黑枸杞花青素软胶囊制备的工艺

邓瑜，郭璟瑜，唐異淞，马燕燕，叶子，陈国刚

石河子大学食品学院（石河子 832000）

黑枸杞是我国西部典型的荒漠植物，主要分布于中国新疆、青海及欧洲、中亚等地[1]。得益于新疆地区日照时间长，昼夜温差大的自然区位优势，该地区野生黑枸杞资源丰富，种植面积广，黑枸杞浆果中花青素含量更为丰富[2-3]，其花青素含量是蓝莓果实的5～10倍，有“软黄金”和“花青素之王”的美誉，是目前花青素含量最高的食材[4-5]。

花青素具有保护心血管、抗氧化、增强免疫力等[6-7]功效，叶琦[8]、孙晓红等[9]的研究表明黑枸杞的药用价值和保健价值均高于普通的红枸杞。目前有关黑枸杞的研究主要集中在对其多糖提取[3,10]、抗氧化物质分析、花青素含量分析[5,11]、活性成分和挥发组分的研究[12]以及红、黑枸杞抗氧化能力[13]的对比。相关加工产品也多为黑枸杞果酒、饮料[14]和咀嚼片[15]等。近年来，软胶囊加工技术已颇为成熟，市面上葡萄籽油软胶囊、虾青素软胶囊、银翘解毒软胶囊等相关产品屡见不鲜。但在黑枸杞花青素中应用胶囊技术的工艺制备及花青素定量化的研究还鲜有报道。因花青素对光、热敏感且易分解，黑枸杞花青素经提取后口感亦不佳，将其制备成软胶囊不仅可减少分解损失，使花青素物质更稳定，还可有效掩盖原物质的不良气味，在人体肠胃中较片剂丸剂更易吸收[16]，更容易得到消费者青睐。

鉴于此，此次试验以黑枸杞为原料，通过对黑枸杞中花青素提取，探究其软胶囊制备的相关工艺，旨在为延长黑枸杞产业链，丰富黑枸杞深加工产品种类，以期为黑枸杞资源的合理利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黑枸杞（新疆134团种植）；柠檬酸；果胶酶；三氯甲烷；冰乙酸；KI；淀粉；明胶；甘油；葵花籽油、蜂蜡、红氧化铁、特丁基对苯二酚（TBHQ）、二氧化钛（TiO2）等试剂均为食品级。

1.2 仪器与设备

YWI250-II全自动软胶囊机（北京鑫航成科技发展有限公司）；JM-L胶体磨（温州市豪龙胶体磨厂）；Multfuge X1R高速冷冻离心机（赛默飞世尔科技有限公司）；XY2000C电子天平（常州市幸运电子设备有限公司）；Brookfield黏度计（上海镁诺五金机电设备有限公司）；DZF-6210恒温箱（上海森信实验仪器有限公司）；B250智能数显恒温油水浴锅（上海予卓仪器有限公司）；RPH-600粉碎机（浙江荣浩工贸有限公司）；RE-3000旋转蒸发仪（上海亚荣生化仪器厂）；真空冷冻干燥机（上海继谱电子科技有限公司）。

1.3 试验方法

1.3.1 黑枸杞中花青素的提取

参照文献[7, 17-19]方法并做了相关改进。称取10 g经挑选、除杂后的黑枸杞于烧杯中，加入200 mL浓度为10%的柠檬酸溶液，浸泡20 min；用打浆机对料液打浆，再向浆液中加入0.3 g果胶酶（3 000 U），于55 ℃水浴加热60 min，接着料液在4 ℃ 2 400 r/min条件下离心15 min；收集上清液在39 ℃进行减压蒸馏2 h，将所得浓缩液冷冻干燥成粉末状，备用。收集沉淀，重复以上步骤3次。

1.3.2 评价指标的测定

1.3.2.1 均匀性[20]

取1 g花青素粉末，与不同质量比的食用油、蜂蜡等物质混合加热至80 ℃，搅拌均匀，观察混合液是否分散、混悬均匀，有无结块或气泡产生，判断花青素粉与基质是否混悬均匀。结块和气泡越多，表明均匀性越差。

