溶剂挥发法制备还原型谷胱甘肽微胶囊

王 鑫，徐丽萍，宋 伟

(哈尔滨商业大学食品工程学院省高校食品科学与工程重点实验室，哈尔滨150076)

微胶囊(micro－encapsulation)技术又称微胶囊化，是用特殊手段利用性能较稳定的天然或合成的高分子物质作壁材，将性能不稳定的固体、液体和气体等芯材物质包埋[1]，并形成直径几微米至上千微米的微小容器内的操作过程[2]，因包封形成微小粒子的不同粒径分别称为纳米粒、微胶囊以及微球等[3－4].还原型谷胱甘肽(GSH)是一种三肽(L－γ－谷氨酸－L－半胱氨酸－甘氨酸)化合物[5]，属于含有巯基的小分子活性肽，广泛分布于机体中，是细胞内非蛋白硫氢基团主要的组成部分，在生物体内有着多种重要的生理功能，对于维持生物体内适宜的氧化还原环境起着至关重要的作用[6]，具有延缓衰老、抗疲劳等作用，但是GSH极易被氧化，使其生理保健作用效果降低，微胶囊化GSH可以克服不同成分间的反应且可以对其起到保护作用，极大地保持还原型谷胱甘肽的生理特性，提高其稳定性.

1 实验材料与主要仪器

1.1 实验材料与试剂

还原型谷胱甘肽(实验室自制);海藻酸钠(天津市凯通化学试剂有限公司);无水氯化钙(天津市津东天正精细化学试剂厂);分子蒸馏单甘酯(张家港市中鼎添加剂有限公司);正己烷(天津市永大化学试剂有限公司);二氯甲烷、甲苯(天津市福晨化学试剂厂);明胶(天津人民化工厂);乙醚(天津市凯通化学试剂有限公司).

1.2 实验仪器

pH计测试笔H198/28型(北京海星顺达经销公司);TU－1901/1900型双光束紫外分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司);数控超声波清洗器KQ－500VDE型(昆山市超声仪器有限公司);旋转蒸发器RE52－98(上海亚荣生化仪器厂).

2 实验方法

2.1 玉米胚中还原型谷胱甘肽微胶囊的制备

还原型谷胱甘肽乙基纤维素微胶囊的制备采用的方法是乳液－溶剂挥发技术.

2.2 有机溶剂的选择

称取乙基纤维素0.5 g，向其中分别加入二氯甲烷、正己烷、甲苯溶液各25 mL，按壁材与芯材比(以下简称壁芯比)15∶1加入GSH提取液，缓慢加入到1%的明胶溶液中.在3 000 r/min的高速搅拌下搅拌40 min，抽滤分离出湿微胶囊，真空干燥后，采用双光束紫外分光光度法测定谷胱甘肽质量分数，以包埋率为指标，考察3种溶剂对GSH微胶囊包埋率的影响.确定溶剂挥发法制备还原型谷胱甘肽最佳溶剂.

其中:B为微胶囊包埋率;N为微胶囊表面的GSH质量分数;W为微胶囊中GSH的总质量分数.

2.3 玉米胚中还原型谷胱甘肽微胶囊单因素的选择

2.3.1 壁材质量分数单因素实验

称取5份等量的乙基纤维素，每份0.5 g，分别向其中加入二氯甲烷50、25、17.5、12.5、10 mL，依次混合均匀后，按壁芯比15∶1加入GSH提取液，缓慢加入到质量分数为1%的明胶溶液中.在3 000 r/min的高速搅拌下搅拌40 min，抽滤分离出湿微胶囊，真空干燥后，以包埋率为指标，考察壁材溶液质量分数对GSH微胶囊包埋率的影响.

2.3.2 壁芯比单因素实验

称取5份等量的乙基纤维素，每份0.5 g，分别向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁芯比10∶1、15∶1、20∶1、25∶1、30∶1加入GSH提取液，缓慢加入到质量分数为1%的明胶溶液中.在3 000 r/min的高速搅拌下搅拌40 min，抽滤分离出湿微胶囊，真空干燥后，以包埋率为指标，考察壁芯比对GSH微胶囊包埋率的影响.

2.3.3 乳化剂质量分数单因素实验

称取5份等量的乙基纤维素，每份0.5 g，分别向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁芯比20∶1加入GSH提取液，分别加入到质量分数为1%、2%、3%、4%、5%的明胶溶液中.在3 000 r/min的高速搅拌下搅拌40 min，抽滤分离出湿微胶囊，真空干燥后，以包埋率为指标，考察乳化剂质量分数对GSH微胶囊包埋率的影响.

2.3.4 搅拌速度单因素实验

称取5份等量的乙基纤维素各，每份0.5 g，分别向其中加入二氯甲烷12.5 mL，按壁材芯材比20∶1加入GSH提取液，之后加入到质量分数2%的明胶溶液中.分别在1 000 r/min，2 000、3 000、4 000、5 000 r/min的搅拌速度下搅拌40 min，抽滤分离出湿微胶囊，真空干燥后，以包埋率为指标，考察搅拌速度对GSH微胶囊包埋率的影响.

2.4 玉米胚还原型谷胱甘肽微胶囊化最佳工艺条件的选择

根据单因素实验的结果，选择3个主要因素:壁材质量分数(A)、壁芯比(B)、乳化剂质量分数(C)、搅拌速度(D)，采用L9(34)正交试验设计法对影响还原型谷胱甘肽进行微胶囊化的主要因素进行研究.以微胶囊包埋率作为指标，确定最佳微胶囊化工艺参数.因素水平设计见表1.

