模型的建立

對(duì)表2結(jié)果，針對(duì)Y對(duì)A、B和C 3個(gè)變量進(jìn)行回歸擬合，得到如下方程：①回歸方程（代碼值）為Y=85.58+1.70A+6.77B-4.95C-0.37AB-0.91AC-2.79BC-8.47A2-8.80B2-6.19C2。②回歸方程（實(shí)際值）為Y=85.576 00+1.696 25A+6.768 75B-4.950 00C-0.370 00AB-0.187 50AC-2.792 50BC-8.465 50A2-8.795 50B2-6.193 00C2。上述的回歸方程表明Y和自變量A、B和C之間呈現(xiàn)線性關(guān)系。

2.3 多因素交互作用分析

對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合得到圖2各因素交互作用相應(yīng)面圖，分析多因素交互作用。AB的等值線圖最圓，說(shuō)明AC之間對(duì)合格率的影響最小，AC的等值線相對(duì)扁平，BC的最扁平，說(shuō)明BC之間的相互最大。

圖2 各因素交互作用相應(yīng)面圖

由圖2可以看出，當(dāng)電壓為3×104V時(shí)，固定注射器針頭內(nèi)徑隨著注射器推進(jìn)速度的增加，微膠囊合格率不斷提高，當(dāng)達(dá)到84 mm/h后，微膠囊合格率逐漸下降。固定注射器的推進(jìn)速度時(shí)，隨著注射器針頭內(nèi)徑的增加，微膠囊合格率上升，當(dāng)達(dá)到77 mm后，微膠囊合格率達(dá)到極大值。固定電壓時(shí)，當(dāng)注射器的推進(jìn)速度為80 mm/h時(shí)，隨著注射器針頭內(nèi)徑的增加，微膠囊合格率不斷提高，當(dāng)達(dá)到78 mm后，微膠囊合格率達(dá)到極大值后逐漸下降。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用高壓靜電微膠囊制備裝置以茶多酚制備微膠囊，并檢測(cè)成囊合格率，得出如下結(jié)論：①在電壓分別為2×104、3×104、4×104V的條件下，注射器推進(jìn)速度分別為70、80、90 mm/h，采用內(nèi)徑分別為0.1、0.15、0.2 mm的注射器針頭，形成微膠囊。通過(guò)3因素3水平的響應(yīng)面法優(yōu)化分析得到，成囊合格率與電壓和注射器推進(jìn)速度成正比，與注射器針頭內(nèi)徑成反比，此時(shí)微膠囊的合格率最高為85.57%，粒徑主要分布在80～500 μm，平均粒徑為270 μm。②在最優(yōu)條件下微膠囊合格率最高。