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荔枝多酚微胶囊的制备工艺优化及其特性分析

发布时间:2021-07-14 17:36所属平台:学报论文发表咨询网浏览:

摘要:以海藻酸钠和壳聚糖为壁材,通过复凝聚法制备荔枝多酚微胶囊,提高荔枝多酚的稳定性。选取包埋率为优化指标,利用正交试验得出最佳制备工艺,并对微胶囊的体外释放性能、温度稳定性及抗氧化活性进行研究。结果表明,荔枝多酚微胶囊的最佳制备工艺为:

  摘要:以海藻酸钠和壳聚糖为壁材,通过复凝聚法制备荔枝多酚微胶囊,提高荔枝多酚的稳定性。选取包埋率为优化指标,利用正交试验得出最佳制备工艺,并对微胶囊的体外释放性能、温度稳定性及抗氧化活性进行研究。结果表明,荔枝多酚微胶囊的最佳制备工艺为:海藻酸钠质量分数3.5%,氯化钙质量分数3%,壳聚糖质量分数2%,包埋时间1h,荔枝多酚质量分数0.8%,所得荔枝多酚微胶囊粒径均一,包埋率为95.74%;该微胶囊在模拟肠液(pH=6.86)中具有良好的靶向释放性,3h后多酚释放率为19.66%,ABTS清除率为20.30%;且在相同的温度条件下,荔枝多酚微胶囊较未包埋的荔枝多酚具有较高的多酚保留率,提高了2.09%-3.34%,表明荔枝多酚的微胶囊化可有效提高荔枝多酚的温度稳定性。

  关键词:荔枝多酚,复合凝聚法,微胶囊,释放性能,稳定性

荔枝产业

  荔枝(LitchichinensisSonn.)为无患子科,主产于我国广东、广西、海南等地[1]。荔枝中含有大量的酚类物质,如黄酮、酚酸、单宁等多类活性成分[2],具有抗氧化[3]、抗炎[4]、降血糖[5]及抑癌[6]等多种重要生物活性。目前荔枝多酚大多停留在提取纯化方面,谢三都等[7]通过超声波提取荔枝壳多酚,提取率为37.10%,董丽红等[8]通过C18硅胶层析柱将荔枝果肉多酚提取物分离出4个成分群。

  但荔枝多酚易氧化,对温度、光照、pH较为敏感[9],并且荔枝多酚在体内容易与生物大分子发生相互作用,从而导致其生物利用度降低[10],因此,提高荔枝多酚的稳定性具有重要的意义。微胶囊技术是一种或多种组分通过天然高分子材料对某种基质进行包埋,从而实现对包埋物有效递送的技术[11]。利用微胶囊技术对荔枝多酚进行包埋,可保护活性物质免受环境影响,提高其氧化稳定性,并具有缓释效果。

  常用的微胶囊制备方法包括喷雾干燥法、化学交联法及复凝聚法等[12],喷雾干燥法虽然设备要求低,但处理不当易结块、粘壁以及喷头堵塞等[13];化学交联法主要运用合成高分子材料进行包埋,这类材料一般化学稳定性高,但生物相容性差[14];而复凝聚法操作简单,反应条件相对温和,无有毒试剂,可批量生产[15],因此在各领域的应用中具有明显的优势。Oihane等[16]通过复凝聚法制备白藜芦醇微胶囊,包埋率达41.72%,具有较好的耐酸性能;石静文等[17]通过复凝聚法制备了苹果多酚微胶囊,包埋率高达85.13%,在肠道中具有良好的释放性能。

  目前,仍缺少对荔枝多酚进行包埋的相关研究。本实验以海藻酸钠、壳聚糖为壁材,采用复凝聚法制备荔枝多酚微胶囊,以包埋率为评价指标,通过正交试验优化制备工艺,并对其体外释放性能、抗氧化活性及温度稳定性进行测定。以期为荔枝多酚的高值化利用提供理论依据和技术支撑。

  1材料与方法

  1.1材料与仪器荔枝多酚纯度≥70%西安瑞盈生物科技有限公司;海藻酸钠高纯级合肥博美生物科技有限责任公司;壳聚糖中粘度,200-400mpa·s上海麦克林生化科技有限公司;碳酸钠、氯化钙、无水乙醇、盐酸分析级天津市大茂化学试剂厂;2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)(2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonicacid),ABTS)98%上海麦克林生化科技有限公司。SU8010型扫描电子显微镜日本日立电子仪器有限公司;UV-2450型紫外分光光度计美国安捷伦科技有限公司;BSA124S型电子分析天平赛多利斯科学仪器(北京)有限公司;THZ-82型水浴恒温振荡器中国荣华仪器制造有限公司。

