阴离子淀粉微球吸附姜黄素工艺的研究

薛 博， 李新华， 王虹玲

(1.沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺 113122；2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳 110161)

阴离子淀粉微球吸附姜黄素工艺的研究

薛 博1， 李新华2， 王虹玲1

(1.沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺 113122；2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳 110161)

[目的]分析优化阴离子淀粉微球吸附姜黄素的工艺条件。[方法]以姜黄素作为载药体，研究响应面法优化阴离子淀粉微球吸附姜黄素吸附量的最佳工艺条件。通过单因素试验和Plackett-Burman试验确定了乳化剂用量、交联剂用量、三聚磷酸钠用量和浸泡时间4个主要因素对阴离子微球吸附姜黄素的影响，根据中心组合设计原理采用4因素3水平的响应面分析法，获得阴离子淀粉微球吸附姜黄素的最佳工艺条件。[结果]试验表明，阴离子淀粉微球吸附姜黄素的最佳条件为：乳化剂用量0.599 g，交联剂的用量为3.001 ml，三聚磷酸钠用量为0.8 g，浸泡时间为8.5 h,姜黄素吸附量预测值为2.332 mg/g，验证值为2.367 mg/g，与预测值的相差0.035 mg/g。[结论] 研究可为阴离子淀粉微球的载药性能和开发利用以及淀粉的深加工开发利用提供依据。

阴离子淀粉微球；姜黄素；吸附性

阴离子淀粉微球是由淀粉经过二次交联和阴离子化改性而制得。阴离子化后的微球改善了其表观结构，加强其机械强度，同时也提高了微球吸附或选择吸附的能力。由于阴离子淀粉微球具有大量的活性基团，淀粉磷酸酯带负电荷，其可以和带正电荷的物质产生静电吸引，相当大的孔容积和比表面积，使其具有优良的吸附性能[1-3]。姜黄素是从姜科植物姜黄中提取的一种色素，其色泽稳定且几乎无毒。近年的研究表明，姜黄素具有降血脂、抗肿瘤、抗氧化、抗炎、利胆等作用。对于淀粉微球的离子化改性国内外报道多涉及其合成与表征，但阴离子微球的吸附性研究鲜有报道[4-6]。笔者以可溶性淀粉为载体，三聚磷酸钠为阴离子化试剂，以姜黄素为模型药物，研究阴离子微球吸附姜黄素的吸附量，利用响应面分析阴离子微球吸附姜黄素的工艺条件，为阴离子淀粉微球的载药性能及开发利用提供依据，为淀粉的深加工开发利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料主要试剂：氢氧化钠,span60、液体石蜡、乙酸乙酯、环氧氯丙烷、丙酮、无水乙醇、三聚磷酸钠、姜黄素、可溶性淀粉，以上试剂均为分析纯，国药集团化学试剂。

主要仪器设备：TDL-40B离心机，上海安亭科学仪器厂；UV-1600紫外可见分光光度计，上海精科分析仪器公司；HH-6型数显转速电动搅拌机、JB 90-S数字显示转速电动搅拌机，上海标本模型厂制造。

1.2 试验方法

1.2.1合成阴离子淀粉微球。称取一定量的span 60于液体石蜡中水浴加热。用NaOH溶液调10%的可溶性淀粉溶液pH为12，加热糊化后冷却到55 ℃。在磁力搅拌的作用下将淀粉溶液滴加至液体石蜡中，搅拌5 min后，滴加一定量交联剂环氧氯丙烷，搅拌，55 ℃保温，反应5 h后离心，用乙酸乙酯、无水乙醇、丙酮反复洗涤，离心。加入三聚磷酸钠搅拌均匀，浸泡过夜，用乙醇洗涤后离心、干燥，得到阴离子淀粉微球。

