膜乳化法制备莱菔硫烷微胶囊的研究

李椿方，程华，梁浩

（1.北京市工业技师学院，北京100023；2.北京化工大学生命科学与技术学院，北京100029）

膜乳化法制备莱菔硫烷微胶囊的研究

李椿方1，程华1，梁浩2，*

（1.北京市工业技师学院，北京100023；2.北京化工大学生命科学与技术学院，北京100029）

研究了膜乳化法制备莱菔硫烷微胶囊的工艺，采用乙酸乙酯作为有机溶剂相，玉米油与乙基纤维素的质量比为6∶4，乙基纤维素浓度5%时，制得的微胶囊对莱菔硫烷的包埋率最高。同时分析了减压蒸发、常温蒸发和溶剂扩散3种溶剂去除方法对所制备微胶囊包埋率和平均粒径的影响，结果表明，减压蒸发法有更好的包埋率，且速度快、耗时短，平均粒径适合，制得的莱菔硫烷微胶囊分散性能好、表面光滑、流动性好。

莱菔硫烷；微胶囊；膜乳化法

异硫氰酸酯是一类具有生物活性的油状物质，临床研究表明在这种物质存在的情况下，癌细胞的数量能够明显减少，癌细胞的生长得到抑制，证实其具有良好的抗癌效果［1］。其中这一类成分中表现出抗癌效果最好的是莱菔硫烷（sulforaphane）。莱菔硫烷是目前公认的防癌和抗癌效果最好的天然产物之一，是自然界存在的诱导型解毒酶能力最强的诱导物，它对肺癌、乳腺癌等多种癌症都具有比较好的抵抗作用；此外，莱菔硫烷对心血管疾病和脑损伤也有一定的抑制作用［2-4］。但莱菔硫烷存在一定程度上的不稳定性。外界条件pH、温度等均会对莱菔硫烷的稳定性构成严重影响［5-6］。

微胶囊技术是能够将药物或者食品功能性营养因子进行包埋的技术，能够提高一些不稳定物质的稳定性和生物可利用度。该项技术应用广泛，主要应用于制剂、化妆品等领域，近年来也逐步应用于食品、生物医学等领域。该项技术具有提高芯材缓释效果、芯材稳定性、芯材生物利用度、屏蔽气味等诸多优点［7-8］。

膜乳化法是近年来发展起来的一种新的制备粒径均一乳液的方法。乳液广泛应用于食品、药物、农业、化学品、化妆品等行业中。然而传统乳液的制备方法通常采用机械搅拌、高速剪切、超声匀浆等方法，这些方法存在高剪切力、设备要求高、耗能大等缺点，这不利于对热和高剪切力敏感活性功能性物质乳液的制备，另外，所制备的乳液粒径尺寸和分布都不均一［9-10］。为了克服这些存在的问题，膜乳化法逐渐受到研究者的关注［11］，膜乳化法具有制备乳液粒径分布均匀、剪切力小、耗能小、设备投资小等优点，目前已经用于制备粒径均一的乳液的报道已经很多。对于膜乳化法制备微胶囊的相关研究报道较少，研究膜乳化法制备微胶囊具有重要意义。因此，本文研究膜乳化法制备莱菔硫烷微胶囊的工艺参数，以期提高莱菔硫烷的稳定性。

1材料与方法

1.1材料与仪器

莱菔硫烷粗品，使用原料西兰花种子自制，与标品对照后得其纯度为55%；乙基纤维素、乙酸乙酯、Tween 80、十二烷基硫酸钠、二氯甲烷均为分析纯：购自国药集团化学试剂有限公司；莱菔硫烷标品（纯度＞98%）：购自Sigma公司；乙腈：色谱纯，购自迪马公司；SPD-10A高效液相色谱仪：日本岛津公司；恒温水浴锅：天津中环科技开发公司；RE-52A旋转蒸发仪：上海亚荣生化仪器厂；JB-2恒温磁力搅拌器：上海雷磁新泾仪器有限公司；THZ-82A水浴恒温振荡器：金坛市荣华仪器制造有限公司。

