玉米须总黄酮微胶囊化及稳定性的研究

李妍，李锋，陶志杰，许晖

（1.蚌埠学院食品与生物工程系，安徽蚌埠233030；2.南京军区总医院血液科，江苏南京210002）

玉米须总黄酮微胶囊化及稳定性的研究

李妍1，李锋2*，陶志杰1，许晖1

（1.蚌埠学院食品与生物工程系，安徽蚌埠233030；2.南京军区总医院血液科，江苏南京210002）

玉米须是我国传统中药材，量广而利用有限。采用酶解法提取玉米须总黄酮，同时考虑其不稳定性和难溶解性，采用了微囊化技术。结果表明，最佳微胶囊化条件为芯壁比为1∶15，搅拌时间为35min，β-环糊精的质量浓度为15g/100mL，搅拌温度为50℃，在此最佳条件下，包埋率为78.5%。研究表明，pH、温度以及金属离子Cu2+均会对微胶囊的稳定性产生影响。

玉米须；黄酮；微胶囊化；稳定性

玉米须为禾本科玉蜀属植物玉米的花柱和柱头，又名玉麦须[1-2]。玉米须自古就有药疗和食疗作用，其味甘、淡，性平，具有利尿消肿、平肝利胆的功效，主治胆结石、高血压、糖尿病等[3]。对玉米须中化学成分已有研究报道，黄酮类物质作为其活性成分[4]具有抗病毒、抗菌、抑制癌细胞等多种药理活性，对治疗心血管等疾病有重要意义[5]。然而多数黄酮类物质均存在难溶于冷水且不稳定的问题，这就使其的应用受到限制。微囊化技术是20世纪40年代最先由美国威斯康星大学的渥斯特教授发明的，采用空气悬浮法制备了微囊，由此打开了微囊化技术在食品药品行业中应用与推广。微囊化的功能主要表现在3个方面：改变了物态、体积和质量；降低了挥发性并进行控制性释放；隔离活性成分，保护敏感物质[6-9]。

本试验对玉米须中提取的黄酮类物质的微胶囊化条件进行探讨研究，以期确立微胶囊化的最佳工艺，并探讨影响微胶囊稳定性的因素。微胶囊产品既可直接冲服食用，又可作为功能食品添加剂，可以扩大玉米须在食品工业的应用范围，为玉米须的深加工提供了一条新的途径[10]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

玉米须：蚌埠市怀远县；芦丁标准品：中国生物制品检定所；β-环糊精（beta-cyclodextrin，β-CD）：西安得力化工有限公司；纤维素酶：四川省山野科技有限公司；蒸馏水为实验室自配；氢氧化钠、亚硝酸钠、硝酸铝、无水乙醇等均为国产分析纯。

1.2 仪器与设备

SB-25-12DT超声波清洗仪：昆山市超声仪器有限公司；722可见分光光度计：上海精密科学仪器有限公司；HH-1恒温水浴锅、CL-3250A磁力搅拌器：江苏省金坛市荣华仪器有限公司；FA214电子天平：上海衡器总厂；RE-2000B旋转蒸发仪：南京炳辉仪器仪表有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 标准曲线的绘制[11-12]

采用NaNO3-Al（NO3）3-NaOH显色法。精确称取10mg芦丁标准品，然后用体积分数为60%的乙醇溶液将其溶解并定容至100mL，摇匀，得质量浓度为0.1mg/mL标准溶液；依次精确吸取芦丁标准溶液0、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4. 0mL、5.0mL，6.0mL、7.0mL于8只25mL容量瓶中，然后再分别加入1mL 5%亚硝酸钠溶液，摇匀，放置6min，再加入1mL 10%硝酸铝溶液，摇匀，放置6min，加入10mL 4%氢氧化钠溶液，用体积分数为60%的乙醇定容，摇匀，静置10min后，在波长510nm处测定各溶液的吸光度值。以吸光度值（A）对芦丁质量浓度（C）进行回归，并绘制标准曲线。

