玉米須總黃酮微膠囊化及穩(wěn)定性的研究

李妍，李鋒，陶志杰，許暉

（1.蚌埠學院食品與生物工程系，安徽蚌埠233030；2.南京軍區(qū)總醫(yī)院血液科，江蘇南京210002）

玉米須總黃酮微膠囊化及穩(wěn)定性的研究

李妍1，李鋒2*，陶志杰1，許暉1

（1.蚌埠學院食品與生物工程系，安徽蚌埠233030；2.南京軍區(qū)總醫(yī)院血液科，江蘇南京210002）

玉米須是我國傳統(tǒng)中藥材，量廣而利用有限。采用酶解法提取玉米須總黃酮，同時考慮其不穩(wěn)定性和難溶解性，采用了微囊化技術。結果表明，最佳微膠囊化條件為芯壁比為1∶15，攪拌時間為35min，β-環(huán)糊精的質量濃度為15g/100mL，攪拌溫度為50℃，在此最佳條件下，包埋率為78.5%。研究表明，pH、溫度以及金屬離子Cu2+均會對微膠囊的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

玉米須；黃酮；微膠囊化；穩(wěn)定性

玉米須為禾本科玉蜀屬植物玉米的花柱和柱頭，又名玉麥須[1-2]。玉米須自古就有藥療和食療作用，其味甘、淡，性平，具有利尿消腫、平肝利膽的功效，主治膽結石、高血壓、糖尿病等[3]。對玉米須中化學成分已有研究報道，黃酮類物質作為其活性成分[4]具有抗病毒、抗菌、抑制癌細胞等多種藥理活性，對治療心血管等疾病有重要意義[5]。然而多數(shù)黃酮類物質均存在難溶于冷水且不穩(wěn)定的問題，這就使其的應用受到限制。微囊化技術是20世紀40年代最先由美國威斯康星大學的渥斯特教授發(fā)明的，采用空氣懸浮法制備了微囊，由此打開了微囊化技術在食品藥品行業(yè)中應用與推廣。微囊化的功能主要表現(xiàn)在3個方面：改變了物態(tài)、體積和質量；降低了揮發(fā)性并進行控制性釋放；隔離活性成分，保護敏感物質[6-9]。

本試驗對玉米須中提取的黃酮類物質的微膠囊化條件進行探討研究，以期確立微膠囊化的最佳工藝，并探討影響微膠囊穩(wěn)定性的因素。微膠囊產(chǎn)品既可直接沖服食用，又可作為功能食品添加劑，可以擴大玉米須在食品工業(yè)的應用范圍，為玉米須的深加工提供了一條新的途徑[10]。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玉米須：蚌埠市懷遠縣；蘆丁標準品：中國生物制品檢定所；β-環(huán)糊精（beta-cyclodextrin，β-CD）：西安得力化工有限公司；纖維素酶：四川省山野科技有限公司；蒸餾水為實驗室自配；氫氧化鈉、亞硝酸鈉、硝酸鋁、無水乙醇等均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器與設備

SB-25-12DT超聲波清洗儀：昆山市超聲儀器有限公司；722可見分光光度計：上海精密科學儀器有限公司；HH-1恒溫水浴鍋、CL-3250A磁力攪拌器：江蘇省金壇市榮華儀器有限公司；FA214電子天平：上海衡器總廠；RE-2000B旋轉蒸發(fā)儀：南京炳輝儀器儀表有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 標準曲線的繪制[11-12]

采用NaNO3-Al（NO3）3-NaOH顯色法。精確稱取10mg蘆丁標準品，然后用體積分數(shù)為60%的乙醇溶液將其溶解并定容至100mL，搖勻，得質量濃度為0.1mg/mL標準溶液；依次精確吸取蘆丁標準溶液0、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4. 0mL、5.0mL，6.0mL、7.0mL于8只25mL容量瓶中，然后再分別加入1mL 5%亞硝酸鈉溶液，搖勻，放置6min，再加入1mL 10%硝酸鋁溶液，搖勻，放置6min，加入10mL 4%氫氧化鈉溶液，用體積分數(shù)為60%的乙醇定容，搖勻，靜置10min后，在波長510nm處測定各溶液的吸光度值。以吸光度值（A）對蘆丁質量濃度（C）進行回歸，并繪制標準曲線。

