王 鑫，徐麗萍，宋 偉

(哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院省高校食品科學(xué)與工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150076)

微膠囊(micro－encapsulation)技術(shù)又稱微膠囊化，是用特殊手段利用性能較穩(wěn)定的天然或合成的高分子物質(zhì)作壁材，將性能不穩(wěn)定的固體、液體和氣體等芯材物質(zhì)包埋[1]，并形成直徑幾微米至上千微米的微小容器內(nèi)的操作過(guò)程[2]，因包封形成微小粒子的不同粒徑分別稱為納米粒、微膠囊以及微球等[3－4].還原型谷胱甘肽(GSH)是一種三肽(L－γ－谷氨酸－L－半胱氨酸－甘氨酸)化合物[5]，屬于含有巰基的小分子活性肽，廣泛分布于機(jī)體中，是細(xì)胞內(nèi)非蛋白硫氫基團(tuán)主要的組成部分，在生物體內(nèi)有著多種重要的生理功能，對(duì)于維持生物體內(nèi)適宜的氧化還原環(huán)境起著至關(guān)重要的作用[6]，具有延緩衰老、抗疲勞等作用，但是GSH極易被氧化，使其生理保健作用效果降低，微膠囊化GSH可以克服不同成分間的反應(yīng)且可以對(duì)其起到保護(hù)作用，極大地保持還原型谷胱甘肽的生理特性，提高其穩(wěn)定性.

1 實(shí)驗(yàn)材料與主要儀器

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與試劑

還原型谷胱甘肽(實(shí)驗(yàn)室自制);海藻酸鈉(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司);無(wú)水氯化鈣(天津市津東天正精細(xì)化學(xué)試劑廠);分子蒸餾單甘酯(張家港市中鼎添加劑有限公司);正己烷(天津市永大化學(xué)試劑有限公司);二氯甲烷、甲苯(天津市福晨化學(xué)試劑廠);明膠(天津人民化工廠);乙醚(天津市凱通化學(xué)試劑有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

pH計(jì)測(cè)試筆H198/28型(北京海星順達(dá)經(jīng)銷公司);TU－1901/1900型雙光束紫外分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司);數(shù)控超聲波清洗器KQ－500VDE型(昆山市超聲儀器有限公司);旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器RE52－98(上海亞榮生化儀器廠).

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊的制備

還原型谷胱甘肽乙基纖維素微膠囊的制備采用的方法是乳液－溶劑揮發(fā)技術(shù).

2.2 有機(jī)溶劑的選擇

稱取乙基纖維素0.5 g，向其中分別加入二氯甲烷、正己烷、甲苯溶液各25 mL，按壁材與芯材比(以下簡(jiǎn)稱壁芯比)15∶1加入GSH提取液，緩慢加入到1%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，采用雙光束紫外分光光度法測(cè)定谷胱甘肽質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以包埋率為指標(biāo)，考察3種溶劑對(duì)GSH微膠囊包埋率的影響.確定溶劑揮發(fā)法制備還原型谷胱甘肽最佳溶劑.

其中:B為微膠囊包埋率;N為微膠囊表面的GSH質(zhì)量分?jǐn)?shù);W為微膠囊中GSH的總質(zhì)量分?jǐn)?shù).

2.3 玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊單因素的選擇

2.3.1 壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)單因素實(shí)驗(yàn)

稱取5份等量的乙基纖維素，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷50、25、17.5、12.5、10 mL，依次混合均勻后，按壁芯比15∶1加入GSH提取液，緩慢加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標(biāo)，考察壁材溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)GSH微膠囊包埋率的影響.

2.3.2 壁芯比單因素實(shí)驗(yàn)

稱取5份等量的乙基纖維素，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁芯比10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1加入GSH提取液，緩慢加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標(biāo)，考察壁芯比對(duì)GSH微膠囊包埋率的影響.

2.3.3 乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)單因素實(shí)驗(yàn)

稱取5份等量的乙基纖維素，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁芯比20∶1加入GSH提取液，分別加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%、2%、3%、4%、5%的明膠溶液中.在3 000 r/min的高速攪拌下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標(biāo)，考察乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)GSH微膠囊包埋率的影響.

2.3.4 攪拌速度單因素實(shí)驗(yàn)

稱取5份等量的乙基纖維素各，每份0.5 g，分別向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁材芯材比20∶1加入GSH提取液，之后加入到質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%的明膠溶液中.分別在1 000 r/min，2 000、3 000、4 000、5 000 r/min的攪拌速度下攪拌40 min，抽濾分離出濕微膠囊，真空干燥后，以包埋率為指標(biāo)，考察攪拌速度對(duì)GSH微膠囊包埋率的影響.

2.4 玉米胚還原型谷胱甘肽微膠囊化最佳工藝條件的選擇

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，選擇3個(gè)主要因素:壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、壁芯比(B)、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)(C)、攪拌速度(D)，采用L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)法對(duì)影響還原型谷胱甘肽進(jìn)行微膠囊化的主要因素進(jìn)行研究.以微膠囊包埋率作為指標(biāo)，確定最佳微膠囊化工藝參數(shù).因素水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1.