  1.2实验方法

  1.2.1荔枝多酚微胶囊的制备工艺

  取适量的海藻酸钠,用pH值为3.0的磷酸缓冲液加热溶解;待溶解完全的海藻酸钠溶液冷却至室温,加入定量的荔枝多酚;采用滴注法把氯化钙溶液逐滴注入至混合液中,液滴迅速包裹形成胶珠,反应一段时间后浸泡在氯化钙溶液中,于4℃下静置过夜,使其硬化。过滤,用去离子水清洗数遍,将凝胶珠过滤到壳聚糖溶液中复膜,反应15min,过滤,清洗,于真空干燥器中干燥备用,得荔枝多酚微胶囊。

  1.2.2标准曲线的绘制

  精确称取0.100g±0.001g没食子酸,5mL70%甲醇溶解,用超纯水定容至100mL配制没食子酸标准溶液(1mg/mL)。分别移取2.0mL,2.5mL,3.0mL,3.5mL,4.0mL,4.5mL的没食子酸标准溶液于100mL容量瓶中,分别用超纯水定容至刻度,摇匀,质量浓度分别为20μg/mL~45μg/mL,间隔5μg/mL。分别移取不同质量浓度的没食子酸溶液1mL于10mL容量瓶中,加入5mL10%福林酚试剂,摇匀。反应3~8min,加入4mL7.5%碳酸钠溶液,加水定容至刻度,摇匀,室温下放置60min。用10mm比色皿、在765nm波长条件下用分光光度计测定吸光度。以没食子酸质量浓度(μg/mL)为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制标准曲线。

  1.2.3微胶囊包埋率的测定

  精确称取荔枝多酚微胶囊1.0g±0.2g,破碎振荡,超声溶解20min,静置,取上清液,测定吸光度,对照标准曲线,求得荔枝多酚的含量。荔枝多酚胶囊的包埋率(Encapsulationefficiency,EE)按下式(1)计算。EE(%)=(1–)x100%(1)式中:为未包埋多酚的质量(g);为微胶囊中多酚的质量(g)。

  1.2.4微胶囊工艺的单因素及正交试验设计

  以荔枝多酚包埋率为指标优化微胶囊的制备工艺,对海藻酸钠质量分数(1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%)、氯化钙质量分数(2%、3%、4%、5%、6%)、壳聚糖质量分数(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%)、包埋时间(1、2、3、4、5h)、荔枝多酚质量分数(0.6%、0.8%、1.0%、1.5%、2.5%)进行单因素试验。在单因素试验基础上,选取海藻酸钠质量分数、荔枝多酚质量分数、壳聚糖质量分数三个因素进行L9(34)正交试验的设计,以微胶囊包埋率为指标确定最佳制备工艺。

  1.2.5扫描电镜(SEM)分析取适量微胶囊样品分散于导电胶上,并进行喷金处理,用SU8010型电子显微镜进行观察。

  1.2.6抗氧化活性的测定参考邓姣[18],高瑾等[19]方法,将5mL7mmol/LABTS溶液和88μL140mmol/LK2S2O8均匀混合,避光放置14-16h,得到ABTS液。使用前用无水乙醇稀释至A734为(0.70±0.02)。准确吸取ABTS工作液2mL与25uL不同质量浓度的待测样品溶液混合摇匀,室温下避光反应6min,于734nm下测其吸光度A1,同时用无水乙醇代替样品液作为对照测定吸光度为A0,用蒸馏水代替ABTS+作为本地样液,测得吸光度为A2。用维生素C重复上述步骤。上述所有实验均重复操作三次,取平均值。

  1.2.7体外释放性能

  1.2.7.1pH对微胶囊溶胀性能的影响

  往一定量的缓冲液(pH=2.00、6.86、11.00)中分别加入0.30g微胶囊,维持温度为37℃±0.5℃,60r/min,分别在10、20、30、60、120、180min时取出称重,按式(3)计算溶胀率。

  1.2.7.2PH对微胶囊体外释放性能的影响

  参照陈文彬[20],Yang等[21]方法,往一定量的缓冲液(pH=2.00、6.86、11.00)中分别加入0.30g荔枝多酚及微胶囊,维持温度为37℃±0.5℃,60r/min,分别在10、20、30、60、120、180min时取上清液,同时补充同体积的缓冲液,按式2、式(4)计算ABTS清除率及多酚释放率。

