冷凍干燥法制備玫瑰茄花色苷微膠囊

肖輝民，陳天龍，王麗霞

（莆田學院環境與生物工程學院，福建莆田 351100）

玫瑰茄是錦葵科木槿屬一年生草本植物或多年生灌木，生長于熱帶和亞熱帶地區[1]。我國福建、臺灣、廣東、海南、廣西、云南等地均有栽培。其花萼中含有一種安全、無毒的天然食用色素，主要成分為矢車菊素- 3 -葡萄糖苷、飛燕草素- 3 -葡萄糖苷、矢車菊素-3-接骨木二糖苷和飛燕草素-3-接骨木二糖苷[2]。

玫瑰茄色素具有多種生理功能，如抗氧化、抗炎、降血脂、降血壓、抗菌、抗癌、保肝、護腎、抗腫瘤等[1]。然而，其性質不穩定，易受各種理化因素的影響而發生變化，導致其變色或降低生物活性[3-4]。通過物理或化學作用實現花色苷的穩態化成為研究的熱點。目前，國內外關于提高玫瑰茄色素穩定性的研究較少，主要有銳孔法、噴霧干燥法制備微膠囊[5-6]、攪拌混合包埋制備膠囊法[7]。冷凍干燥法可有效防止熱敏性物質在干燥過程中的變化，也是一種常用的微膠囊制備方法[8]。采用冷凍干燥法制備玫瑰茄花色苷微膠囊，研究總固形物含量、芯壁比、包埋時間對玫瑰茄花色苷包埋率和產率的影響，以獲得熱穩定的玫瑰茄花色苷微膠囊產品，使其更加廣泛、有效地應用。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

玫瑰茄干花萼，漳州金三角生物科技有限公司提供；卡拉膠（K 型），福建省綠麒食品膠體有限公司提供；乙醇、氯化鈉、鹽酸、醋酸、醋酸鈉等，均為分析純。

1.2 儀器設備

WK-150 型全新氣流式超微粉碎機，欣鎮企業有限公司產品；AR224CN 型電子天平，奧豪斯儀器（上海） 有限公司產品；KQ-200VDE 型雙頻數控超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司產品；TGL-20M 型臺式高速冷凍離心機，上海盧湘離心機儀器有限公司產品；SHZ-D（Ⅲ） 型循環水式真空泵/RE-301 型旋轉蒸發儀，鞏義市予華儀器有限責任公司產品；自動收集器，上海青浦滬西儀器廠產品；DHG-9030A 型電熱鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司產品；85-2 型恒溫磁力攪拌器，金壇市江南儀器廠產品；ALPHA 1-2 LD plus 型真空冷凍干燥，德國Christ 公司產品；STARTER2100/3C 型精密數顯酸度計、UV-1800 型紫外可見光光度計，上海美譜達儀器有限公司產品；Q600 型同步熱分析儀，美國TA 儀器公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 玫瑰茄花色苷的提取純化

取適量玫瑰茄干花萼超微粉，用蒸餾水按1∶130（W∶V） 的比例混合均勻，于50 ℃下超聲波清洗器中超聲處理30 min，超聲功率60 %，提取液冷凍離心得上清液[9]。40 ℃下減壓濃縮并經HPD-100大孔樹脂純化[10]，再減壓濃縮，真空冷凍干燥得到紫紅色粉末（含量10.8 mg/g）。

1.3.2 花色苷微膠囊化工藝

稱取一定量卡拉膠分散攪拌于去離子水中溶脹，并稱取一定量玫瑰茄色素粉末溶于水中作為芯材，將兩者充分混合均勻，真空冷凍干燥，獲得玫瑰茄花色苷微膠囊。

1.3.3 花色苷含量的測定

采用pH 示差法測定提取花色苷的含量[11]。

1.3.4 微膠囊化效果評價

以包埋率和產率評價微膠囊化效果。包埋率定義為玫瑰茄花色苷實際被包埋量與理論被包埋量的比值，用來衡量玫瑰茄花色苷被包埋程度；產率定義為玫瑰茄微膠囊產品中含花色苷與初始加入的總花色苷含量之比[12]。分別采用公式（1）、（2） 進行計算：

式中：

E——包埋率，%；

SAC——微膠囊表面花色苷含量，mg/mL；

PAC——微膠囊產品中花色苷含量，mg/mL。

式中：

Y——產率，%；

PAC——微膠囊產品中花色苷含量，mg/mL；

IAC——初始加入的花色苷含量，mg/mL。

（1） 微膠囊產品表面花色苷含量的測定。稱取微膠囊約0.2 g，加入10 mL 無水乙醇，搖勻并充分攪散，超聲波振蕩5 min，再冷凍離心5 min，倒出上清液備用，測定花色苷含量[12]。

（2） 微膠囊產品中花色苷含量測定。稱取微膠囊約0.2 g，加入10 mL 蒸餾水，待其充分溶解，超聲波振蕩5 min，加入5 mL 無水乙醇吸附花色苷5 min，再冷凍離心5 min，倒出上清液備用，測定花色苷含量[12]。

1.3.5 微膠囊產品的熱穩定性

在氮氣環境中，設定流速20 mL/min，加熱速率10 ℃/min 的條件下，對花色苷微膠囊化產品進行同步熱重/差示量熱掃描測試，測試溫度范圍從室溫到400 ℃。

1.4 試驗設計

1.4.1 包埋時間對冷凍干燥微膠囊化效果的影響

包埋時間分別為0.5，2.0，4.0，6.0，8.0 h，其他參數相同的條件下，制備花色苷微膠囊產品，并分別計算其包埋率及產率，考查包埋時間對花色苷微膠囊化效果的影響。

