陰離子淀粉微球吸附姜黃素工藝的研究

薛 博， 李新華， 王虹玲

(1.沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽 110161)

陰離子淀粉微球吸附姜黃素工藝的研究

薛 博1， 李新華2， 王虹玲1

(1.沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順 113122；2.沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽 110161)

[目的]分析優化陰離子淀粉微球吸附姜黃素的工藝條件。[方法]以姜黃素作為載藥體，研究響應面法優化陰離子淀粉微球吸附姜黃素吸附量的最佳工藝條件。通過單因素試驗和Plackett-Burman試驗確定了乳化劑用量、交聯劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間4個主要因素對陰離子微球吸附姜黃素的影響，根據中心組合設計原理采用4因素3水平的響應面分析法，獲得陰離子淀粉微球吸附姜黃素的最佳工藝條件。[結果]試驗表明，陰離子淀粉微球吸附姜黃素的最佳條件為：乳化劑用量0.599 g，交聯劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h,姜黃素吸附量預測值為2.332 mg/g，驗證值為2.367 mg/g，與預測值的相差0.035 mg/g。[結論] 研究可為陰離子淀粉微球的載藥性能和開發利用以及淀粉的深加工開發利用提供依據。

陰離子淀粉微球；姜黃素；吸附性

陰離子淀粉微球是由淀粉經過二次交聯和陰離子化改性而制得。陰離子化后的微球改善了其表觀結構，加強其機械強度，同時也提高了微球吸附或選擇吸附的能力。由于陰離子淀粉微球具有大量的活性基團，淀粉磷酸酯帶負電荷，其可以和帶正電荷的物質產生靜電吸引，相當大的孔容積和比表面積，使其具有優良的吸附性能[1-3]。姜黃素是從姜科植物姜黃中提取的一種色素，其色澤穩定且幾乎無毒。近年的研究表明，姜黃素具有降血脂、抗腫瘤、抗氧化、抗炎、利膽等作用。對于淀粉微球的離子化改性國內外報道多涉及其合成與表征，但陰離子微球的吸附性研究鮮有報道[4-6]。筆者以可溶性淀粉為載體，三聚磷酸鈉為陰離子化試劑，以姜黃素為模型藥物，研究陰離子微球吸附姜黃素的吸附量，利用響應面分析陰離子微球吸附姜黃素的工藝條件，為陰離子淀粉微球的載藥性能及開發利用提供依據，為淀粉的深加工開發利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料主要試劑：氫氧化鈉,span60、液體石蠟、乙酸乙酯、環氧氯丙烷、丙酮、無水乙醇、三聚磷酸鈉、姜黃素、可溶性淀粉，以上試劑均為分析純，國藥集團化學試劑。

主要儀器設備：TDL-40B離心機，上海安亭科學儀器廠；UV-1600紫外可見分光光度計，上海精科分析儀器公司；HH-6型數顯轉速電動攪拌機、JB 90-S數字顯示轉速電動攪拌機，上海標本模型廠制造。

1.2 試驗方法

1.2.1合成陰離子淀粉微球。稱取一定量的span 60于液體石蠟中水浴加熱。用NaOH溶液調10%的可溶性淀粉溶液pH為12，加熱糊化后冷卻到55 ℃。在磁力攪拌的作用下將淀粉溶液滴加至液體石蠟中，攪拌5 min后，滴加一定量交聯劑環氧氯丙烷，攪拌，55 ℃保溫，反應5 h后離心，用乙酸乙酯、無水乙醇、丙酮反復洗滌，離心。加入三聚磷酸鈉攪拌均勻，浸泡過夜，用乙醇洗滌后離心、干燥，得到陰離子淀粉微球。

1.2.2陰離子淀粉微球吸附姜黃素性能的測定。精確稱取真空干燥至恒重的姜黃素10 mg,置于100 ml棕色容量瓶中，用無水乙醇定容。取8 ml置于100 ml容量瓶中，加入32 ml無水乙醇，用蒸餾水定容至100 ml,搖勻。在裝有儲備液的10 ml的密封瓶中加入0.05 g姜黃素乙醇溶液，用該溶液定容至10 ml，測2 h的吸光度。

1.2.3單因素試驗。根據微球成球機理，分別考察乳化劑用量、交聯劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間對微球吸附姜黃素量的影響。

