邓 姣，刘 鑫，成文豪，刘田田，周 军，李湘洲,2,*

（1.中南林业科技大学材料科学与工程学院，湖南 长沙 410004；2.南方林业生态应用技术国家工程实验室，湖南 长沙 410004）

营养、绿色和健康逐渐成为人们选择食物的主流。根据世界卫生组织的统计，全球75%的人处于亚健康状态[1]，而我国亚健康人数随着生活方式和节奏的改变也呈逐年上升的趋势，开发具有改善亚健康人群健康状态的功能保健食品成为食品领域的热点。然而，许多具有生理活性的功能成分如维生素E、类胡萝卜素、白藜芦醇（resveratrol，RES）等存在水溶性差、不稳定等缺陷，直接食用后难以被人体吸收与利用，因此开发功能食品输送体系，最大限度提高功能成分的生物利用度已成为功能食品发展的关键[2-5]。

RES是一种非黄酮类天然多酚化合物，广泛存在于葡萄、虎杖、菝葜、桑椹、花生等多种植物组织器官中，具有明显的抗氧化、抗衰老、抗菌、抗病毒、抗炎、抗癌、降血脂、抗血栓、诱导细胞凋亡及降低血糖等多种生物活性，使之备受关注[6-10]。RES是脂溶性成分，水溶性差，导致其在人体的生物利用度低，严重限制了RES功能产品的开发与应用。

过去数十年，应用于功能食品、药品输送体系的高分子材料种类繁多，包括合成的聚合物及天然产物中提取的大分子化合物，如多肽、多糖、蛋白等[11-15]。紫胶树脂是寄生于植物上的紫胶虫分泌的一种性质优良的天然树脂，具有易降解、无毒和机械性能与成膜性能良好等优点。在医药方面，由于紫胶树脂具有酸不溶性，将其作为肠溶药物的包衣材料具有一定pH值响应性[16-17]。然而，紫胶树脂水溶性差、耐热性差等先天性缺陷限制了其应用。目前，对其改性研究主要是通过利用各种化学试剂对紫胶树脂上的羧基、羟基、醛基等活性基团进行改性，来提高紫胶树脂的热寿命、软化点，溶解性和机械物理性质等[18]。本研究以氨水对紫胶树脂进行化学改性，改善其水溶性，并将制得的紫胶树脂铵盐（shellac resin ammonium salt，SRAS）应用于包埋RES，制备具有良好稳定性和生物活性的RES功能食品，提高其在人体的生物利用度，促进RES功能产品的开发。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫胶树脂产于广西；98% RES 花垣恒远植化有限公司。

吐温80、乙酸乙酯、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、盐酸和、无水乙醇（均为分析纯） 国药集团化学试剂有限公司；2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)，ABTS）、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH） 上海源叶生物科技公司。

1.2 仪器与设备

DF-1集热式磁力搅拌器 常州市江南实验仪器厂；SCIENTZ-18N冷冻干燥仪 宁波新芝生物科技有限公司；Alpha红外光谱仪 布鲁克（北京）科技有限公司；DSC-8500差示扫描量热仪 美国PerkinElmer公司；B-290小型喷雾干燥仪 步琦实验室设备贸易（上海）有限公司；RC-3溶出度测试仪 天津市光学仪器厂；分析天平（最小分度0.000 1 g） 日本岛津公司；TU1901紫外分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司。

1.3 方法

1.3.1 SRAS的制备

参考陈奇等[19]利用氨水对紫胶树脂进行改性的方法制备SRAS，具体改性方法如下：精确称量粉碎、过筛后的紫胶树脂20 g，加入400 mL 0.1 mol/L NH3·H2O溶液中，于40 ℃恒温磁力搅拌反应1 h，所得反应溶液静置，取上层溶液装入表面皿，于-18 ℃预冻12 h，真空冷冻干燥得到SRAS。

1.3.2 SRAS/RES微胶囊的制备

将适量RES分散于溶解好的SRAS溶液中，缓慢滴加少量吐温80，50 ℃恒温水浴下磁力搅拌1 h，冷却至室温，得到初乳液，立即进行喷雾干燥。喷雾干燥条件为：进风温度140 ℃，出风温度65 ℃左右，空气流速50 L/h，进料速率6 mL/min。此条件下得到棕色粉末状SRAS/RES微胶囊，备用。

