迷迭香提取物纳米晶体制备研究

于欣欣，刘涛

(青岛科技大学 化工学院，山东 青岛 266042)

迷迭香原产于地中海，我国云南、贵州等地也有栽培。迷迭香在日常生活中有广泛的应用，由于其具有保持肉类鲜美的特殊功效，可作为生活中常见的调味品和烹饪食材[1-3]。除此之外，新鲜的迷迭香能散发出清新扑鼻的香味，迷迭香提取物还具有良好的抗氧化活性，可作为天然抗氧化剂，在化妆品行业也有广泛应用[4]。

迷迭香提取物的主要抗氧化成分为迷迭香酚、鼠尾草酚和橙皮苷等，它们都几乎不溶于水[5]，因此本试验希望通过制备迷迭香提取物的纳米晶体来提高迷迭香的水溶性，进而提高其抗油脂氧化能力，改善迷迭香的口感，增强迷迭香的生物利用效应[6-9]。

1 材料与设备

1.1 材料

迷迭香：昆明奥深生物科技有限公司；pvp-k25：上海其福青材料科技有限公司。

1.2 设备

高压均质机 上海欧河机械设备有限公司；Zetasizer Nano ZS粒度测试仪 英国马尔文仪器有限公司；JRA-650E超声波细胞破碎仪 无锡杰瑞安仪器设备有限公司；RC-6溶出仪 天津天光仪器有限公司；720N紫外可见分光光度计 上海精科有限公司。

2 试验方法

2.1 高压均质法制备纳米晶体

通过高压均质法制备浓度为1%迷迭香提取物的纳米晶体。取未加工的迷迭香提取物(迷迭香酚、鼠尾草酚、橙皮苷)0.75 g分别分散在75 mL的0.5%(W/W)PVPK-25溶液中，以获得3份条件相同的悬浮液。随后进行超声波破碎，避免样品聚沉。使用高压均质机在1300 bar下应用20循环进行纳米晶体的制备[10，11]。

2.2 光子相关谱法(PCS)

采用Zetasizer Nano ZS粒度测试仪测量所有样品的平均粒度。取一个容积为2 mL的EP管，用移液枪取出15 μL纳米混悬液加入1.5 mL水中充分稀释，待溶液混合均匀后在25 ℃下测量粒径大小及粒度分布，每次测量要一式三份进行。

2.3 溶出度测试

将含有5 mg迷迭香提取物(迷迭香酚、鼠尾草酚、橙皮苷)的未加工样品和纳米晶体样品分别分散在900 mL去离子水溶出介质中。桨速为75 r/min，温度设定为(37±0.5)℃。分别在5,10,20,30,45,60,90,120 min收集取样(每个5 mL)，并通过紫外分光光度计测出吸光度。根据溶出度计算公式计算出相对应的溶出数值[12]。

2.4 响应面优化

根据试验要求，采用Design-Expert软件对主要成分迷迭香酚进行三因素三水平试验[13-15]，因素1为高压均质机的压力(1000，1150，1300 bar)，因素2为循环次数(5，10，20次)，因素3为迷迭香酚浓度(1%、2%、3%)，分别用A,B,C来表示，见表1。

表1 高压均质法响应面试验设计因素与水平表Table 1 Factors and levels of response surface test design of high-pressure homogenization method

3 结果与分析

3.1 纳米晶体粒径

迷迭香提取物(迷迭香酚、鼠尾草酚、橙皮苷)在采用高压均质法制备成相应的纳米晶体后，粒径有大幅度的下降，结果见表2。

表2 纳米晶体对迷迭香提取物粒径的影响Table 2 Effect of nanocrystals on the particle size of rosemary extract

由图2可知，未加工的迷迭香提取物晶体粒径在10 μm以内，制成纳米晶体之后粒径减小10倍以上，达到纳米级。最终得到的纳米晶体粒径与未加工粒径大小并没有直接关系，而与晶体本身的硬度关系较大。

3.2 溶出度对比

根据Nernst-Brunner方程可知粒径与溶出速度的关系：

其中，dc/dt为溶解速度，D为扩散系数，S为表面积，h为扩散层厚度，V为水的体积，Cs为饱和溶解度，C为即时浓度。由公式可以看出当粒径变小即药物单个粒子的体积下降、总表面积变大同时h也会增加时，使得药物溶出速度增加。溶出度试验结果见图1。

图1 溶出度试验对比结果Fig.1 Comparison results of dissolution test

由图1可知，3种迷迭香提取物的纳米晶体比未加工原料的溶出度都有很大程度的提升，随着时间的延长，溶出度逐渐增大，60 min以后变化较缓，最后趋于平稳。这同时也证明了粒径的减小对溶出度的提高有很大贡献。

3.3 响应面设计

采用Design-Expert软件进行试验设计，根据试验水平和因素数量，设计出17组试验，见表3。

表3 响应面试验设计结果Table 3 Results of response surface experimental design

续 表

通过表3可得出回归线性方程为：

Y=420.60-6.50A-17.00B+18.75C+80.75AB-25.25AC-17.25BC+107.58A2+276.07B2+42.08C2。

回归模型的显著性分析及方差见表4

由表4可知，当模型的F值为188.03时，P值小于0.001，而失拟误差的P值为0.0599>0.05，表明回归方程的显著性和拟合程度良好，试验结果真实可靠。根据Design-Expert软件得到的拟合模型的R2=0.9959，表明99.59%的高压均质纳米化制备工艺可以用该模型来解释，预测模型R2=94.51%，可知预测值与试验值之间的关联性很强。由此可进一步说明该回归曲线的实用性强，可使用该回归曲线选出最优条件并预测该条件下的粒径大小。

根据表4中的数据绘制出的3D响应面图见图2～图4。由3D响应面图可知，存在最低点，即存在最小粒径点。

图2 压力和循环次数对粒径影响的响应面图Fig.2 Response surface diagram of pressure and cycle times on particle size

图3 压力和迷迭香酚浓度对粒径影响的响应面Fig.3 Response surface diagram of pressure and the concentration of rosmarinol on particle size

图4 循环次数和迷迭香酚浓度对粒径影响的响应面图Fig.4 Response surface diagram of cycle times and the concentration of rosmarinol on particle size

通过Design-Expert软件设计出的最优工艺参数为：高压均质操作压力为1149.24 bar，循环次数为15.13次，迷迭香酚浓度为1.78%，此时粒径达到最小为418.351 nm。综合考虑各方面的因素后，将最终的工艺条件调整为：高压均质操作压力为1150 bar，循环次数为15次，迷迭香酚浓度为2%。按照上述条件进行3组平行试验，得到的平均粒径为421.12 nm，与预测结果基本一致。因此说明该回归方程的拟合程度很好，所建模型的准确性高，通过该响应面设计出的最优参数可满足后续试验需要。

4 总结

本文主要研究了制备成纳米晶体后对迷迭香料的影响，并使用响应面设计软件减少了试验次数，避免了重复和不必要的试验。根据Design-Expert软件设计出的最优工艺参数，即高压均质操作压力为1150 bar，循环次数为15次，迷迭香酚浓度为2%，通过高压均质法将迷迭香提取物制备成纳米晶体后，粒径大幅度下降，溶出度试验也表明纳米晶体的溶出度明显提高。因此，预期其抗氧化活性更高，香味更持久。