黑枸杞花青素軟膠囊制備的工藝

鄧瑜，郭璟瑜，唐異淞，馬燕燕，葉子，陳國剛

石河子大學食品學院（石河子 832000）

黑枸杞是我國西部典型的荒漠植物，主要分布于中國新疆、青海及歐洲、中亞等地[1]。得益于新疆地區日照時間長，晝夜溫差大的自然區位優勢，該地區野生黑枸杞資源豐富，種植面積廣，黑枸杞漿果中花青素含量更為豐富[2-3]，其花青素含量是藍莓果實的5～10倍，有“軟黃金”和“花青素之王”的美譽，是目前花青素含量最高的食材[4-5]。

花青素具有保護心血管、抗氧化、增強免疫力等[6-7]功效，葉琦[8]、孫曉紅等[9]的研究表明黑枸杞的藥用價值和保健價值均高于普通的紅枸杞。目前有關黑枸杞的研究主要集中在對其多糖提取[3,10]、抗氧化物質分析、花青素含量分析[5,11]、活性成分和揮發組分的研究[12]以及紅、黑枸杞抗氧化能力[13]的對比。相關加工產品也多為黑枸杞果酒、飲料[14]和咀嚼片[15]等。近年來，軟膠囊加工技術已頗為成熟，市面上葡萄籽油軟膠囊、蝦青素軟膠囊、銀翹解毒軟膠囊等相關產品屢見不鮮。但在黑枸杞花青素中應用膠囊技術的工藝制備及花青素定量化的研究還鮮有報道。因花青素對光、熱敏感且易分解，黑枸杞花青素經提取后口感亦不佳，將其制備成軟膠囊不僅可減少分解損失，使花青素物質更穩定，還可有效掩蓋原物質的不良氣味，在人體腸胃中較片劑丸劑更易吸收[16]，更容易得到消費者青睞。

鑒于此，此次試驗以黑枸杞為原料，通過對黑枸杞中花青素提取，探究其軟膠囊制備的相關工藝，旨在為延長黑枸杞產業鏈，豐富黑枸杞深加工產品種類，以期為黑枸杞資源的合理利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黑枸杞（新疆134團種植）；檸檬酸；果膠酶；三氯甲烷；冰乙酸；KI；淀粉；明膠；甘油；葵花籽油、蜂蠟、紅氧化鐵、特丁基對苯二酚（TBHQ）、二氧化鈦（TiO2）等試劑均為食品級。

1.2 儀器與設備

YWI250-II全自動軟膠囊機（北京鑫航成科技發展有限公司）；JM-L膠體磨（溫州市豪龍膠體磨廠）；Multfuge X1R高速冷凍離心機（賽默飛世爾科技有限公司）；XY2000C電子天平（常州市幸運電子設備有限公司）；Brookfield黏度計（上海鎂諾五金機電設備有限公司）；DZF-6210恒溫箱（上海森信實驗儀器有限公司）；B250智能數顯恒溫油水浴鍋（上海予卓儀器有限公司）；RPH-600粉碎機（浙江榮浩工貿有限公司）；RE-3000旋轉蒸發儀（上海亞榮生化儀器廠）；真空冷凍干燥機（上海繼譜電子科技有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 黑枸杞中花青素的提取

參照文獻[7, 17-19]方法并做了相關改進。稱取10 g經挑選、除雜后的黑枸杞于燒杯中，加入200 mL濃度為10%的檸檬酸溶液，浸泡20 min；用打漿機對料液打漿，再向漿液中加入0.3 g果膠酶（3 000 U），于55 ℃水浴加熱60 min，接著料液在4 ℃ 2 400 r/min條件下離心15 min；收集上清液在39 ℃進行減壓蒸餾2 h，將所得濃縮液冷凍干燥成粉末狀，備用。收集沉淀，重復以上步驟3次。

1.3.2 評價指標的測定

1.3.2.1 均勻性[20]

取1 g花青素粉末，與不同質量比的食用油、蜂蠟等物質混合加熱至80 ℃，攪拌均勻，觀察混合液是否分散、混懸均勻，有無結塊或氣泡產生，判斷花青素粉與基質是否混懸均勻。結塊和氣泡越多，表明均勻性越差。

