王小寧,張存勞,羅國平,楊黎彬

(西安醫(yī)學院藥學院,陜西西安 710021)

山核桃油微囊的制備及穩(wěn)定性研究

王小寧,張存勞,羅國平,楊黎彬

(西安醫(yī)學院藥學院,陜西西安 710021)

采用復凝聚法制備山核桃油微囊,以包油率為指標,以阿拉伯膠用量、明膠用量、山核桃油添加量、固化劑用量、pH為考察因素,在單因素實驗的基礎上,通過正交實驗確定山核桃油微囊的最優(yōu)處方為:阿拉伯膠用量10%,明膠用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化劑添加量6 mL,pH為4.0。制備的微囊平均包油率為83.9%±0.24%,經(jīng)倒置顯微鏡法觀察其形態(tài)規(guī)則,分布均勻,采用Malvern 激光粒度儀測定平均粒徑為1.423 μm,Zeta電位值為-38.2 mV。穩(wěn)定性實驗結果表明制備的微囊在高溫、強光照下包油率穩(wěn)定,有利于進一步加工貯藏。

山核桃油,微囊,復凝聚法,穩(wěn)定性

山核桃(胡桃秋JuglansmandshuricaMaxim,又名核桃、核桃楸、楸子)屬于胡桃科山核桃屬植物性食物,是優(yōu)良的木本油料。山核桃油中油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸含量高達90%,具有益智、抗衰老、防癌、預防心腦血管疾病等功效,營養(yǎng)價值高[1-2]。由于山核桃油中不飽和脂肪酸對光、氧、熱等因素較為敏感,易發(fā)生氧化、酸敗等反應,不利于加工和貯藏,因此研究多樣化的山核桃油產(chǎn)品,提高油脂的穩(wěn)定性及其生物利用率具有十分重要的意義[3-4]。微囊技術是使用天然的或合成的高分子材料將固體、液體甚至是氣體的微小顆粒包裹在直徑為1～500 μm的半透性或密封囊膜的微型膠囊內的技術[5-7]。將山核桃油制成微囊后,可以有效地減少油脂受外界環(huán)境因素(如光、氧、熱)的影響,延緩及避免山核桃油的氧化從而保持穩(wěn)定,同時,微囊可以使油脂由液態(tài)轉化為較穩(wěn)定的固態(tài)粉末油脂,便于工業(yè)化的加工、貯藏和運輸[8-9]。

本文以山核桃油為芯材,以阿拉伯膠和明膠為壁材,采用復凝聚法制備山核桃油微囊,篩選微囊最優(yōu)處方工藝,并對其穩(wěn)定性進行考察,為山核桃油的產(chǎn)品開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山核桃油 自提,山核桃產(chǎn)自陜西洛南縣；A型明膠 天津市科密歐化試劑有限公司；阿拉伯膠 天津市東麗區(qū)天大化學試劑廠；36%～37%甲醛 分析純,西安化學試劑廠；氫氧化鈉 分析純,天津市天力化學試劑有限公司；醋酸 分析純,天津市耀華化學試劑有限責任公司；正己烷 分析純,天津市富宇精細化工有限公司；希夫試劑 北京索萊寶科技有限公司。

CP2102型電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司；微量電子天平 北京賽多利斯科學儀器有限公司；HSY2-SP型電熱恒溫水浴鍋 北京市光明醫(yī)療儀器廠；高剪切乳化機 上海弗魯克儀器有限公司；KQ5200E型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；TD5M低速大容量離心機 湖南賽特湘儀有限公司；SK-200生物顯微鏡 麥克奧迪有限公司；GZ9147電熱鼓風干燥箱 溫州頂歷醫(yī)療器械有限公司；ZEN3600馬爾文激光粒度儀 馬爾文儀器有限公司；LABCONCO冷凍干燥機 上海智堯儀器有限公司；Labonce-120CGS藥品穩(wěn)定性實驗箱 北京蘭貝石恒溫技術有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 預備液的制備 明膠液的制備:稱取明膠5 g加100 mL蒸餾水(60 ℃),浸泡膨脹后,于50 ℃恒溫水浴鍋中不斷攪拌使之完全溶解,保溫以防凝固,備用。