1.3.2.2 流动性[21]

混合液静置至室温，玻璃棒蘸取混悬液，将玻璃棒与水平呈45°放置，使混悬液流下，观察流下物呈团块状、点滴状还是均匀线状。呈均匀线状流下时，表明流动性较好；团块状流动性最差。

1.3.2.3 切断性[21]

混合液即将滴完时，液滴很快收缩则切断性较好，呈长丝状则切断性较差。

1.3.2.4 沉降体积比[21]

取50 mL充分振摇、分散均匀的混悬液至50 mL具塞量筒中，密塞，用力振摇1 min，记录混悬液的初始高度H0（mL），再将其放入25 ℃恒温水浴锅，3 d后观察其沉降情况，并记录沉降面的高度H1（mL），计算沉降体积比F（F=H1/H0）。F值越接近1，说明混合液越稳定。

1.3.2.5 再分散性[22]

对放置3 d已经分层的内容物，用力振摇，观察其重新分散均匀的难易程度。重新分散得越均匀，则再分散性越好，反之越差。

1.3.2.6 黏度

参照《中国药典》2015版通则0633黏度测定方法，对制备好的软胶囊内容物的黏度进行测定。

1.4 数据统计与分析

试验数据经Excel 2010软件整理制图，采用Design Expert ver 8.0软件设计组合试验、绘制响应面图并进行差异显著性分析（p＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 软胶囊内容物的选择与制备

2.1.1 混悬介质的选择与结果分析

混悬介质在和花青素粉末混合后需要有良好的流动性和物理稳定性。最常用的混悬介质是植物油或PEG等[16]。PEG具有亲水性，会吸收胶壳水分，使内容物增重、胶壳变硬、老化等，不利于软胶囊成型。此次试验选择安全无毒、性质稳定、成本较低的葵花籽油作为混悬剂，加入助悬剂蜂蜡作为混悬介质，并对其用量及配比进行考察。

2.1.2 葵花籽油的用量与结果分析

花青素粉和葵花籽油制成的混悬液要求有一定流动性，不能太稀或太稠[23]，故需要对花青素粉、葵花籽油质量比进行研究。试验将花青素粉与葵花籽油分别按质量比1∶5，1∶10，1∶15，1∶20和1∶25混匀，再以1.3.2小节的评价指标进行测评。结果如表1所示。

试验结果表明，当花青素粉与葵花籽油的质量比为1∶5时，混悬液偏黏稠；当两者质量比为1∶10时，混悬液黏稠度适中，流动性好；随着葵花籽油用量的增加，混悬液越来越稀，难以包装，不符合软胶囊的灌装要求。故花青素粉与葵花籽油的最佳配比为1∶10。

表1 不同葵花籽油用量下混合液的性质检测

2.1.3 助悬剂用量选择与结果分析

为使软胶囊内容物均匀稳定、不分层，需加入助悬剂。蜂蜡是油状基质常用的助悬剂[24]，试验采用蜂蜡作为助悬剂。将花青素粉、葵花籽油、蜂蜡按不同质量比混合均匀，根据2.1.2结果，花青素和葵花籽油采用1∶10的质量比。蜂蜡梯度设为0，0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%，3.5%和4.0%，观察其均匀性、流动性、切断性，再用离心机以1 000 r/min离心5 min，静置3 d，观察是否分层，测定其再分散性、沉降体积比和黏度。结果如表2所示。

试验结果表明，当蜂蜡与葵花籽油的质量比为0.3∶10，即蜂蜡在葵花籽油中的含量为3%时，混合液黏稠度适中，流动性好，长时间放置无分层现象，再分散性良好，混合物分布均匀、稳定。故软胶囊内容物中蜂蜡的最佳添加量为3%。

表2 不同助悬剂用量下混合液的性质检测

2.1.4 抗氧化剂的选择及用量与结果分析

参照GB 5009.227—2016的方法，将葵花籽油置于密封具塞试管，分别加入0，0.005%，0.010%，0.015%和0.020%的食品级TBHQ，搅拌均匀，并置于60 ℃恒温箱放置10 d，于第0，第3，第5和第10天取样，测定混合液的过氧化值。结如表3所示。

