喷雾干燥法制备双脱甲氧基姜黄素微胶囊的研究

王 辉，张雪霞，杨贵国，任风芝

（1.河北省化工研究院，河北石家庄050030；2.河北食品添加剂有限公司，河北石家庄050035；3.微生物药物国家工程研究中心，华北制药集团新药研究开发有限责任公司，河北石家庄050015）

姜黄（Curcuma longa L.）为姜科姜黄属植物，其根茎入药。姜黄的主要活性物质为姜黄色素，包括姜黄素、脱甲氧基姜黄属、双脱甲氧基姜黄素等，大量研究证明姜黄素类化合物有抑菌、抗氧化、降血脂、抗癌等药理活性[1-3]。虽然姜黄素类化合物结构相近，但由于苯环上烷氧基个数的不同又使得不同结构化合物的药理作用存在差异，有研究发现双脱甲氧基姜黄素在防止细胞脂类过氧化物的形成方面效果优于姜黄素[4]。双脱甲氧基姜黄素不溶于水，并且稳定性易受光、热的影响，限制了使用范围，采用微胶囊技术将其包埋在食品配料组成的物料中，不但可以提高稳定性，而且溶解性也会改善。本文就双脱甲氧基姜黄素的微胶囊化制备工艺进行了研究，为食品工业中广泛应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

含量90%的双脱甲氧基姜黄素 公司自制；蔗糖 市售；变性淀粉 石家庄市银河变性淀粉有限公司；明胶 罗赛洛（广东）明胶有限公司；麦芽糊精 河北华辰淀粉糖有限公司；β-环糊精 武汉银河精细化工公司；色谱乙腈 Merck公司；双脱甲氧基姜黄素标准品 上海江莱生物科技有限公司；其余试剂 分析纯。

B-490型恒温水浴锅、B-290型实验型喷雾干燥器 瑞士Buchi公司；NS1001L高压均质机 意大利GEA公司；高效液相色谱仪（996检测器，515泵） 美国Waters公司。

1.2 双脱甲氧基姜黄素微胶囊化工艺

配制一定浓度的壁材水溶液和芯材的乙醇溶液，然后将二者混合，乳化，再经过高压均质形成稳定的乳化液，最后经过喷雾干燥得到双脱甲氧基姜黄素微囊。工艺流程如下：

双脱甲氧基姜黄素微胶囊化制备工艺流程：芯材溶液和壁材溶液→混合，乳化→高压均质→喷雾干燥→微囊。

1.3 测定方法

1.3.1 色谱分析条件 色谱柱：Diamonsil®C18150mm×4.6mm，5μm；流动相：乙睛-水-三氟乙酸（50∶50∶1）；流速1mL/min；检测波长：420nm；进样量20μL。

1.3.2 标准曲线的绘制 称取4.92mg双脱甲氧基姜黄素标准品，用甲醇溶解并定容于10mL容量瓶中，混匀，制成质量浓度为492μg/mL的标准液。再分别取0.1、0.2、0.4、0.8、1.0mL标准液置于10mL容量瓶中，混匀，制成4.92、9.84、19.68、39.36、49.2μg/mL的系列标准液。按照1.3.1所述的色谱条件分析，以峰面积为纵坐标，质量浓度为横坐标，绘制标准曲线，得到回归方程为y=2864.67x-19.31（r=0.9994），线性范围0.0984～0.984μg。

1.3.3 双脱甲氧基姜黄素微胶囊化效果及收粉率 采用包埋率来衡量双脱甲氧基姜黄素微胶囊化效果，计算公式见式（1）。收粉率为实际得到的粉末相对于物料中固形物含量的比率，计算公式见式（2）。

微胶囊包埋率（%）=微胶囊产品中所含的双脱甲氧基姜黄素/起始加入的双脱甲氧基姜黄素×100 式（1）

收粉率（%）=微胶囊总量/固形物投入量×100 式（2）

1.4 壁材的选择的确定

选择明胶、蔗糖、麦芽糊精、β-环糊精、变性淀粉五种壁材的不同比例组合，以包埋率为指标，确定最佳壁材。

1.5 蔗糖与变性淀粉质量比的确定

选择蔗糖∶变性淀粉质量比分别为1∶0、1∶3、1∶6、1∶9、1∶12，以包埋率为指标，确定两者的质量比。

1.6 双脱甲氧基姜黄素微胶囊化正交实验设计

选取包埋时间、包埋温度和芯壁材比例为考察因素，每个因素设3个水平，进行正交实验来确定最佳的微囊化工艺条件。正交实验因素水平表见表1。

表1 微囊化双脱甲氧基姜黄素的实验因素水平Table 1 Factors and levels in orthogonal array design

1.7 喷雾干燥工艺参数的确定

采用实验型喷雾干燥机，固定雾化器转速50Hz，塔内壁吹扫风温度40℃（吹扫风的冷冻除湿机温度2～5℃），主要考察进出风温度（进风温度150、160、170、180℃，出风温度75、80、85、90℃）、进料速度（600、700、800、900、1000mL/h）两个实验因子，以是否粘壁、微囊包埋率、收粉率为衡量指标，确定最优喷雾干燥工艺参数。