初乳的制備:稱取阿拉伯膠加20 mL蒸餾水中,超聲攪拌使之溶解,之后加山核桃油,在高剪切乳化機乳化2 min使完全乳化,初乳形成。

1.2.2 山核桃油微囊制備方法 將制好的初乳加300 mL蒸餾水,用10%醋酸溶液調pH,加入明膠液,乳液置水浴中降溫至40 ℃,不斷攪拌(300 r/min),加37%甲醛攪拌20 min后測pH,用20% NaOH溶液調pH8～9后,攪拌1 h。離心(4000 r/min)25 min,倒掉上清液取微囊,用水洗多余的甲醛至希夫試劑檢查不變紅色,將洗滌后的微囊冷凍干燥得微囊粉末[10]。

1.2.3 包油率的測定 稱取微囊放入燒杯中,加正己烷10 mL超聲破碎,然后經(jīng)4000 r/min,20 min離心,立即用漏斗過濾,將濾液轉移至已恒重的燒杯(M)中,稱總重(M1),然后放在100 ℃水浴鍋上烘干至恒重(M2)。按如下公式計算包油率:包油率(%)=(M2-M)/(M1-M)× 100[11]。

1.2.4 山核桃油微囊處方的優(yōu)化 以包油率為指標,單因素實驗法依次考察阿拉伯膠用量(4%、6%、8%、10%、12%)、明膠用量(10、15、20、25、30 mL)、山核桃油添加量(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL)、固化劑添加量(2、4、6、8、10 mL)和pH(3.5、4.0、4.5、5.0、5.5)對山核桃油微囊包油率的影響。在單因素實驗考察的基礎上,選擇對包油率影響顯著的4個因素,采用四因素三水平L9(34)正交表進行正交實驗,因素水平表見表1。

表1 因素水平表

1.2.5 微囊的表征 以最優(yōu)處方制備山核桃油微囊,用倒置顯微鏡觀察微囊形態(tài),用激光粒度儀測定微囊粒徑和Zeta電位值。

1.2.6 穩(wěn)定性實驗 根據(jù)2015年版 《中華人民共和國藥典 》二部“藥物穩(wěn)定性實驗指導原則”項下影響因素的考察要求[12],取山核桃油微囊及山核桃油與明膠、阿拉伯膠的物理混合物,分別置強光照:(4500±500 lx)、高溫(60 ℃)條件下貯存10 d,并在貯存5、10 d取樣,觀察外觀性狀,并測其包油率,與貯存前0 d比較,評價其穩(wěn)定性。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

本實驗以復凝聚法制備山核桃油微囊,選用了明膠和阿拉伯膠作為囊材。明膠是一種水溶性蛋白質,低于35 ℃時會發(fā)生凝膠化現(xiàn)象,而高于65 ℃時,又會導致明膠降解成低分子質量片段的速度加快,因此,本實驗中所選擇的成囊溫度為40 ℃[13]。以阿拉伯膠用量、明膠用量、山核桃油添加量、固化劑用量、pH為影響因素進行處方工藝的單因素考察。

2.1.1 阿拉伯膠用量對微囊包油率的影響 阿拉伯膠用量對微囊包油率的影響結果見圖1。由圖1可知,隨著阿拉伯膠用量的逐漸提高,包油率逐漸上升,當阿拉伯膠濃度達到8%時,包油率最大,為78.2%,但當阿拉伯膠濃度繼續(xù)增大時,包油率并沒有明顯升高。在顯微鏡下觀察時,當阿拉伯膠濃度為4%時,能觀察到的微囊較少,有絮狀沉淀,隨著阿拉伯膠用量上升,觀察到的微囊增多,當濃度為8%時,微囊較多,外觀圓整,粒徑小且分布集中。隨著用量繼續(xù)增大,微囊圓整度變差,粒徑相對較大。由此可以看出,阿拉伯膠的用量過高并不會提高微囊包油率,反而造成微囊粒徑分布大及壁材的大量浪費[14]。因此選擇8%為阿拉伯膠濃度進行后續(xù)研究。

圖1 阿拉伯膠用量對微囊包油率的影響Fig.1 Effect of dosage of arabic gum on oil-embedding rate

2.1.2 明膠用量對微囊包油率的影響 明膠添加量對微囊包油率影響結果見圖2。由圖2可知,其他條件不變,隨著明膠添加量的逐漸提高,包油率逐漸上升,當明膠添加量達到20 mL時,包油率最大,為75.1%。明膠用量越大,濃度越高,油滴上吸附的明膠分子越多,在與阿拉伯膠發(fā)生復凝聚時越完全,但明膠用量又不能無限增大,隨著明膠用量繼續(xù)增大,包油率逐漸降低,因此選擇明膠添加量20 mL作為考察的最優(yōu)用量。