表1 因素水平表

3 結(jié)果與分析

3.1 有機(jī)溶劑的選擇結(jié)果與分析

根據(jù)二氯甲烷、正己烷、甲苯對(duì)谷胱甘肽微膠囊化影響的結(jié)果及分析，由表2可以看出，在三種有機(jī)溶劑中二氯甲烷作為有機(jī)溶劑時(shí)制得微膠囊的包埋率最高，且粒徑分布均勻，而正己烷作為有機(jī)溶劑時(shí)制得微膠囊的包埋率最低，粒徑分布不均勻.因此，確定二氯甲烷為制備GSH微膠囊的最佳有機(jī)溶劑.

表2 有機(jī)溶劑的選擇結(jié)果表

3.2 還原型谷胱甘肽微膠囊單因素結(jié)果與分析

3.2.1 壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

隨著壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢(shì)，當(dāng)壁材溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到4%時(shí)包埋效果最好，之后隨著壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加包埋率逐漸降低，如圖1所示.

微膠囊壁材溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)影響微膠囊的形成和效果的好壞，壁材溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)大時(shí)，其黏度也就隨之增大，難于形成微膠囊.在攪拌形成微膠囊的過(guò)程中由于溶劑的蒸發(fā)，使它的壁材溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，這樣不利于將其分散到保護(hù)液中形成微膠囊，影響微膠囊粒徑的大小和分布均勻情況.壁材溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)太小由于壁材很薄而難以形成微膠囊.

圖1 壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋率的影響

3.2.2 壁芯比單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

隨著壁芯比的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢(shì)，當(dāng)壁芯比達(dá)到20∶1時(shí)包埋效果最好，之后隨著壁芯比的增加包埋率逐漸降低，如圖2所示.

圖2 壁芯比對(duì)包埋率的影響

隨著有機(jī)溶劑的蒸發(fā)，乙基纖維素開始在W/O液滴里凝固，并通過(guò)油水相的界面作用在夜滴表面形成微膠囊囊壁.壁心比較小時(shí)，芯材用量較多，乙基纖維素的用量不足以包埋全部的芯材，部分乙基纖維素團(tuán)聚成無(wú)定形顆粒，攪拌時(shí)與夜滴碰撞，影響液滴穩(wěn)定性;壁芯比較大時(shí)，由于乙基纖維素用量過(guò)多，同樣會(huì)團(tuán)聚成無(wú)定形顆粒，影響乳液液滴的穩(wěn)定性，導(dǎo)致微膠囊的粘連.

3.2.3 乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

隨著乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢(shì)，當(dāng)乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到2%時(shí)包埋效果最好，之后隨著乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加包埋率逐漸降低，如圖3所示.

圖3 明膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋率的影響

溶劑蒸發(fā)過(guò)程中，必須確保W/O乳液的穩(wěn)定，才能使W/O/W才能使乳業(yè)保持穩(wěn)定[7－8].因此液滴的分散穩(wěn)定性很重要，它決定了微膠囊的大小和均勻性.乳化劑用量過(guò)大時(shí)，芯材黏度過(guò)大，分散困難，無(wú)法形成穩(wěn)定的乳業(yè)體系.而乳化劑用量過(guò)小時(shí)，連續(xù)相介質(zhì)黏度較小，液滴沉降速度較快，影響液滴的分散性和穩(wěn)定性.

3.2.4 攪拌速度單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

隨著攪拌速度的增加，GSH微膠囊的包埋率逐漸增大，呈上升趨勢(shì)，當(dāng)攪拌速度達(dá)到4 000 r/min時(shí)包埋效果最好，之后隨著攪拌速度的增加包埋率逐漸降低，如圖4所示.

圖4 攪拌速度對(duì)包埋率的影響

攪拌速度的大小對(duì)微膠囊的形成有很大的影響.攪拌速度太大，由于有機(jī)溶劑揮發(fā)的太快，壁材溶液的最終質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)大，形成的微膠囊易粘連，且得率很低;攪拌速度太小，則無(wú)法得到符合粒徑要求的微膠囊.

3.3 還原型谷胱甘肽微膠囊最佳工藝條件的確定

通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)法，以玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊包埋率為考察指標(biāo)，確定微膠囊化的最佳工藝條件，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 正交試驗(yàn)法優(yōu)化玉米胚還原型谷胱甘肽微膠囊化結(jié)果

3.4 方差分析

由表4的極差分析可知，玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊技術(shù)的最佳工藝參數(shù)為壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)

表4 方差分析表

為4%、壁材芯材比為15∶1、明膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、攪拌速度為4 000 r/min.經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)確定玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊包埋率為63.12%.

4 結(jié)語(yǔ)

以玉米胚中還原型谷胱甘肽為原料，應(yīng)用溶劑揮發(fā)法研究玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊的包埋技術(shù)，以包埋率率作為指標(biāo)，選二氯甲烷為有機(jī)溶劑時(shí)，很易制得微膠囊，且微膠囊粒徑分布均勻，無(wú)刺激性氣味產(chǎn)生;而選正己烷及甲苯為有機(jī)溶劑時(shí)，不易形成微膠囊，且產(chǎn)生刺激性氣味，不利于實(shí)驗(yàn)室使用.因此，二氯甲烷為制備GSH微膠囊的最佳有機(jī)溶劑.采用正交試驗(yàn)確定最佳包埋條件，確定最佳工藝條件為壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、壁芯比為20∶1、乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、攪拌時(shí)間為4 000 r/min，微膠囊包埋率可達(dá)63.12%.

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