1.2.4響應面試驗。根據單因素試驗結果，選擇影響顯著因素乳化劑用量、交聯劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間，運用響應面法優化試驗條件。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1乳化劑用量對姜黃素吸附量的影響。span 60是固體食品級乳化劑，又是非離子型乳化劑，所以乳化劑選用span 60。固定其他因素不變，陰離子微球對姜黃素吸附量的影響如圖1所示，隨著乳化劑用量的增加而增大，若span 60用量大于0.6 g時，乳化劑膠束相互聚集或粘結，姜黃素的吸附量變化趨勢極其緩慢。

2.1.2交聯劑的用量對姜黃素吸附量的影響。如圖2所示，交聯劑選用環氧氯丙烷，因其具有活潑的環氧基和氯基，是一種交聯效果極好的交聯劑。在所選取的范圍內，微球吸附姜黃素量隨著環氧氯丙烷用量的增加先增大后減小，若交聯劑用量大于5 g時，吸附姜黃素量迅速下降，這是由于陰離子淀粉微球內部結塊且不易洗脫。交聯劑用量為5 g時，陰離子淀粉微球的吸附量達到最大值。

2.1.3三聚磷酸鈉用量對姜黃素吸附量的影響。由圖3可知，在所選取的范圍內，隨著三聚磷酸鈉的增加，姜黃素的吸附量先增大后減小。三聚磷酸鈉用量的增加會使微球帶有更多的負電荷，增加了微球與姜黃素間的靜電引力，使吸附量增加。三聚磷酸鈉用量大于0.8 g時，吸附姜黃素的量減小，這是由于微球與淀粉發生二次交聯，使微球結構更加致密，不利于其吸附姜黃素，所以用量過大吸附量反而降低。當三聚磷酸鈉用量為0.6 g時，微球對姜黃素吸附量達到最大值2.34 mg/g。

2.1.4浸泡時間對對姜黃素吸附量的影響。在所選用的范圍內陰離子微球對姜黃素吸附量如圖4所示，固定其他因素不變，隨著浸泡時間的增加，陰離子淀粉微球的吸附量呈上升趨勢，浸泡時間超過8 h后三聚磷酸鈉用量已基本耗盡，吸附量不再增加。

2.2 響應面試驗

2.2.1方差分析及二元回歸方程擬合。根據單因素試驗結果所確定的最佳反應條件，采用二次回歸通用旋轉正交設計(4因素3水平)試驗，其中4因素包括乳化劑用量(X1)、交聯劑用量(X2)、三聚磷酸鈉用量(X3)和浸泡時間(X4)，考察陰離子微球吸附姜黃素的能力，因素水平取值見表1。

陰離子微球吸附姜黃素影響因素響應面分析試驗設計與結果見表2。

表1 響應面試驗因素水平

利用Design-Expert軟件對以上各試驗點的響應值進行回歸分析，得到回歸模型方程為：

表2 響應分析試驗結果

由回歸方程分析可以看出，方程描繪因子X1<0.000 1(P<0.01)偏回歸系數極顯著，說明乳化劑用量對影響陰離子微球吸附量極顯著，X2=0.042 1，X3=0.032 1(P<0.05)的偏回歸系數高度顯著，說明交聯劑用量、三聚磷酸鈉用量對陰離子微球吸附量有顯著影響；X1X4交互作用顯著，說明陰離子微球吸附量受到了乳化劑用量和浸泡時間的共同影響，在微球吸附量中起了關鍵作用；回歸模型極顯著(P<0.000 1),說明回歸方程與實際情況吻和較好。回歸方程方差分析結果可以看出，方程的失擬項P=0.075，P>0.05，不顯著，說明該方程對試驗試驗擬合好。回歸模型預測的最佳陰離子微球吸附量工藝條件為：乳化劑用量0.599 g，交聯劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h。

2.2.2交互作用分析。陰離子微球吸附姜黃素優化的響應曲面如圖5～10。在固定交聯劑用量和浸泡時間的條件下，乳化劑用量與三聚磷酸鈉用量的響應面圖見圖6，乳化劑用量與三聚磷酸鈉用量交互作用顯著，吸附量主要由二者共同影響，效果較為顯著，兩者在吸附量的提高中起到關鍵的作用，在圖6中可以看出吸附量主要受乳化劑用量的影響，吸附量隨乳化劑用量的升高而加大，在乳化劑用量達到0.60 g

