黄腐酚—环糊精包合物的研制

来源 :安徽农业科学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dada_2003
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  摘要 [目的]为改善黄腐酚水溶性。[方法]采用研磨法,比较黄腐酚与7种环糊精的包合效果。在此基础上,通过单元素试验考察主客体分子比、研磨时间、温度和纯度对黄腐酚HPβCD包合物包合效果的影响,以随机质心优化设计试验优化黄腐酚HPβCD包合物的制备工艺。[结果]黄腐酚与羟丙基β环糊精(HPβCD)的包合效果最好,即在主客分子比50∶1,包合温度42 ℃,研磨时间37 min的条件下,黄腐酚HPβCD包合物的包合率達99%以上。[结论] 黄腐酚HPβCD包合物改善黄腐酚的水溶性,拓宽黄腐酚的应用范围。
  关键词 黄腐酚;环糊精;包合工艺
  中图分类号 S-03 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2015)20-023-04
  Abstract [Objective] The purpose was to improve the watersolubility of xanthohumol. [Method]The adduction effects of xanthohumol were compared using seven kinds of cyclodextrins. On the basis of above results, the influences of the hostguest molecular ratio, triturate time, adduction temperature and purity on the adduction effect of xanthohumolHPβCD were evaluated by single factor experiment in grinding methods. And the inclusion process was further optimized by the methods of random centroid optimization. [Result]There was a best adduction effect when maxed xanthohumol with HPβCD, and the inclusion rate of xanthohumolHPβCD clathrate was up to 99% when the hostguest molecular ratio was 50∶1, the adduction temprature was 42 ℃, and the triturate time was 37min. [Conclusion] XanthohumolHPβCD improved the watersolubility of xanthohumol and widened its application.
  Key words Xanthohumol; Cyclodextrin; Inclusion process
  黄腐酚是来源于啤酒花的一种含异戊二烯基的查耳酮[1-2],因其具有抑制肿瘤[3-4]、预防动脉硬化[5]、抗氧化[6]、抗炎抗病毒[7]等多种生理活性,近年来受到研究人员的广泛关注。由于啤酒花苦味极强,除应用于啤酒酿造外,在其他食品中很少使用,而它又是黄腐酚的唯一天然来源。因此,饮用啤酒基本上就成为人们摄取黄腐酚的唯一来源。黄腐酚在啤酒花中的含量最高可达1%左右,而且我国西北地区也是全球啤酒花的主要种植区之一,来源极为丰富。作为一种活性很强的天然黄酮类成分,若能将其开发应用于更多的食品领域,则无疑会对增进和改善人体的健康状况起到积极的作用。但是,黄腐酚水溶性较差,在一定程度上会限制其使用。因此,若能提高其水溶性,则更有望将其推广应用于更多的食品及饮料中,也就增加了人们摄取黄腐酚的途径。环糊精(Cyclodextrin,简称CD)是在没有水分子参与的情况下,淀粉经葡萄糖糖基转移酶发酵后得到的由α1,4葡萄糖苷键连接而成的环状低聚糖,其外部边缘是亲水的羟基,内部为一定结构的疏水腔,因此可以结合有机分子、生物小分子等[8-9]。环糊精自发现至今已有上百年的历史,由于其特殊的结构和性质,近年来被广泛应用于各个领域如食品、制药、化妆品、化学分析、纳米涂料等,以改善一些功能性化合物的性质。