1.3.2 包埋率的計算方法及微膠囊表面黃酮的測定

選擇微膠囊化的包埋率為考察指標，對微膠囊化的效果進行評定，包埋率計算公式如下：

微膠囊表面黃酮含量的測定[7]：準確稱取0.01g玉米須黃酮微膠囊，加入10mL無水乙醇，充分振蕩、洗滌后，全部轉移入50mL容量瓶中，用無水乙醇定容，靜置，過濾；取濾液2mL，按1.3.1中的方法測定濾液的吸光度值，并利用標準去回歸方程求得微膠囊表面的黃酮的質量濃度，再按公式計算微膠囊包埋率。

1.3.3 玉米須總黃酮的提取[13-14]

稱取玉米須粉1g，按照料液比1∶15的比例加入體積分數(shù)為75%的乙醇溶液，加入0.08g纖維素酶，50℃回流提取90min，抽濾，旋轉蒸發(fā)，真空干燥24h，得玉米須總黃酮。

1.3.4 微膠囊的制備

取一定量的β-CD，用蒸餾水將β-CD調(diào)制成所需質量濃度，然后向β-CD溶液中逐滴滴加事先用少量無水乙醇溶解的玉米須黃酮液，邊滴加邊攪拌，攪拌一定時間后，于4℃平衡12h，離心的沉淀物真空干燥，得玉米須黃酮微膠囊。

1.3.5 單因素試驗

（1）芯材與壁材的配比對包埋率的影響

稱取β-CD15.00g，用蒸餾水配制成質量濃度為15g/100mL的溶液，準確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無水乙醇溶解。分別將芯材與壁材的配比（質量比）設計為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20進行試驗，平行3次，按照1.3.4操作，攪拌溫度為15℃，攪拌時間為45min，制備微膠囊。

（2）攪拌時間對包埋率的影響

稱取β-CD15.00g，用蒸餾水配制成質量濃度為15g/100mL的溶液，準確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無水乙醇溶解。按照確定的芯材與壁材的配比，將攪拌時間分別設為25min、35min、45min、55min進行試驗，平行3次，按照1.3.4操作，攪拌溫度為15℃，制備微膠囊。

（3）攪拌溫度對包埋率的影響

稱取β-CD15.00g，用蒸餾水配制成質量濃度為15g/100mL的溶液，準確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無水乙醇溶解。按照確定的芯材與壁材的配比及攪拌時間，將攪拌溫度分別設為25℃、33℃、45℃、55℃進行試驗，平行3次，按照1.3.4操作，制備微膠囊。

（4）β-CD質量濃度對包埋率的影響

稱取一定質量β-CD，用蒸餾水分別配制成質量濃度為5g/100mL、10g/100mL、15g/100mL、20g/100mL的溶液，準確稱取玉米須總黃酮提取物1.00g，用少量無水乙醇溶解。按照確定的芯材與壁材的配比、攪拌時間及攪拌溫度進行試驗，平行3次，按照1.3.4操作，制備微膠囊。

1.3.6 玉米須總黃酮提取物微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗

根據(jù)有關文獻資料[15]以及單因素試驗的結果，對芯材與壁材的配比、攪拌時間、攪拌溫度、β-CD質量濃度設計L9（34）正交試驗，以確定玉米須總黃酮微囊化的最佳條件。正交試驗因素與水平見表1。

表1 微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for microcapsule conditions optimization

1.3.7 影響微膠囊穩(wěn)定性因素試驗[15]