结果表明，未加抗氧化剂TBHQ的处方，过氧化值明显增加，氧化速度较快。随着TBHQ含量的增加，其过氧化值变化越来越缓慢，氧化速度逐渐减缓。添加一定量之后，过氧化值降低的幅度变化微弱，趋于平缓。最终确定抗氧化剂的用量为0.015%。

表3 不同TBHQ用量对葵花籽油过氧化值的影响meq/kg

2.1.5 响应面法试验设计与结果分析

在单因素试验结果基础上，以花青素粉和葵花籽油质量比（A）、蜂蜡用量（B）、TBHQ用量（C）为自变量，沉降体积比为响应值。根据Box-Behnken试验设计，优化出黑枸杞花青素软胶囊的最佳工艺参数。因素水平设计如表4所示。响应曲面法试验设计及结果见表5。

表4 试验设计水平与编码

表5 响应曲面法试验设计及结果

表6 回归方程的方差分析表

经回归拟合，各影响因子对响应值的影响可用以下的方程表示：沉降体积比=0.114 65+7.69A+0.443B+2.218C-1.003AB=0.114 65+7.69A+0.443B+2.218C-1.003AB+3.751AC-0.13BC-0.004A2-0.067B2-6.07C2。回归模型p＜0.000 1，表明该回归模型达极显著水平[25]；失拟项p=0.492，不显著，说明该模型成立。回归模型中一次项A（花青素粉和葵花籽油质量比）和B（蜂蜡用量）的影响显著（p＜0.01）。相关系数R2=0.992 2，说明响应值的变化有99.22%来源于所选变量，得到模型拟合程度好，试验误差小。综上分析，该模型能较好地分析和预测黑枸杞花青素软胶囊的制备工艺。

图1 黑枸杞花青素软胶囊制备工艺的的响应面分析

通过Design-Expert ver 8.0软件探究各因素的最佳条件组合，使沉降体积比取最大值，得到了响应值的最佳组合条件即黑枸杞花青素软胶囊制备工艺最佳参数：A-花青素粉和葵花籽油质量比为1∶8.89，B-蜂蜡用量3.19%，C-TBHQ用量0.015%。预测在此条件下沉降体积比为1。采用上述最优工艺条件进行软胶囊制备工艺的试验，以进一步检验该试验方法的可靠性[26]。重复试验3次，测得实际软胶囊内容物的沉降体积比为0.999，验证试验结果与理论预测值误差在1%以内。因此，采用响应面分析方法优化得到的最优工艺条件具有实际意义与实用价值。

2.2 软胶囊内容物的制备

取黑枸杞花青素粉，过100目筛，备用。将3%的蜂蜡加入葵花籽油中，边搅拌边加热，至80 ℃蜂蜡全部溶化，将其冷却静置至60 ℃。加入一定量的花青素粉（葵花籽油和花青素质量比8.89）和0.015% TBHQ（食品级），缓慢搅拌至均匀，自然冷却至室温，放冷备用。

2.3 囊壳的选择

2.3.1 囊壳基础物质、增塑剂及崩解剂的选择与结果分析

囊壳基础物质采用软胶囊常用的明胶-纯化水配方[16]，两者用量为明胶与水质量比1∶1。选择常用的甘油作为本品的增塑剂，甘油与明胶的用量质量比选择在常用的0.4∶1。在囊壳中加入明胶量5%的聚乙二醇400作为辅助崩解剂。

2.3.2 囊壳色素及遮蔽剂的筛选与结果分析

由于色素用量应使囊壳色泽深于胶囊内溶液，并且与内容物及明胶之间无配伍问题，故综合以上因素并参照食品添加剂标准，选择红氧化铁为色素，遮蔽剂二氧化钛（TiO2）作为囊壳混悬介质，对两者用量进行单因素分析。取2 g明胶、0.8 g甘油、2 g纯化水，混合，向其中分别加入0.02，0.03，0.04和0.05 g红氧化铁，0.25%观察不同红氧化铁色素的浓度对内容物的遮蔽效果，结果如表7和表8所示。

