CN102488210B

CN102488210B - 染料木素水凝胶的复合物及其制备方法

Info

Publication number: CN102488210B
Application number: CN2011104442619A
Authority: CN
Inventors: 赵国华; 彭见林
Original assignee: Southwest University
Current assignee: Southwest University
Priority date: 2011-12-27
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: CN102488210A

Abstract

本发明涉及染料木素复合物及其制备方法，所述染料木素水凝胶的复合物由染料木素和水凝胶组成，具体制备方法为：取水凝胶加入水介质中，加温并搅拌至充分溶解，得水凝胶溶液；取染料木素加入碱性水介质中，得染料木素溶液；将所得水凝胶溶液与所得染料木素溶液混合并搅拌，并充分干燥，得染料木素水凝胶的复合物；本发明利用亲水性胶体卡拉胶与染料木素复合，提高染料木素的水溶性。先采用单因素实验，分别考察了复合温度、复合时间、染料木素浓度、终点pH对复合效率的影响。再采用响应面分析法对复合物制备工艺进行了优化，所得工艺能制得最高复合效率的复合物，染料木素水凝胶的复合物中染料木素的水溶性得到有效提高。

Description

染料木素水凝胶的复合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及食品提取工艺领域，特别涉及染料木素复合物及其制备方法。

背景技术

染料木素又名金雀异黄酮（5,7, 4'-三羟基异黄酮），是天然存在的异黄酮、酚类，广泛存在于大豆、葛根、槐角等豆科植物中。染料木素具有多种生物活性和药理作用，能降低心脑血管疾病风险，减少乳腺癌、直肠癌等癌症发生机率，提高骨密度，预防骨质疏松症，而且其结构与雌二醇类似，能低亲和性地结合雌激素受体和性激素蛋白，竞争性结合雌二醇受体，发挥雌激素和抗雌激素作用，因此又被称为植物雌激素。

虽然染料木素具有众多生理功效，但是其难溶于水，在食品和医药行业的应用受到限制。环糊精可以被用作增溶剂，但是环糊精自身溶解性不高，增溶效果受到抑制。亲水性胶体在水中溶解性好，并且自身有众多生理功效，但是，亲水性胶体是否能解决染料木素的应用受限的问题，鲜有研究。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种染料木素复合物，其溶解度高。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

染料木素水凝胶的复合物，所述染料木素水凝胶的复合物由染料木素和水凝胶组成。

进一步，所述染料木素与水凝胶的质量比为5-47:100。

进一步，所述水凝胶为κ-卡拉胶、黄原胶、羧甲基纤维素、海藻酸钠、果胶和瓜儿豆胶中的任一种或多种。

进一步，所述染料木素水凝胶的复合物中的水凝胶为κ-卡拉胶水凝胶，所述染料木素水凝胶的复合物中染料木素与水凝胶的质量比为46.65:100。

本发明的目的之二在于提供染料木素水凝胶复合物的制备方法，该方法操作简单，复合效率高。

为实现上述目的，本发明的技术方案为:

所述染料木素水凝胶的复合物的制备方法，具体包括以下步骤：

A 水凝胶溶液的制备

取水凝胶加入水介质中，加温并搅拌至充分溶解，得水凝胶溶液；

B 染料木素混合液的制备

取染料木素加入碱性水介质中，得染料木素溶液；

C 复合物的制备

将步骤A所得水凝胶溶液与步骤B所得染料木素溶液混合并搅拌，并充分干燥，得染料木素水凝胶的复合物。

优选的所述的制备方法，具体包括以下步骤：

A 水凝胶溶液的制备

取水凝胶加入水介质中，加温50-55℃并搅拌至充分溶解，得水凝胶溶液；所述水凝胶为κ-卡拉胶，所述κ-卡拉胶溶液的质量浓度为0.5%；

B 染料木素混合液的制备

取染料木素加入碱性水介质中，得染料木素溶液；所述染料木素溶液的pH值为4.5-4.8，所述染料木素的浓度为2.5-3mg/mL;

C复合物的制备

将步骤A所得水凝胶溶液与步骤B所得染料木素溶液混合并搅拌，得混合液，将混合液调节pH值至3-6，离心后去上清液，滤渣用乙醇溶液洗涤并充分干燥，得染料木素水凝胶的复合物。

