膜乳化法制備萊菔硫烷微膠囊的研究

李椿方，程華，梁浩

（1.北京市工業(yè)技師學(xué)院，北京100023；2.北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100029）

膜乳化法制備萊菔硫烷微膠囊的研究

李椿方1，程華1，梁浩2，*

（1.北京市工業(yè)技師學(xué)院，北京100023；2.北京化工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京100029）

研究了膜乳化法制備萊菔硫烷微膠囊的工藝，采用乙酸乙酯作為有機(jī)溶劑相，玉米油與乙基纖維素的質(zhì)量比為6∶4，乙基纖維素濃度5%時(shí)，制得的微膠囊對(duì)萊菔硫烷的包埋率最高。同時(shí)分析了減壓蒸發(fā)、常溫蒸發(fā)和溶劑擴(kuò)散3種溶劑去除方法對(duì)所制備微膠囊包埋率和平均粒徑的影響，結(jié)果表明，減壓蒸發(fā)法有更好的包埋率，且速度快、耗時(shí)短，平均粒徑適合，制得的萊菔硫烷微膠囊分散性能好、表面光滑、流動(dòng)性好。

萊菔硫烷；微膠囊；膜乳化法

異硫氰酸酯是一類具有生物活性的油狀物質(zhì)，臨床研究表明在這種物質(zhì)存在的情況下，癌細(xì)胞的數(shù)量能夠明顯減少，癌細(xì)胞的生長得到抑制，證實(shí)其具有良好的抗癌效果［1］。其中這一類成分中表現(xiàn)出抗癌效果最好的是萊菔硫烷（sulforaphane）。萊菔硫烷是目前公認(rèn)的防癌和抗癌效果最好的天然產(chǎn)物之一，是自然界存在的誘導(dǎo)型解毒酶能力最強(qiáng)的誘導(dǎo)物，它對(duì)肺癌、乳腺癌等多種癌癥都具有比較好的抵抗作用；此外，萊菔硫烷對(duì)心血管疾病和腦損傷也有一定的抑制作用［2-4］。但萊菔硫烷存在一定程度上的不穩(wěn)定性。外界條件pH、溫度等均會(huì)對(duì)萊菔硫烷的穩(wěn)定性構(gòu)成嚴(yán)重影響［5-6］。

微膠囊技術(shù)是能夠?qū)⑺幬锘蛘呤称饭δ苄誀I養(yǎng)因子進(jìn)行包埋的技術(shù)，能夠提高一些不穩(wěn)定物質(zhì)的穩(wěn)定性和生物可利用度。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于制劑、化妝品等領(lǐng)域，近年來也逐步應(yīng)用于食品、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。該項(xiàng)技術(shù)具有提高芯材緩釋效果、芯材穩(wěn)定性、芯材生物利用度、屏蔽氣味等諸多優(yōu)點(diǎn)［7-8］。

膜乳化法是近年來發(fā)展起來的一種新的制備粒徑均一乳液的方法。乳液廣泛應(yīng)用于食品、藥物、農(nóng)業(yè)、化學(xué)品、化妝品等行業(yè)中。然而傳統(tǒng)乳液的制備方法通常采用機(jī)械攪拌、高速剪切、超聲勻漿等方法，這些方法存在高剪切力、設(shè)備要求高、耗能大等缺點(diǎn)，這不利于對(duì)熱和高剪切力敏感活性功能性物質(zhì)乳液的制備，另外，所制備的乳液粒徑尺寸和分布都不均一［9-10］。為了克服這些存在的問題，膜乳化法逐漸受到研究者的關(guān)注［11］，膜乳化法具有制備乳液粒徑分布均勻、剪切力小、耗能小、設(shè)備投資小等優(yōu)點(diǎn)，目前已經(jīng)用于制備粒徑均一的乳液的報(bào)道已經(jīng)很多。對(duì)于膜乳化法制備微膠囊的相關(guān)研究報(bào)道較少，研究膜乳化法制備微膠囊具有重要意義。因此，本文研究膜乳化法制備萊菔硫烷微膠囊的工藝參數(shù)，以期提高萊菔硫烷的穩(wěn)定性。

1材料與方法

1.1材料與儀器

萊菔硫烷粗品，使用原料西蘭花種子自制，與標(biāo)品對(duì)照后得其純度為55%；乙基纖維素、乙酸乙酯、Tween 80、十二烷基硫酸鈉、二氯甲烷均為分析純：購自國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；萊菔硫烷標(biāo)品（純度＞98%）：購自Sigma公司；乙腈：色譜純，購自迪馬公司；SPD-10A高效液相色譜儀：日本島津公司；恒溫水浴鍋：天津中環(huán)科技開發(fā)公司；RE-52A旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀：上海亞榮生化儀器廠；JB-2恒溫磁力攪拌器：上海雷磁新涇儀器有限公司；THZ-82A水浴恒溫振蕩器：金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.2方法

