山核桃油微囊的制备及稳定性研究

王小宁,张存劳,罗国平,杨黎彬

(西安医学院药学院,陕西西安 710021)

山核桃油微囊的制备及稳定性研究

王小宁,张存劳,罗国平,杨黎彬

(西安医学院药学院,陕西西安 710021)

采用复凝聚法制备山核桃油微囊,以包油率为指标,以阿拉伯胶用量、明胶用量、山核桃油添加量、固化剂用量、pH为考察因素,在单因素实验的基础上,通过正交实验确定山核桃油微囊的最优处方为:阿拉伯胶用量10%,明胶用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化剂添加量6 mL,pH为4.0。制备的微囊平均包油率为83.9%±0.24%,经倒置显微镜法观察其形态规则,分布均匀,采用Malvern 激光粒度仪测定平均粒径为1.423 μm,Zeta电位值为-38.2 mV。稳定性实验结果表明制备的微囊在高温、强光照下包油率稳定,有利于进一步加工贮藏。

山核桃油,微囊,复凝聚法,稳定性

山核桃(胡桃秋JuglansmandshuricaMaxim,又名核桃、核桃楸、楸子)属于胡桃科山核桃属植物性食物,是优良的木本油料。山核桃油中油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量高达90%,具有益智、抗衰老、防癌、预防心脑血管疾病等功效,营养价值高[1-2]。由于山核桃油中不饱和脂肪酸对光、氧、热等因素较为敏感,易发生氧化、酸败等反应,不利于加工和贮藏,因此研究多样化的山核桃油产品,提高油脂的稳定性及其生物利用率具有十分重要的意义[3-4]。微囊技术是使用天然的或合成的高分子材料将固体、液体甚至是气体的微小颗粒包裹在直径为1～500 μm的半透性或密封囊膜的微型胶囊内的技术[5-7]。将山核桃油制成微囊后,可以有效地减少油脂受外界环境因素(如光、氧、热)的影响,延缓及避免山核桃油的氧化从而保持稳定,同时,微囊可以使油脂由液态转化为较稳定的固态粉末油脂,便于工业化的加工、贮藏和运输[8-9]。

本文以山核桃油为芯材,以阿拉伯胶和明胶为壁材,采用复凝聚法制备山核桃油微囊,筛选微囊最优处方工艺,并对其稳定性进行考察,为山核桃油的产品开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

山核桃油 自提,山核桃产自陕西洛南县；A型明胶 天津市科密欧化试剂有限公司；阿拉伯胶 天津市东丽区天大化学试剂厂；36%～37%甲醛 分析纯,西安化学试剂厂；氢氧化钠 分析纯,天津市天力化学试剂有限公司；醋酸 分析纯,天津市耀华化学试剂有限责任公司；正己烷 分析纯,天津市富宇精细化工有限公司；希夫试剂 北京索莱宝科技有限公司。

CP2102型电子天平 上海奥豪斯仪器有限公司；微量电子天平 北京赛多利斯科学仪器有限公司；HSY2-SP型电热恒温水浴锅 北京市光明医疗仪器厂；高剪切乳化机 上海弗鲁克仪器有限公司；KQ5200E型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司；TD5M低速大容量离心机 湖南赛特湘仪有限公司；SK-200生物显微镜 麦克奥迪有限公司；GZ9147电热鼓风干燥箱 温州顶历医疗器械有限公司；ZEN3600马尔文激光粒度仪 马尔文仪器有限公司；LABCONCO冷冻干燥机 上海智尧仪器有限公司；Labonce-120CGS药品稳定性实验箱 北京兰贝石恒温技术有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 预备液的制备 明胶液的制备:称取明胶5 g加100 mL蒸馏水(60 ℃),浸泡膨胀后,于50 ℃恒温水浴锅中不断搅拌使之完全溶解,保温以防凝固,备用。