1.2.2阴离子淀粉微球吸附姜黄素性能的测定。精确称取真空干燥至恒重的姜黄素10 mg,置于100 ml棕色容量瓶中，用无水乙醇定容。取8 ml置于100 ml容量瓶中，加入32 ml无水乙醇，用蒸馏水定容至100 ml,摇匀。在装有储备液的10 ml的密封瓶中加入0.05 g姜黄素乙醇溶液，用该溶液定容至10 ml，测2 h的吸光度。

1.2.3单因素试验。根据微球成球机理，分别考察乳化剂用量、交联剂用量、三聚磷酸钠用量和浸泡时间对微球吸附姜黄素量的影响。

1.2.4响应面试验。根据单因素试验结果，选择影响显著因素乳化剂用量、交联剂用量、三聚磷酸钠用量和浸泡时间，运用响应面法优化试验条件。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1乳化剂用量对姜黄素吸附量的影响。span 60是固体食品级乳化剂，又是非离子型乳化剂，所以乳化剂选用span 60。固定其他因素不变，阴离子微球对姜黄素吸附量的影响如图1所示，随着乳化剂用量的增加而增大，若span 60用量大于0.6 g时，乳化剂胶束相互聚集或粘结，姜黄素的吸附量变化趋势极其缓慢。

2.1.2交联剂的用量对姜黄素吸附量的影响。如图2所示，交联剂选用环氧氯丙烷，因其具有活泼的环氧基和氯基，是一种交联效果极好的交联剂。在所选取的范围内，微球吸附姜黄素量随着环氧氯丙烷用量的增加先增大后减小，若交联剂用量大于5 g时，吸附姜黄素量迅速下降，这是由于阴离子淀粉微球内部结块且不易洗脱。交联剂用量为5 g时，阴离子淀粉微球的吸附量达到最大值。

2.1.3三聚磷酸钠用量对姜黄素吸附量的影响。由图3可知，在所选取的范围内，随着三聚磷酸钠的增加，姜黄素的吸附量先增大后减小。三聚磷酸钠用量的增加会使微球带有更多的负电荷，增加了微球与姜黄素间的静电引力，使吸附量增加。三聚磷酸钠用量大于0.8 g时，吸附姜黄素的量减小，这是由于微球与淀粉发生二次交联，使微球结构更加致密，不利于其吸附姜黄素，所以用量过大吸附量反而降低。当三聚磷酸钠用量为0.6 g时，微球对姜黄素吸附量达到最大值2.34 mg/g。

2.1.4浸泡时间对对姜黄素吸附量的影响。在所选用的范围内阴离子微球对姜黄素吸附量如图4所示，固定其他因素不变，随着浸泡时间的增加，阴离子淀粉微球的吸附量呈上升趋势，浸泡时间超过8 h后三聚磷酸钠用量已基本耗尽，吸附量不再增加。

2.2 响应面试验

2.2.1方差分析及二元回归方程拟合。根据单因素试验结果所确定的最佳反应条件，采用二次回归通用旋转正交设计(4因素3水平)试验，其中4因素包括乳化剂用量(X1)、交联剂用量(X2)、三聚磷酸钠用量(X3)和浸泡时间(X4)，考察阴离子微球吸附姜黄素的能力，因素水平取值见表1。

阴离子微球吸附姜黄素影响因素响应面分析试验设计与结果见表2。

表1 响应面试验因素水平

利用Design-Expert软件对以上各试验点的响应值进行回归分析，得到回归模型方程为：

表2 响应分析试验结果

由回归方程分析可以看出，方程描绘因子X1<0.000 1(P<0.01)偏回归系数极显著，说明乳化剂用量对影响阴离子微球吸附量极显著，X2=0.042 1，X3=0.032 1(P<0.05)的偏回归系数高度显著，说明交联剂用量、三聚磷酸钠用量对阴离子微球吸附量有显著影响；X1X4交互作用显著，说明阴离子微球吸附量受到了乳化剂用量和浸泡时间的共同影响，在微球吸附量中起了关键作用；回归模型极显著(P<0.000 1),说明回归方程与实际情况吻和较好。回归方程方差分析结果可以看出，方程的失拟项P=0.075，P>0.05，不显著，说明该方程对试验试验拟合好。回归模型预测的最佳阴离子微球吸附量工艺条件为：乳化剂用量0.599 g，交联剂的用量为3.001 ml，三聚磷酸钠用量为0.8 g，浸泡时间为8.5 h。

