洋葱皮黄酮微胶囊技术研究

王永涛,张 桂,赵国群

(河北科技大学,河北石家庄 050018)

洋葱皮黄酮微胶囊技术研究

王永涛,张 桂＊,赵国群

(河北科技大学,河北石家庄 050018)

通过制备洋葱皮黄酮微胶囊,以提高洋葱皮黄酮的稳定性。实验以β-环糊精为壁材,研究了分子包埋法制备微胶囊工艺中不同因素对微胶囊化包埋率的影响。结果表明:芯材与壁材的最佳配比为 1∶11.49,搅拌时间 60.6min,搅拌温度 61℃。在此条件下,产品微胶囊化效率达到 41.26%。

洋葱皮,黄酮,β-环糊精,微胶囊

洋葱是我国主要出口创汇蔬菜之一,其生产过程中有大量的表皮被作为废料遗弃,造成环境的污染并使资源流失。从蔬菜原料中提取活性成分是蔬菜深加工发展的方向之一,不仅可以增加蔬菜产品的附加值,而且可以充分利用蔬菜生产过程中的废弃资源。废弃的洋葱皮中含有较高的黄酮类化合物,它具有抗菌、抗病毒、抗过敏、抑制癌细胞等多种药理活性,对治疗癌症、心血管等疾病有重要意义[1-3],因此从洋葱皮中提取黄酮类化合物逐渐被重视起来。然而,多数黄酮类化合物均存在难溶于水且不稳定的问题,这使其应用受到限制[4]。采用微胶囊技术可以解决上述问题。微胶囊技术是将目的物作为芯物质,将成膜材料作为壁材物,两者在一定条件下包埋形成微胶囊的一种工艺技术[5]。因此,以洋葱皮为原料,利用将所得到的黄酮进行微胶囊化,以期达到对其应用范围的扩大,为工业化生产提供实验依据和技术支持,为洋葱的综合利用提供可靠的技术保证。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

槲皮素标准品 (BR) 中国药品生物制品检定所;三氯化铝(分析纯) 天津市博迪化工有限公司; β-环糊精(分析纯) 西安宏昌药业有限责任公司;洋葱皮 石家庄天洋食品厂。

S-4800Ⅰ型扫描电子显微镜 日本日立公司; LGJ-10型冷冻干燥机 巩义市英峪予华仪器有限公司;JY92-Ⅱ超声波细胞破碎器 宁波科生仪器厂;Sp-756p型紫外可见分光光度计 上海光谱仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 洋葱皮黄酮的制备 取洋葱皮粉末 1g,按料液比 1∶40加入体积分数为 60%的乙醇溶液,在超声功率 180W、提取温度 50℃的条件下超声 10min,抽滤,滤渣在相同条件下再次提取,合并滤液并过双层滤纸后冷冻干燥。

1.2.2 微胶囊制备工艺 将一定量的β-环糊精加入蒸馏水,在所需温度下溶解,制成饱和溶液并保温。将洋葱皮黄酮溶于少量的无水乙醇,再将其缓慢滴加到β-环糊精饱和溶液中,恒温搅拌一定时间,然后搅拌冷却至室温,将所得混悬液在 4℃下平衡 12h,抽滤分离产物,真空干燥,即得洋葱皮黄酮微胶囊。

1.2.3 黄酮类化合物的测定方法 取适量体积样品,置于 10mL容量瓶中,加入 1mL 5%三氯化铝溶液,用无水乙醇定容至刻度,以试剂为参比液,在200～600nm波长范围内进行光谱扫描。取适量体积浓度为 0.1mg/mL的槲皮素标准溶液,按上述方法进行光谱扫描,结果如图 1和图 2,根据扫描结果确定测定波长为 423nm。

图 1 样品吸收光谱图

图 2 槲皮素标准品吸收光谱图

分别精确吸取槲皮素标准液 0.10、0.20、0.40、0.60、0.80、1.00mL,按上述测定方法,在 423nm下,测定吸光度,绘制标准曲线。得回归方程为:C= 12.175A+0.2398,R2=0.9992,此标准曲线具有良好的线性关系。