初乳的制备:称取阿拉伯胶加20 mL蒸馏水中,超声搅拌使之溶解,之后加山核桃油,在高剪切乳化机乳化2 min使完全乳化,初乳形成。

1.2.2 山核桃油微囊制备方法 将制好的初乳加300 mL蒸馏水,用10%醋酸溶液调pH,加入明胶液,乳液置水浴中降温至40 ℃,不断搅拌(300 r/min),加37%甲醛搅拌20 min后测pH,用20% NaOH溶液调pH8～9后,搅拌1 h。离心(4000 r/min)25 min,倒掉上清液取微囊,用水洗多余的甲醛至希夫试剂检查不变红色,将洗涤后的微囊冷冻干燥得微囊粉末[10]。

1.2.3 包油率的测定 称取微囊放入烧杯中,加正己烷10 mL超声破碎,然后经4000 r/min,20 min离心,立即用漏斗过滤,将滤液转移至已恒重的烧杯(M)中,称总重(M1),然后放在100 ℃水浴锅上烘干至恒重(M2)。按如下公式计算包油率:包油率(%)=(M2-M)/(M1-M)× 100[11]。

1.2.4 山核桃油微囊处方的优化 以包油率为指标,单因素实验法依次考察阿拉伯胶用量(4%、6%、8%、10%、12%)、明胶用量(10、15、20、25、30 mL)、山核桃油添加量(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL)、固化剂添加量(2、4、6、8、10 mL)和pH(3.5、4.0、4.5、5.0、5.5)对山核桃油微囊包油率的影响。在单因素实验考察的基础上,选择对包油率影响显著的4个因素,采用四因素三水平L9(34)正交表进行正交实验,因素水平表见表1。

表1 因素水平表

1.2.5 微囊的表征 以最优处方制备山核桃油微囊,用倒置显微镜观察微囊形态,用激光粒度仪测定微囊粒径和Zeta电位值。

1.2.6 稳定性实验 根据2015年版 《中华人民共和国药典 》二部“药物稳定性实验指导原则”项下影响因素的考察要求[12],取山核桃油微囊及山核桃油与明胶、阿拉伯胶的物理混合物,分别置强光照:(4500±500 lx)、高温(60 ℃)条件下贮存10 d,并在贮存5、10 d取样,观察外观性状,并测其包油率,与贮存前0 d比较,评价其稳定性。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

本实验以复凝聚法制备山核桃油微囊,选用了明胶和阿拉伯胶作为囊材。明胶是一种水溶性蛋白质,低于35 ℃时会发生凝胶化现象,而高于65 ℃时,又会导致明胶降解成低分子质量片段的速度加快,因此,本实验中所选择的成囊温度为40 ℃[13]。以阿拉伯胶用量、明胶用量、山核桃油添加量、固化剂用量、pH为影响因素进行处方工艺的单因素考察。

2.1.1 阿拉伯胶用量对微囊包油率的影响 阿拉伯胶用量对微囊包油率的影响结果见图1。由图1可知,随着阿拉伯胶用量的逐渐提高,包油率逐渐上升,当阿拉伯胶浓度达到8%时,包油率最大,为78.2%,但当阿拉伯胶浓度继续增大时,包油率并没有明显升高。在显微镜下观察时,当阿拉伯胶浓度为4%时,能观察到的微囊较少,有絮状沉淀,随着阿拉伯胶用量上升,观察到的微囊增多,当浓度为8%时,微囊较多,外观圆整,粒径小且分布集中。随着用量继续增大,微囊圆整度变差,粒径相对较大。由此可以看出,阿拉伯胶的用量过高并不会提高微囊包油率,反而造成微囊粒径分布大及壁材的大量浪费[14]。因此选择8%为阿拉伯胶浓度进行后续研究。

图1 阿拉伯胶用量对微囊包油率的影响Fig.1 Effect of dosage of arabic gum on oil-embedding rate

2.1.2 明胶用量对微囊包油率的影响 明胶添加量对微囊包油率影响结果见图2。由图2可知,其他条件不变,随着明胶添加量的逐渐提高,包油率逐渐上升,当明胶添加量达到20 mL时,包油率最大,为75.1%。明胶用量越大,浓度越高,油滴上吸附的明胶分子越多,在与阿拉伯胶发生复凝聚时越完全,但明胶用量又不能无限增大,随着明胶用量继续增大,包油率逐渐降低,因此选择明胶添加量20 mL作为考察的最优用量。