圖2 明膠添加量對微囊包油率的影響Fig.2 Effect of dosage of gelatin on oil-embedding rate

2.1.3 山核桃油添加量對微囊包油率的影響 山核桃油添加量對微囊包油率的影響結果見圖3。由圖3可知,隨著山核桃油添加量的逐漸提高,包油率逐漸上升,當山核桃油添加量達到0.6 mL時,包油率最大,為80.1%,當山核桃油添加量繼續(xù)增大時,包油率逐漸降低?？紤]原因是隨著山核桃油添加量增大,芯材未被微囊完全包裹而造成包油率下降。同時,油滴密度越大,圍的壁材溶液越少,復凝聚反應所形成的囊壁就越薄,容易導致微囊出現(xiàn)“漏油”的現(xiàn)象[15]。因此山核桃油添加量為0.6 mL進行后續(xù)研究。

圖3 山核桃油添加量對微囊包油率影響Fig.3 Effect of dosage of pecan oil on oil-embedding rate

2.1.4 固化劑添加量對微囊包油率的影響 固化劑添加量對山核桃油微囊包油率影響結果見圖4。由圖4可知,隨著固化劑添加量的逐漸提高,微囊包油率在70%～80%的范圍內略有波動,但變化不大。而甲醛用量對所形成微囊性質有較大影響,當甲醛用量少時,可因變性不足,洗滌時造成部分微囊囊膜溶解,或交聯(lián)不足使微囊粘連;甲醛用量大時,可因過分變性使交聯(lián)過度,所得微囊脆性過大,干燥過程中微囊破裂[16]。綜合考慮包油率結果、微囊特性及成本,選擇固化劑為6 mL進行后續(xù)研究。

圖4 固化劑添加量對微囊包油率的影響Fig.4 Effect of dosage of curing agent on oil-embedding rate

圖5 pH對山核桃油微囊包油率的影響Fig.5 Effect of pH on oil-embedding rate

2.1.5 pH對微囊包油率的影響 pH對微囊包油率的影響結果見圖5。A 型明膠的等電點為7～9,當pH為3.5時,大量的H+會使明膠帶正電荷量減少,同時pH過低也使明膠溶解性大大降低而降低微囊的形成數(shù)目。而當pH接近明膠等電點時,明膠分子所帶的凈電荷較少,難以與阿拉伯膠發(fā)生凝聚反應,微囊不易形成[17]。由圖5可知,隨著pH的逐漸提高,包油率逐漸上升,當pH為4.0時,包油率最大,當pH繼續(xù)上升時,包油率逐漸降低。這主要是由于pH低于4.5時,可保證此條件下阿拉伯膠帶負電荷,明膠帶正電荷,有利于復凝聚反應的進行。

綜上結果表明,阿拉伯膠用量,明膠用量,山核桃油添加量,pH對山核桃油微囊包油率的影響較大,而固化劑在整個考察范圍內對微囊包油率的影響不明顯。因此,選擇阿拉伯膠用量、明膠用量、山核桃油添加量、pH為正交實驗的影響因素。

2.2 正交實驗結果

根據(jù)表1進行正交實驗,正交實驗表及結果見表2,方差分析表見表3。

表2 正交實驗表及結果

表3 方差分析表

實驗結果的極差以及方差分析如表2、表3所示:各因素對微囊包油率的影響程度依次為B(明膠用量)>C(阿拉伯膠用量)>A(山核桃油添加量)>D(pH),且阿拉伯膠用量和明膠用量對包油率有顯著影響(p<0.05)?？梢?體系中壁材用量過低或過高,都不利于形成微膠囊產(chǎn)品。濃度過低,微囊成囊數(shù)目少,形成許多粒徑較小未包含芯材的空白復合凝聚物,包埋油脂現(xiàn)象不明顯;濃度過高,體系黏度增大,導致微囊相互碰撞,聚集成粒徑更大、形態(tài)不規(guī)則的多核微膠囊,易形成大塊凝膠,使包油率下降[18]。根據(jù)正交實驗結果,制備山核桃油微囊最佳條件為A2B2C3D2,即山核桃油添加量0.6 mL,阿拉伯膠用量為10%,明膠用量為15 mL,pH為4.0。

2.3 驗證性實驗

按1.2.2項下制備方法,以篩選出的最優(yōu)處方制備三批山核桃油微囊:即阿拉伯膠用量10%,明膠用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化劑添加量6 mL,pH為4.0。測其包油率,求得三次包油率的平均值為83.9%,RSD為0.24%。說明本處方穩(wěn)定可行,包油率高。