2.2.2交互作用分析。阴离子微球吸附姜黄素优化的响应曲面如图5～10。在固定交联剂用量和浸泡时间的条件下，乳化剂用量与三聚磷酸钠用量的响应面图见图6，乳化剂用量与三聚磷酸钠用量交互作用显著，吸附量主要由二者共同影响，效果较为显著，两者在吸附量的提高中起到关键的作用，在图6中可以看出吸附量主要受乳化剂用量的影响，吸附量随乳化剂用量的升高而加大，在乳化剂用量达到0.60 g

左右时，吸附量出现峰值，同时三聚磷酸钠用量为0.8 ml时，响应值变化最大，即可获得较高的吸附量。乳化剂用量和交联剂用量相互作用也较为显著如图5所示，表现为曲线较陡。在保证吸附量的前提下，可根据实际情况适当的增加乳化剂用量而减少搅拌时间。而三聚磷酸钠用量(X3)和浸泡时间(X4)次之，表现为曲线较为平滑，且随其数值的增加，响应值变化较小。

2.3 模型验证为检验模型预测的准确性，依据响应面优化得到的最佳工艺条件，将考察的因素设定为: 乳化剂用量0.599 g，交联剂的用量为3.001 ml，三聚磷酸钠用量为0.8 g，浸泡时间为8.5 h,经过4次验证试验，得到阴离子微球吸附姜黄素的量为2.367 mg/g，与模型预测值相差0.035 mg/g,与理论值基本相符。

3 结论

研究得出，乳化剂用量、交联剂用量、三聚磷酸钠用量和浸泡时间对阴离子微球吸附姜黄素影响均显著，其中乳化剂用量和三聚磷酸钠用量较为显著。阴离子微球吸附姜黄素的最佳工艺条件为乳化剂用量0.599 g，交联剂的用量为3.001 ml，三聚磷酸钠用量为0.8 g，浸泡时间为8.5 h,此条件下，阴离子微球吸附姜黄素的量为2.367 mg/g，说明响应面法适用于阴离子淀粉微球对姜黄素吸附量进行参数优化，对于指导阴离子微球作为药物载体提供理论和实践上的参考。

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Optimization of Adsorption of Anionic Starch Microspheres Curcumin

XUE Bo1, LI Xin-hua2, WANG Hong-ling1

(1. College of Life Science, Shenyang Institute of Technology, Fushun, Liaoning 113122; 2. College of Food Science, Shenyang Agriculture University, Shenyang, Liaoning 110161)

[Objective] To optimize technique conditions for anionic starch microsphere adopting curcumin. [Method] With curcumin as medicine carrier, the optimal technique conditions for nionic starch microsphere adopting curcumin were obtained by response surface method. The single factor experiments and Placket-Burman test suggested that emulsifier dosage, crosslinker dosage, values of sodium tripolyphosphate amount and soaking time were the major factors on adsorption of curcumin. Three-level response surface methodogy based on the principle of central composite design was employed to analyze the significance and interactions of the above factors by mathematical modeling. [Result] The results showed that the optimum adsorption of starch microspheres curcumin content were as follows: emulsifier dosage was 0.599 g, crosslinker dosage was 3.001 ml, values of sodium tripolyphosphate amount 0.8 g and soaking time 8.5 h. The predicted adsorption yield was 2.332 mg/g, while the actual adsorption yield was 2.367 mg/g, with relative error of 0.035 mg/g. [Conclusion] The study can provide basis for development and utilization of anionic starch microsphere and deep processing of starch.

Anionic starch microsphere; Curcumin; Adsorption

薛博(1984- )，女，辽宁北票人，讲师，硕士，从事农产品深加工与转化研究。

2015-03-20

S 509

A

0517-6611(2015)12-230-03