1.3.3 RES标准曲线的绘制

1.3.3.1 RES-乙酸乙酯溶液标准曲线的绘制

精确称量RES标准品30 mg于50 mL容量瓶，用乙酸乙酯溶解并定容。然后用吸量管量取RES乙酸乙酯溶液1 mL于100 mL容量瓶，定容。再以10 mL吸量管分别吸取2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL上述溶液于10 mL容量瓶中，用乙酸乙酯稀释至刻度线。得到质量浓度分别为1.2、2.4、3.6、4.8、6.0 μg/mL的RES-乙酸乙酯标准溶液，并以乙酸乙酯溶液作参比，在波长305 nm处分别测定各浓度溶液的吸光度。得到标准曲线：y＝127.53x＋0.003 5，R2＝0.999 4，在1.2～6.0 μg/mL间拟合效果较好。

1.3.3.2 RES-磷酸盐缓冲液标准曲线的绘制

精确称量RES标准品8 mg于500 mL容量瓶用磷酸盐缓冲液超声溶解、定容、摇匀、静置。分别吸取0.5、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 mL上述溶液于10 mL容量瓶中，用无水乙醇定容。用无水乙醇作参比，在波长305 nm处分别测定各溶液的吸光度。以此绘制RES-磷酸盐缓冲液的标准曲线。分别得到pH 1.0条件下的标准曲线为：y＝133.04x-0.014 6，R2＝0.999 4，在0.008～0.16 mg/mL间拟合效果较好；pH 6.8条件下的标准曲线为：y＝100.18x-0.002 4，R2＝0.999 9，在0.008～0.16 mg/mL拟合效果较好。

1.3.4 SRAS/RES微胶囊包埋率、负载率以及含水率的测定

精确称取一定量的SRAS/RES微胶囊，用乙酸乙酯反复淋洗3 遍，过滤，滤液定容，于紫外-可见分光光度计下测吸光度，计算表面未包裹SRAS的RES量，并分别按式（1）和（2）计算RES的包埋率和负载率。另精确称量一定质量的微胶囊于表面皿中，记为M1；保鲜膜密封后称量表面皿总质量记为M2；冷冻干燥2 d后再次称量，所得质量记为M3，含水率按式（3）计算。

1.3.5 扫描电镜分析

分别取适量的RES和SRAS/RES微胶囊，粘在有导电胶的样品台上，在真空镀膜机中喷金，然后用扫描电镜观察固体表观形貌，分析制备前后微观形貌的变化。

1.3.6 傅里叶变换红外光谱分析

将空白微胶囊（不含RES）、RES标准品以及SRAS/RES微胶囊分别与干燥的KBr进行混合，研磨、压片。在红外光谱下扫描，扫描频率64 Hz，扫描32 次，扫描范围400～4 000 cm-1。

1.3.7 差示扫描量热分析

分别取少量RES和SRAS/RES微胶囊至铝制小坩埚中，封压后放入差示扫描量热测量仪。测量温度范围25～600 ℃，升温速率为10 ℃/min。以液氮为降温介质，加热过程中均以高纯N2为吹扫气和保护气。

1.3.8 抗氧化活性测试

1.3.8.1 SRAS/RES微胶囊清除DPPH自由基活性

配制79 mg/L的DPPH-乙醇溶液，低温避光保存备用。分别取RES和SRAS/RES微胶囊溶于乙醇中，使两者的RES质量浓度均为200、400、600、800、1 000 μg/mL。分别取0.5 mL不同质量浓度的RES和SRAS/RES样液，加入5.0 mL的DPPH-乙醇溶液混合均匀，37 ℃反应1 h，以相应乙醇为空白，在波长为517 nm处比色，按式（4）计算DPPH自由基清除率：

1.3.8.2 SRAS/RES微胶囊清除ABTS阳离子自由基活性

分别配制3.84 g/L的ABTS溶液以及1.34 g/L的过硫酸钾溶液，两者按体积比1∶1混合，避光12 h得ABTS工作液，低温下避光保存备用。临用前稀释为734 nm波长处吸光度为0.7的工作液。分别取RES和SRAS/RES微胶囊溶于乙醇中，使两者的RES质量浓度均为40、60、80、100、120 μg/mL。分别取0.5 mL不同质量浓度的RES和SRAS/RES样液，加入10.0 mL ABTS-乙醇溶液混合均匀，37 ℃反应1 h，以相应乙醇为空白，在波长为734 nm处比色，按式（5）计算ABTS阳离子自由基清除率：

1.3.9 体外释放性能

采用透析法考察SRAS/RES微胶囊的体外释放行为[20]。以不同pH值（1.0和6.8）的磷酸缓冲盐溶液作为释放介质，考察SRAS/RES微胶囊在不同pH值条件下的释放性能。分别称取定量RES、SRAS/RES微胶囊置于截留分子质量为14 000 Da的透析袋内，夹紧后置于400 mL磷酸盐缓冲液释放介质中。在温度37 ℃、转速100 r/min的溶出度测试仪中进行释放实验，一定时间后取样5 mL，同时向其中补加5 mL新鲜的磷酸盐缓冲液释放介质。样液用紫外-可见分光光度计测量吸光度，计算RES累积释放率。