图2 明胶添加量对微囊包油率的影响Fig.2 Effect of dosage of gelatin on oil-embedding rate

2.1.3 山核桃油添加量对微囊包油率的影响 山核桃油添加量对微囊包油率的影响结果见图3。由图3可知,随着山核桃油添加量的逐渐提高,包油率逐渐上升,当山核桃油添加量达到0.6 mL时,包油率最大,为80.1%,当山核桃油添加量继续增大时,包油率逐渐降低。考虑原因是随着山核桃油添加量增大,芯材未被微囊完全包裹而造成包油率下降。同时,油滴密度越大,围的壁材溶液越少,复凝聚反应所形成的囊壁就越薄,容易导致微囊出现“漏油”的现象[15]。因此山核桃油添加量为0.6 mL进行后续研究。

图3 山核桃油添加量对微囊包油率影响Fig.3 Effect of dosage of pecan oil on oil-embedding rate

2.1.4 固化剂添加量对微囊包油率的影响 固化剂添加量对山核桃油微囊包油率影响结果见图4。由图4可知,随着固化剂添加量的逐渐提高,微囊包油率在70%～80%的范围内略有波动,但变化不大。而甲醛用量对所形成微囊性质有较大影响,当甲醛用量少时,可因变性不足,洗涤时造成部分微囊囊膜溶解,或交联不足使微囊粘连;甲醛用量大时,可因过分变性使交联过度,所得微囊脆性过大,干燥过程中微囊破裂[16]。综合考虑包油率结果、微囊特性及成本,选择固化剂为6 mL进行后续研究。

图4 固化剂添加量对微囊包油率的影响Fig.4 Effect of dosage of curing agent on oil-embedding rate

图5 pH对山核桃油微囊包油率的影响Fig.5 Effect of pH on oil-embedding rate

2.1.5 pH对微囊包油率的影响 pH对微囊包油率的影响结果见图5。A 型明胶的等电点为7～9,当pH为3.5时,大量的H+会使明胶带正电荷量减少,同时pH过低也使明胶溶解性大大降低而降低微囊的形成数目。而当pH接近明胶等电点时,明胶分子所带的净电荷较少,难以与阿拉伯胶发生凝聚反应,微囊不易形成[17]。由图5可知,随着pH的逐渐提高,包油率逐渐上升,当pH为4.0时,包油率最大,当pH继续上升时,包油率逐渐降低。这主要是由于pH低于4.5时,可保证此条件下阿拉伯胶带负电荷,明胶带正电荷,有利于复凝聚反应的进行。

综上结果表明,阿拉伯胶用量,明胶用量,山核桃油添加量,pH对山核桃油微囊包油率的影响较大,而固化剂在整个考察范围内对微囊包油率的影响不明显。因此,选择阿拉伯胶用量、明胶用量、山核桃油添加量、pH为正交实验的影响因素。

2.2 正交实验结果

根据表1进行正交实验,正交实验表及结果见表2,方差分析表见表3。

表2 正交实验表及结果

表3 方差分析表

实验结果的极差以及方差分析如表2、表3所示:各因素对微囊包油率的影响程度依次为B(明胶用量)>C(阿拉伯胶用量)>A(山核桃油添加量)>D(pH),且阿拉伯胶用量和明胶用量对包油率有显著影响(p<0.05)。可见,体系中壁材用量过低或过高,都不利于形成微胶囊产品。浓度过低,微囊成囊数目少,形成许多粒径较小未包含芯材的空白复合凝聚物,包埋油脂现象不明显;浓度过高,体系黏度增大,导致微囊相互碰撞,聚集成粒径更大、形态不规则的多核微胶囊,易形成大块凝胶,使包油率下降[18]。根据正交实验结果,制备山核桃油微囊最佳条件为A2B2C3D2,即山核桃油添加量0.6 mL,阿拉伯胶用量为10%,明胶用量为15 mL,pH为4.0。

2.3 验证性实验

按1.2.2项下制备方法,以筛选出的最优处方制备三批山核桃油微囊:即阿拉伯胶用量10%,明胶用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化剂添加量6 mL,pH为4.0。测其包油率,求得三次包油率的平均值为83.9%,RSD为0.24%。说明本处方稳定可行,包油率高。