1.2.1萊菔硫烷微膠囊的制備

精確稱取5 g的乙基纖維素溶解于100 mL乙酸乙酯液體中，制備成5%的乙基纖維素乙酸乙酯溶液，然后精密稱取0.1 g萊菔硫烷粗品加入乙酸乙酯溶液中，攪拌20 min使萊菔硫烷完全溶解，按玉米油與乙基纖維素的固有的比值，加入相應(yīng)質(zhì)量的玉米油，繼續(xù)攪拌2 h，使玉米油完全溶解于乙酸乙酯相中。另取一容器，加入一定體積的水（含有一定比例的Tween 80和十二烷基硫酸鈉），一邊攪拌一邊將上述乙酸乙酯混合相逐滴加入到水相后，繼續(xù)攪拌15 min，形成粗乳液。將粗乳液倒入膜乳化裝置管中，在壓力作用下，粗乳液經(jīng)過膜孔流出至容器中，反復(fù)經(jīng)過膜孔3次～5次，收集乳液，緩慢攪拌20 min，待穩(wěn)定后，將制備的乳液置于常溫條件下，揮掉乙酸乙酯，乙基纖維素由于在乙酸乙酯中的溶解度逐漸降低析出，形成微膠囊。將微膠囊離心后，取沉淀，冷凍干燥儲(chǔ)存?zhèn)溆?。微膠囊中萊菔硫烷的含量按照1.2.2液相色譜法進(jìn)行測定。

1.2.2萊菔硫烷微膠囊檢測方法的建立

1.2.2.1萊菔硫烷液相色譜檢測條件

萊菔硫烷的檢測采用液相色譜法。液相色譜檢測條件：流動(dòng)相為乙腈和水（含有0.1%的TFA），梯度條件為乙腈20%在20 min內(nèi)升至80%；色譜柱采用Diamosil反相C18色譜柱（250×4.6 mm，5 μm）；檢測波長為254 nm；柱溫為30℃；進(jìn)樣量為10 μL。

1.2.2.2微膠囊中萊菔硫烷含量的測定

采用萊菔硫烷作為標(biāo)準(zhǔn)品做標(biāo)準(zhǔn)曲線，制備的微膠囊中萊菔硫烷的含量按照上述液相色譜方法進(jìn)行檢測，實(shí)驗(yàn)中采用乙酸乙酯與水以2∶8的比例混合，作為微膠囊中異硫氰酸酯微膠囊的溶解液，測定溶解液中萊菔硫烷含量，計(jì)算其包埋率。

式中：EE為萊菔硫烷的包埋率，%；A1為微膠囊中萊菔硫烷的質(zhì)量，mg；A2制備微膠囊時(shí)加入的萊菔硫烷的質(zhì)量，mg。

1.2.3有機(jī)溶劑的選擇

其它試驗(yàn)條件不變，將油相乙酸乙酯換為二氯甲烷溶劑，制備微膠囊，測定萊菔硫烷的含量，計(jì)算其包埋率。

1.2.4玉米油量的選擇

其它試驗(yàn)條件不變，按玉米油與乙基纖維素所形成的質(zhì)量比例，逐次試驗(yàn)加入不同量的玉米油，計(jì)算其包埋率，比較玉米油用量對(duì)包埋率的影響。

1.2.5壁材濃度的確定

在其它試驗(yàn)條件不變的情況下，依次改變纖維素的濃度按上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，考察乙基纖維素濃度對(duì)萊菔硫烷包埋率的影響。

1.2.6溶劑揮發(fā)方式的確定

在其它試驗(yàn)條件不變的情況下，改變制備微膠囊時(shí)所形成的乳液的有機(jī)溶劑揮發(fā)方式。第一種方法按前述試驗(yàn)中常溫蒸發(fā)的方法進(jìn)行；第二種方法采用減壓蒸發(fā)法，將膜乳化制備的乳液，置于-0.09 MPa真空度和40℃的條件下，以使有機(jī)溶劑揮發(fā)，得到微膠囊；第三種方法采用溶劑擴(kuò)散法，在40℃條件下，一邊攪拌，一邊逐滴加入水溶液，以使乙酸乙酯相擴(kuò)散到水里面，促使乙酸乙酯相中乙基纖維素溶解度降低而析出，得到微膠囊。比較常溫蒸發(fā)、減壓蒸發(fā)和溶劑擴(kuò)散法三種方法制備微膠囊的對(duì)萊菔硫烷包埋率和粒徑分布的影響。

