辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的制備工藝研究

王藝瑾，歐陽茜茜，盛軍，田洋*

（1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，云南 昆明 650201；2.食藥同源資源開發(fā)與利用教育部工程研究中心，云南 昆明 650201；3.云南省生物大數(shù)據(jù)重點實驗室，云南 昆明 650201；4.廣東醫(yī)科大學(xué)海洋醫(yī)藥研究院，廣東 湛江 524023；5.廣東湛江海洋醫(yī)藥研究院，廣東 湛江 524023）

辣木籽（Moringa oleifera seed）是辣木中的可食用部分之一，蛋白質(zhì)及脂質(zhì)含量占比高，具有較高的營養(yǎng)價值[1]，含有多種活性成分，如黃酮類、皂苷類、多糖類等[2-4]。辣木籽的活性成分之一異硫氰酸酯，是一類廣泛存在于十字花科植物中的天然活性物質(zhì)，具有良好的抗腫瘤、抗氧化、抗炎、神經(jīng)保護、組織保護等活性[5-8]，辣木籽異硫氰酸酯的糖苷配基部分中有一個額外的鼠李糖結(jié)構(gòu)，相較其他十字花科中的異硫氰酸酯[9-11]，具有相對高的穩(wěn)定性。但相比其他活性物質(zhì)，辣木籽提取出的異硫氰酸酯類化合物在常溫及光照條件下易降解[12-14]，導(dǎo)致該活性物質(zhì)的生物利用率普遍較低。為保護辣木籽異硫氰酸酯的生物活性，提高其生物利用率，本文采用柔性脂質(zhì)體技術(shù)包裹辣木籽異硫氰酸酯，制備辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體，以期為植物提取活性成分柔性脂質(zhì)體的制備提供方向，提高天然活性成分的生物利用率，同時為辣木的高值化利用提供新思路。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辣木籽異硫氰酸酯：云南農(nóng)業(yè)大學(xué)云南省生物大數(shù)據(jù)重點實驗室自制；大豆卵磷脂：阿偉拓（上海）醫(yī)藥科技有限公司；膽固醇、膽酸鈉、甲醇（分析純）：上海麥克林生化科技有限公司；二氯甲烷（分析純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；三氯甲烷（分析純）：成都市科隆化學(xué)品有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

CR-100S超聲清洗儀：深圳市春霖清洗設(shè)備有限公司；A360型紫外可見分光光度計：翱藝儀器（上海）有限公司；YRE-2000E旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司；THZ-300搖床：上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的制備方法

采用薄膜分散法制備辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體。將卵磷脂、膽固醇、膽酸鈉溶于甲醇和三氯甲烷（1∶1，體積比）的混合液，使用超聲清洗儀超聲助溶，待溶解完全，轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶，于37℃真空條件下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機溶劑形成磷脂薄膜。

將異硫氰酸酯-二氯甲烷（0.5 mmol/L）溶液加入到含有磷脂薄膜的圓底燒瓶，置于搖床中，25℃避光條件下，用10 mL磷酸鹽緩沖溶液（phosphate buffer saline，PBS）（pH7.5）水化 12 h，得到異硫氰酸酯粗柔性脂質(zhì)體懸濁液。將異硫氰酸酯粗柔性脂質(zhì)體懸濁液再次旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)（25℃）除去二氯甲烷，超聲清洗儀超聲使辣木籽異硫氰酸酯在柔性脂質(zhì)體懸浮液中均勻分布，最后置于4℃避光保存。

1.3.2 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的包封率測定

1.3.2.1 辣木籽異硫氰酸酯標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立

精確稱取辣木籽異硫氰酸酯311 mg，放入容量瓶中用二氯甲烷定容到100 mL，得到質(zhì)量濃度為10 mmol/L的異硫氰酸酯溶液。之后再分別梯度稀釋成 0.025、0.050、0.075、0.100、0.125、0.150、0.175、0.200、0.550 mmol/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以二氯甲烷為空白對照，于236 nm處測量其吸光度，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線A=5.088 6C+0.032 7，R2=0.999。

1.3.2.2 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的計算

辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的包封率采用低溫超速離心法計算。將柔性脂質(zhì)體用PBS稀釋3倍后，加入1.5 mL離心管中，按照柔性脂質(zhì)體稀釋液∶甲醇=1∶2（體積比）加入甲醇，旋渦振蕩1 min，再超聲5 min，4℃下以15000 r/min離心30 min，離心結(jié)束后精密移取上清液1 mL檢測上清液的吸光度，再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算異硫氰酸酯的濃度C。包封率（entrapment efficiency，EE）的計算公式如下。