以微膠囊包埋率為考察指標，分別探討pH、溫度、金屬離子等因素對微膠囊穩(wěn)定性的影響。

1.3.8 統(tǒng)計學處理

采用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計學分析，數(shù)據(jù)以χˉ±s表示，統(tǒng)計學推斷采用單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的繪制

在波長510nm處，測定不同質量濃度（C）的蘆丁標準品溶液在顯色反應后的吸光度值（A），結果見圖1。由圖1可知，標準曲線回歸方程為A=16.61C-0.002 8，相關系數(shù)R2= 0.999 4，表明二者線性關系良好。

圖1 蘆丁標準曲線Fig.1 Standard curve of rutin

2.2 芯材與壁材的配比對包埋率的影響

在攪拌溫度為15℃，攪拌時間為45min，β-CD的質量濃度為15g/100mL，考察芯材與壁材的配比分別為1∶5、1∶10、1∶15、1∶20對微膠囊化的影響，結果見圖2。

圖2 芯壁比對包埋率的影響Fig.2 Effect of core to wall ratio on embedding rate

由圖2可知，在芯材質量不變的情況下，不斷地加大壁材的質量，玉米須總黃酮包埋率先穩(wěn)定上升后緩慢下降。可能由于隨著壁材的增多，壁材分子之間相互作用，反而降低了壁材對芯材的包埋效果，從而導致了包埋率的降低。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定芯材與壁材配比為1∶15。

2.3 攪拌時間對包埋率的影響

將芯材與壁材的配比確定為1∶15，攪拌溫度為15℃，β-CD的質量濃度為15g/100mL，考察攪拌時間分別為25min、35min、45min、55min對微膠囊化的影響，結果見圖3。

圖3 攪拌時間對包埋率的影響Fig.3 Effect of stirring time on embedding rate

由圖3可知，在45min之前隨著攪拌時間的延長包埋率一直升高，但在45min以后出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象。理論上，應該隨著時間的延長，包埋率越高，但是出現(xiàn)了相反的現(xiàn)象，有可能是因為隨著時間的延長二者包埋的通道被阻，導致芯材無法與壁材結合，包埋效率下降。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定攪拌時間為45min。

2.4 攪拌溫度對包埋率的影響

將芯材與壁材的配比確定為1∶15，攪拌時間為45min，β-CD的質量濃度為15g/100mL，考察攪拌溫度分別為25℃、35℃、45℃、55℃對微膠囊化的影響，結果見圖4。

圖4 溫度對包埋率的影響Fig.4 Effect of temperature on embedding rate

由圖4可知，在攪拌溫度升至45℃以前，隨著溫度的升高包埋率越高。但45℃以后，隨著溫度的繼續(xù)升高，包埋率卻出現(xiàn)了下降的現(xiàn)象。有可能是因為隨著溫度的升高，破壞了分子結構或是水分蒸發(fā)速度太快，導致壁材成膜性降低。結果說明并不是溫度越高越好，而是只有在合適的溫度時包埋效率最高，微囊化的效率最快，最穩(wěn)定。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定攪拌溫度為45℃。

2.5 β-CD質量濃度對包埋率的影響

將芯材與壁材的配比確定為1∶15，攪拌時間為45min，攪拌溫度為45℃，考察β-CD質量濃度分別為5g/100mL、10g/100mL、15g/100mL、20g/100mL對微膠囊化的影響，結果見圖5。

圖5 β-CD質量濃度對包埋率的影響Fig.5 Effect ofβ-cyclodextrin concentration on embedding rate

環(huán)糊精素主要分別由6、7、8個葡萄糖分子組成。其中以β-CD的溶解度最小，最容易析出結晶，故最為常用。β-CD的結構是7個葡萄糖殘基構成的環(huán)狀分子，環(huán)狀的內(nèi)部為疏水性，其兩端與外部均為親水性。如果外來的分子中含有疏水基，會引發(fā)基團之間的親和力的作用。因此，用β-CD為壁材制備微膠囊時，加入的水量會直接影響包埋的效果。由圖5可知，當β-CD的質量濃度為5～15g/100mL時包埋率隨β-CD的質量濃度的增長而升高，但當β-CD的質量濃度＞15g/100mL后，明顯出現(xiàn)了包埋率下降的現(xiàn)象。根據(jù)微膠囊化包埋率變化，最后確定β-CD質量濃度為15g/100mL。