2.4 微囊的表征

以最优处方制备山核桃油微囊,用倒置显微镜观察微囊形态,见图6。用激光粒度仪测定微囊粒径和Zeta电位值,粒径分布图见图7,Zeta电位分布图见图8。从显微镜下观察到微囊成囊现象明显,囊壁清晰,外观形态为椭球形,微囊粒径小且形状规则,无黏连现象,山核桃油清晰地包载于微囊中。经测定,微囊的平均粒径为1.423±0.11 μm,处于亚微囊区域,PDI为0.292,粒径分布集中。所形成的微囊粒径小,囊壁厚度适中,有利于药物的释放。微囊Zeta电位值为-38.2 mV,表明山核桃油微囊表面具有较多的净电荷,微囊之间静电排斥力较大,物理稳定性较强,有利于微囊的贮存。

图6 山核桃油微囊形态图Fig.6 The morphology of pecan oil microcapsules

图7 山核桃油微囊的粒径分布图Fig.7 The particle size distribution of pecan oil microcapsules

图8 山核桃油微囊的Zeta电位分布图Fig.8 The Zeta potential distribution of pecan oil microcapsules

2.5 稳定性实验

山核桃油微囊及山核桃油与明胶、阿拉伯胶的物理混合物,分别置强光照:(4500±500 lx)、高温(60 ℃)条件下贮存10 d,在贮存5、10 d取样测定的包油率结果见表4。

表4 稳定性实验结果

由表4结果看出,山核桃油制成微囊后的稳定性较山核桃油与明胶和阿拉伯胶的物理混合物有显著提高。10 d后微囊的包油率仍在87%以上,而物理混合物中山核桃油的含量降到了60%以下。根据Arrhenius经验公式,当存储温度每升高10 ℃,氧化反应速度将增加一倍,温度过高,油脂中脂肪酸氢过氧化物发生分解、聚合等反应,同时脂解酶活性温度提高,促使油脂酸败。而光照在油脂氧化的起始阶段起着至关重要的作用,任何一种光线都可能触发油脂的光氧化,油脂中的色素会强烈吸收临近的可见光或紫外光,促进游离基的产生及氢过氧化物的生成或分解,使得油脂氧化速度加快[19-20]。微囊化后的油脂能有效地保持其成分不受外界环境的影响,产品稳定性提高,更耐加工和贮藏。

3 结论

本文以山核桃油为芯材,采用复凝聚法制备山核桃油微囊,方法简单,且所用囊材为阿拉伯胶和明胶,安全无毒,是常用的药用辅料,所制备的微囊可以有效提高易氧化物质的稳定性。复凝聚法是经典的微囊化方法,对固态或液态的难溶性药物均能得到满意的微囊,成囊除了受囊材用量、温度、交联水平、pH的影响外,还受到搅拌速度、干燥工艺的影响[21]。本文根据单因素实验与正交实验相结合的方法,获得最佳的微囊处方为:阿拉伯胶用量10%,明胶用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化剂添加量6 mL,pH为4.0,且囊材用量对微囊成形及包油率有显著影响,处方工艺稳定可行且包油率较高,平均包油率为83.9%±0.24%,微囊成囊现象明显,微囊形态规则,粒径均匀,物理稳定性强。微囊在高温、强光照条件下贮存5、10 d后,其包油率稳定,表明将山核桃油制成微囊可以显著提高其稳定性,有利于其进一步的加工贮藏。

[1]吴晓骏,吴威,赵余庆.山核桃化学成分和生物活性研究进展[J].食品研究与开发,2013,34(12):127-130.

[2]陆浩,杨会芳,毕艳兰,等.山核桃油的理化性质及脂肪酸组成分析[J].中国油脂,2010,35(5):73-76.

[3]纪俊敏,霍宗娥,赵静静,等.饱和水溶液法制备核桃油包合物工艺[J].食品科学,2011,32(14):52-55.

[4]周晔,裴东.核桃油品质及贮藏稳定性的影响因素探讨[J].中国油脂,2016,41(1):60-63.

[5]毛毛,吕文莉,虞静,等.番茄红素-橄榄油微囊的制备及稳定性研究[J].药学进展,2009,33(9):420-423.

