苹果根皮苷微胶囊制备

徐颖，韩晶晶，董梅

1. 陕西科技大学食品与生物工程学院（西安 710021）；2. 渭南市食品药品检验所（渭南 714000）

根皮苷的分子式是C21H24O10，相对分子质量为436.41，外观为淡黄色的针状结晶体。随着人们对根皮苷的深入了解与研究发展，发现根皮苷具备抗氧化、保护心血管、改善记忆力、抗癌、减少血糖等很多的生理功用，在新型药物的研究、保健食品的开发、化妆美容用品的研制等方面均具有普遍的使用前景[1-4]。有研究表明，苹果多酚中多种活性物质，如根皮苷、绿原酸、儿茶素、槲皮素等均能起到降血糖的作用，但根皮苷在几种物质中降血糖的效果最为显著[5-7]。除了发现根皮苷在糖尿病医治方面的功用，近些年还发现根皮苷对高血脂症状的动物具有降血脂的作用[8]。有研究表明，根皮苷能够明显降低体内胆固醇的含量，这项研究又为根皮苷在医学方面的应用开辟出了新的领域。此外，很多研究表明根皮苷能够对多种植物体内的病原菌起到抗性作用，比如火疫病、苹果表面产生的黑星病等，其在植物的生长过程中发挥着明显的作用[9-10]。此次试验采用超声波提取出苹果中的根皮苷，复凝聚法与冷冻干燥相结合的方法进行微胶囊的制备。并对工艺进行优化，使得根皮苷稳定存在并进行应用。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

苹果渣；根皮苷标准品（纯度＞98%，上海毕得医药科技有限公司）；102型转谷氨酰胺酶（一鸣精细化工有限公司）；其他均为实验室常见试剂。

1.2 主要仪器和设备

FD5型冷冻干燥机（金西盟生物技术有限公司）；FA25型高速剪切乳化机（弗鲁克流体机械制造有限公司）；SHA-C型恒温振荡器（国华企业有限公司）；RE52CS-1型旋转蒸发器（上海亚荣仪器厂）；其他均为实验室常用仪器。

1.3 试验方法

1.3.1 根皮苷标准曲线的建立

精确称取80 mg的根皮苷标准品，用无水乙醇定容到50 mL容量瓶中，得1.6 g/L根皮苷标准溶液。分别吸取0，0.5，1.0，1.5，2.0，2.5和3.0 mL根皮苷标准溶液加到10 mL容量瓶中，之后再加入5 mL无水乙醇，用蒸馏水定容，充分摇匀后取其中1 mL于5 mL的容量瓶中加蒸馏水定容。取适量溶液倒于比色皿中于其最大吸收波长处测定吸光度，测定3个平行，取平均值。以根皮苷浓度x为横坐标，吸光度y为纵坐标作图，拟合得到标准曲线的线性方程。

最大吸收波长的测定：在200～450 nm波长范围内进行紫外扫描，根据扫描结果可确定最大吸收波长284 nm，该波长与所查资料得到的根皮苷最大吸收波长相同，所得的标准曲线的线性方程为y=11.600 45x+0.002 89。

1.3.2 根皮苷提取量的计算

参考王敬等[11]的方法。准确称取苹果渣粉末进行提取，过滤后定容至50 mL容量瓶中，准确吸取一定体积滤液至10 mL的烧杯中，然后再往烧杯里面加入5 mL无水乙醇，然后将以上的溶液转移至10 mL容量瓶里面，并在容量瓶里面加蒸馏水补充至刻度线，于最大吸收波长处测定吸光度，对应根皮苷标准曲线，计算得到稀释液的浓度，按式（1）计算提取量。做3个平行，取平均值。

式中：C为稀释液中根皮苷质量浓度，mg/mL；V为提取液用量，mL；W为苹果渣粉末质量，g。

1.3.3 超声波提取单因素试验

用乙醇体积分数70%、提取时间2.5 h、料液比1：30（g/mL）、提取温度65 ℃作为进行单因素筛选试验的基础条件。保持其中3个因素不变，只改变其中1个因素，得出该因素对根皮苷提取量的影响结果。

