響應面法研究茶多酚微膠囊成囊特性的影響因素

◎ 付嘉琪1，朱傳輝，張意鋒，李 超

（1.湘潭大學化工學院制藥工程，湖南 湘潭 411100；2.上海理工大學，上海 200093）

微膠囊技術是將被包覆物質包封在粒徑在微米和納米級別的微小的、封閉性的外部膜內形成粒子的。內部的材料稱為芯材，外部材料稱為壁材。該技術已經應用在食品、醫藥、生物等領域。

茶多酚（Tea Polyphenols），是茶葉中所含的一類多羥基類化合物的總稱，兒茶素類化合物主要包括沒食子兒茶素（EGC）、沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）、兒茶素沒食子酸酯（ECG）和兒茶素（EC）4種物質。其性狀為淡黃至茶褐色略帶茶香的水溶液、粉狀固體或結晶，具澀味，具有較好的水溶性，親脂性較差。茶多酚因其具有較強的抗氧化作用，清除有害自由基的能力極強；還能調節免疫球蛋白的活性，舒緩腸胃緊張、止瀉和利尿等，從而廣泛運用于心血管疾病的預防與治療、預防衰老、美容保健等領域。然而，由于茶多酚分子中的酚羥基非常活潑，在光照、高溫以及堿性條件下極其容易發生氧化、聚合、縮合等反應，導致其失去抗氧活性，這就使得茶多酚的儲藏與運用存在一定的局限性。因此，我們可以采用微膠囊包埋技術，使得茶多酚被包裹起來以降低對環境的敏感性。同時，采用微膠囊包埋技術還有以下好處：①可以達到緩釋控釋的目的。②可以掩蓋茶多酚本身的不良氣味。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

海藻酸鈉、明膠和四氧化三鐵均為CP；茶多酚；激光粒度測定儀，上海天精；高壓靜電微膠囊制備裝置（自制）。

1.2 方法

1.2.1 微膠囊的制備

高壓靜電微膠囊成型裝置如圖1所示。

微膠囊制備過程：把壁材溶液放在注射器中，經過蠕動泵推擠，壁材溶液通過針頭落入盛有氯化鈣溶液的量杯中，經過高壓靜電場力的作用固化成微膠囊。

圖1 高壓靜電微膠囊成型裝置圖

1.2.2 響應面實驗

采用Box-Benhnken原理，選取電壓、注射器推進速度和注射器針頭內徑3因素3水平的響應面，設計見表1。

表1 響應面實驗設計表

1.3 微膠囊的檢測

在微膠囊溶液中過濾出微膠囊，通過激光粒度測定儀測定其粒徑。在電子顯微鏡下觀察微膠囊是否呈現圓形，圓形為合格，圓形以外為不合格。

微膠囊的合格率/%=（圓球形數目/總數）×100%

2 響應面實驗

2.1 實驗方案設計回歸模型的建立

根據Box-Behnken的中心組合實驗設計原理，分別以電壓、注射器推進速度和注射器針頭內徑作為自變量A、B、C，以微膠囊合格率為響應值Y，實驗設計與結果見表2。

表2 Box-Behnken實驗設計及結果表

2.2 回歸模型的建立

對表2結果，針對Y對A、B和C 3個變量進行回歸擬合，得到如下方程：①回歸方程（代碼值）為Y=85.58+1.70A+6.77B-4.95C-0.37AB-0.91AC-2.79BC-8.47A2-8.80B2-6.19C2。②回歸方程（實際值）為Y=85.576 00+1.696 25A+6.768 75B-4.950 00C-0.370 00AB-0.187 50AC-2.792 50BC-8.465 50A2-8.795 50B2-6.193 00C2。上述的回歸方程表明Y和自變量A、B和C之間呈現線性關系。

2.3 多因素交互作用分析

對表2數據進行二次多元回歸擬合得到圖2各因素交互作用相應面圖，分析多因素交互作用。AB的等值線圖最圓，說明AC之間對合格率的影響最小，AC的等值線相對扁平，BC的最扁平，說明BC之間的相互最大。

圖2 各因素交互作用相應面圖

由圖2可以看出，當電壓為3×104V時，固定注射器針頭內徑隨著注射器推進速度的增加，微膠囊合格率不斷提高，當達到84 mm/h后，微膠囊合格率逐漸下降。固定注射器的推進速度時，隨著注射器針頭內徑的增加，微膠囊合格率上升，當達到77 mm后，微膠囊合格率達到極大值。固定電壓時，當注射器的推進速度為80 mm/h時，隨著注射器針頭內徑的增加，微膠囊合格率不斷提高，當達到78 mm后，微膠囊合格率達到極大值后逐漸下降。

3 結論

本實驗采用高壓靜電微膠囊制備裝置以茶多酚制備微膠囊，并檢測成囊合格率，得出如下結論：①在電壓分別為2×104、3×104、4×104V的條件下，注射器推進速度分別為70、80、90 mm/h，采用內徑分別為0.1、0.15、0.2 mm的注射器針頭，形成微膠囊。通過3因素3水平的響應面法優化分析得到，成囊合格率與電壓和注射器推進速度成正比，與注射器針頭內徑成反比，此時微膠囊的合格率最高為85.57%，粒徑主要分布在80～500 μm，平均粒徑為270 μm。②在最優條件下微膠囊合格率最高。