2.4 微囊的表征

以最優(yōu)處方制備山核桃油微囊,用倒置顯微鏡觀察微囊形態(tài),見圖6。用激光粒度儀測定微囊粒徑和Zeta電位值,粒徑分布圖見圖7,Zeta電位分布圖見圖8。從顯微鏡下觀察到微囊成囊現(xiàn)象明顯,囊壁清晰,外觀形態(tài)為橢球形,微囊粒徑小且形狀規(guī)則,無黏連現(xiàn)象,山核桃油清晰地包載于微囊中。經(jīng)測定,微囊的平均粒徑為1.423±0.11 μm,處于亞微囊區(qū)域,PDI為0.292,粒徑分布集中。所形成的微囊粒徑小,囊壁厚度適中,有利于藥物的釋放。微囊Zeta電位值為-38.2 mV,表明山核桃油微囊表面具有較多的凈電荷,微囊之間靜電排斥力較大,物理穩(wěn)定性較強,有利于微囊的貯存。

圖6 山核桃油微囊形態(tài)圖Fig.6 The morphology of pecan oil microcapsules

圖7 山核桃油微囊的粒徑分布圖Fig.7 The particle size distribution of pecan oil microcapsules

圖8 山核桃油微囊的Zeta電位分布圖Fig.8 The Zeta potential distribution of pecan oil microcapsules

2.5 穩(wěn)定性實驗

山核桃油微囊及山核桃油與明膠、阿拉伯膠的物理混合物,分別置強光照:(4500±500 lx)、高溫(60 ℃)條件下貯存10 d,在貯存5、10 d取樣測定的包油率結果見表4。

表4 穩(wěn)定性實驗結果

由表4結果看出,山核桃油制成微囊后的穩(wěn)定性較山核桃油與明膠和阿拉伯膠的物理混合物有顯著提高。10 d后微囊的包油率仍在87%以上,而物理混合物中山核桃油的含量降到了60%以下。根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗公式,當存儲溫度每升高10 ℃,氧化反應速度將增加一倍,溫度過高,油脂中脂肪酸氫過氧化物發(fā)生分解、聚合等反應,同時脂解酶活性溫度提高,促使油脂酸敗。而光照在油脂氧化的起始階段起著至關重要的作用,任何一種光線都可能觸發(fā)油脂的光氧化,油脂中的色素會強烈吸收臨近的可見光或紫外光,促進游離基的產(chǎn)生及氫過氧化物的生成或分解,使得油脂氧化速度加快[19-20]。微囊化后的油脂能有效地保持其成分不受外界環(huán)境的影響,產(chǎn)品穩(wěn)定性提高,更耐加工和貯藏。

3 結論

本文以山核桃油為芯材,采用復凝聚法制備山核桃油微囊,方法簡單,且所用囊材為阿拉伯膠和明膠,安全無毒,是常用的藥用輔料,所制備的微囊可以有效提高易氧化物質的穩(wěn)定性。復凝聚法是經(jīng)典的微囊化方法,對固態(tài)或液態(tài)的難溶性藥物均能得到滿意的微囊,成囊除了受囊材用量、溫度、交聯(lián)水平、pH的影響外,還受到攪拌速度、干燥工藝的影響[21]。本文根據(jù)單因素實驗與正交實驗相結合的方法,獲得最佳的微囊處方為:阿拉伯膠用量10%,明膠用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化劑添加量6 mL,pH為4.0,且囊材用量對微囊成形及包油率有顯著影響,處方工藝穩(wěn)定可行且包油率較高,平均包油率為83.9%±0.24%,微囊成囊現(xiàn)象明顯,微囊形態(tài)規(guī)則,粒徑均勻,物理穩(wěn)定性強。微囊在高溫、強光照條件下貯存5、10 d后,其包油率穩(wěn)定,表明將山核桃油制成微囊可以顯著提高其穩(wěn)定性,有利于其進一步的加工貯藏。

[1]吳曉駿,吳威,趙余慶.山核桃化學成分和生物活性研究進展[J].食品研究與開發(fā),2013,34(12):127-130.

[2]陸浩,楊會芳,畢艷蘭,等.山核桃油的理化性質及脂肪酸組成分析[J].中國油脂,2010,35(5):73-76.

[3]紀俊敏,霍宗娥,趙靜靜,等.飽和水溶液法制備核桃油包合物工藝[J].食品科學,2011,32(14):52-55.

[4]周曄,裴東.核桃油品質及貯藏穩(wěn)定性的影響因素探討[J].中國油脂,2016,41(1):60-63.