  2结果与分析

  2.1标准曲线的绘制

  根据没食子酸质量浓度C(μg/mL)与紫外分光吸光度Abs之间的对应关系,建立线性方程,绘制相对的校准曲线:Y=0.0114x+0.0146(R2=0.9993)。

  2.2荔枝多酚微胶囊的单因素试验

  2.2.1海藻酸钠质量分数对荔枝多酚微胶囊包埋率的影响

  固定壳聚糖质量分数1%,氯化钙质量分数2%,包埋时间1h,荔枝多酚质量分数1%,研究海藻酸钠质量分数对荔枝多酚微胶囊包埋率的影响,随着海藻酸钠质量分数的提高,微胶囊的包埋率逐渐升高,并于3%质量分数时,包埋率达到最高91.76%。

  这是由于海藻酸钠分子中含有G分子链,可以跟二价金属钙离子键合,形成海藻酸钙三维网状凝胶结构,称为蛋盒(egg-box)结构[24,25],随着海藻酸钠质量分数的提高,存在更多的G分子链与钙离子键合,形成更稳定的微胶囊,从而提升荔枝多酚的包埋率。但随着海藻酸钠质量分数继续提高,其分子链与钙离子的键合已达到饱和,出现分子链过剩的现象,难以形成紧密的网状结构,造成胶囊包埋率的下降。因此,海藻酸钠的最佳质量分数是3.0%。

  2.2.2氯化钙质量分数对荔枝多酚微胶囊包埋率的影响

  固定海藻酸钠质量分数2%,壳聚糖质量分数1%,包埋时间1h,荔枝多酚质量分数1%,研究氯化钙质量分数对荔枝多酚微胶囊包埋率的影响,随着氯化钙质量分数的提高,微胶囊的包埋率逐渐升高,并于3%质量分数时,包埋率达到最高91.44%。这是由于氯化钙质量分数的提高,存在更多的钙离子与海藻酸钠的G分子链键合,形成更为紧密的网状结构,从而提升荔枝多酚的包埋率。但随着氯化钙质量分数继续提高,出现氯化钙过剩的现象,G分子链与钙离子形成过于紧密的结构,多酚的包埋量有限,造成胶囊包埋率的下降。因此,氯化钙的最佳质量分数是3%。

  2.2.3壳聚糖质量分数对荔枝多酚微胶囊包埋率的影响

  固定海藻酸钠质量分数2%,氯化钙质量分数2%,包埋时间1h,荔枝多酚质量分数1%,研究壳聚糖质量分数对荔枝多酚微胶囊包埋率的影响。随着壳聚糖质量分数的提高,微胶囊的包埋率逐渐升高。这是由于壳聚糖溶解于稀醋酸中,其分子链上产生大量带正电荷的伯氨基,海藻酸钠在水中可形成大量带负电荷的羧基,加入壳聚糖溶液时,壳聚糖可通过正、负电荷的静电作用聚集在海藻酸钠表面[26,27],形成第二层胶囊壁。

  随着壳聚糖质量分数的提高,壳聚糖将快速包裹于海藻酸钠胶囊表面,防止制备过程中多酚的损失,从而提高荔枝多酚的包埋率。但随着壳聚糖质量分数继续提高,质量分数大于2.0%时,壳聚糖溶液过于粘稠,微胶囊难以均匀复膜。因此,壳聚糖的最佳质量分数是1.5%。

  2.3荔枝多酚微胶囊的正交试验

  在单因素试验结果的基础上,确定正交因素的水平范围为海藻酸钠质量分数2.5%-3.5%、荔枝多酚质量分数0.6%-1.5%、壳聚糖质量分数1.0%-2.0%,以包埋率为指标,确定荔枝多酚微胶囊的最佳制备条件。从正交实验结果表可知:以荔枝多酚包埋率为评价指标,影响从大到小排序分别是荔枝多酚质量分数>海藻酸钠>壳聚糖。荔枝多酚微胶囊制备的最佳组合为:3.5%海藻酸钠,0.8%荔枝多酚,2%壳聚糖,依照上述条件进行方法验证,得到的荔枝多酚微胶囊包埋率是95.74%。

  2.5体外释放性能

  2.5.1pH对微胶囊溶胀性能的影响

  胶囊处于pH=6.86(模拟肠液)时溶胀率最大,这是由于羧基发生电离,氨基发生质子化,分子之间的静电斥力加大,降低了微胶囊的交联密度,随后引起微胶囊溶胀[28]。当胶囊处于pH=11.00时,微胶囊表面的壳聚糖在碱性环境下会沉淀固化,氨基质子化趋势减弱,结构收缩[29],从而导致微胶囊溶胀率较6.86低。