1.3.2 包埋率的计算方法及微胶囊表面黄酮的测定

选择微胶囊化的包埋率为考察指标，对微胶囊化的效果进行评定，包埋率计算公式如下：

微胶囊表面黄酮含量的测定[7]：准确称取0.01g玉米须黄酮微胶囊，加入10mL无水乙醇，充分振荡、洗涤后，全部转移入50mL容量瓶中，用无水乙醇定容，静置，过滤；取滤液2mL，按1.3.1中的方法测定滤液的吸光度值，并利用标准去回归方程求得微胶囊表面的黄酮的质量浓度，再按公式计算微胶囊包埋率。

1.3.3 玉米须总黄酮的提取[13-14]

称取玉米须粉1g，按照料液比1∶15的比例加入体积分数为75%的乙醇溶液，加入0.08g纤维素酶，50℃回流提取90min，抽滤，旋转蒸发，真空干燥24h，得玉米须总黄酮。

1.3.4 微胶囊的制备

取一定量的β-CD，用蒸馏水将β-CD调制成所需质量浓度，然后向β-CD溶液中逐滴滴加事先用少量无水乙醇溶解的玉米须黄酮液，边滴加边搅拌，搅拌一定时间后，于4℃平衡12h，离心的沉淀物真空干燥，得玉米须黄酮微胶囊。

1.3.5 单因素试验

（1）芯材与壁材的配比对包埋率的影响

称取β-CD15.00g，用蒸馏水配制成质量浓度为15g/100mL的溶液，准确称取玉米须总黄酮提取物1.00g，用少量无水乙醇溶解。分别将芯材与壁材的配比（质量比）设计为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20进行试验，平行3次，按照1.3.4操作，搅拌温度为15℃，搅拌时间为45min，制备微胶囊。

（2）搅拌时间对包埋率的影响

称取β-CD15.00g，用蒸馏水配制成质量浓度为15g/100mL的溶液，准确称取玉米须总黄酮提取物1.00g，用少量无水乙醇溶解。按照确定的芯材与壁材的配比，将搅拌时间分别设为25min、35min、45min、55min进行试验，平行3次，按照1.3.4操作，搅拌温度为15℃，制备微胶囊。

（3）搅拌温度对包埋率的影响

称取β-CD15.00g，用蒸馏水配制成质量浓度为15g/100mL的溶液，准确称取玉米须总黄酮提取物1.00g，用少量无水乙醇溶解。按照确定的芯材与壁材的配比及搅拌时间，将搅拌温度分别设为25℃、33℃、45℃、55℃进行试验，平行3次，按照1.3.4操作，制备微胶囊。

（4）β-CD质量浓度对包埋率的影响

称取一定质量β-CD，用蒸馏水分别配制成质量浓度为5g/100mL、10g/100mL、15g/100mL、20g/100mL的溶液，准确称取玉米须总黄酮提取物1.00g，用少量无水乙醇溶解。按照确定的芯材与壁材的配比、搅拌时间及搅拌温度进行试验，平行3次，按照1.3.4操作，制备微胶囊。

1.3.6 玉米须总黄酮提取物微胶囊化条件优化正交试验

根据有关文献资料[15]以及单因素试验的结果，对芯材与壁材的配比、搅拌时间、搅拌温度、β-CD质量浓度设计L9（34）正交试验，以确定玉米须总黄酮微囊化的最佳条件。正交试验因素与水平见表1。

表1 微胶囊化条件优化正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experiment for microcapsule conditions optimization

1.3.7 影响微胶囊稳定性因素试验[15]

以微胶囊包埋率为考察指标，分别探讨pH、温度、金属离子等因素对微胶囊稳定性的影响。

1.3.8 统计学处理

采用SPSS 13.0软件进行统计学分析，数据以χˉ±s表示，统计学推断采用单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

在波长510nm处，测定不同质量浓度（C）的芦丁标准品溶液在显色反应后的吸光度值（A），结果见图1。由图1可知，标准曲线回归方程为A=16.61C-0.002 8，相关系数R2= 0.999 4，表明二者线性关系良好。

图1 芦丁标准曲线Fig.1 Standard curve of rutin

2.2 芯材与壁材的配比对包埋率的影响

在搅拌温度为15℃，搅拌时间为45min，β-CD的质量浓度为15g/100mL，考察芯材与壁材的配比分别为1∶5、1∶10、1∶15、1∶20对微胶囊化的影响，结果见图2。