1.2.4 包埋率计算方法 产品表面黄酮的测定:准确称取 0.5g微胶囊产品,加入 10mL无水乙醇,充分振荡、洗涤后,全部转移入 50mL容量瓶中,用无水乙醇定容,静置,过滤;取滤液2mL,按 1.2.3中的方法测定滤液的吸光度,计算微胶囊表面黄酮的浓度,按下式计算微胶囊化的包埋率:

式中,A为微胶囊化的包埋率 (%);B为产品表面的黄酮质量 (μg);C为加入微胶囊中的黄酮总质量(μg)。

1.2.5 单因素实验

1.2.5.1 芯材与壁材的配比对微胶囊化的影响 芯材与壁材的配比 (质量比)设计为 1∶5、1∶10、1∶15、1∶20和 1∶25,按 1.2.2操作,在温度 50℃下搅拌60min,制备微胶囊。

1.2.5.2 搅拌时间对微胶囊化的影响 设计搅拌时间为 30、40、50、60、70min。芯材与壁材的配比为1∶10,搅拌温度为 50℃,按 1.2.2操作,制备微胶囊。

1.2.5.3 搅拌温度对微胶囊化的影响 设计搅拌温度为 40、50、60、70、80℃,芯材与壁材的配比为 1∶10,搅拌时间为 60min,按 1.2.2操作,制备微胶囊。

1.2.6 二次回归正交组合实验设计 单一因素达到一定程度时对包埋率的提高都有一定难度,必须综合考虑多个因素,确定出合理的水平,才能得到理想的包埋率。因此,采用二次回归正交组合实验方法对微胶囊制备工艺条件进行优化,实验因素水平见表1。

表 1 实验因素水平表

1.2.7 微胶囊产品的超微结构观察 微胶囊产品用离子溅射器镀金膜,测试加速电压为 3.0kV,根据样品选择放大倍数,观察并拍照具有代表性的微胶囊颗粒形态。

2 结果与分析

2.1 芯材与壁材的配比对微胶囊化的影响

从图 3中可以看出,芯材比壁材的值过小,壁材不能充分接触芯材,包埋率较低,当比值达到 1∶10时,包埋率最大;继续增大比值,就会造成壁材包埋量太大,降低了壁材对芯材的包覆效果,反而导致微胶囊产品的效率降低。

图 3 芯壁材比对微胶囊化的影响

2.2 搅拌时间对微胶囊化的影响

理论上,时间越长,包埋进行得越完全,微胶囊化的效率会更高。但从图 4中可以看出,包埋率并不是随着搅拌时间的增加而与其成正比关系。在处理过程中,随着时间的延长,黄酮类分子进入β-环糊精分子内越多,当β-环糊精的内部空腔完全被黄酮分子占据后,外来的黄酮分子就无法再进入,这时黄酮分子过剩,导致包埋率将呈下降趋势。

图 4 搅拌时间对微胶囊化的影响

2.3 搅拌温度对微胶囊化的影响

从图 5中可以看出,随着温度的升高,包埋率增加,但当温度超过 60℃时,包埋率开始下降。这主要是因为温度较低时,β-环糊精在水溶液中的溶解度较小,难以提供足够的分子状态的β-环糊精与黄酮分子形成微胶囊,所以在反应开始时提高温度有利于微胶囊的形成。但是由于包埋反应为放热的过程,当温度增加到一定限度时,就会对微胶囊的形成产生阻碍作用,因此 60℃为较为合适的搅拌温度。

图 5 搅拌温度对微胶囊化的影响

2.4 二次回归正交组合实验设计结果

2.4.1 二次回归方程的建立与检验 将实验数据输入计算机,经DPS统计软件处理,结果如表 2。回归方程为:

表 2 实验设计及结果

根据表 3,从各回归系数的显著水平 p可以看出,各个因素对包埋率的影响大小顺序为:芯材与壁材的配比 >搅拌温度 >搅拌时间。剔除回归方程中0.10水平上的不显著项,得到简化后的回归方程为:

表 3 各项回归系数的显著性检验

回归方程的显著性检验 F回=65.88>F0.01(8,9) =5.47,说明回归是极显著的,模型成立。回归方程的失拟性检验 FLf=MSLf/MSe=SSLf,dfe/(SSedfLf)= 6.95

2.4.2 方程局部最优点的寻找 根据DPS统计软件处理结果,最高指标时各个因素组合为:X1=0.4196, X2=0.0780,X3=0.1171,此时 Y=41.6617。将上述X1、X2、X3代入原编码水平,得出各因素的最优实验水平为:

式中,Zi为各实验因子;Xi为编码后方程中的各实验因子;△j为各因子变化区间;Z0j为各因子的零水平。

根据实验条件,分别选取:芯材∶壁材 =1∶11.49;搅拌时间 60.6min;搅拌温度 61℃做验证实验,重复 3次,结果包埋率为 41.26%,结果与预测值比较接近。

2.5 洋葱皮黄酮微胶囊的电镜扫描

从图 6中可观察到,在放大 600倍时,所得微胶囊外形为无定形状态,微胶囊的粒径在 10～50μm之间。放大 35000倍后可以清楚地看到,微胶囊颗粒表面既存在大量的连续体,也有丰富的孔洞。微胶囊表面连续体凹凸不平,微孔呈现大小不均、形状不一、分布不匀的特点。因而,微胶囊具有很大的内表面积,能有效地包埋、截留黄酮分子,并且这也有利于在特定条件下微胶囊的释放效果。

图 6 扫描电镜微胶囊图片

3 结论

分别研究了各单因素对微胶囊包埋率的影响,设计二次回归正交组合实验对工艺进行优化,得到了回归方程,并利用该方程求得最佳工艺条件,芯材∶壁材 =1∶11.49;搅拌时间60.6min;搅拌温度 61℃,此条件下包埋率达到41.26%。

对微胶囊产品进行了电镜扫描,观察到微胶囊颗粒表面既存在大量的连续体,又有丰富的孔洞,微胶囊效果较好。

[1]Fang P.Biological Effects of Flavones[J].Journal of Dali Medical College,1998,7(4):52-54.

[2]LiuM,Li X.Antioxidant and Antiprolife-rative Activities of Raspberries[J].J Agric Food Chem,2002,50:2926-2930.

[3]杨青,郭彩清,油继辉,等 .黄酮类物质的生理功能及应用发展动态[J].贵州农业科学,2007,35(2):143-146.

[4]徐志红,李磊,武法文,等 .环糊精对黄酮的包合作用及其在银杏黄酮提取中的应用 [J].精细化工,2005,22(10): 762-765.

[5]马小明 .食品工业中的微胶囊技术[M].北京:学苑出版社,2001:29-33.

Study on m icrocapsule technology of flavonoids from on ion skin

WANG Yong-tao,ZHANG Gui＊,ZHAO Guo-qun
(HebeiUniversity of Science&Technology,Shijiazhuang 050018,China)

The p urp ose of this exp e r im ent wasto imp rove the onion skin flavonoids s tab ility by m ic rocap sule technology.M ic rocap sule of the flavonoids from onion skin w ithβ-cyc lodextrin and the effec t of the p rocess ing p a ram e te r of p as te m e thod on the m ic rocap sule effic iency we re inves tiga ted.The results showed tha t the p roduc ts w ith high qua lity could be ob ta ined a t the cond itions such as the ra tio of the wa ll m a te ria ls to the core m a te ria l 1∶11.49,s tirring t im e60.6m in,s tirring temp e ra ture61℃.O n these cond itions,the m ic roencap sula ted effic iency of the p roduc t reached41.26%.

onion skin;flavonoids;β-cyc lodextrin;m ic rocap sule

TS255.1

A

1002-0306(2010)01-0291-04

2008-12-29 ＊通讯联系人

王永涛(1983-),男,在读硕士研究生,研究方向:食品加工与保鲜。