1.2方法

1.2.1莱菔硫烷微胶囊的制备

精确称取5 g的乙基纤维素溶解于100 mL乙酸乙酯液体中，制备成5%的乙基纤维素乙酸乙酯溶液，然后精密称取0.1 g莱菔硫烷粗品加入乙酸乙酯溶液中，搅拌20 min使莱菔硫烷完全溶解，按玉米油与乙基纤维素的固有的比值，加入相应质量的玉米油，继续搅拌2 h，使玉米油完全溶解于乙酸乙酯相中。另取一容器，加入一定体积的水（含有一定比例的Tween 80和十二烷基硫酸钠），一边搅拌一边将上述乙酸乙酯混合相逐滴加入到水相后，继续搅拌15 min，形成粗乳液。将粗乳液倒入膜乳化装置管中，在压力作用下，粗乳液经过膜孔流出至容器中，反复经过膜孔3次～5次，收集乳液，缓慢搅拌20 min，待稳定后，将制备的乳液置于常温条件下，挥掉乙酸乙酯，乙基纤维素由于在乙酸乙酯中的溶解度逐渐降低析出，形成微胶囊。将微胶囊离心后，取沉淀，冷冻干燥储存备用。微胶囊中莱菔硫烷的含量按照1.2.2液相色谱法进行测定。

1.2.2莱菔硫烷微胶囊检测方法的建立

1.2.2.1莱菔硫烷液相色谱检测条件

莱菔硫烷的检测采用液相色谱法。液相色谱检测条件：流动相为乙腈和水（含有0.1%的TFA），梯度条件为乙腈20%在20 min内升至80%；色谱柱采用Diamosil反相C18色谱柱（250×4.6 mm，5 μm）；检测波长为254 nm；柱温为30℃；进样量为10 μL。

1.2.2.2微胶囊中莱菔硫烷含量的测定

采用莱菔硫烷作为标准品做标准曲线，制备的微胶囊中莱菔硫烷的含量按照上述液相色谱方法进行检测，实验中采用乙酸乙酯与水以2∶8的比例混合，作为微胶囊中异硫氰酸酯微胶囊的溶解液，测定溶解液中莱菔硫烷含量，计算其包埋率。

式中：EE为莱菔硫烷的包埋率，%；A1为微胶囊中莱菔硫烷的质量，mg；A2制备微胶囊时加入的莱菔硫烷的质量，mg。

1.2.3有机溶剂的选择

其它试验条件不变，将油相乙酸乙酯换为二氯甲烷溶剂，制备微胶囊，测定莱菔硫烷的含量，计算其包埋率。

1.2.4玉米油量的选择

其它试验条件不变，按玉米油与乙基纤维素所形成的质量比例，逐次试验加入不同量的玉米油，计算其包埋率，比较玉米油用量对包埋率的影响。

1.2.5壁材浓度的确定

在其它试验条件不变的情况下，依次改变纤维素的浓度按上述方法进行试验，考察乙基纤维素浓度对莱菔硫烷包埋率的影响。

1.2.6溶剂挥发方式的确定

在其它试验条件不变的情况下，改变制备微胶囊时所形成的乳液的有机溶剂挥发方式。第一种方法按前述试验中常温蒸发的方法进行；第二种方法采用减压蒸发法，将膜乳化制备的乳液，置于-0.09 MPa真空度和40℃的条件下，以使有机溶剂挥发，得到微胶囊；第三种方法采用溶剂扩散法，在40℃条件下，一边搅拌，一边逐滴加入水溶液，以使乙酸乙酯相扩散到水里面，促使乙酸乙酯相中乙基纤维素溶解度降低而析出，得到微胶囊。比较常温蒸发、减压蒸发和溶剂扩散法三种方法制备微胶囊的对莱菔硫烷包埋率和粒径分布的影响。