2.6 玉米須總黃酮提取物微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗結果

微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗結果與分析見表2。

表2 微膠囊化條件優(yōu)化正交試驗結果與分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for microcapsule conditions optimization

由表2可知，影響玉米須總黃酮微膠囊化包埋率的因素依次為攪拌溫度＞β-CD質量濃度＞芯壁比＞攪拌時間，最佳因素水平為A3B1C2D3。從試驗條件和成本考慮，玉米須總黃酮微囊化的最佳工藝條件為芯壁比為1∶15，攪拌時間為35min，攪拌溫度為50℃，β-CD質量濃度為15g/100mL。在此條件下進行驗證試驗，包埋率平均值為78.5%。

2.7 穩(wěn)定性試驗

2.7.1 pH對玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響

準確稱取微膠囊化物1.00g溶于10mL無水乙醇中，制得溶液，分4組，調(diào)節(jié)溶液pH分別為2.0、5.0、7.0、8.0，于40℃處放置6h后進行試驗，平行測定3次，考察不同pH對微膠囊化包埋率的影響，結果見圖6。

圖6 pH對玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of pH on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由圖6可知，當溶液處于酸性或是中性的時候，總黃酮微膠囊的包埋率仍較高。但當溶液處于堿性的時候（pH＞7），總黃酮微膠囊的包埋率明顯降低。由于總黃酮中含有酚羥基，故顯酸性。而當溶液額外加入堿性物質的時候，部分總黃酮可能發(fā)生化學變化，導致總黃酮微膠囊包埋率降低。故堿性環(huán)境會對微膠囊的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

2.7.2 攪拌溫度對玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響

準確稱取微膠囊化物1.00g溶于10mL無水乙醇中。分3組，分別置于4℃冰箱保存，室溫（25℃）條件下貯存，40℃恒溫箱中保存，放置6h后進行試驗，平行3次，考察不同攪拌溫度對微膠囊化包埋率的影響，結果見圖7。

圖7 溫度對玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of temperature on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由圖7可知，位于室溫條件下和冰箱中保存均沒有出現(xiàn)包埋率下降的現(xiàn)象，只有當于40℃恒溫箱中放置時，包埋率大幅度下降。由于玉米須總黃酮的不穩(wěn)定性，雖然微膠囊化后的穩(wěn)定性大幅提高。但當放于高溫下，玉米須總黃酮微膠囊的包埋率仍會出現(xiàn)下降，故在保存時仍要避免高溫環(huán)境。

2.7.3 重金屬Cu2+對玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響

準確稱取微膠囊化物1.00g溶于10mL無水乙醇中。分3組，分別加入蒸餾水、硫酸銅溶液（100mg/kg）2mL和5mL，放置6h，平行3次。結果見圖8。

圖8 重金屬Cu2+鹽對玉米須總黃酮微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of Cu2+on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由圖8可知，當加入蒸餾水后包埋率幾乎不會出現(xiàn)變化，而當加入重金屬Cu2+后包埋率會出現(xiàn)明顯變化，隨著硫酸銅溶液的體積加大，包埋率變化愈加明顯。由于玉米須總黃酮可以與重金屬Cu2+發(fā)生顏色反應，導致了包埋率的下降。

3 結論

單因素試驗及正交試驗確定了玉米須總黃酮微膠囊化最佳工藝條件：芯壁比1∶15，攪拌時間為35min，攪拌溫度為50℃，β-CD質量濃度為15g/100mL。在此最佳條件下，微膠囊化效率達到78.5%。

玉米須總黃酮微膠囊產(chǎn)品為黃色或淡黃色粉末，產(chǎn)品中總黃酮含量＞7%，另外在pH、溫度和加入重金屬Cu2+的情況下都會對微膠囊的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

[1]EBRAHIMZADEH M A,POURMORAD F,HAFEZI S.Antioxidant activities of Iranian corn silk[J].Turk J Biol,2008,32(1):43-49.