2結(jié)果與分析

2.1有機(jī)溶劑的確定

根據(jù)已有的報(bào)道的參考文獻(xiàn)中，使用油溶性壁材時(shí)，常使用二氯甲烷作為壁材的溶解溶劑，本試驗(yàn)比較了二氯甲烷和乙酸乙酯相對(duì)其包埋率的影響，如圖1所示。

二氯甲烷在水溶液中的溶解度比乙酸乙酯低，結(jié)果表明，二氯甲烷作為溶劑時(shí)，所制備的微膠囊對(duì)萊菔硫烷的包埋率與乙酸乙酯作為溶劑時(shí)所制備的微膠囊對(duì)萊菔硫烷的包埋率相比較低，且二氯甲烷具有毒性和一定的致癌性，乙酸乙酯是一種良好的無毒酯類溶劑，因此選定乙酸乙酯作為乙基纖維素壁材溶解的溶劑。

圖1　不同溶劑對(duì)SFN包埋率的影響Fig.1Effect of different solvent on SFN encapsulation efficiency

2.2玉米油用量的確定

在其它試驗(yàn)條件不變的情況下，逐步增加玉米油的加入量，達(dá)到玉米油與乙基纖維素的質(zhì)量比為8∶2為止，如圖2所示。

圖2　不同的玉米油含量的對(duì)SFN的包埋率的影響Fig.2Effect of different oil content on SFN encapsulation efficiency

結(jié)果表明，加入玉米油能夠明顯的改變?nèi)R菔硫烷的包埋率。在不加玉米油的情況下，包埋率小于20%。隨著玉米油的加入量的增加，發(fā)現(xiàn)包埋率變化是先增加后減少。隨著玉米油加入量的增加，在微膠囊形成過程中，玉米油和萊菔硫烷能夠更大程度的融合，玉米油起到減緩萊菔硫烷從微膠囊中滲出過程的作用。而當(dāng)玉米油含量過多時(shí)，乙基纖維素含量過少，在形成微膠囊時(shí)，就不能夠更好地將玉米油和萊菔硫烷的混合物進(jìn)行很有效的包埋，并在形成過程中也可能存在破囊的現(xiàn)象，導(dǎo)致包埋率降低。因此以包埋率作為指標(biāo)，玉米油與乙基纖維素的最佳質(zhì)量比為6∶4。

2.3乙基纖維素濃度的確定

在其它試驗(yàn)條件不變的前提下，改變乙基纖維素的濃度，發(fā)現(xiàn)包埋率隨著乙基纖維素濃度的逐漸增加，萊菔硫烷的包埋率先逐漸增高后逐漸降低，在乙基纖維素濃度5%時(shí)，包埋率達(dá)到最大，如圖3所示。

圖3　乙基纖維素濃度對(duì)SFN包埋率的影響Fig.3Effect of EC on SFN encapsulation efficiency

當(dāng)乙基纖維素濃度較小時(shí)，在形成微膠囊時(shí)，壁材不能將芯材進(jìn)行很好的包埋，或膠囊壁厚度較小，在試驗(yàn)過程中易造成損壞，導(dǎo)致包埋率降低；在較高濃度時(shí)，所制備的乳液黏度較大，在經(jīng)過膜乳化裝置時(shí)，可能造成膜乳化裝置膜孔的堵塞，造成微膠囊的產(chǎn)量降低，并可能導(dǎo)致微膠囊相互黏接在一起，影響其分散性能。

2.4最佳乙酸乙酯相去除方式

比較了3種方法制備的微膠囊對(duì)包埋率的影響，如圖4所示。

圖43　種溶劑去除方式對(duì)SFN包埋率的影響Fig.4Effect of three ways of solvent removed on SFN encapsulation efficiency

減壓蒸發(fā)法制備的微膠囊對(duì)萊菔硫烷的包埋率最高。萊菔硫烷在水中具有一定的溶解度，在制備微膠囊時(shí)，時(shí)間越長，萊菔硫烷滲入外水相中的越多；另一方面萊菔硫烷在時(shí)間較長的條件下會(huì)凸顯一定程度的不穩(wěn)定性，可能導(dǎo)致其降解，這些均會(huì)導(dǎo)致包埋率降低。所以該法制備微膠囊時(shí)，時(shí)間較短，利于萊菔硫烷的包埋。溶劑擴(kuò)散法雖然也能縮短時(shí)間微膠囊的制備時(shí)間，但在制備過程中，加入過量的水來促使乙基纖維素的析出，這也同時(shí)引起了萊菔硫烷更多的溶解到水溶液當(dāng)中去，致使萊菔硫烷的包埋率降低。相對(duì)于這兩種方法，常溫蒸發(fā)法所制備的微膠囊時(shí)間較長，包埋率略低于減壓蒸發(fā)法，萊菔硫烷溶解于外水相中和存在某種程度的降解所導(dǎo)致的，結(jié)果表明減壓蒸發(fā)方法更有利于萊菔硫烷包埋率的增加。