式中：C總為加入異硫氰酸酯的濃度，mmol/L；C游為上清液中異硫氰酸酯的濃度，mmol/L。

1.3.3 單因素試驗

按照1.3.1的制備方法，選取卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比（2∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1）、卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比（2∶1、4∶1、6∶1、8∶1、10∶1、12∶1）、超聲時間（2、4、6、8、10、12 min）3 個因素進行單因素試驗，探究各因素對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的影響，每個因素平行試驗3次，取平均值。

1.3.4 Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體制備工藝

在單因素試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗設(shè)計方法，以包封率為響應(yīng)值，進行響應(yīng)曲面試驗設(shè)計，其因素與水平設(shè)計見表1。

表1 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體Box-Behnken試驗因素和水平Table 1 Factors and levels of box-behnken test for liposomes of isothiocyanate in Moringa oleifera seeds

1.3.5 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的形態(tài)表征

1.3.5.1 粒徑分布及Zeta電位

取辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體1 mL，用蒸餾水稀釋至10 mL，適當(dāng)超聲處理以防止微粒聚集影響測定結(jié)果，樣品測定前在25℃平衡2 min，采用粒徑分析儀測定柔性脂質(zhì)體的粒徑分布、多分散性系數(shù)（polydispersity index，PDI）及Zeta電位。

1.3.5.2 透射電子顯微鏡（transmission electron microscopy，TEM）觀察

取一滴辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體樣品滴在200目銅網(wǎng)上，室溫（25℃）下自然風(fēng)干除去水分后置于透射電子顯微鏡下觀察。

1.3.6 體外釋放率測定

以PBS（pH7.5）作為釋放介質(zhì)，精密量取辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體溶液10 mL至透析袋，將透析袋封口后置于40 mL的PBS中，室溫（25℃）下攪拌。分別于0、2、4、6、8……48 h每隔2 h取出4 mL釋放介質(zhì)PBS，并補充相同體積的PBS，于236 nm處檢測辣木籽異硫氰酸酯的含量，每組試驗重復(fù)3次。體外釋放率計算公式如下。

式中：W1為異硫氰酸酯的釋放濃度，mmol/L；W0為柔性脂質(zhì)體中異硫氰酸酯的總濃度，mmol/L。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗指標(biāo)的測定均重復(fù)3次，結(jié)果取平均值，數(shù)據(jù)采用Graphpad Prism5和Design Expert 8.0.6進行分析和繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 卵磷脂和膽固醇質(zhì)量比的考察

卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的影響見圖1。

圖1 卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的影響Fig.1 Effect of lecithin and cholesterol mass ratio on the encapsulation efficiency of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposome

如圖1所示，隨著卵磷脂質(zhì)量增加，膽固醇質(zhì)量的減少，辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的包封率總體呈逐漸增加的趨勢。當(dāng)卵磷脂與膽固醇的質(zhì)量比超過10∶1時，辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的包封率急劇減小。出現(xiàn)該結(jié)果的原因可能是膽固醇具有使柔性脂質(zhì)體保持穩(wěn)定，調(diào)節(jié)磷脂雙分子層柔韌性，使膜通透性降低，從而減少辣木籽異硫氰酸酯滲漏的作用[15]。在試驗中，當(dāng)使用的卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比為2∶1時，膽固醇添加量超過膜負(fù)荷，因此包封率并不高；但隨著卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比增大，柔性脂質(zhì)體體系穩(wěn)定性發(fā)生改變，導(dǎo)致辣木籽異硫氰酸酯泄露。綜上所述，卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比應(yīng)在10∶1附近較為合適。