  为了增加黄腐酚的水溶性,笔者选择几种常见的环糊精,以黄腐酚与环糊精的包合率为指标,制备黄腐酚-环糊精的包合物,筛选出最适合的的环糊精类型。在此基础上,利用随机质心映射试验优化黄腐酚-环糊精包合物的制备工艺。黄腐酚与环糊精包合物可以有效地提高黄腐酚的水溶性,扩大黄腐酚的应用领域,为黄腐酚的研制开发提供一定的理论依据。
  1 材料与方法
  1.1 黄腐酚包合物的制备
  1.1.1 制备方法。
  采用研磨法完成。称取环糊精适量于研钵中,加入极少量的40 ℃热水溶解,再按照设定的环糊精与黄腐酚的比例加入相应质量的黄腐酚,室温研磨一定时间后,在烘箱内低温干燥至恒重。取出,研成粉末,即得黄腐酚包合物。
  1.1.2 不同环糊精包合效果的比较。
  以主(环糊精)/客(黄腐酚)质量比为100∶1的比例,将黄腐酚分别与αCD、βCD、γ CD、2甲基βCD、2,6二甲基βCD、2,3,6三甲基βCD、羟丙基βCD(以下简称为HPβCD)混合,室温下按“1.1.1”项所述方法处理。以包合物的收率和包合率为考核指标,选择环糊精品种。
  1.1.3 主客分子对包合效果的影响。
  选择HPβCD与黄腐酚质量比20∶1、30∶1、40∶1、50∶1、100∶1、200∶1,混合,室温下按“1.1.1”项所述方法处理。以包合物的收率和包合率为考核指标,考察主客比的影响。
  1.1.4 包合时间对包合效果的影响。   将黄腐酚与HPβCD以质量比1∶50的比例混合,按“1.1.1”项所述方法室温分别研磨0.5 、1.0 、1.5 、2.0 h。以包合物的收率和包合率为考核指标,考察研磨时间对包合物包合效果的影响。
  1.1.5 包合温度对包合效果的影响。
  将黄腐酚与HPβCD以质量比1∶50的比例混合,按“1.1.1”项所述方法分别控制温度为20、40、60、80 ℃,各研磨1 h。以包合物的收率和包合率为考核指标,考察温度对包合物包合效果的影响。
  1.1.6 黄腐酚纯度对包合效果的影响。
  分别以67.3%、99.03%的黄腐酚为原料,与HPβCD以质量比1∶50的比例混合,按“1.1.1”项所述方法室温研磨1 h。以包合物的收率和包合率为考核指标,考察不同纯度黄腐酚对包合效果的影响。
  1.2 包合物中包合率及收率的测定
  1.2.1 黄腐酚标准曲线的绘制。
  准确称取5.0 mg黄腐酚标准品,用甲醇溶解定容于50 ml容量瓶中,制得标准储备液。分别精确移取0.25、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00 ml上述储备液于10 ml容量瓶中,配制成浓度为2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、17.5、20.0 μg/ml系列标准溶液,在368 nm处依次测定吸光值,以黄腐酚浓度与吸光值进行线性回归,得黄腐酚标准曲线。
  1.2.2 黄腐酚含量及包合率、收率的测定。
  取制备的黄腐酚环糊精包合物于锥形瓶中,用去离子水溶解,定容,稀释后在368 nm下测定吸光度,代入标准曲线,计算黄腐酚含量,并且根据下式计算包合率及收率。
  包合率 = 包合物中黄腐酚的实际含量/黄腐酚添加量 × 100%
  收率 = 包合物质量 /(环糊精加入量+黄腐酚加入量)× 100%
  1.3 随机质心设计对黄腐酚HPβCD包合工艺的优化