左右時，吸附量出現峰值，同時三聚磷酸鈉用量為0.8 ml時，響應值變化最大，即可獲得較高的吸附量。乳化劑用量和交聯劑用量相互作用也較為顯著如圖5所示，表現為曲線較陡。在保證吸附量的前提下，可根據實際情況適當的增加乳化劑用量而減少攪拌時間。而三聚磷酸鈉用量(X3)和浸泡時間(X4)次之，表現為曲線較為平滑，且隨其數值的增加，響應值變化較小。

2.3 模型驗證為檢驗模型預測的準確性，依據響應面優化得到的最佳工藝條件，將考察的因素設定為: 乳化劑用量0.599 g，交聯劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h,經過4次驗證試驗，得到陰離子微球吸附姜黃素的量為2.367 mg/g，與模型預測值相差0.035 mg/g,與理論值基本相符。

3 結論

研究得出，乳化劑用量、交聯劑用量、三聚磷酸鈉用量和浸泡時間對陰離子微球吸附姜黃素影響均顯著，其中乳化劑用量和三聚磷酸鈉用量較為顯著。陰離子微球吸附姜黃素的最佳工藝條件為乳化劑用量0.599 g，交聯劑的用量為3.001 ml，三聚磷酸鈉用量為0.8 g，浸泡時間為8.5 h,此條件下，陰離子微球吸附姜黃素的量為2.367 mg/g，說明響應面法適用于陰離子淀粉微球對姜黃素吸附量進行參數優化，對于指導陰離子微球作為藥物載體提供理論和實踐上的參考。

[1] 肖昊江，寧青菊，李仲謹，等.反相懸浮法制備交聯陽離子型淀粉微球[J].陜西科技大學學報，2007，25(4)：32-35．

[2] 張燕萍.變性淀粉制造與應用[M].北京:化學工業出版社，2001:1-2．

[3] 林觀祥，潘曉軍，王賢親．姜黃素多孔淀粉微球的制備[J]．海峽藥學，2008，20(9)：25-26

[4] YANIKA WATCHARATEWINKUL，CHUREERAT PUTTANLEK，VILZI RUNGSARDTHONG，et al.Pasting properties of a heat-moisture treated canna starch in relation to its structural characteristics[J]Carbohydrate Polymers,2009,75(3):505-511

[5] JENNY YUE ZUO，KAI KNOERZER，RAYMOND MAWSON， et al.The pasting properties of sonicated waxy rice starch suspensions[J].Ultrasonics Sonochemistry,2009,16(4):462-468.

[6] BLASZCZAK W，BIDZINSKA E，DYREK K，et al.Effect of high hydrostatic pressure on the formation of radicals in maize starches with different amylose content[J].Carbohydrate Polymers,2008,74:914-921.

Optimization of Adsorption of Anionic Starch Microspheres Curcumin

XUE Bo1, LI Xin-hua2, WANG Hong-ling1

(1. College of Life Science, Shenyang Institute of Technology, Fushun, Liaoning 113122; 2. College of Food Science, Shenyang Agriculture University, Shenyang, Liaoning 110161)

[Objective] To optimize technique conditions for anionic starch microsphere adopting curcumin. [Method] With curcumin as medicine carrier, the optimal technique conditions for nionic starch microsphere adopting curcumin were obtained by response surface method. The single factor experiments and Placket-Burman test suggested that emulsifier dosage, crosslinker dosage, values of sodium tripolyphosphate amount and soaking time were the major factors on adsorption of curcumin. Three-level response surface methodogy based on the principle of central composite design was employed to analyze the significance and interactions of the above factors by mathematical modeling. [Result] The results showed that the optimum adsorption of starch microspheres curcumin content were as follows: emulsifier dosage was 0.599 g, crosslinker dosage was 3.001 ml, values of sodium tripolyphosphate amount 0.8 g and soaking time 8.5 h. The predicted adsorption yield was 2.332 mg/g, while the actual adsorption yield was 2.367 mg/g, with relative error of 0.035 mg/g. [Conclusion] The study can provide basis for development and utilization of anionic starch microsphere and deep processing of starch.

Anionic starch microsphere; Curcumin; Adsorption

薛博(1984- )，女，遼寧北票人，講師，碩士，從事農產品深加工與轉化研究。

2015-03-20

S 509

A

0517-6611(2015)12-230-03