2.1.2 卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比的考察

卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的影響見圖2。

如圖2所示，隨著卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比的增加，辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的包封率逐漸變大，當(dāng)質(zhì)量比為10∶1時辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的包封率最大；當(dāng)卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比繼續(xù)增大時，包封率則驟然減小。導(dǎo)致該結(jié)果的原因是膽酸鈉可以加強柔性脂質(zhì)體的柔性，是柔性脂質(zhì)體制備中的柔軟劑，同時它也能降低柔性脂質(zhì)體的粒徑。當(dāng)卵磷脂與膽酸鈉的質(zhì)量比達(dá)到閾值之后，過量的膽酸鈉使柔性脂質(zhì)體變形，粒徑過小，從而使辣木籽異硫氰酸酯滲漏[16-17]，隨著膽酸鈉質(zhì)量的減少，包封率逐漸變大，但當(dāng)膽酸鈉質(zhì)量太小時，柔性脂質(zhì)體的包封率受到較嚴(yán)重的影響，包封率隨之大幅降低。由此可知，卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比10∶1為辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體制備的最佳單因素條件。

圖2 卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的影響Fig.2 Effect of lecithin and sodium cholate mass ratio on the encapsulation efficiency of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposome

2.1.3 超聲時間的考察

超聲時間對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的影響見圖3。

圖3 超聲時間對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的影響Fig.3 Effect of ultrasound time on the encapsulation efficiency of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposome

由圖3可知，隨著超聲時間的延長，柔性脂質(zhì)體包封率呈先下降后上升再下降的趨勢，當(dāng)超聲時間8 min時，柔性脂質(zhì)體包封率最大；超聲時間8 min之后，隨著超聲時間的延長，柔性脂質(zhì)體包封率反而減小。出現(xiàn)該結(jié)果可能是因為適當(dāng)?shù)某暱梢允箞F聚的柔性脂質(zhì)體粒子逐漸分開，從而更好地包裹辣木籽異硫氰酸酯，但是過長時間的超聲，導(dǎo)致柔性脂質(zhì)體粒子被過度振蕩而碎裂[18-19]；同時，隨著超聲時間的延長，溶液體系溫度升高，柔性脂質(zhì)體體系穩(wěn)定性減小，從而發(fā)生滲漏。因此，最佳的超聲時間在8 min左右。

2.2 響應(yīng)曲面法優(yōu)化辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率

辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的Box-Behnken試驗方案與結(jié)果見表2。

表2 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率Box-Behnken試驗方案與結(jié)果Table 2 Experimental scheme and results of box-behnken Moringa oleifera seed isothiocyanate liposome encapsulation efficiency

利用Design-Expert 8.0.6軟件對表2數(shù)據(jù)進行多元回歸擬合，得到辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率對卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比、卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比、超聲時間的二次多項回歸模型為Y=61.32-0.28A+0.49B-0.55C+0.082AB-1.26AC-0.21BC-2.36A2-1.60B2-2.35C2，R2=0.914。對回歸方程系數(shù)進行顯著性檢驗見表3。

表3 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的方差分析Table 3 Variance analysis of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposome encapsulation efficiency

續(xù)表3 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率的方差分析Continue table 3 Variance analysis of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposome encapsulation efficiency

由表3可知，整體模型為極顯著（P＜0.01），失擬項不顯著（P＞0.05），說明方程和試驗擬合較好，可以對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體工藝進行預(yù)測。各因素對辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體包封率影響的排序為卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比（B）＞超聲時間（C）＞卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比（A）。圖4～圖6是根據(jù)回歸方程所做出的響應(yīng)曲面和等高線圖，等高線及響應(yīng)面圖能夠反映出各因素之間的交互作用以及各因素和響應(yīng)值之間的關(guān)系，等高線呈圓形表示兩因素間的交互影響作用不顯著[20-21]。

圖4 卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比和卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比對柔性脂質(zhì)體包封率影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.4 Response surface and contour diagram of the effect of lecithin-cholesterol mass ratio and lecithin-cholate mass ratio on liposome encapsulation efficiency

圖5 卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比和超聲時間對柔性脂質(zhì)體包封率影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.5 Response surface and contour diagram of the effect of lecithin-cholesterol mass ratio and ultrasound time on liposome encapsulation efficiency

圖6 卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比和超聲時間對柔性脂質(zhì)體包封率影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.6 Response surface and contour diagram of the influence of the mass ratio of lecithin-cholate and the ultrasound time on liposome encapsulation efficiency

由圖4可知，當(dāng)卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比一定時，柔性脂質(zhì)體包封率受卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比的影響不大，隨著卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比的增大，柔性脂質(zhì)體包封率先增大后有所下降；而當(dāng)卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比一定時，卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比對柔性脂質(zhì)體包封率影響較大，包封率隨著卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比的增大先增大后減小。