1.3.4 超声波提取正交试验

根据单因素试验结果，对乙醇体积分数、料液比、提取时间和提取温度这4个因素进行正交试验，每个因素选择3个水平，依照L9(34)正交表安排试验，见表1。

表1 因素水平表

1.3.5 微胶囊化工艺流程

将一定量的明胶与阿拉伯胶分别加入盛有适量蒸馏水的烧杯中，60 ℃下于恒温加热磁力搅拌器中溶解，待完全溶解后将2种溶液混合，直接在温度还未降低时加入根皮苷，经高速剪切机以10 000 r/min或更高的剪切速度剪切30 s以上，观察其是否形成均匀乳状液。之后倒入三口烧瓶中，在50 ℃水浴下用300 r/min的搅拌器搅拌，同时逐滴滴入10%的醋酸溶液降低pH至发生复合凝聚反应，一段时间后用所冻的碎冰将温度降至15 ℃以下，加入10%的氢氧化钠溶液调整pH至6.0，随后加入一定质量的转谷氨酰胺酶固化2 h，在4 000 r/min离心力下离心5 min，除去上清液，随即冷冻干燥得到固态微胶囊。

1.3.6 微胶囊化单因素试验

设置基础条件：明胶和阿拉伯胶1：1、搅拌速度300 r/min、芯壁比1：1、pH 4.0、壁材质量分数1.0%。考察搅拌速度、芯壁比、pH、壁材质量分数对根皮苷包埋率的影响。

1.3.7 微胶囊包埋的正交试验

在单因素试验的基础上，以苹果根皮苷微胶囊的包埋率为指标，选取搅拌速度、pH、搅拌速度、芯壁比设计四因素三水平的正交试验，按照L9(34)正交表进行试验，见表2。

表2 各因素水平表

2 结果与分析

2.1 超声波提取的结果分析

2.1.1 超声波提取单因素试验的结果分析

2.1.1.1 乙醇体积分数对根皮苷提取量的影响

由图1可知，当乙醇体积分数为75%时，根皮苷的提取量达到最大值；之后随着乙醇体积分数的持续增大，根皮苷的提取量呈现下降趋势，故确定75%为最佳的提取所用乙醇体积分数。在李爱民等[12]的研究中，通过单因素试验得出提取时乙醇的最佳体积分数为70%，与此次试验得到的75%为最佳体积分数基本符合，所以试验得到的结果较为准确。

图1 不同乙醇体积分数下根皮苷的提取量

2.1.1.2 料液比对根皮苷提取量的影响

由图2可知，随着料液比的增大，根皮苷的提取量呈现上升趋势，当料液比达到1：40（g/mL）时，提取量达到最大值，故选择1：40（g/mL）为最佳的料液比。改变料液比主要是在于提取溶液对于所提取原料溶解性的改变，在料液比减小的过程中，溶液对于原料的溶解越来越好，所以在一定范围内提取率呈现增大的趋势。所得到的折线图符合事实，并与一些研究所得到的结果基本符合。

图2 不同料液比下根皮苷的提取量

2.1.1.3 提取时间对根皮苷提取量的影响

由图3可知，随着提取时间的增加，根皮苷的提取率呈现上升趋势，并且当提取时间达到3.5 h时，根皮苷的提取量达到最大值，故得出3.5 h为最佳的提取时间。

图3 不同提取时间下根皮苷的提取量

2.1.1.4 提取温度对根皮苷提取量的影响

由图4可知，随着提取温度的升高，根皮苷的提取量呈现出一直上升的趋势。70 ℃后，增加温度，根皮苷提取量上升的幅度很小，基本可以忽略不计，故确定最适提取温度为70 ℃。

图4 不同提取温度下根皮苷的提取量

2.1.2 超声波提取的正交试验的结果分析

由表3可知，在正交试验的条件下，单因素试验选择出的4个因素对根皮苷提取率的影响顺序为提取温度＞乙醇体积分数＞料液比＞提取时间。结合根皮苷提取率，最佳优化结果为A3B2C1D3。经过验证，根皮苷提取量为14.60 mg/g。