图2 芯壁比对包埋率的影响Fig.2 Effect of core to wall ratio on embedding rate

由图2可知，在芯材质量不变的情况下，不断地加大壁材的质量，玉米须总黄酮包埋率先稳定上升后缓慢下降。可能由于随着壁材的增多，壁材分子之间相互作用，反而降低了壁材对芯材的包埋效果，从而导致了包埋率的降低。根据微胶囊化包埋率变化，最后确定芯材与壁材配比为1∶15。

2.3 搅拌时间对包埋率的影响

将芯材与壁材的配比确定为1∶15，搅拌温度为15℃，β-CD的质量浓度为15g/100mL，考察搅拌时间分别为25min、35min、45min、55min对微胶囊化的影响，结果见图3。

图3 搅拌时间对包埋率的影响Fig.3 Effect of stirring time on embedding rate

由图3可知，在45min之前随着搅拌时间的延长包埋率一直升高，但在45min以后出现了下降的现象。理论上，应该随着时间的延长，包埋率越高，但是出现了相反的现象，有可能是因为随着时间的延长二者包埋的通道被阻，导致芯材无法与壁材结合，包埋效率下降。根据微胶囊化包埋率变化，最后确定搅拌时间为45min。

2.4 搅拌温度对包埋率的影响

将芯材与壁材的配比确定为1∶15，搅拌时间为45min，β-CD的质量浓度为15g/100mL，考察搅拌温度分别为25℃、35℃、45℃、55℃对微胶囊化的影响，结果见图4。

图4 温度对包埋率的影响Fig.4 Effect of temperature on embedding rate

由图4可知，在搅拌温度升至45℃以前，随着温度的升高包埋率越高。但45℃以后，随着温度的继续升高，包埋率却出现了下降的现象。有可能是因为随着温度的升高，破坏了分子结构或是水分蒸发速度太快，导致壁材成膜性降低。结果说明并不是温度越高越好，而是只有在合适的温度时包埋效率最高，微囊化的效率最快，最稳定。根据微胶囊化包埋率变化，最后确定搅拌温度为45℃。

2.5 β-CD质量浓度对包埋率的影响

将芯材与壁材的配比确定为1∶15，搅拌时间为45min，搅拌温度为45℃，考察β-CD质量浓度分别为5g/100mL、10g/100mL、15g/100mL、20g/100mL对微胶囊化的影响，结果见图5。

图5 β-CD质量浓度对包埋率的影响Fig.5 Effect ofβ-cyclodextrin concentration on embedding rate

环糊精素主要分别由6、7、8个葡萄糖分子组成。其中以β-CD的溶解度最小，最容易析出结晶，故最为常用。β-CD的结构是7个葡萄糖残基构成的环状分子，环状的内部为疏水性，其两端与外部均为亲水性。如果外来的分子中含有疏水基，会引发基团之间的亲和力的作用。因此，用β-CD为壁材制备微胶囊时，加入的水量会直接影响包埋的效果。由图5可知，当β-CD的质量浓度为5～15g/100mL时包埋率随β-CD的质量浓度的增长而升高，但当β-CD的质量浓度＞15g/100mL后，明显出现了包埋率下降的现象。根据微胶囊化包埋率变化，最后确定β-CD质量浓度为15g/100mL。

2.6 玉米须总黄酮提取物微胶囊化条件优化正交试验结果

微胶囊化条件优化正交试验结果与分析见表2。

表2 微胶囊化条件优化正交试验结果与分析Table 2 Results and analysis of orthogonal experiments for microcapsule conditions optimization

由表2可知，影响玉米须总黄酮微胶囊化包埋率的因素依次为搅拌温度＞β-CD质量浓度＞芯壁比＞搅拌时间，最佳因素水平为A3B1C2D3。从试验条件和成本考虑，玉米须总黄酮微囊化的最佳工艺条件为芯壁比为1∶15，搅拌时间为35min，搅拌温度为50℃，β-CD质量浓度为15g/100mL。在此条件下进行验证试验，包埋率平均值为78.5%。

2.7 稳定性试验

2.7.1 pH对玉米须总黄酮微胶囊稳定性的影响

准确称取微胶囊化物1.00g溶于10mL无水乙醇中，制得溶液，分4组，调节溶液pH分别为2.0、5.0、7.0、8.0，于40℃处放置6h后进行试验，平行测定3次，考察不同pH对微胶囊化包埋率的影响，结果见图6。