1.4.2 芯壁比對冷凍干燥微膠囊化效果的影響

芯壁比分別為1∶15，2∶15，3∶15，4∶15，5∶15，其他參數相同的條件下，制備花色苷微膠囊產品，并分別計算其包埋率及產率，考查芯壁比對花色苷微膠囊化效果的影響。

1.4.3 固形物含量對冷凍干燥微膠囊化效果的影響

固形物含量分別為0.226 6，0.453 3，0.680 0，0.906 6，1.133 3 g/100 mL， （其中卡拉膠分別為0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 g；花色苷含量分別為0.026 6，0.053 3，0.080 0，0.106 6，0.133 3 g；水體積為100 mL），制備花色苷微膠囊產品，并分別計算包埋率和產率，考查固形物含量對微膠囊化效果的影響。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 包埋時間對玫瑰茄花色苷包埋率和產率的影響

包埋時間對包埋率和產率的影響見圖1。

圖1 包埋時間對包埋率和產率的影響

由圖1 可知，花色苷微膠囊的產率和包埋率均隨時間的延長先升高后降低。當包埋時間為4 h 時，微膠囊的包埋率和產率達到最大值。由于隨著包埋時間延長，花色苷能夠有效吸附在卡拉膠分子上或者進入卡拉膠雙螺旋結構內部，被卡拉膠有效包埋[13]；而當包埋時間超過4 h 后，卡拉膠沉降或膠囊收縮，花色苷從卡拉膠溶膠中析出[14]，氧化降解，包埋率和產率均下降。所以適宜包埋時間為4 h。

2.1.2 芯壁比對玫瑰茄花色苷包埋率和產率的影響

芯壁比對包埋率和產率的影響見圖2。

圖2 芯壁比對包埋率和產率的影響

由圖2 可知，微膠囊的包埋率和產率隨著芯壁比的增大先增大后減小，在芯壁比為2∶15 時達最大值。由于在一定范圍內隨著芯材花色苷含量的增加，卡拉膠依舊能夠充分包埋花色苷，產率和包埋率都上升。但是當花色苷含量繼續增大時，由于壁材比例降低，壁材不能完全包裹住花色苷，花色苷分散在微膠囊的表面，極易損失，包埋率和產率降低。所以最佳芯壁比選擇2∶15。

2.1.3 總固形物含量對玫瑰茄花色苷包埋率和產率的影響

總固形物含量對包埋率和產率的影響見圖3。

圖3 總固形物含量對包埋率和產率的影響

由圖3 可知，隨著固形物含量的增加，微膠囊化產率和包埋率先上升后下降，當總固形物含量為0.453 3 g/100 mL 時達最大值。由于當固形物含量較低時，卡拉膠含量也降低，不能很好地包埋花色苷，且凍干時隨著水分子的升華小分子花色苷可能隨之帶到卡拉膠膜表面易損失，凍干后微膠囊呈粉末狀；當固形物含量上升時，卡拉膠和花色苷含量增大，增加了體系黏度，卡拉膠分子的溶脹度降低，導致微膠囊包埋率下降，由于卡拉膠的成膜性，凍干后的微膠囊呈片狀，因此總固形物含量以0.453 3 g/100 mL為宜。

2.2 正交試驗

2.2.1 直觀分析

在單因素試驗結果的基礎上，以包埋率為評價指標，進行L9（34）正交試驗，確定制備微膠囊的最優工藝參數。

正交試驗結果與分析見表1。

表1 正交試驗結果與分析

由表1 可知，3 個因素對玫瑰茄花色苷微膠囊包埋率影響的主次順序為A＞C＞B，即固形物含量＞包埋時間＞芯壁比，最優組合為A2B1C2，即固形物含量為0.453 3 g/100 mL，芯壁比為1∶15，包埋時間為4 h。

2.2.2 驗證試驗

根據正交試驗結果，按照最優組合A2B1C2進行3 次重復試驗，在固形物含量0.453 3 g/100 mL，固定凍干時間，芯壁比1∶15，包埋時間4 h 條件下制備微膠囊，測得玫瑰茄花色苷微膠囊包埋率的平均值為93.15%±0.33%，產率為97.5%±0.5%。

2.3 微膠囊產品熱穩定性分析

微膠囊DSC/TGA 曲線見圖4。

圖4 微膠囊DSC/TGA 曲線

從TGA 曲線可以看出，在室溫至約225 ℃的熱處理過程中，微膠囊的熱重曲線比較平緩，質量略有下降，由于微膠囊中殘余的少量水分緩慢蒸發所致，總體上質量保留率仍然在95%以上，說明此階段微膠囊沒有遭到熱破壞，具有良好的熱穩定性。當溫度超過225 ℃后，曲線急劇下降，由于微膠囊快速分解所致。從DSC 曲線可以看出，微膠囊為100～200 ℃有一個較大的吸熱峰，由于花色苷與卡拉膠的結晶結構在加熱過程中熔融吸熱。此結論與張純剛等人[15]的研究結果一致，即在白藜蘆醇（RES） 與羥丙基- β -環糊精（HP-β-CD）、殼聚糖物理共混物中，白藜蘆醇（RES） 仍以晶體形式存在，而在噴霧干燥微膠囊中，白藜蘆醇（RES） 則以分子狀態或無定形狀態存在。

3 結論

冷凍干燥法制備玫瑰茄花色苷微膠囊的最佳工藝條件為卡拉膠為壁材，包埋時間4 h，總固形物含量0.453 3 g/100 mL，芯壁比2∶15。在此條件下產品的包埋率為95.92%，產率為97.05%，微膠囊產品為紫紅色，具有較高的熱穩定性。