1.4 数据处理与分析

所有数据均采用Origin 8.0软件进行数据分析与作图，每组实验设置3 次平行实验，结果以表示。

2 结果与分析

2.1 SRAS/RES微胶囊制备工艺优化

调节配方中固形物的配比，可以获得芯材包埋率、负载率均较优的工艺参数。由表1可知，固定乳化剂吐温80的用量，壁材SRAS的用量增大后，芯材RES的包埋率随之增大；当芯材RES的用量增大后，其包埋率减小，而负载率增大。不加RES的空白微胶囊的含水率较高，而其他配方组的含水率均较稳定，说明利用喷雾干燥法制备SRAS/RES微胶囊的工艺稳定。在所有配比中，当SRAS和RES的用量分别为2、0.278 g时，RES的包埋率和负载率接近理论值，此条件下包埋效果较好，因此，SRAS/RES微胶囊的制备配方为2 g SRAS、0.278 g RES和0.5 g吐温80，此条件下，RES的包埋率为82.70%、负载率为8.27%。

表1 不同配方条件下RES的包埋率、负载率及含水率Table 1 Encapsulation efficiencies, load rates of RES and moisture contents in different formulations

2.2 SRAS/RES微胶囊扫描电镜分析

图1 RES（a）和SRAS/RES微胶囊（b）扫描电镜分析Fig. 1 SEM analysis of RES (a) and SRAS/RES (b) microcapsules

由图1a可知，RES形态大多为细长的无规则晶体结构。由图1b可知，SRAS包埋后喷雾干燥得到的微胶囊多为表面光滑的球状结构，粒度分布均匀，粒径约2～4 μm，颗粒之间有一定的黏连性，与未被包埋的RES相比，结构和粒度均有明显变化，表明SRAS对RES具有较好的包埋效果。

2.3 SRAS/RES微胶囊傅里叶变换红外光谱分析

图2 RES、空白微胶囊以及SRAS/RES微胶囊傅里叶变换红外光谱分析Fig. 2 FT-IR analysis of RES, blank sample and SRAS/RES microcapsules

由图2可知，RES红外光谱图中3 220 cm-1附近为酚羟基特征吸收峰，1 608、1 588 cm-1和1 513 cm-1附近为苯环特征吸收峰，指纹图谱区965 cm-1附近为RES的反式—C＝C—的特征吸收峰，672 cm-1附近为顺式—C＝C—的特征吸收峰[21]。空白微胶囊中1 559 cm-1处为紫胶树脂中的R—COO-以离子键与氨水中游离的NH4＋结合形成的中等强度的酰胺基特征吸收峰。SRAS/RES微胶囊相比于空白微胶囊，不仅具有空白微胶囊的特征吸收峰，还出现了RES苯环特征吸收峰以及指纹图谱区的965、832、672 cm-1特征吸收峰，同时3 220 cm-1附近吸收峰明显增强均体现了RES的影响，以上均可说明SRAS对RES进行了有效包埋，形成了稳定的SRAS/RES微胶囊。

2.4 SRAS/RES微胶囊差示扫描量热分析

当RES被SRAS包埋后，可能会引起SRAS/RES微胶囊的热力学性质的改变。为验证微胶囊的热力学稳定性，按1.3.7节中所述方法对RES、SRAS/RES微胶囊进行了差示扫描量热分析，结果见图3。

图3 RES和SRAS/RES微胶囊差示扫描量热分析Fig. 3 DSC analysis of RES and SRAS/RES microcapsules

在微胶囊众多热性质中，玻璃化转变温度是判断微胶囊优异性质的重要指标，这是因为当贮藏温度高于玻璃化转变温度时，微胶囊所使用的壁材在微观上因分子链开始活动，致使芯材向外扩散和外界物质进入微胶囊的速率增加，从而使产品质量下降[22]。由图3可知，所有物质在50～100 ℃均有轻微的吸热峰，这可能与水的流失有关。RES样品在266.98 ℃有一个尖锐的吸热峰，对应RES的玻璃化转变温度。而SRAS/RES微胶囊则没有发现尖锐的吸热峰。因此，通过改性的天然高分子材料SRAS对RES进行包埋可以有效提高其热力学稳定性。

2.5 SRAS/RES微胶囊抗氧化活性分析

图4 RES和SRAS/RES微胶囊清除DPPH自由基的能力Fig. 4 DPPH radical scavenging activities of RES and SRAS/RES microcapsules

图5 RES和SRAS/RES微胶囊清除ABTS阳离子自由基的能力Fig. 5 ABTS cation radical scavenging activities of RES and SRAS/RES microcapsules