1.8 微胶囊产品中双脱甲氧基姜黄素含量测定

称取0.5g左右双脱甲氧基姜黄素微胶囊，50%乙醇溶解，定容于100mL容量瓶。吸取1mL，加甲醇定容于10mL容量瓶，于425nm处测定吸光度，根据标准曲线方程求得双脱甲氧基姜黄素的含量。

2 结果与分析

2.1 壁材的选择

用于制备微囊的壁材有很多，如明胶、阿拉伯胶、麦芽糊精、β-环糊精、变性淀粉等，都具有较好的包埋效果。采用不同壁材制备双脱甲氧基姜黄素微囊，结果显示变性淀粉中加入一定量的蔗糖可使微囊更易成型，微囊化效果增加。故选择变性淀粉和蔗糖作为双脱甲氧基姜黄素微囊壁材（见表2）。

表2 不同壁材对双脱甲氧基姜黄素微囊化的影响Table 2 Effect of different wall materials on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.2 蔗糖占壁材比例的选择

喷雾干燥工艺要求由微囊壁材配成的乳状液具有良好的稳定性，不能分层。少量的蔗糖可以增加微囊的成型性，但由于蔗糖不具有乳化性能，蔗糖含量高时不但会降低壁材溶液的乳化性，同时还会增加溶液的黏度，使喷雾干燥困难。壁材中蔗糖不同比例对双脱甲氧基姜黄素包埋率的影响见表3，结果显示蔗糖与变性淀粉质量分数为1∶6时包埋效果比较好。

表3 壁材中蔗糖不同比例对双脱甲氧基姜黄素微囊化的影响Table 3 Effect of the ratio of sucrose occupying the wall material on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.3 双脱甲氧基姜黄素微胶囊化正交实验结果

由正交实验结果（见表4）可知影响双脱甲氧基姜黄素微胶囊化的因素大小顺序为：B＞C＞A，芯壁材比例＞包埋时间＞包埋温度；制备微囊化双脱甲氧基姜黄素的最佳工艺条件是A2B2C3，即温度40℃、芯壁材比例1∶20、时间2h，此时包埋率达到最大值97.2%。

表4 正交实验结果Table 4 Orthogonal array design layout and experimental results

2.4 喷雾干燥工艺参数对包埋效果的影响

2.4.1 进出风温度的确定 进出风温度对微胶囊化影响较大。当进风温度过低时，产品水分含量大、流动性不好，而且在生产过程中容易粘壁；较高的进出风温度会加快干燥速率，缩短干燥阶段，促进微胶囊的玻璃体形成[5]；然而当进风温度过高时，壁材成膜性降低，并且产品水分过低，易起静电，影响微胶囊化效果。从表5可以看出，进风温度160℃、出风温度80℃时，微胶囊化效果最好。

表5 进出风温度对包埋效果的影响Table 5 Effect of air inlet temperature on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.4.2 进料速度的选择 进料速度太慢，物料溶液蒸发过度，导致接触温度过高，造成芯材损失，微囊包埋率下降。但进料太快，蒸发能力不够，不能形成良好的致密性和一定强度的壁，产品颗粒大，干燥效果和产品流动性不好。根据表6的实验结果，选择进料速度选择800mL/h。

表6 进料速度对包埋效果的影响Table 6 Effect of feeding speed on bisdemethoxycurcumin microencapsulation

2.5 工艺验证

根据以上实验结果，选择变性淀粉和蔗糖为复合壁材，比例为6∶1；芯壁材质量比1∶20；包埋温度40℃、时间2h；喷雾干燥进风温度160℃，出风温度80℃，进料速度800mL/h，雾化器转速50Hz，进行3次验证实验，见表7。结果表明，本工艺稳定，具有良好的实际操作性。

表7 三批验证结果Table 7 Verification results of three batch

3 结论

本文以包埋率为衡量指标，考察了壁材、芯壁比、包埋时间、包埋温度以及喷干参数等因素对双脱甲氧基姜黄素微胶囊的影响，通过三批验证实验，确定了喷雾干燥法制备双脱甲氧基姜黄素微胶囊的最佳工艺，所得双脱甲氧基姜黄素微囊含量5%，包埋率≥95%，可广泛用于食品工业中。

[1]王琰，王慕邹.姜黄属常用中药研究进展[J].中国药学杂志，2001，36（2）：81.

[2]Ramendra K Singh，Diwakar Rai，DiptiYadav，et al.Synthesis，antibacterial and antiviral properties of curcumin bioconjugates bearing dipeptide，fatty acids and folic acid[J].Eur J Med Chem，2010，45：1078-1086.

[3]韩婷，宓鹤鸣.姜黄的化学成分及药理活性研究进展[J].解放军药学学报，2001，17（2）：95-97.

[4]洪行球，黄燕芬，陈敏敏，等.二脱甲氧基姜黄素的降血脂和抗脂质过氧化作用[J].中国天然药物，2006，4（2）：121.

[5]卢蓉蓉，张国农.喷雾干燥微胶囊技术中的玻璃化转变[J].中国乳品工业，2001，29（6）：24-27.