迷迭香提取物納米晶體制備研究

于欣欣，劉濤

(青島科技大學 化工學院，山東 青島 266042)

迷迭香原產于地中海，我國云南、貴州等地也有栽培。迷迭香在日常生活中有廣泛的應用，由于其具有保持肉類鮮美的特殊功效，可作為生活中常見的調味品和烹飪食材[1-3]。除此之外，新鮮的迷迭香能散發出清新撲鼻的香味，迷迭香提取物還具有良好的抗氧化活性，可作為天然抗氧化劑，在化妝品行業也有廣泛應用[4]。

迷迭香提取物的主要抗氧化成分為迷迭香酚、鼠尾草酚和橙皮苷等，它們都幾乎不溶于水[5]，因此本試驗希望通過制備迷迭香提取物的納米晶體來提高迷迭香的水溶性，進而提高其抗油脂氧化能力，改善迷迭香的口感，增強迷迭香的生物利用效應[6-9]。

1 材料與設備

1.1 材料

迷迭香：昆明奧深生物科技有限公司；pvp-k25：上海其福青材料科技有限公司。

1.2 設備

高壓均質機 上海歐河機械設備有限公司；Zetasizer Nano ZS粒度測試儀 英國馬爾文儀器有限公司；JRA-650E超聲波細胞破碎儀 無錫杰瑞安儀器設備有限公司；RC-6溶出儀 天津天光儀器有限公司；720N紫外可見分光光度計 上海精科有限公司。

2 試驗方法

2.1 高壓均質法制備納米晶體

通過高壓均質法制備濃度為1%迷迭香提取物的納米晶體。取未加工的迷迭香提取物(迷迭香酚、鼠尾草酚、橙皮苷)0.75 g分別分散在75 mL的0.5%(W/W)PVPK-25溶液中，以獲得3份條件相同的懸浮液。隨后進行超聲波破碎，避免樣品聚沉。使用高壓均質機在1300 bar下應用20循環進行納米晶體的制備[10，11]。

2.2 光子相關譜法(PCS)

采用Zetasizer Nano ZS粒度測試儀測量所有樣品的平均粒度。取一個容積為2 mL的EP管，用移液槍取出15 μL納米混懸液加入1.5 mL水中充分稀釋，待溶液混合均勻后在25 ℃下測量粒徑大小及粒度分布，每次測量要一式三份進行。

2.3 溶出度測試

將含有5 mg迷迭香提取物(迷迭香酚、鼠尾草酚、橙皮苷)的未加工樣品和納米晶體樣品分別分散在900 mL去離子水溶出介質中。槳速為75 r/min，溫度設定為(37±0.5)℃。分別在5,10,20,30,45,60,90,120 min收集取樣(每個5 mL)，并通過紫外分光光度計測出吸光度。根據溶出度計算公式計算出相對應的溶出數值[12]。

2.4 響應面優化

根據試驗要求，采用Design-Expert軟件對主要成分迷迭香酚進行三因素三水平試驗[13-15]，因素1為高壓均質機的壓力(1000，1150，1300 bar)，因素2為循環次數(5，10，20次)，因素3為迷迭香酚濃度(1%、2%、3%)，分別用A,B,C來表示，見表1。

表1 高壓均質法響應面試驗設計因素與水平表Table 1 Factors and levels of response surface test design of high-pressure homogenization method

3 結果與分析

3.1 納米晶體粒徑

迷迭香提取物(迷迭香酚、鼠尾草酚、橙皮苷)在采用高壓均質法制備成相應的納米晶體后，粒徑有大幅度的下降，結果見表2。

表2 納米晶體對迷迭香提取物粒徑的影響Table 2 Effect of nanocrystals on the particle size of rosemary extract

由圖2可知，未加工的迷迭香提取物晶體粒徑在10 μm以內，制成納米晶體之后粒徑減小10倍以上，達到納米級。最終得到的納米晶體粒徑與未加工粒徑大小并沒有直接關系，而與晶體本身的硬度關系較大。

3.2 溶出度對比

根據Nernst-Brunner方程可知粒徑與溶出速度的關系：

其中，dc/dt為溶解速度，D為擴散系數，S為表面積，h為擴散層厚度，V為水的體積，Cs為飽和溶解度，C為即時濃度。由公式可以看出當粒徑變小即藥物單個粒子的體積下降、總表面積變大同時h也會增加時，使得藥物溶出速度增加。溶出度試驗結果見圖1。

圖1 溶出度試驗對比結果Fig.1 Comparison results of dissolution test

由圖1可知，3種迷迭香提取物的納米晶體比未加工原料的溶出度都有很大程度的提升，隨著時間的延長，溶出度逐漸增大，60 min以后變化較緩，最后趨于平穩。這同時也證明了粒徑的減小對溶出度的提高有很大貢獻。

3.3 響應面設計

采用Design-Expert軟件進行試驗設計，根據試驗水平和因素數量，設計出17組試驗，見表3。

表3 響應面試驗設計結果Table 3 Results of response surface experimental design

續 表

通過表3可得出回歸線性方程為：

Y=420.60-6.50A-17.00B+18.75C+80.75AB-25.25AC-17.25BC+107.58A2+276.07B2+42.08C2。

回歸模型的顯著性分析及方差見表4

由表4可知，當模型的F值為188.03時，P值小于0.001，而失擬誤差的P值為0.0599>0.05，表明回歸方程的顯著性和擬合程度良好，試驗結果真實可靠。根據Design-Expert軟件得到的擬合模型的R2=0.9959，表明99.59%的高壓均質納米化制備工藝可以用該模型來解釋，預測模型R2=94.51%，可知預測值與試驗值之間的關聯性很強。由此可進一步說明該回歸曲線的實用性強，可使用該回歸曲線選出最優條件并預測該條件下的粒徑大小。

根據表4中的數據繪制出的3D響應面圖見圖2～圖4。由3D響應面圖可知，存在最低點，即存在最小粒徑點。

圖2 壓力和循環次數對粒徑影響的響應面圖Fig.2 Response surface diagram of pressure and cycle times on particle size

圖3 壓力和迷迭香酚濃度對粒徑影響的響應面Fig.3 Response surface diagram of pressure and the concentration of rosmarinol on particle size

圖4 循環次數和迷迭香酚濃度對粒徑影響的響應面圖Fig.4 Response surface diagram of cycle times and the concentration of rosmarinol on particle size

通過Design-Expert軟件設計出的最優工藝參數為：高壓均質操作壓力為1149.24 bar，循環次數為15.13次，迷迭香酚濃度為1.78%，此時粒徑達到最小為418.351 nm。綜合考慮各方面的因素后，將最終的工藝條件調整為：高壓均質操作壓力為1150 bar，循環次數為15次，迷迭香酚濃度為2%。按照上述條件進行3組平行試驗，得到的平均粒徑為421.12 nm，與預測結果基本一致。因此說明該回歸方程的擬合程度很好，所建模型的準確性高，通過該響應面設計出的最優參數可滿足后續試驗需要。

4 總結

本文主要研究了制備成納米晶體后對迷迭香料的影響，并使用響應面設計軟件減少了試驗次數，避免了重復和不必要的試驗。根據Design-Expert軟件設計出的最優工藝參數，即高壓均質操作壓力為1150 bar，循環次數為15次，迷迭香酚濃度為2%，通過高壓均質法將迷迭香提取物制備成納米晶體后，粒徑大幅度下降，溶出度試驗也表明納米晶體的溶出度明顯提高。因此，預期其抗氧化活性更高，香味更持久。