[5]毛毛,呂文莉,虞靜,等.番茄紅素-橄欖油微囊的制備及穩(wěn)定性研究[J].藥學進展,2009,33(9):420-423.

[6]劉楠楠,陳雪峰,劉俊杰.復凝聚法制備蔥油香精微膠囊[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2011,37(2):103-106.

[7]徐振波,梁軍,陳麗麗,等.微膠囊化粉末油脂的研究與應用進展[J].食品工業(yè)科技,2014,35(5):392-395.

[8]謝艷麗,蔣敏,陳鴻雁.復凝聚法制備明膠/阿拉伯膠含油微膠囊工藝過程的研究[J].化學世界,2010,51(1):33-37.

[9]陳琳,李榮,張祿捷,等.復凝聚法紫蘇油微膠囊的制備及其性能研究[J].食品工業(yè)科技,2015,36(3):232-237.

[10]宋健,陳磊,李效軍.微膠囊化技術及應用[M].北京:化學工業(yè)出版社,2001.

[11]呂漫,尹壽玉.杜香油微囊的制備及其質量評價[J].中藥材,2014,37(4):675-678.

[12]國家藥典委員會.中華人民共和國藥典2015年版二部[S].北京:中國醫(yī)藥科技出版社,2015.

[13]李瑾,鄭明學,錢銳,等.影響復凝聚法制備明膠緩釋微囊的因素探討[J].中國畜牧獸醫(yī),2009,36(6):207-209.

[14]謝艷麗,蔣敏,陳鴻雁.復凝聚法制備明膠/阿拉伯膠含油微膠囊工藝過程的研究[J].化學世界,2010,1:33-37.

[15]Saravanan M.,Rao K.P. Pectin-gelatin and alginate-gelatin complex coacervation for controlled drug delivery:Influence of anionic polysaccharides and drugs being encapsulated on physicochemical properties of microcapsules[J].Carbohydrate Polymers,2010,80(3):808-816.

[16]宋明俠,相旭東.復凝聚法制備吲哚美辛緩釋微囊的研究[J].天津藥學,2007,19(5):29-31.

[17]張海洋,呂怡,倪悅,等.明膠/CMC復合凝聚法制備微膠囊研究[J].食品與機械,2010,26(5):44-47,55.

[18]董志儉,趙帥,孫麗平,等.CMC/阿拉伯膠/明膠復合凝聚橘油微膠囊的制備方法[J].中國食品學報,2013,13(6):69-76.

[19]鄭翠翠,劉軍,鄒宇曉.油脂加工過程中氧化穩(wěn)定性的研究進展[J].中國油脂,2014,39(7):53-57.

[20]曹君,李紅艷,鄧澤元.植物油氧化穩(wěn)定性的研究進展[J].食品工業(yè)科技,2013,34(7):378-382,386.

[21]王偉.以明膠-黃原膠為壁材復凝聚法制備微囊的研究[D].哈爾濱：黑龍江大學,2014.

Preparation and stability of pecan oil microcapsules

WANG Xiao-ning,ZHANG Cun-lao,LUO Guo-ping,YANG Li-bin

(College of Pharmacy,Xi’an Medical University,Xi’an 710021,China)

Pecan oil microcapsules were prepared by coacervation encapsulation method.After the single factor experiment with arabic glue,gelatin,pecan oil,curing agent and pH as the research factors,the orthogonal test was used to optimize the prescription of pecan oil microcapsule with oil-embedding rate as the index.The optimal prescription of the pecan oil microcapsule was as follows:10% Arabic gum,15mL gelatin,0.6mL pecan oil,6mL curing agent and pH4.0.The oil-embedding rate was 83.9%±0.24% under the optimal preparation condition,and the morphology was regular observed by inverted microscope method,with the average particle size of 1.423 μm and Zeta potential of-38.2 mV determined by Malvern laser granularity instrument.The results of stability test showed that the oil-embedding rate was stable under high temperature and strong light,which was conductive to further processing and storage.

pecan oil;microcapsules;coagulation;stability

2016-09-06

王小寧(1987-)，女，碩士，講師，主要從事制劑新技術與新劑型的研究，E-mail:wangxn_0508@126.com。

西安醫(yī)學院校級科研青年基金項目(2015QN05);西安醫(yī)學院校級大學生創(chuàng)新基金項目(2015DXS1-11);西安醫(yī)學院校級重點學科中藥學資助。

TS225.1

B

1002-0306(2017)05-0214-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.032