当红氧化铁添加量为甘油的5%时，遮蔽效果和感官效果最好，且观察不出内容物分层。因此，选择红氧化铁的添加量5%（表7）。TiO2用量在0.5%和1.0%时遮蔽效果明显，在1.0%时遮蔽效果很好，但用量太大，可能会对囊壳崩解有影响。综合考虑，选择TiO2添加量0.5%（表8）。综上所述，当红氧化铁含量为5%，TiO2含量为0.5%时，软胶囊的遮蔽效果和感官效果最佳。

表7 色素用量的筛选

2.4 软胶囊的制备

将配好的胶囊内容物倒入制丸机中制丸定型，置干燥室干燥、刨光、包装。其中车间环境温度控制在25 ℃左右，相对湿度在50%～60%之间，干燥车间湿度控制在40%以内，以保证软胶囊更好地定型。所得花青素软胶囊，按《中国药典》2015年版四部胶囊剂项要求对软胶囊的崩解时限进行检查，崩解时限为13 min，符合药典规定60 min内完全崩解的要求。

3 结论与讨论

黑枸杞花青素软胶囊经过工艺优化，确定的最佳成型工艺条件为：花青素粉和葵花籽油质量比1∶8.89，蜂蜡用量3%，特丁基对苯二酚（TBHQ）用量0.015%，红氧化铁用量5%，二氧化钛（TiO2）用量0.5%。经稳定性考察，软胶囊中花青素含量较稳定，成型效果较好。

大豆油为软胶囊内容物配制中最常用的混悬介质，但大豆油色泽比葵花籽油深，有豆腥味，加热时会产生较多气泡，可能会影响内容物的稳定性。葵花籽油味清香，亚油酸和维生素E含量丰富，营养价值很高，更有益于人体健康。综合以上因素考虑，此次试验用葵花籽油代替大豆油作为花青素的载体。结果表明，葵花籽油的各项测评指标良好。但在葵花籽油用量选择的试验过程中，其沉降比差异不大，再分散性都较差，可能是花青素不溶于油状物质，没有助悬剂，难以浮起，流动性差的原因。

软胶囊内容物在灌装前既要均匀稳定、易分散，又需要有适宜的黏度[16]。内容物的黏度主要取决于葵花籽油与花青素的混合质量比以及蜂蜡的添加量。混合比例越小、蜂蜡添加量越多，黏度则越大。通过单因素试验和响应面分析，结果显示，当花青素粉与葵花籽油用量质量比为1∶8.89，蜂蜡添加量为3%时，内容物黏度最为适宜。此结果与李超[21]、钟英英[23]关于软胶囊制备工艺研究中蜂蜡的添加量一致。

为防止软胶囊内容物被氧化，向混悬液中添加了不同量的TBHQ。试验结果整体上和卢耀勤[20]在葡萄精华软胶囊的制备工艺研究中结果保持一致，未加抗氧化剂TBHQ的处方，过氧化值增幅明显；在0.010%时过氧化值趋于稳定。此次试验中TBHQ添加量为0.005%时，过氧化值升高，可能是取样或者试验中操作不当，在空气中被氧化的原因。

在此次试验中，胶囊壳的色素选择了红氧化铁而非天然色素苋菜红、葡萄紫等，是因为大部分天然色素对光、热、氧、金属离子、pH变化等敏感，且有色泽不稳定，色价低，染色力较差，带有特殊气味，分散性差，导致染色不均匀等问题。所以综合化学性质和成本考虑，最终选择了稳定性较好、成本低廉的红氧化铁作为色素使用[27-28]。

近些年，我国软胶囊的加工技术已经趋于成熟，将黑枸杞花青素制成软胶囊可更快地被人体吸收，又可有效防止花青素的分解，同时也延长了黑枸杞的产业链，丰富了黑枸杞的产品种类，市场前景广阔。