  当胶囊处于pH=2.00(模拟胃液)时溶胀率最低,这是由于氨基和羧基都呈现出不同程度的质子化,—NH2的质子化作用(—NH3+)使得静电斥力和亲水性增加,但—COO-的质子化作用使—COOH、—NH2和—OH之间形成氢键而导致高分子链收缩,导致其溶胀率较低[30],说明胶囊在胃液中相对稳定,可较好地保护荔枝多酚;而胶囊在模拟肠液中溶胀率最大,表明荔枝多酚能较好地在肠道逸出,达到精准释放的效果。

  2.6温度对荔枝多酚稳定性的影响

  随着温度的升高,微胶囊、未包埋的荔枝多酚溶液中多酚的保留率呈现持续下降的趋势。当未包埋的荔枝多酚溶液置于30、40、50℃下,3h后多酚保留率分别下降为80.47%、73.74%、67.19%,说明荔枝多酚对温度较为敏感,并且温度越高,溶液中多酚降解越快,这是因为高温促使了多酚生化反应的进行,部分活性物质含有红色的黄烊盐阳离子,升温使它向无色的假碱或查尔酮方向转化,并且高温破坏了反应的可逆性,导致活性物质进一步降解,多酚保留率迅速下降[32,33]。当微胶囊置于30、40、50℃下,3h后多酚保留率分别为82.56%、77.08%、70.08%,多酚保留率均比未包埋的荔枝多酚高,表明荔枝多酚的微胶囊化后可有效提高多酚的温度稳定性。

  农艺师职称论文投稿刊物:《南方农业学报》是国内外公开发行的综合性农业学术期刊,主要刊登基础理论和应用技术研究方面的学术论文,包括研究报告、技术经验总结、研究简报、文献综述与调查报告等,涉及农业自然科学交叉领域方面具有创新性、先进性、学术性、应用性的充分反映我国南方地区农业技术创新和农业科研成果,突出南方热带、亚热带农业特色。

  结论

  本实验通过复凝聚法制备了荔枝多酚微胶囊,并以包埋率为指标,采用正交试验得出最优制备工艺:海藻酸钠质量分数3.5%,氯化钙质量分数3%,壳聚糖质量分数2%,包埋时间1h,荔枝多酚质量分数0.8%,所得微胶囊的包埋率为95.74%。该胶囊近似球形,粒径均一,外表不平滑,平均粒径为1mm。体外释放性能结果表明荔枝多酚微胶囊在不同pH下的多酚释放曲线均符合一级动力学模型,在模拟肠液(pH=6.86)中的多酚释放率、ABTS清除率及溶胀率最大,具有良好的靶向释放性;且在相同的温度条件下,荔枝多酚微胶囊较未包埋的荔枝多酚具有较高的多酚保留率,提高了2.09%-3.34%,表明荔枝多酚的微胶囊化可有效提高荔枝多酚的温度稳定性。

  参考文献:

  [1]苏钻贤,杨胜男,陈厚彬,等.2020年我国荔枝主产区的生产形势分析[J].南方农业学报,2020,51(7):1598-1605.SuZX,YangSN,ChenHB,etal.AnalysisoftheproductionsituationforlitchiinmainplantingareasofChinain2020[J].JournalofsouthernAgriculture,2020,51(7):1598-1605.

  [2]蒋黎艳,罗思玲,周旭,等.荔枝多酚的提取和纯化技术研究进展[J].果树学报,2020,37(1):130-139.JiangLY,LuoSL,ZhouX,etal.Advancesinextractionandpurificationoflichipolyphenols[J].JournalofFruitScience,2020,37(1):130-139.

  [3]DengM,DengYY,DongLH,etal.Effectofstorageconditionsonphenolicprofilesandantioxidantactivityoflitchipericarp[J].Molecules,2018,23(9):2276-2281.

  [4]MattioliR,FranciosoA,DermeM,etal.Anti-Inflammatoryactivityofapolyphenolicextractfromininvitroandinvivomodelsofalzheimer'sdisease[J].InternationalJournalofMolecularSciences,2019,20(3):708-726.

  [5]KilariEK,PuttaS.DelayedprogressionofdiabeticcataractogenesisandretinopathybylitchichinensisinSTZ-induceddiabeticrats[J].CutanOculToxicol,2017,36(1):52-59.

  作者:张汉辉1,程杏安1,*,李俊杰1,黄相1,东方云1,刘欣1,刘展眉2,蒋旭红

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