蛹蟲草微膠囊的制備及工藝優(yōu)化

◎ 孫永健，魏曉宇，盧 磊，周啟林，黃登禹

（1.天津天獅學(xué)院 食品工程學(xué)院，天津 301700；2.北京佳安衛(wèi)康科技有限公司，北京 100192）

微膠囊的制備最早可追溯至19世紀(jì)中期，隨著技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已可制得1～1 000 nm的納米級微膠囊[1-3]。在保健食品領(lǐng)域，已利用該技術(shù)開發(fā)出了許多微膠囊化食品和營養(yǎng)強(qiáng)化劑[4-7]。本研究在壁材中添加RS2型抗性淀粉，發(fā)現(xiàn)其在小腸中不能被降解吸收，但在結(jié)腸中可被微生物發(fā)酵而產(chǎn)生短鏈脂肪酸等物質(zhì)的特性，以蛹蟲草提取液為芯材，通過乳化-固化法制備微膠囊[8-9]。利用正交試驗設(shè)計，優(yōu)化乳化-固化法制備工藝，以期為保健食品緩釋制劑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

殼聚糖、海藻酸鈉、RS2型抗性淀粉、冰乙酸等化學(xué)試劑均為分析純，甲醇為色譜純，購自天津風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司；98%的腺苷標(biāo)品，購自天津益仁達(dá)化工有限公司；食用油、蛹蟲草等為市場采購。

1.2 儀器與設(shè)備

恒溫定時磁力攪拌器（EMS-3B）、低速離心機(jī)（TD5K-III）：上海圣科儀器設(shè)備有限公司；循環(huán)水式真空泵（SHZ-95B）、超聲波清洗機(jī)（KQ50）：上海尚儀儀器設(shè)備有限公司；高效液相色譜儀（DSA815）：日本島津公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 微膠囊的制備

利用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的乙酸溶液將殼聚糖制成乙酸殼聚糖（1.5%）溶液，將無水氯化鈣制成乙酸氯化鈣（25%）溶液，然后使其和殼聚糖乙酸溶液與30 mL食用油（含1%司班80、1%吐溫80）混合，磁力攪拌乳化一定時間，量取20 mL海藻酸鈉溶液（1%）與一定量抗性淀粉和蛹蟲草提取液混合均勻，用0.5 mm針孔注射器滴加進(jìn)乳化一定時間的混合油相，再磁力攪拌乳化相等時間，經(jīng)勻漿倒入離心管在5 000 r·min-1下離心15 min，倒去上清液，用1 mL石油醚和3 mL蒸餾水洗滌2～3次，經(jīng)沉淀冷凍干燥后制得成品。

1.3.2 正交試驗設(shè)計

以腺苷的包埋率為指標(biāo)，對壁材比、芯壁比、轉(zhuǎn)速、氯化鈣用量和乳化時間進(jìn)行5因素4水平正交試驗設(shè)計（表1）。其中壁材比是指抗性淀粉與海藻酸鈉溶液的質(zhì)量體積比（W/V），芯壁比是指蛹蟲草提取液與海藻酸鈉的體積比（V/V），轉(zhuǎn)速是指磁力攪拌機(jī)能設(shè)定的轉(zhuǎn)速，氯化鈣用量是指海藻酸鈉與氯化鈣乙酸溶液的體積比（V/V）。

表1 正交試驗因素水平表

1.3.3 微膠囊芯材的提取

將微膠囊成品用研缽碾成細(xì)粉，按照1∶50的料液比用超純水于60 ℃下，在40 Hz的超聲波清洗機(jī)中浸提60 min，離心得上清，將上清液抽濾2～3次后，記錄濾液體積，待檢。

1.3.4 腺苷含量的測定

（1）色譜條件。色譜柱：C18柱，4.6 mm×250 mm，5 μm；流動相：甲醇∶水=15∶85（V/V）；流速：0.8 mL·min-1；柱溫：25 ℃；檢測波長：260 nm；進(jìn)樣量：10 μL。