  选择主客分子比、包合温度、包合时间为待优化的因素,利用随机质心优化软件对3个因素进行随机设计。在随机给定第一轮试验待优化因子的上下限范围后,根据试验结果,确定第二轮试验的上下限因子范围。根据程序设定的试验条件,按“1.1.1”项所述方法处理。以包合物的收率和包合率为考核指标,确定优化的试验条件。表1为两轮试验所确定的待优化因子上下限范围。
  2 结果与分析
  2.1 不同品种环糊精的选择
  将获得的黄腐酚与7种环糊精的包合物分别等量用蒸馏水溶解,观察溶液颜色,发现黄腐酚αCD包合物、黄腐酚βCD包合物及黄腐酚γCD包合物所得溶液较混浊,而其他4种包合物均清亮、透明,说明前3种包合物的水溶性相对较差。将上述水溶液均离心处理后,取上清液进行全波长扫描,得到7种黄腐酚与环糊精的包合物的紫外光谱图。为了方便比较,图1给出HPβCD环糊精水溶液与黄腐酚的甲醇溶液的紫外光谱图(因其他环糊精的紫外光谱图与HPβCD相似,故未给出)。
  黄腐酚本身不溶于水。由图2可知,各种环糊精与黄腐酚形成的包合物均增加了黄腐酚的水溶性,且在相同的浓度范围下,黄腐酚HPβCD的溶解性最大。由表2可知,黄腐酚与各种环糊精包合物的收率相差不大,最高的为黄腐酚αCD包合物,而两者的包合率差异很大,收率最高的αCD与黄腐酚的包合率仅为8%左右。相比而言,尽管黄腐酚与βCD的包合率并不高,但与其4个衍生物的包合物均相对有明显提高,其中2,6二甲基βCD、2,3,6三甲基βCD、HPβCD的包合率均超过80%,但由于HPβCD的价格远低于2,6二甲基βCD、2,3,6三甲基βCD,选择HPβCD为最适宜的环糊精类型。
  2.2 主客分子比对包合效果的影响
  由于包合物客体空穴数并非全都被主体占有,也就是说主客比例一般不是完全符合化学计量关系,最佳主客配比往往通过试验筛选而得。主/客体质量比的选择是经济、有效地制备包合物的前提。
  由表3可知,随着主/客体质量比的增大,黄腐酚与HPβCD所形成包合物的收率基本不变,而HPβCD对黄腐酚的包合效果逐渐增大。当主/客比例达到50∶1时,HPβCD与黄腐酚的包合率达91.13%,此后进一步提高主/客比,包合率增加不大,同时包合物中黄腐酚的总含量较低,并无实际应用意义。所以,在选择主/客体质量比时,要进行综合考虑。
  2.3 包合时间对包合效果的影响
  包合时间的长短决定了客体能否完全进入主体空腔及包合是否完全。由表4可知,研磨时间为1 h时包合效果较好,时间过短,包合未完全,而若时间过长,则会破坏主客分子的平衡状态,导致包合物解离,因此不利于包合物的形成。
  2.4 包合温度对包合效果的影响
  包合温度影响着黄腐酚与HPβCD的包合效果。由表5可知,室温下研磨的效果不及加热研磨,但当温度超过40 ℃时,其包合效率明显降低,所以研磨温度不宜过高。
  2.5 纯度对包合效果的影响
  由表6可知,黄腐酚的纯度对包合效果有较大的影响,纯度越高,包合效果越好,表明样品中的杂质含量过高,导致包合率的明显下降。
  2.6 随机质心试验结果
  随机质心映射优化程序(Randomcentroid optimization,RCO)是一种全局性的优化程序,是由加拿大英属哥伦比亚大学食品科学系教授Dr.Nkai于1981年設计的[10]。该程序每次循环包括随机搜索(Random search)、质心选择(Centroid search)及映射优化(Mapping optimization)。
  将表7试验结果采用RCO软件进行映射分析,结果见图3、图4。经过两轮条件优化,确定了黄腐酚与HPβCD的最佳工艺条件,即主客分子比为50∶1,包合温度42 ℃,研磨时间37 min。   3 结论
  通过比较7种环糊精及其衍生物对黄腐酚的包合效果,确定HPβCD为最适合的环糊精类型。在单因素试验的基础上,采用随机质心优化试验确定制备黄腐酚HPβCD的最佳包合工艺。在此条件下,黄腐酚的包合率可达99%以上。经HPβCD包合后,环糊精在水溶液中的溶解度明显提高。这将拓宽黄腐酚这一具有多种生物活性的天然黄酮类化合物的应用范围,也为啤酒花的综合利用提供一条新的途径。
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