1.3.2.2 流動性[21]

混合液靜置至室溫，玻璃棒蘸取混懸液，將玻璃棒與水平呈45°放置，使混懸液流下，觀察流下物呈團塊狀、點滴狀還是均勻線狀。呈均勻線狀流下時，表明流動性較好；團塊狀流動性最差。

1.3.2.3 切斷性[21]

混合液即將滴完時，液滴很快收縮則切斷性較好，呈長絲狀則切斷性較差。

1.3.2.4 沉降體積比[21]

取50 mL充分振搖、分散均勻的混懸液至50 mL具塞量筒中，密塞，用力振搖1 min，記錄混懸液的初始高度H0（mL），再將其放入25 ℃恒溫水浴鍋，3 d后觀察其沉降情況，并記錄沉降面的高度H1（mL），計算沉降體積比F（F=H1/H0）。F值越接近1，說明混合液越穩定。

1.3.2.5 再分散性[22]

對放置3 d已經分層的內容物，用力振搖，觀察其重新分散均勻的難易程度。重新分散得越均勻，則再分散性越好，反之越差。

1.3.2.6 黏度

參照《中國藥典》2015版通則0633黏度測定方法，對制備好的軟膠囊內容物的黏度進行測定。

1.4 數據統計與分析

試驗數據經Excel 2010軟件整理制圖，采用Design Expert ver 8.0軟件設計組合試驗、繪制響應面圖并進行差異顯著性分析（p＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 軟膠囊內容物的選擇與制備

2.1.1 混懸介質的選擇與結果分析

混懸介質在和花青素粉末混合后需要有良好的流動性和物理穩定性。最常用的混懸介質是植物油或PEG等[16]。PEG具有親水性，會吸收膠殼水分，使內容物增重、膠殼變硬、老化等，不利于軟膠囊成型。此次試驗選擇安全無毒、性質穩定、成本較低的葵花籽油作為混懸劑，加入助懸劑蜂蠟作為混懸介質，并對其用量及配比進行考察。

2.1.2 葵花籽油的用量與結果分析

花青素粉和葵花籽油制成的混懸液要求有一定流動性，不能太稀或太稠[23]，故需要對花青素粉、葵花籽油質量比進行研究。試驗將花青素粉與葵花籽油分別按質量比1∶5，1∶10，1∶15，1∶20和1∶25混勻，再以1.3.2小節的評價指標進行測評。結果如表1所示。

試驗結果表明，當花青素粉與葵花籽油的質量比為1∶5時，混懸液偏黏稠；當兩者質量比為1∶10時，混懸液黏稠度適中，流動性好；隨著葵花籽油用量的增加，混懸液越來越稀，難以包裝，不符合軟膠囊的灌裝要求。故花青素粉與葵花籽油的最佳配比為1∶10。

表1 不同葵花籽油用量下混合液的性質檢測

2.1.3 助懸劑用量選擇與結果分析

為使軟膠囊內容物均勻穩定、不分層，需加入助懸劑。蜂蠟是油狀基質常用的助懸劑[24]，試驗采用蜂蠟作為助懸劑。將花青素粉、葵花籽油、蜂蠟按不同質量比混合均勻，根據2.1.2結果，花青素和葵花籽油采用1∶10的質量比。蜂蠟梯度設為0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，3.5%和4.0%，觀察其均勻性、流動性、切斷性，再用離心機以1 000 r/min離心5 min，靜置3 d，觀察是否分層，測定其再分散性、沉降體積比和黏度。結果如表2所示。

試驗結果表明，當蜂蠟與葵花籽油的質量比為0.3∶10，即蜂蠟在葵花籽油中的含量為3%時，混合液黏稠度適中，流動性好，長時間放置無分層現象，再分散性良好，混合物分布均勻、穩定。故軟膠囊內容物中蜂蠟的最佳添加量為3%。

表2 不同助懸劑用量下混合液的性質檢測

2.1.4 抗氧化劑的選擇及用量與結果分析

參照GB 5009.227—2016的方法，將葵花籽油置于密封具塞試管，分別加入0，0.005%，0.010%，0.015%和0.020%的食品級TBHQ，攪拌均勻，并置于60 ℃恒溫箱放置10 d，于第0，第3，第5和第10天取樣，測定混合液的過氧化值。結如表3所示。

