响应面法研究茶多酚微胶囊成囊特性的影响因素

◎ 付嘉琪1，朱传辉，张意锋，李 超

（1.湘潭大学化工学院制药工程，湖南 湘潭 411100；2.上海理工大学，上海 200093）

微胶囊技术是将被包覆物质包封在粒径在微米和纳米级别的微小的、封闭性的外部膜内形成粒子的。内部的材料称为芯材，外部材料称为壁材。该技术已经应用在食品、医药、生物等领域。

茶多酚（Tea Polyphenols），是茶叶中所含的一类多羟基类化合物的总称，儿茶素类化合物主要包括没食子儿茶素（EGC）、没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、儿茶素没食子酸酯（ECG）和儿茶素（EC）4种物质。其性状为淡黄至茶褐色略带茶香的水溶液、粉状固体或结晶，具涩味，具有较好的水溶性，亲脂性较差。茶多酚因其具有较强的抗氧化作用，清除有害自由基的能力极强；还能调节免疫球蛋白的活性，舒缓肠胃紧张、止泻和利尿等，从而广泛运用于心血管疾病的预防与治疗、预防衰老、美容保健等领域。然而，由于茶多酚分子中的酚羟基非常活泼，在光照、高温以及碱性条件下极其容易发生氧化、聚合、缩合等反应，导致其失去抗氧活性，这就使得茶多酚的储藏与运用存在一定的局限性。因此，我们可以采用微胶囊包埋技术，使得茶多酚被包裹起来以降低对环境的敏感性。同时，采用微胶囊包埋技术还有以下好处：①可以达到缓释控释的目的。②可以掩盖茶多酚本身的不良气味。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

海藻酸钠、明胶和四氧化三铁均为CP；茶多酚；激光粒度测定仪，上海天精；高压静电微胶囊制备装置（自制）。

1.2 方法

1.2.1 微胶囊的制备

高压静电微胶囊成型装置如图1所示。

微胶囊制备过程：把壁材溶液放在注射器中，经过蠕动泵推挤，壁材溶液通过针头落入盛有氯化钙溶液的量杯中，经过高压静电场力的作用固化成微胶囊。

图1 高压静电微胶囊成型装置图

1.2.2 响应面实验

采用Box-Benhnken原理，选取电压、注射器推进速度和注射器针头内径3因素3水平的响应面，设计见表1。

表1 响应面实验设计表

1.3 微胶囊的检测

在微胶囊溶液中过滤出微胶囊，通过激光粒度测定仪测定其粒径。在电子显微镜下观察微胶囊是否呈现圆形，圆形为合格，圆形以外为不合格。

微胶囊的合格率/%=（圆球形数目/总数）×100%

2 响应面实验

2.1 实验方案设计回归模型的建立

根据Box-Behnken的中心组合实验设计原理，分别以电压、注射器推进速度和注射器针头内径作为自变量A、B、C，以微胶囊合格率为响应值Y，实验设计与结果见表2。

表2 Box-Behnken实验设计及结果表

2.2 回归模型的建立

对表2结果，针对Y对A、B和C 3个变量进行回归拟合，得到如下方程：①回归方程（代码值）为Y=85.58+1.70A+6.77B-4.95C-0.37AB-0.91AC-2.79BC-8.47A2-8.80B2-6.19C2。②回归方程（实际值）为Y=85.576 00+1.696 25A+6.768 75B-4.950 00C-0.370 00AB-0.187 50AC-2.792 50BC-8.465 50A2-8.795 50B2-6.193 00C2。上述的回归方程表明Y和自变量A、B和C之间呈现线性关系。

2.3 多因素交互作用分析

对表2数据进行二次多元回归拟合得到图2各因素交互作用相应面图，分析多因素交互作用。AB的等值线图最圆，说明AC之间对合格率的影响最小，AC的等值线相对扁平，BC的最扁平，说明BC之间的相互最大。

图2 各因素交互作用相应面图

由图2可以看出，当电压为3×104V时，固定注射器针头内径随着注射器推进速度的增加，微胶囊合格率不断提高，当达到84 mm/h后，微胶囊合格率逐渐下降。固定注射器的推进速度时，随着注射器针头内径的增加，微胶囊合格率上升，当达到77 mm后，微胶囊合格率达到极大值。固定电压时，当注射器的推进速度为80 mm/h时，随着注射器针头内径的增加，微胶囊合格率不断提高，当达到78 mm后，微胶囊合格率达到极大值后逐渐下降。

3 结论

本实验采用高压静电微胶囊制备装置以茶多酚制备微胶囊，并检测成囊合格率，得出如下结论：①在电压分别为2×104、3×104、4×104V的条件下，注射器推进速度分别为70、80、90 mm/h，采用内径分别为0.1、0.15、0.2 mm的注射器针头，形成微胶囊。通过3因素3水平的响应面法优化分析得到，成囊合格率与电压和注射器推进速度成正比，与注射器针头内径成反比，此时微胶囊的合格率最高为85.57%，粒径主要分布在80～500 μm，平均粒径为270 μm。②在最优条件下微胶囊合格率最高。