表1 因素水平表

3 结果与分析

3.1 有机溶剂的选择结果与分析

根据二氯甲烷、正己烷、甲苯对谷胱甘肽微胶囊化影响的结果及分析，由表2可以看出，在三种有机溶剂中二氯甲烷作为有机溶剂时制得微胶囊的包埋率最高，且粒径分布均匀，而正己烷作为有机溶剂时制得微胶囊的包埋率最低，粒径分布不均匀.因此，确定二氯甲烷为制备GSH微胶囊的最佳有机溶剂.

表2 有机溶剂的选择结果表

3.2 还原型谷胱甘肽微胶囊单因素结果与分析

3.2.1 壁材质量分数单因素实验结果与分析

随着壁材质量分数的增加，GSH微胶囊的包埋率逐渐增大，呈上升趋势，当壁材溶液质量分数达到4%时包埋效果最好，之后随着壁材质量分数的增加包埋率逐渐降低，如图1所示.

微胶囊壁材溶液的质量分数影响微胶囊的形成和效果的好坏，壁材溶液质量分数过大时，其黏度也就随之增大，难于形成微胶囊.在搅拌形成微胶囊的过程中由于溶剂的蒸发，使它的壁材溶液质量分数增大，这样不利于将其分散到保护液中形成微胶囊，影响微胶囊粒径的大小和分布均匀情况.壁材溶液质量分数太小由于壁材很薄而难以形成微胶囊.

图1 壁材质量分数对包埋率的影响

3.2.2 壁芯比单因素实验结果与分析

随着壁芯比的增加，GSH微胶囊的包埋率逐渐增大，呈上升趋势，当壁芯比达到20∶1时包埋效果最好，之后随着壁芯比的增加包埋率逐渐降低，如图2所示.

图2 壁芯比对包埋率的影响

随着有机溶剂的蒸发，乙基纤维素开始在W/O液滴里凝固，并通过油水相的界面作用在夜滴表面形成微胶囊囊壁.壁心比较小时，芯材用量较多，乙基纤维素的用量不足以包埋全部的芯材，部分乙基纤维素团聚成无定形颗粒，搅拌时与夜滴碰撞，影响液滴稳定性;壁芯比较大时，由于乙基纤维素用量过多，同样会团聚成无定形颗粒，影响乳液液滴的稳定性，导致微胶囊的粘连.

3.2.3 乳化剂质量分数单因素实验结果与分析

随着乳化剂质量分数的增加，GSH微胶囊的包埋率逐渐增大，呈上升趋势，当乳化剂质量分数达到2%时包埋效果最好，之后随着乳化剂质量分数的增加包埋率逐渐降低，如图3所示.

图3 明胶质量分数对包埋率的影响

溶剂蒸发过程中，必须确保W/O乳液的稳定，才能使W/O/W才能使乳业保持稳定[7－8].因此液滴的分散稳定性很重要，它决定了微胶囊的大小和均匀性.乳化剂用量过大时，芯材黏度过大，分散困难，无法形成稳定的乳业体系.而乳化剂用量过小时，连续相介质黏度较小，液滴沉降速度较快，影响液滴的分散性和稳定性.

3.2.4 搅拌速度单因素实验结果与分析

随着搅拌速度的增加，GSH微胶囊的包埋率逐渐增大，呈上升趋势，当搅拌速度达到4 000 r/min时包埋效果最好，之后随着搅拌速度的增加包埋率逐渐降低，如图4所示.

图4 搅拌速度对包埋率的影响

搅拌速度的大小对微胶囊的形成有很大的影响.搅拌速度太大，由于有机溶剂挥发的太快，壁材溶液的最终质量分数过大，形成的微胶囊易粘连，且得率很低;搅拌速度太小，则无法得到符合粒径要求的微胶囊.

3.3 还原型谷胱甘肽微胶囊最佳工艺条件的确定

通过正交实验法，以玉米胚中还原型谷胱甘肽微胶囊包埋率为考察指标，确定微胶囊化的最佳工艺条件，其实验结果见表3.

表3 正交试验法优化玉米胚还原型谷胱甘肽微胶囊化结果

3.4 方差分析

由表4的极差分析可知，玉米胚中还原型谷胱甘肽微胶囊技术的最佳工艺参数为壁材质量分数

表4 方差分析表

为4%、壁材芯材比为15∶1、明胶质量分数为2%、搅拌速度为4 000 r/min.经验证试验确定玉米胚中还原型谷胱甘肽微胶囊包埋率为63.12%.

4 结语

以玉米胚中还原型谷胱甘肽为原料，应用溶剂挥发法研究玉米胚中还原型谷胱甘肽微胶囊的包埋技术，以包埋率率作为指标，选二氯甲烷为有机溶剂时，很易制得微胶囊，且微胶囊粒径分布均匀，无刺激性气味产生;而选正己烷及甲苯为有机溶剂时，不易形成微胶囊，且产生刺激性气味，不利于实验室使用.因此，二氯甲烷为制备GSH微胶囊的最佳有机溶剂.采用正交试验确定最佳包埋条件，确定最佳工艺条件为壁材质量分数为4%、壁芯比为20∶1、乳化剂质量分数为2%、搅拌时间为4 000 r/min，微胶囊包埋率可达63.12%.

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