如图4所示，RES和SRAS/RES微胶囊清除DPPH自由基能力随用量的增加而增大，其抗氧化能力增强。同等RES质量浓度下，SRAS/RES微胶囊清除DPPH自由基的能力略高于RES。经计算可得RES清除DPPH自由基的IC50为369.7 μg/mL，而SRAS/RES微胶囊的IC50为347.86 μg/mL[23-24]。由图5可知，RES和SRAS/RES微胶囊清除ABTS阳离子自由基能力同样随其质量浓度的增加而增大。其中，在低质量浓度下，SRAS/RES微胶囊清除ABTS阳离子自由基的能力要高于RES，随着质量浓度增加，两者体外抗氧化能力基本一致。经计算可得RES清除ABTS阳离子自由基的IC50为39.98 μg/mL，SRAS/RES微胶囊的IC50为32.44 μg/mL。

相对于游离态的RES，经SRAS包埋后微胶囊对DPPH自由基和ABTS阳离子自由基的清除能力均有所提高，表明抗氧化能力更强，这可能是由于反应介质中的RES在微胶囊体系具有较大的表面积所致[25-28]。上述结果表明利用喷雾干燥法制备的SRAS/RES微胶囊性能稳定，具有良好的体外抗氧化活性。

2.6 SAS/RES微胶囊体外释放性能分析

功能食品或药物输送体系经人体摄入一般需要经过口腔、胃，再到小肠吸收后进入人体的血液循环中，整个过程大约需要3～16 h，含淀粉类成分较低的输送体系可忽略口腔消化的影响。因此，对于理想的功能食品或药物输送体系，应能够在胃部强酸性环境下（pH 1.0～2.5）保持稳定，而进入肠道环境（pH 5.1～7.8）后能在较短时间内（8～10 h）充分释放出功能因子，避免其提前释放，有助于肠道内吸收。

图6 pH 1、6.8条件下RES和SRAS/RES微胶囊的累积释放率Fig. 6 Cumulative release rate of RES and SRAS/RES microcapsules at pH 1 and 6.8

由图6可知，在pH 1的模拟胃液条件下，4 h内，RES样品与SRAS/RES微胶囊中RES的累积释放率均随时间的延长而增大，但SRAS/RES微胶囊中RES的释放速率明显小于RES样品，4 h的累积释放率分别为34.26%、13.99%。在pH 6.8的模拟肠液中，在开始的2 h（通常食物和药物从胃到达小肠的时间为2 h左右）内[29-30]，SRAS/RES微胶囊中RES迅速释放，出现明显的突释现象，而后随着时间的延长，RES的累积释放率增大，14 h内，RES的累积释放率从13.99%升至65.84%；而RES样品随时间的延长累积释放率均匀增大，14 h内，RES的累积释放率从34.26%升至70.24%。

已有研究表明，紫胶含有较多的羧基等活性基团，紫胶的解离常数较大，其羧酸基团不易解离，导致其在弱碱环境中的溶解性较差，药物无法得到有效释放。通过氨水改性后制备得到的SRAS，其在强酸性条件下的溶解度较低，而随pH值的增大，SRAS的溶解度逐渐增大，当pH值为7.0时，其溶解率达到最大[19,31]。在弱碱性条件下，SRAS/RES微胶囊的壁材SRAS快速溶解，使得芯材RES迅速释放出来。因此，SRAS/RES微胶囊相比于RES具有明显的缓释效果，SRAS/RES微胶囊能在模拟人体胃液环境下缓释释放，而在模拟人体肠液中释放速度较快，具有pH值响应性，有利于RES在肠液中的吸收，并提高RES的生物利用度。

3 结 论

以氨水改性的SRAS为壁材，利用喷雾干燥技术制备SRAS/RES微胶囊，获得制备工艺为SRAS用量2 g、RES用量0.278 g、吐温80用量0.5 g，此条件下制备的SRAS/RES微胶囊包埋率达到82.70%，负载率为8.27%。

利用扫描电镜、傅里叶变换红外光谱、差示扫描量热技术对SRAS/RES微胶囊的性能进行表征，结果表明，RES被SRAS包埋，形成表面光滑、球体结构的微胶囊，热力学性质更稳定。SRAS/RES微胶囊的抗氧化能力高于未包埋前的RES的抗氧化能力，SRAS/RES微胶囊清除DPPH自由基的IC50为347.86 μg/mL，清除ABTS阳离子自由基的IC50为32.44 μg/mL。SRAS/RES微胶囊能在3 种模拟人体体外环境下进行缓释释放。SRAS/RES微胶囊具有pH值响应性，其在模拟人体胃液环境下保持缓释释放，而在模拟人体肠液中释放速度快，具有促进RES在肠液中的吸收及提高其生物利用度的潜在作用，在功能食品、药品输送体系中具有较好的应用前景。