表3 超声波提取正交试验结果

2.2 微胶囊化的结果分析

2.2.1 微胶囊单因素试验的结果分析

2.2.1.1 最佳壁材质量分数的确定

如图5所示，当壁材质量分数在0.5%～1.5%之内时，苹果根皮苷的包埋率呈现上升的趋势；当壁材质量分数在1.5%～2.5%的范围内时，苹果根皮苷的包埋率呈现下降趋势。壁材质量分数较低时，所形成的微胶囊的外壁会很薄，会使得芯材外露。在一定的质量分数范围内，壁材浓度升高时，所形成的微胶囊的外壁会很厚，然后会使得微胶囊的稳定性很好，可以更好地保护内在的芯材。由图5可知，1.5%的壁材质量分数为最佳的微胶囊化工艺参数。

图5 不同壁材质量分数微胶囊的包埋率

2.2.1.2 最佳pH的确定

如图6所示，随着pH的增大，微胶囊的包埋率呈现先上升后下降的趋势。当pH为4时，微胶囊的包埋率达到最大值。pH对于包埋的影响很大，主要是因为包埋采用的是复凝聚法，只有达到复凝聚法反应的pH时，试验才能够更好地进行。阿拉伯胶本身带有负电荷，明胶是两性蛋白质，当pH＜4.8时，明胶才能够带上正电荷，在此基础上才能够和明胶发生反应。由图6可知，pH 4是微胶囊包埋最佳的pH。

图6 不同pH微胶囊的包埋率

2.2.1.3 最佳搅拌速度的确定

由图7可知，当搅拌速度在100～300 r/min之间时，微胶囊的包埋率逐渐增大。当搅拌速度在300～500 r/min之间时，微胶囊的包埋率逐渐减小。故最佳的搅拌速度为300 r/min。

图7 不同搅拌速度微胶囊的包埋率

2.2.1.4 最佳芯壁比的确定

由图8可知，当芯壁比为1：1时，根皮苷的包埋率最高。当壁材比例较低时，复凝聚形成的外壳少，无法完全将根皮苷包裹起来，就会使得里面的芯材暴露出来。壁材占比较高时，形成的微胶囊也会更加稳定。但是当芯壁比达到1：1后，再增加壁材的占比，包埋率不再增加，故确定最佳的芯壁比为1：1。

图8 不同芯壁比微胶囊的包埋率

2.2.2 微胶囊正交试验的结果分析

由表4可知，4个因素对于根皮苷的包埋率的影响顺序为壁材浓度＞pH＞芯壁比＞搅拌速度。根据包埋率结果，最佳的微胶囊化试验方案为A3B2C1D3。经过验证，包埋率为79.8%。

表4 微胶囊正交试验结果表

3 讨论

在微胶囊试验过程中，用到了一种酶制剂——转谷氨酰胺酶，该酶是一种较为常用的酶交联剂，可以对作为壁材的明胶起到提高其凝胶性能的作用。该酶在包埋过程中所起到的作用类似于甲醛的固化作用：甲醛与明胶产生缩合反应，使明胶分子交联后形成网状结构，使得微胶囊的形状不可逆。之所以不用甲醛作为固化剂而选择转谷氨酰胺酶，主要是考虑到它绿色环保的特点，并且微生物发酵法制备转谷氨酰胺酶的技术越来越完善，酶的利用成本也逐渐降低[13]。转谷氨酰胺酶能够催化酰基转移，利于蛋白质的交联，其不依赖于Ca2+，能够更好地应用于食品中[14]。除此之外，转谷氨酰胺酶的交联效果很好，形成的微胶囊的结构很稳定[15]。

4 结论

试验以苹果渣根皮苷为研究对象，利用超声波提取根皮苷，并进行单因素试验探究乙醇体积分数、料液比、提取时间以及提取温度对提取效果的影响。并且在单因素试验的基础上，设计正交试验，确定提取的最佳工艺。利用复凝聚法结合冷冻干燥技术制备微胶囊，并进行单因素试验研究壁材浓度、pH、搅拌速度和芯壁比对包埋率的影响，之后采用正交试验方法，达到确定最佳工艺条件的目的。结果表明，超声波提取最佳工艺条件为乙醇体积分数80%、料液比1：40（g/mL）、提取时间3 h、提取温度75 ℃。微胶囊化通过单因素试验以及正交试验，其最优工艺为搅拌速度350 r/min、pH 4.5、芯壁比2：1、壁材的质量分数2.0%；在此条件下，包埋率为79.8%。