2结果与分析

2.1有机溶剂的确定

根据已有的报道的参考文献中，使用油溶性壁材时，常使用二氯甲烷作为壁材的溶解溶剂，本试验比较了二氯甲烷和乙酸乙酯相对其包埋率的影响，如图1所示。

二氯甲烷在水溶液中的溶解度比乙酸乙酯低，结果表明，二氯甲烷作为溶剂时，所制备的微胶囊对莱菔硫烷的包埋率与乙酸乙酯作为溶剂时所制备的微胶囊对莱菔硫烷的包埋率相比较低，且二氯甲烷具有毒性和一定的致癌性，乙酸乙酯是一种良好的无毒酯类溶剂，因此选定乙酸乙酯作为乙基纤维素壁材溶解的溶剂。

图1　不同溶剂对SFN包埋率的影响Fig.1Effect of different solvent on SFN encapsulation efficiency

2.2玉米油用量的确定

在其它试验条件不变的情况下，逐步增加玉米油的加入量，达到玉米油与乙基纤维素的质量比为8∶2为止，如图2所示。

图2　不同的玉米油含量的对SFN的包埋率的影响Fig.2Effect of different oil content on SFN encapsulation efficiency

结果表明，加入玉米油能够明显的改变莱菔硫烷的包埋率。在不加玉米油的情况下，包埋率小于20%。随着玉米油的加入量的增加，发现包埋率变化是先增加后减少。随着玉米油加入量的增加，在微胶囊形成过程中，玉米油和莱菔硫烷能够更大程度的融合，玉米油起到减缓莱菔硫烷从微胶囊中渗出过程的作用。而当玉米油含量过多时，乙基纤维素含量过少，在形成微胶囊时，就不能够更好地将玉米油和莱菔硫烷的混合物进行很有效的包埋，并在形成过程中也可能存在破囊的现象，导致包埋率降低。因此以包埋率作为指标，玉米油与乙基纤维素的最佳质量比为6∶4。

2.3乙基纤维素浓度的确定

在其它试验条件不变的前提下，改变乙基纤维素的浓度，发现包埋率随着乙基纤维素浓度的逐渐增加，莱菔硫烷的包埋率先逐渐增高后逐渐降低，在乙基纤维素浓度5%时，包埋率达到最大，如图3所示。

图3　乙基纤维素浓度对SFN包埋率的影响Fig.3Effect of EC on SFN encapsulation efficiency

当乙基纤维素浓度较小时，在形成微胶囊时，壁材不能将芯材进行很好的包埋，或胶囊壁厚度较小，在试验过程中易造成损坏，导致包埋率降低；在较高浓度时，所制备的乳液黏度较大，在经过膜乳化装置时，可能造成膜乳化装置膜孔的堵塞，造成微胶囊的产量降低，并可能导致微胶囊相互黏接在一起，影响其分散性能。

2.4最佳乙酸乙酯相去除方式

比较了3种方法制备的微胶囊对包埋率的影响，如图4所示。

图43　种溶剂去除方式对SFN包埋率的影响Fig.4Effect of three ways of solvent removed on SFN encapsulation efficiency

减压蒸发法制备的微胶囊对莱菔硫烷的包埋率最高。莱菔硫烷在水中具有一定的溶解度，在制备微胶囊时，时间越长，莱菔硫烷渗入外水相中的越多；另一方面莱菔硫烷在时间较长的条件下会凸显一定程度的不稳定性，可能导致其降解，这些均会导致包埋率降低。所以该法制备微胶囊时，时间较短，利于莱菔硫烷的包埋。溶剂扩散法虽然也能缩短时间微胶囊的制备时间，但在制备过程中，加入过量的水来促使乙基纤维素的析出，这也同时引起了莱菔硫烷更多的溶解到水溶液当中去，致使莱菔硫烷的包埋率降低。相对于这两种方法，常温蒸发法所制备的微胶囊时间较长，包埋率略低于减压蒸发法，莱菔硫烷溶解于外水相中和存在某种程度的降解所导致的，结果表明减压蒸发方法更有利于莱菔硫烷包埋率的增加。