由圖5可知，當(dāng)卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比一定時，柔性脂質(zhì)體包封率受超聲時間的影響不大，隨著超聲時間的延長，柔性脂質(zhì)體包封率先增大后有所下降；當(dāng)超聲時間一定時，卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比對柔性脂質(zhì)體包封率影響也不大。

由圖6的響應(yīng)面可知，在卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比為10∶1，超聲時間為8 min時，柔性脂質(zhì)體的包封率可達(dá)到達(dá)到最大。從等高線圖可以看出，超聲時間軸向的等高線密集，說明超聲時間對柔性脂質(zhì)體包封率影響較大，而卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比軸向的等高線相對稀疏，說明卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比對柔性脂質(zhì)體包封率的影響較小。

2.3 模型驗證

通過軟件對模型進行分析，柔性脂質(zhì)體的最佳制備工藝條件為卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比9.95∶1、卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比10.32∶1、超聲時間7.78 min。此條件下，柔性脂質(zhì)體理論包封率為61.398 4%。

經(jīng)過3次平行試驗，測得平均包封率為（64.17±2.19）%，與理論預(yù)測值相差2.78%，小于3%。表明采用響應(yīng)面法優(yōu)化得到的異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體工藝可靠，具有一定應(yīng)用價值。

2.4 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的形態(tài)表征

2.4.1 粒徑分布及Zeta電位

圖7為辣木異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的粒徑分布和Zeta電位圖。

圖7 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的粒徑分布和Zeta電位Fig.7 Size distribution and Zeta potential of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposomes

圖7結(jié)果顯示，辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的平均納米粒徑為348 nm，多分散系數(shù)PDI為0.251，表明響應(yīng)面優(yōu)化后得到的辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體粒徑分散較為均一；Zeta電位圖顯示，該柔性脂質(zhì)體Zeta電位為-24.7 mV，表示該柔性脂質(zhì)體帶負(fù)電，且體系較為穩(wěn)定。

2.4.2 透射電子顯微鏡觀察

圖8為辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的透射電鏡圖。

圖8 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的透射電鏡圖Fig.8 Transmission electron micrograph of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposomes

圖8結(jié)果顯示，包裹辣木籽異硫氰酸酯的柔性脂質(zhì)體邊界清晰，為較圓整規(guī)則圓形，大部分柔性脂質(zhì)體呈分散狀態(tài)，但有小部分柔性脂質(zhì)體聚集。

2.5 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的體外釋放率

辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的體外釋放率如圖9所示。

圖9 辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的體外釋放情況Fig.9 The cumulative release of Moringa oleifera seed isothiocyanate liposomes

根據(jù)辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的體外釋放曲線可以看出，在釋放開始的前12 h～14 h，異硫氰酸酯出現(xiàn)爆發(fā)式釋放，之后釋放速度減慢，在48 h內(nèi)，累積釋放率達(dá)到80.105%左右，之后由于脫離柔性脂質(zhì)體包裹后的異硫氰酸酯在自然環(huán)境下不穩(wěn)定，因此釋放率在80%附近波動。這表明將辣木籽異硫氰酸酯做成柔性脂質(zhì)體之后，可以對辣木籽異硫氰酸酯的釋放得到一定的控制，達(dá)到辣木籽異硫氰酸酯的緩釋作用。

3 結(jié)論

本試驗利用薄膜分散法制備脂溶性辣木籽異硫氰酸酯的柔性脂質(zhì)體，通過Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化出辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的最佳制備工藝條件為卵磷脂與膽固醇質(zhì)量比9.95∶1、卵磷脂與膽酸鈉質(zhì)量比10.32∶1、超聲時間7.78 min，該條件下異硫氰酸酯脂質(zhì)體的包封率為64.17%，模型方程高度顯著，擬合性良好。辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體的粒徑為348 nm，多分散系數(shù)為0.251，Zeta電位為-24.7 mV，其形態(tài)分布較為均勻。該柔性脂質(zhì)體累積釋放率在0～14 h內(nèi)出現(xiàn)爆發(fā)式釋放，之后釋放率保持在80.105%左右，辣木籽異硫氰酸酯柔性脂質(zhì)體具有緩釋的效果。本研究將為植物提取活性成分柔性脂質(zhì)體的制備提供依據(jù)，同時為各行業(yè)提供生物利用率高的新劑型奠定基礎(chǔ)。