（2）標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。利用腺苷標(biāo)品配制濃度 為 0.05 μg·mL-1、0.20 μg·mL-1、5.00 μg·mL-1、20.00 μg·mL-1、60.00 μg·mL-1和 100.00 μg·mL-1的 標(biāo)準(zhǔn)溶液，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1），腺苷保留時間為16.269 min（圖2），標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=40 361x-720.7（R2=0.999 9）。

圖1 腺苷標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

圖2 腺苷標(biāo)準(zhǔn)品HPLC色譜圖

1.3.5 包埋率的計算

以1.3.3中所提取得到的腺苷含量與制備微膠囊時添加的蛹蟲草提取液中的腺苷含量之比計算包埋率。

1.3.6 微膠囊的形態(tài)觀察

在載玻片中心滴加1～2滴蒸餾水，將制備好的微膠囊樣品粉末置于蒸餾水中央，滴加魯哥氏碘液染色，于油鏡下觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗結(jié)果分析

正交試驗直觀分析（表2）結(jié)果表明，利用乳化-固化法制備蛹蟲草微膠囊時，影響包埋率的主要因素為芯壁比，而乳化時間、氯化鈣用量、壁材比和轉(zhuǎn)速對包埋率的影響相對較小，5個因素依此排序為芯壁比＞乳化時間＞氯化鈣用量＞壁材比＞轉(zhuǎn)速，考察這幾個因素在水平上的變化，確定較優(yōu)的制備方案為A2B1C4D4E4，即芯壁比1∶200，乳化時間70 min，氯化鈣用量20∶11，壁材比1.5%，轉(zhuǎn)速2 000 r·min-1。

表2 正交試驗直觀分析表

以轉(zhuǎn)速作為誤差項進(jìn)行方差分析，在α=0.05的條件下進(jìn)行F檢驗。結(jié)果（表3）表明，芯壁比這一因素具有顯著性，說明該因素在變化過程中對于微膠囊的制備有很大影響，因此在利用乳化-固化法制備微膠囊時應(yīng)特別注意該因素的設(shè)計。

表3 正交試驗方差分析表

2.2 驗證試驗

通過正交試驗所得較優(yōu)方案沒有出現(xiàn)在16組試驗當(dāng)中，因此需驗證其可靠性。驗證試驗結(jié)果（表4）表明，包埋率最高可達(dá)37.8%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.02%，說明所得較優(yōu)方案具有一定的可靠性，利用該方案和相關(guān)參數(shù)制備微膠囊效果較好。

表4 驗證試驗結(jié)果表

2.3 微膠囊的顯微觀察

利用光學(xué)顯微鏡初步觀察所制備微膠囊成品的結(jié)構(gòu)（圖3、圖4），發(fā)現(xiàn)本研究制備的微膠囊樣品結(jié)構(gòu)完整、粒徑均勻、形貌圓潤、不沾連以及不成團(tuán)，說明基于上述較優(yōu)方案制備的微膠囊具有較優(yōu)良的外觀形態(tài)，可以為充分發(fā)揮微膠囊的特性提供結(jié)構(gòu)上的參考。

圖3 40倍鏡下微膠囊的形態(tài)圖

圖4 100倍鏡下微膠囊的形態(tài)圖

3 結(jié)論

本研究的芯材是蛹蟲草提取液，主要功效成分為水溶性的腺苷和蟲草素，采用油包水的體系配比，可以在一定程度上提升包埋率。在壁材中添加抗性淀粉可以使產(chǎn)品具有緩釋性能，后續(xù)研究可以通過模擬體內(nèi)環(huán)境，考察蛹蟲草微膠囊成品的緩釋性能，并進(jìn)一步利用紅外光譜、電鏡掃描等方法，考察微膠囊外觀形貌與緩釋性能之間的關(guān)系，以更進(jìn)一步優(yōu)化微膠囊的制備工藝[10-12]。

本研究最終確定，當(dāng)壁材比（抗性淀粉/海藻酸鈉，W/V）為1.5%、芯壁比（蛹蟲草提取液/海藻酸鈉，V/V）為 1∶ 200、轉(zhuǎn)速為 2 000 r·min-1、氯化鈣用量（海藻酸鈉/氯化鈣，V/V）為20∶11，乳化時間為70 min時，功效成分的包埋率最高，且微膠囊成品的外觀形貌良好。