結果表明，未加抗氧化劑TBHQ的處方，過氧化值明顯增加，氧化速度較快。隨著TBHQ含量的增加，其過氧化值變化越來越緩慢，氧化速度逐漸減緩。添加一定量之后，過氧化值降低的幅度變化微弱，趨于平緩。最終確定抗氧化劑的用量為0.015%。

表3 不同TBHQ用量對葵花籽油過氧化值的影響meq/kg

2.1.5 響應面法試驗設計與結果分析

在單因素試驗結果基礎上，以花青素粉和葵花籽油質量比（A）、蜂蠟用量（B）、TBHQ用量（C）為自變量，沉降體積比為響應值。根據Box-Behnken試驗設計，優化出黑枸杞花青素軟膠囊的最佳工藝參數。因素水平設計如表4所示。響應曲面法試驗設計及結果見表5。

表4 試驗設計水平與編碼

表5 響應曲面法試驗設計及結果

表6 回歸方程的方差分析表

經回歸擬合，各影響因子對響應值的影響可用以下的方程表示：沉降體積比=0.114 65+7.69A+0.443B+2.218C-1.003AB=0.114 65+7.69A+0.443B+2.218C-1.003AB+3.751AC-0.13BC-0.004A2-0.067B2-6.07C2。回歸模型p＜0.000 1，表明該回歸模型達極顯著水平[25]；失擬項p=0.492，不顯著，說明該模型成立。回歸模型中一次項A（花青素粉和葵花籽油質量比）和B（蜂蠟用量）的影響顯著（p＜0.01）。相關系數R2=0.992 2，說明響應值的變化有99.22%來源于所選變量，得到模型擬合程度好，試驗誤差小。綜上分析，該模型能較好地分析和預測黑枸杞花青素軟膠囊的制備工藝。

圖1 黑枸杞花青素軟膠囊制備工藝的的響應面分析

通過Design-Expert ver 8.0軟件探究各因素的最佳條件組合，使沉降體積比取最大值，得到了響應值的最佳組合條件即黑枸杞花青素軟膠囊制備工藝最佳參數：A-花青素粉和葵花籽油質量比為1∶8.89，B-蜂蠟用量3.19%，C-TBHQ用量0.015%。預測在此條件下沉降體積比為1。采用上述最優工藝條件進行軟膠囊制備工藝的試驗，以進一步檢驗該試驗方法的可靠性[26]。重復試驗3次，測得實際軟膠囊內容物的沉降體積比為0.999，驗證試驗結果與理論預測值誤差在1%以內。因此，采用響應面分析方法優化得到的最優工藝條件具有實際意義與實用價值。

2.2 軟膠囊內容物的制備

取黑枸杞花青素粉，過100目篩，備用。將3%的蜂蠟加入葵花籽油中，邊攪拌邊加熱，至80 ℃蜂蠟全部溶化，將其冷卻靜置至60 ℃。加入一定量的花青素粉（葵花籽油和花青素質量比8.89）和0.015% TBHQ（食品級），緩慢攪拌至均勻，自然冷卻至室溫，放冷備用。

2.3 囊殼的選擇

2.3.1 囊殼基礎物質、增塑劑及崩解劑的選擇與結果分析

囊殼基礎物質采用軟膠囊常用的明膠-純化水配方[16]，兩者用量為明膠與水質量比1∶1。選擇常用的甘油作為本品的增塑劑，甘油與明膠的用量質量比選擇在常用的0.4∶1。在囊殼中加入明膠量5%的聚乙二醇400作為輔助崩解劑。

2.3.2 囊殼色素及遮蔽劑的篩選與結果分析

由于色素用量應使囊殼色澤深于膠囊內溶液，并且與內容物及明膠之間無配伍問題，故綜合以上因素并參照食品添加劑標準，選擇紅氧化鐵為色素，遮蔽劑二氧化鈦（TiO2）作為囊殼混懸介質，對兩者用量進行單因素分析。取2 g明膠、0.8 g甘油、2 g純化水，混合，向其中分別加入0.02，0.03，0.04和0.05 g紅氧化鐵，0.25%觀察不同紅氧化鐵色素的濃度對內容物的遮蔽效果，結果如表7和表8所示。