[6]刘楠楠,陈雪峰,刘俊杰.复凝聚法制备葱油香精微胶囊[J].食品与发酵工业,2011,37(2):103-106.

[7]徐振波,梁军,陈丽丽,等.微胶囊化粉末油脂的研究与应用进展[J].食品工业科技,2014,35(5):392-395.

[8]谢艳丽,蒋敏,陈鸿雁.复凝聚法制备明胶/阿拉伯胶含油微胶囊工艺过程的研究[J].化学世界,2010,51(1):33-37.

[9]陈琳,李荣,张禄捷,等.复凝聚法紫苏油微胶囊的制备及其性能研究[J].食品工业科技,2015,36(3):232-237.

[10]宋健,陈磊,李效军.微胶囊化技术及应用[M].北京:化学工业出版社,2001.

[11]吕漫,尹寿玉.杜香油微囊的制备及其质量评价[J].中药材,2014,37(4):675-678.

[12]国家药典委员会.中华人民共和国药典2015年版二部[S].北京:中国医药科技出版社,2015.

[13]李瑾,郑明学,钱锐,等.影响复凝聚法制备明胶缓释微囊的因素探讨[J].中国畜牧兽医,2009,36(6):207-209.

[14]谢艳丽,蒋敏,陈鸿雁.复凝聚法制备明胶/阿拉伯胶含油微胶囊工艺过程的研究[J].化学世界,2010,1:33-37.

[15]Saravanan M.,Rao K.P. Pectin-gelatin and alginate-gelatin complex coacervation for controlled drug delivery:Influence of anionic polysaccharides and drugs being encapsulated on physicochemical properties of microcapsules[J].Carbohydrate Polymers,2010,80(3):808-816.

[16]宋明侠,相旭东.复凝聚法制备吲哚美辛缓释微囊的研究[J].天津药学,2007,19(5):29-31.

[17]张海洋,吕怡,倪悦,等.明胶/CMC复合凝聚法制备微胶囊研究[J].食品与机械,2010,26(5):44-47,55.

[18]董志俭,赵帅,孙丽平,等.CMC/阿拉伯胶/明胶复合凝聚橘油微胶囊的制备方法[J].中国食品学报,2013,13(6):69-76.

[19]郑翠翠,刘军,邹宇晓.油脂加工过程中氧化稳定性的研究进展[J].中国油脂,2014,39(7):53-57.

[20]曹君,李红艳,邓泽元.植物油氧化稳定性的研究进展[J].食品工业科技,2013,34(7):378-382,386.

[21]王伟.以明胶-黄原胶为壁材复凝聚法制备微囊的研究[D].哈尔滨：黑龙江大学,2014.

Preparation and stability of pecan oil microcapsules

WANG Xiao-ning,ZHANG Cun-lao,LUO Guo-ping,YANG Li-bin

(College of Pharmacy,Xi’an Medical University,Xi’an 710021,China)

Pecan oil microcapsules were prepared by coacervation encapsulation method.After the single factor experiment with arabic glue,gelatin,pecan oil,curing agent and pH as the research factors,the orthogonal test was used to optimize the prescription of pecan oil microcapsule with oil-embedding rate as the index.The optimal prescription of the pecan oil microcapsule was as follows:10% Arabic gum,15mL gelatin,0.6mL pecan oil,6mL curing agent and pH4.0.The oil-embedding rate was 83.9%±0.24% under the optimal preparation condition,and the morphology was regular observed by inverted microscope method,with the average particle size of 1.423 μm and Zeta potential of-38.2 mV determined by Malvern laser granularity instrument.The results of stability test showed that the oil-embedding rate was stable under high temperature and strong light,which was conductive to further processing and storage.

pecan oil;microcapsules;coagulation;stability

2016-09-06

王小宁(1987-)，女，硕士，讲师，主要从事制剂新技术与新剂型的研究，E-mail:wangxn_0508@126.com。

西安医学院校级科研青年基金项目(2015QN05);西安医学院校级大学生创新基金项目(2015DXS1-11);西安医学院校级重点学科中药学资助。

TS225.1

B

1002-0306(2017)05-0214-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.032