图6 pH对玉米须总黄酮微胶囊稳定性的影响Fig.6 Effect of pH on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由图6可知，当溶液处于酸性或是中性的时候，总黄酮微胶囊的包埋率仍较高。但当溶液处于碱性的时候（pH＞7），总黄酮微胶囊的包埋率明显降低。由于总黄酮中含有酚羟基，故显酸性。而当溶液额外加入碱性物质的时候，部分总黄酮可能发生化学变化，导致总黄酮微胶囊包埋率降低。故碱性环境会对微胶囊的稳定性产生影响。

2.7.2 搅拌温度对玉米须总黄酮微胶囊稳定性的影响

准确称取微胶囊化物1.00g溶于10mL无水乙醇中。分3组，分别置于4℃冰箱保存，室温（25℃）条件下贮存，40℃恒温箱中保存，放置6h后进行试验，平行3次，考察不同搅拌温度对微胶囊化包埋率的影响，结果见图7。

图7 温度对玉米须总黄酮微胶囊稳定性的影响Fig.7 Effect of temperature on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由图7可知，位于室温条件下和冰箱中保存均没有出现包埋率下降的现象，只有当于40℃恒温箱中放置时，包埋率大幅度下降。由于玉米须总黄酮的不稳定性，虽然微胶囊化后的稳定性大幅提高。但当放于高温下，玉米须总黄酮微胶囊的包埋率仍会出现下降，故在保存时仍要避免高温环境。

2.7.3 重金属Cu2+对玉米须总黄酮微胶囊稳定性的影响

准确称取微胶囊化物1.00g溶于10mL无水乙醇中。分3组，分别加入蒸馏水、硫酸铜溶液（100mg/kg）2mL和5mL，放置6h，平行3次。结果见图8。

图8 重金属Cu2+盐对玉米须总黄酮微胶囊稳定性的影响Fig.8 Effect of Cu2+on the stability of corn silk flavonoids microcapsule

由图8可知，当加入蒸馏水后包埋率几乎不会出现变化，而当加入重金属Cu2+后包埋率会出现明显变化，随着硫酸铜溶液的体积加大，包埋率变化愈加明显。由于玉米须总黄酮可以与重金属Cu2+发生颜色反应，导致了包埋率的下降。

3 结论

单因素试验及正交试验确定了玉米须总黄酮微胶囊化最佳工艺条件：芯壁比1∶15，搅拌时间为35min，搅拌温度为50℃，β-CD质量浓度为15g/100mL。在此最佳条件下，微胶囊化效率达到78.5%。

玉米须总黄酮微胶囊产品为黄色或淡黄色粉末，产品中总黄酮含量＞7%，另外在pH、温度和加入重金属Cu2+的情况下都会对微胶囊的稳定性产生影响。

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The microencapsulation and stability of flavonoids from corn silk

LI Yan1,LI Feng2*,TAO Zhijie1,XU Hui1
(1.Department of Food and Biology Technology,Bengbu College,Bengbu 233030,China;2.Department of Hemotology, Nanjing Military Region Nanjing General Hospital,Nanjing 210002,China)

Corn silk is a traditional Chinese medicine;it has large quantity but limited utilization.The total flavonoids was extracted by enzyme hydrolysis method,and microencapsulation technology was used as well considering the instability and poor solubility.Results showed that the optimum condition of microencapsulation was obtained as follows:core wall ratio 1∶15,stiring time 35 min,β-cyclodextrin concentration 15g/100ml, temperature 50℃.Under such condition,the embedding rate was 78.5%.Result showed that pH,temperature and metal ion Cu2+were making influences on the stability of microcapsules.

corn silk;flavonoids;microencapsulation;stability

TQ461

A

0254-5071（2014）04-0047-05

10.3969/j.issn.0254-5071.2014.04.012

2014-03-13

安徽省高等学校省级质量工程项目（20101091）；蚌埠学院自然科学研究项目（2010ZR12）作者简介：李妍（1982-），女，助教，硕士，研究方向为天然药物的提取与分离纯化。

*通讯作者：李锋（1979-），女，主治医生，博士，研究方向为血液病的防治。