此外，本试验还考察了乙酸乙酯相去除对于微胶囊平均粒径的影响，试验结果见图5。

图5　三种溶剂去除方式制备的微胶囊的电镜图Fig.5SEM pictures of microcapsules prepared by three ways of solvent removed

3种溶剂去除方式（见表1），常温蒸发方法能够将乙酸乙酯相从乳液中以恒定的速率去除，且速度不是很快，所以形成的微胶囊具有良好的球形和粒径均一性，平均粒径较小，宽度较窄。真空蒸发法能够在短的时间内将乙酸乙酯挥发掉，有机溶剂挥发速度较快，所制备的微胶囊平均粒径最大，宽度相对较宽。溶剂扩散法是利用乙酸乙酯在水中的溶解度而应用的一种方法，其在实验过程中逐步加入过量的蒸馏水，致使油相中乙酸乙酯通过表面活性剂层渗透到水溶液中，进而致使油相中乙基纤维素析出而得到微胶囊，这种方法制备的微胶囊粒径分布较宽，平均粒径最小，微胶囊的成形也较快。3种方法由于其平均粒径差异不大，且减压蒸发法挥掉乙酸乙酯的时间短，速度快，故选用真空蒸发法。

表1　3种溶剂去除方法制备SFN微胶囊Table 1Preparation of SFN microcapsules by the three solvent eremoval ways

对此将所制备的微胶囊，进行了超声分散操作后，电镜扫描观察，电镜图如图6所示，微胶囊具有良好的分散性能，表面光滑，流动性好。

图6　微胶囊的电镜图Fig.6Electron microscopy pictures of microcapsules

3讨论与小结

本文研究了膜乳化法制备粒径均一性微胶囊的方法，优化了膜乳化法制备微胶囊的条件，最佳制备条件为：乙酸乙酯作为有机溶剂相，乙基纤维素浓度5%，玉米油与乙基纤维素的质量比为6∶4。同时考察了常温蒸发法、减压蒸发法和溶剂扩散法3种溶剂去除方法对莱菔硫烷包埋率和平均粒径的影响，确定了减压蒸发法制备微胶囊，其对莱菔硫烷有更好的包埋率，且该方法速度快、耗时短，平均粒径与其他两种方法差异小，制得的莱菔硫烷微胶囊具有良好的分散性能，表面光滑，流动性好。

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Sulforaphane Microcapsules Prepared by Membrane Emulsification Method

LI Chun-fang1，CHENG Hua1，LIANG Hao2，*
（1.Beijing Industrial Technician College，Beijing 100023，China；2.College of Life Science and Technology，Beijing University of Chemical Technology，Beijing 100029，China）

Sulforaphane microcapsules were prepared by membrane emulsification method under optimal condition.Ethyl acetate was organic solvent phase，the mass ratio of corn oil and ethyl cellulose ethyl cellulose was 6∶4，ethyl cellulose concentration was 5%.The encapsulation efficiency（EE）of the prepared microcapsules was the highest.At the same time，the solvent removal effects to EE of the prepared microcapsules and the average particle size of the vacuum evaporation，room temperature evaporation and solvent diffusion method were evaluated.The results showed that EE of vacuum evaporation method had better than that of other two methods，and the prepared speed was quick，time was short，the average particle size was suitable.The prepared sulforaphane microcapsules had good dispersion performance，smooth surface and good fluidity.

sulforaphane；microcapsules；membrane emulsification method

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.15.018

2014-11-03

北京市职业院校教师素质提高工程资助项目

李椿方（1983—），男（汉），硕士研究生，主要从事天然活性成分研究与开发，色谱质谱分析技术应用等工作。

梁浩（1979—），男，副教授，博士，主要从事天然活性成分研究与开发、酶催化转化、纳米生物技术等研究工作。