蛹虫草微胶囊的制备及工艺优化

◎ 孙永健，魏晓宇，卢 磊，周啟林，黄登禹

（1.天津天狮学院 食品工程学院，天津 301700；2.北京佳安卫康科技有限公司，北京 100192）

微胶囊的制备最早可追溯至19世纪中期，随着技术的发展，现已可制得1～1 000 nm的纳米级微胶囊[1-3]。在保健食品领域，已利用该技术开发出了许多微胶囊化食品和营养强化剂[4-7]。本研究在壁材中添加RS2型抗性淀粉，发现其在小肠中不能被降解吸收，但在结肠中可被微生物发酵而产生短链脂肪酸等物质的特性，以蛹虫草提取液为芯材，通过乳化-固化法制备微胶囊[8-9]。利用正交试验设计，优化乳化-固化法制备工艺，以期为保健食品缓释制剂产业的发展提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

壳聚糖、海藻酸钠、RS2型抗性淀粉、冰乙酸等化学试剂均为分析纯，甲醇为色谱纯，购自天津风船化学试剂科技有限公司；98%的腺苷标品，购自天津益仁达化工有限公司；食用油、蛹虫草等为市场采购。

1.2 仪器与设备

恒温定时磁力搅拌器（EMS-3B）、低速离心机（TD5K-III）：上海圣科仪器设备有限公司；循环水式真空泵（SHZ-95B）、超声波清洗机（KQ50）：上海尚仪仪器设备有限公司；高效液相色谱仪（DSA815）：日本岛津公司。

1.3 试验方法

1.3.1 微胶囊的制备

利用质量分数为2%的乙酸溶液将壳聚糖制成乙酸壳聚糖（1.5%）溶液，将无水氯化钙制成乙酸氯化钙（25%）溶液，然后使其和壳聚糖乙酸溶液与30 mL食用油（含1%司班80、1%吐温80）混合，磁力搅拌乳化一定时间，量取20 mL海藻酸钠溶液（1%）与一定量抗性淀粉和蛹虫草提取液混合均匀，用0.5 mm针孔注射器滴加进乳化一定时间的混合油相，再磁力搅拌乳化相等时间，经匀浆倒入离心管在5 000 r·min-1下离心15 min，倒去上清液，用1 mL石油醚和3 mL蒸馏水洗涤2～3次，经沉淀冷冻干燥后制得成品。

1.3.2 正交试验设计

以腺苷的包埋率为指标，对壁材比、芯壁比、转速、氯化钙用量和乳化时间进行5因素4水平正交试验设计（表1）。其中壁材比是指抗性淀粉与海藻酸钠溶液的质量体积比（W/V），芯壁比是指蛹虫草提取液与海藻酸钠的体积比（V/V），转速是指磁力搅拌机能设定的转速，氯化钙用量是指海藻酸钠与氯化钙乙酸溶液的体积比（V/V）。

表1 正交试验因素水平表

1.3.3 微胶囊芯材的提取

将微胶囊成品用研钵碾成细粉，按照1∶50的料液比用超纯水于60 ℃下，在40 Hz的超声波清洗机中浸提60 min，离心得上清，将上清液抽滤2～3次后，记录滤液体积，待检。

1.3.4 腺苷含量的测定

（1）色谱条件。色谱柱：C18柱，4.6 mm×250 mm，5 μm；流动相：甲醇∶水=15∶85（V/V）；流速：0.8 mL·min-1；柱温：25 ℃；检测波长：260 nm；进样量：10 μL。

（2）标准曲线的绘制。利用腺苷标品配制浓度 为 0.05 μg·mL-1、0.20 μg·mL-1、5.00 μg·mL-1、20.00 μg·mL-1、60.00 μg·mL-1和 100.00 μg·mL-1的 标准溶液，绘制标准曲线（图1），腺苷保留时间为16.269 min（图2），标准曲线方程为y=40 361x-720.7（R2=0.999 9）。

图1 腺苷标准曲线图

图2 腺苷标准品HPLC色谱图

1.3.5 包埋率的计算

以1.3.3中所提取得到的腺苷含量与制备微胶囊时添加的蛹虫草提取液中的腺苷含量之比计算包埋率。

1.3.6 微胶囊的形态观察

在载玻片中心滴加1～2滴蒸馏水，将制备好的微胶囊样品粉末置于蒸馏水中央，滴加鲁哥氏碘液染色，于油镜下观察。

2 结果与分析

2.1 正交试验结果分析

正交试验直观分析（表2）结果表明，利用乳化-固化法制备蛹虫草微胶囊时，影响包埋率的主要因素为芯壁比，而乳化时间、氯化钙用量、壁材比和转速对包埋率的影响相对较小，5个因素依此排序为芯壁比＞乳化时间＞氯化钙用量＞壁材比＞转速，考察这几个因素在水平上的变化，确定较优的制备方案为A2B1C4D4E4，即芯壁比1∶200，乳化时间70 min，氯化钙用量20∶11，壁材比1.5%，转速2 000 r·min-1。

表2 正交试验直观分析表

以转速作为误差项进行方差分析，在α=0.05的条件下进行F检验。结果（表3）表明，芯壁比这一因素具有显著性，说明该因素在变化过程中对于微胶囊的制备有很大影响，因此在利用乳化-固化法制备微胶囊时应特别注意该因素的设计。

表3 正交试验方差分析表

2.2 验证试验

通过正交试验所得较优方案没有出现在16组试验当中，因此需验证其可靠性。验证试验结果（表4）表明，包埋率最高可达37.8%，相对标准偏差为2.02%，说明所得较优方案具有一定的可靠性，利用该方案和相关参数制备微胶囊效果较好。

表4 验证试验结果表

2.3 微胶囊的显微观察

利用光学显微镜初步观察所制备微胶囊成品的结构（图3、图4），发现本研究制备的微胶囊样品结构完整、粒径均匀、形貌圆润、不沾连以及不成团，说明基于上述较优方案制备的微胶囊具有较优良的外观形态，可以为充分发挥微胶囊的特性提供结构上的参考。

图3 40倍镜下微胶囊的形态图

图4 100倍镜下微胶囊的形态图

3 结论

本研究的芯材是蛹虫草提取液，主要功效成分为水溶性的腺苷和虫草素，采用油包水的体系配比，可以在一定程度上提升包埋率。在壁材中添加抗性淀粉可以使产品具有缓释性能，后续研究可以通过模拟体内环境，考察蛹虫草微胶囊成品的缓释性能，并进一步利用红外光谱、电镜扫描等方法，考察微胶囊外观形貌与缓释性能之间的关系，以更进一步优化微胶囊的制备工艺[10-12]。

本研究最终确定，当壁材比（抗性淀粉/海藻酸钠，W/V）为1.5%、芯壁比（蛹虫草提取液/海藻酸钠，V/V）为 1∶ 200、转速为 2 000 r·min-1、氯化钙用量（海藻酸钠/氯化钙，V/V）为20∶11，乳化时间为70 min时，功效成分的包埋率最高，且微胶囊成品的外观形貌良好。