當紅氧化鐵添加量為甘油的5%時，遮蔽效果和感官效果最好，且觀察不出內容物分層。因此，選擇紅氧化鐵的添加量5%（表7）。TiO2用量在0.5%和1.0%時遮蔽效果明顯，在1.0%時遮蔽效果很好，但用量太大，可能會對囊殼崩解有影響。綜合考慮，選擇TiO2添加量0.5%（表8）。綜上所述，當紅氧化鐵含量為5%，TiO2含量為0.5%時，軟膠囊的遮蔽效果和感官效果最佳。

表7 色素用量的篩選

2.4 軟膠囊的制備

將配好的膠囊內容物倒入制丸機中制丸定型，置干燥室干燥、刨光、包裝。其中車間環境溫度控制在25 ℃左右，相對濕度在50%～60%之間，干燥車間濕度控制在40%以內，以保證軟膠囊更好地定型。所得花青素軟膠囊，按《中國藥典》2015年版四部膠囊劑項要求對軟膠囊的崩解時限進行檢查，崩解時限為13 min，符合藥典規定60 min內完全崩解的要求。

3 結論與討論

黑枸杞花青素軟膠囊經過工藝優化，確定的最佳成型工藝條件為：花青素粉和葵花籽油質量比1∶8.89，蜂蠟用量3%，特丁基對苯二酚（TBHQ）用量0.015%，紅氧化鐵用量5%，二氧化鈦（TiO2）用量0.5%。經穩定性考察，軟膠囊中花青素含量較穩定，成型效果較好。

大豆油為軟膠囊內容物配制中最常用的混懸介質，但大豆油色澤比葵花籽油深，有豆腥味，加熱時會產生較多氣泡，可能會影響內容物的穩定性。葵花籽油味清香，亞油酸和維生素E含量豐富，營養價值很高，更有益于人體健康。綜合以上因素考慮，此次試驗用葵花籽油代替大豆油作為花青素的載體。結果表明，葵花籽油的各項測評指標良好。但在葵花籽油用量選擇的試驗過程中，其沉降比差異不大，再分散性都較差，可能是花青素不溶于油狀物質，沒有助懸劑，難以浮起，流動性差的原因。

軟膠囊內容物在灌裝前既要均勻穩定、易分散，又需要有適宜的黏度[16]。內容物的黏度主要取決于葵花籽油與花青素的混合質量比以及蜂蠟的添加量。混合比例越小、蜂蠟添加量越多，黏度則越大。通過單因素試驗和響應面分析，結果顯示，當花青素粉與葵花籽油用量質量比為1∶8.89，蜂蠟添加量為3%時，內容物黏度最為適宜。此結果與李超[21]、鐘英英[23]關于軟膠囊制備工藝研究中蜂蠟的添加量一致。

為防止軟膠囊內容物被氧化，向混懸液中添加了不同量的TBHQ。試驗結果整體上和盧耀勤[20]在葡萄精華軟膠囊的制備工藝研究中結果保持一致，未加抗氧化劑TBHQ的處方，過氧化值增幅明顯；在0.010%時過氧化值趨于穩定。此次試驗中TBHQ添加量為0.005%時，過氧化值升高，可能是取樣或者試驗中操作不當，在空氣中被氧化的原因。

在此次試驗中，膠囊殼的色素選擇了紅氧化鐵而非天然色素莧菜紅、葡萄紫等，是因為大部分天然色素對光、熱、氧、金屬離子、pH變化等敏感，且有色澤不穩定，色價低，染色力較差，帶有特殊氣味，分散性差，導致染色不均勻等問題。所以綜合化學性質和成本考慮，最終選擇了穩定性較好、成本低廉的紅氧化鐵作為色素使用[27-28]。

近些年，我國軟膠囊的加工技術已經趨于成熟，將黑枸杞花青素制成軟膠囊可更快地被人體吸收，又可有效防止花青素的分解，同時也延長了黑枸杞的產業鏈，豐富了黑枸杞的產品種類，市場前景廣闊。