[2]王英平，李向高.玉米須化學成分和藥理作用研究進展[J].特產(chǎn)研究，2004（2）：42-45.

[3]匡軒，匡芮，朱海濤.玉米須的化學成分及藥理保健功能[J].中國食物與營養(yǎng)，2007（7）：46-48.

[4]任順成，丁霄霖.玉米須黃酮類測定方法的研究[J].食品科學，2007，24（3）：46-48.

[5]張世東，王建建，王霞，等.玉米須單體成分純化及類別鑒定[J].福建分析測試，2007，16（3）：67-70.

[6]GOUIN S.Microencapsulation:industrial appraisal of existing technologies and trends[J].Trends Food Sci Tech,2004,15(7):330-347.

[7]韓薇妍，趙有璽，龔平，等.微膠囊結構與性能的研究進展[J].中國生物工程雜志，2010，30（1）：104-110.

[8]許燕俠，趙亮，劉挺，等.微膠囊的制備技術[J].上海化工，2005，30（3）：20-24.

[9]徐熾煥.微膠囊的制備及其應用[J].化工新型材料，2005，33（11）：75-78.

[10]魯曉翔，陳甲，連喜軍，等.玉米須黃酮微膠囊制備條件的研究[J].食品科學，2007，28（9）：132-136.

[11]黃曄，龍光錦，姜林華，等.玉米須總黃酮的提取及鑒別[J].時珍國醫(yī)國藥，2006，17（6）：1008-1009.

[12]劉世民.洋蔥中黃酮類物質的提取與研究[J].食品研究與開發(fā)，2004，25（2）：43-45.

[13]方敏，占才貴，宮智勇.玉米須總黃酮的提取與抗氧化活性[J].食品科學，2009，30（18）：206-208.

[14]劉東平，周亞球，王先榮.羅布麻葉總黃酮的測定方法探討[J].時珍國醫(yī)國藥，2007，18（3）：50-51.

[15]李柱來，王津，林媚，等.殼聚糖-吲哚美辛緩釋微囊的制備工藝及微囊的性能[J].福建醫(yī)科大學醫(yī)報，2005，39（1）：54-58.

The microencapsulation and stability of flavonoids from corn silk

LI Yan1,LI Feng2*,TAO Zhijie1,XU Hui1
(1.Department of Food and Biology Technology,Bengbu College,Bengbu 233030,China;2.Department of Hemotology, Nanjing Military Region Nanjing General Hospital,Nanjing 210002,China)

Corn silk is a traditional Chinese medicine;it has large quantity but limited utilization.The total flavonoids was extracted by enzyme hydrolysis method,and microencapsulation technology was used as well considering the instability and poor solubility.Results showed that the optimum condition of microencapsulation was obtained as follows:core wall ratio 1∶15,stiring time 35 min,β-cyclodextrin concentration 15g/100ml, temperature 50℃.Under such condition,the embedding rate was 78.5%.Result showed that pH,temperature and metal ion Cu2+were making influences on the stability of microcapsules.

corn silk;flavonoids;microencapsulation;stability

TQ461

A

0254-5071（2014）04-0047-05

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.012

2014-03-13

安徽省高等學校省級質量工程項目（20101091）；蚌埠學院自然科學研究項目（2010ZR12）作者簡介：李妍（1982-），女，助教，碩士，研究方向為天然藥物的提取與分離純化。

*通訊作者：李鋒（1979-），女，主治醫(yī)生，博士，研究方向為血液病的防治。