此外，本試驗(yàn)還考察了乙酸乙酯相去除對(duì)于微膠囊平均粒徑的影響，試驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5　三種溶劑去除方式制備的微膠囊的電鏡圖Fig.5SEM pictures of microcapsules prepared by three ways of solvent removed

3種溶劑去除方式（見表1），常溫蒸發(fā)方法能夠?qū)⒁宜嵋阴ハ鄰娜橐褐幸院愣ǖ乃俾嗜コ?，且速度不是很快，所以形成的微膠囊具有良好的球形和粒徑均一性，平均粒徑較小，寬度較窄。真空蒸發(fā)法能夠在短的時(shí)間內(nèi)將乙酸乙酯揮發(fā)掉，有機(jī)溶劑揮發(fā)速度較快，所制備的微膠囊平均粒徑最大，寬度相對(duì)較寬。溶劑擴(kuò)散法是利用乙酸乙酯在水中的溶解度而應(yīng)用的一種方法，其在實(shí)驗(yàn)過程中逐步加入過量的蒸餾水，致使油相中乙酸乙酯通過表面活性劑層滲透到水溶液中，進(jìn)而致使油相中乙基纖維素析出而得到微膠囊，這種方法制備的微膠囊粒徑分布較寬，平均粒徑最小，微膠囊的成形也較快。3種方法由于其平均粒徑差異不大，且減壓蒸發(fā)法揮掉乙酸乙酯的時(shí)間短，速度快，故選用真空蒸發(fā)法。

表1　3種溶劑去除方法制備SFN微膠囊Table 1Preparation of SFN microcapsules by the three solvent eremoval ways

對(duì)此將所制備的微膠囊，進(jìn)行了超聲分散操作后，電鏡掃描觀察，電鏡圖如圖6所示，微膠囊具有良好的分散性能，表面光滑，流動(dòng)性好。

圖6　微膠囊的電鏡圖Fig.6Electron microscopy pictures of microcapsules

3討論與小結(jié)

本文研究了膜乳化法制備粒徑均一性微膠囊的方法，優(yōu)化了膜乳化法制備微膠囊的條件，最佳制備條件為：乙酸乙酯作為有機(jī)溶劑相，乙基纖維素濃度5%，玉米油與乙基纖維素的質(zhì)量比為6∶4。同時(shí)考察了常溫蒸發(fā)法、減壓蒸發(fā)法和溶劑擴(kuò)散法3種溶劑去除方法對(duì)萊菔硫烷包埋率和平均粒徑的影響，確定了減壓蒸發(fā)法制備微膠囊，其對(duì)萊菔硫烷有更好的包埋率，且該方法速度快、耗時(shí)短，平均粒徑與其他兩種方法差異小，制得的萊菔硫烷微膠囊具有良好的分散性能，表面光滑，流動(dòng)性好。

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Sulforaphane Microcapsules Prepared by Membrane Emulsification Method

LI Chun-fang1，CHENG Hua1，LIANG Hao2，*
（1.Beijing Industrial Technician College，Beijing 100023，China；2.College of Life Science and Technology，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Sulforaphane microcapsules were prepared by membrane emulsification method under optimal condition.Ethyl acetate was organic solvent phase，the mass ratio of corn oil and ethyl cellulose ethyl cellulose was 6∶4，ethyl cellulose concentration was 5%.The encapsulation efficiency（EE）of the prepared microcapsules was the highest.At the same time，the solvent removal effects to EE of the prepared microcapsules and the average particle size of the vacuum evaporation，room temperature evaporation and solvent diffusion method were evaluated.The results showed that EE of vacuum evaporation method had better than that of other two methods，and the prepared speed was quick，time was short，the average particle size was suitable.The prepared sulforaphane microcapsules had good dispersion performance，smooth surface and good fluidity.

sulforaphane；microcapsules；membrane emulsification method

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.018

2014-11-03

北京市職業(yè)院校教師素質(zhì)提高工程資助項(xiàng)目

李椿方（1983—），男（漢），碩士研究生，主要從事天然活性成分研究與開發(fā)，色譜質(zhì)譜分析技術(shù)應(yīng)用等工作。

梁浩（1979—），男，副教授，博士，主要從事天然活性成分研究與開發(fā)、酶催化轉(zhuǎn)化、納米生物技術(shù)等研究工作。