进一步，步骤B中所述碱性水介质为氢氧化钠水溶液。

进一步，步骤C中，pH值为4.7。

进一步，步骤C中，所述干燥为冷冻干燥。

进一步，步骤C中，将混合液调节pH值至3-6，搅拌不少于60分钟，离心后去上清液，滤渣用乙醇溶液洗涤并充分干燥，得染料木素水凝胶的复合物。

本发明的有益效果在于：本发明利用亲水性胶体卡拉胶与染料木素复合，提高染料木素的水溶性。先采用单因素实验，分别考察了复合温度、复合时间、染料木素浓度、终点pH对复合效率的影响。再采用响应面分析法对复合物制备工艺进行了优化，所得工艺能制得最高复合效率的复合物，染料木素水凝胶的复合物中染料木素的水溶性得到有效提高。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明方法流程图；

图2为不同水凝胶对染料木素与卡拉胶复合效率的影响；

图3为酸性混合液搅拌时间对染料木素与卡拉胶复合效率的影响；

图4为pH对染料木素与卡拉胶复合效率的影响；

图5为酸性混合液搅拌温度对染料木素与卡拉胶复合效率的影响；

图6为染料木素浓度对染料木素与卡拉胶复合效率的影响；

图7为响应面分析图的Y=f₁(X₁, X₂)的等值线图和曲面图(X₃=0)；

图8为响应面分析图的Y=f₁(X₁, X₃)的等值线图和曲面图(X₂=0)；

图9为响应面分析图的Y=f₁(X₂, X₃)的等值线图和曲面图(X₁=0)；

图10为染料木素单体、染料木素水凝胶的复合物(染料木素/卡拉胶复合物)在不同温度下的溶解度；

图11为染料木素水凝胶的复合物的溶解度与复合效率之间的正相关分析图。

具体实施方式

一、实验材料和仪器

染料木素购于成都普瑞法科技有限责任公司；κ-卡拉胶购于天津博迪化工股份有限公司；色谱纯甲醇购于天津四友精细化工股份有限责任公司；磷酸购于天津赛孚瑞科技有限公司；氢氧化钠、乙醇均为分析纯，购于成都科龙化工试剂厂。

FA2004型电子天平购自上海恒平科学仪器有限公司；HH-2型数显恒温水浴锅购自金坛市富华仪器有限公司；离心机；冷冻干燥；磁力搅拌器。

二、分析方法

1、复合物中染料木素含量测定

将5 mg复合物加入到1 mLNaOH溶液中（浓度为0.1 mol/L），并在振荡12 h，加入159 mL磷酸盐缓冲液（20 mM/L的磷酸，10 mM/L的NaCl）,使用HPLC测定染料木素含量。

色谱条件：Ultimate的C₁₈反相色谱柱，250 × 4 mm；流速1 mL/min；柱温30 ^oC；进样量20 μL；检测波长260 nm；流动相A为磷酸：水 = 0.4:100；流动相B为甲醇，流动A：B = 3:7，洗脱持续15 min。

、复合物中复合效率(Ec)的计算公式

三、反应各因素对复合物中的Ec影响考察

1、不同亲水性胶体对染料木素/卡拉胶复合效率的影响

方法如图1所示:分别称取0.2 g的κ-卡拉胶、黄原胶、羧甲基纤维素、海藻酸钠、果胶、瓜儿豆胶，并分别溶于40 mL蒸馏水中，在80 ^oC下搅拌60 min，搅拌过程中逐渐将温度冷却至50 ^oC，分别得κ-卡拉胶胶溶液、黄原胶胶溶液、羧甲基纤维素胶溶液、海藻酸钠胶溶液、果胶胶溶液和瓜儿豆胶胶溶液。将浓度为1 mg/mL的染料木素的碱性溶液分别加入到κ-卡拉胶胶溶液、黄原胶胶溶液、羧甲基纤维素胶溶液、海藻酸钠胶溶液、果胶胶溶液和瓜儿豆胶胶溶液，胶溶液的体积为40mL，并搅拌20 s，然后用质量分数为5%的磷酸调节pH到4.7，得酸性混合液，在50 ^oC下分别搅拌60 min，然后在离心力为14000g的工作条件下离心25 分钟，然后，弃去上清液，用50%(v/v)的乙醇溶液洗涤沉淀两次，冷冻干燥后收集复合物。

结果：酸性混合液搅拌的第0～20 min，复合物的Ec迅速增加，酸性混合液搅拌的第30 min后Ec迅速缓慢增加，搅拌的第60 min后Ec达到最大值，与搅拌90 min时的Ec没有显著性差异。不同胶体的Ec不同，卡拉胶、海藻酸钠、果胶、瓜尔豆胶、羧甲基纤维素的Ec分别为46.65、27.36、20.58、8.85、5.15mg/100mg,如图2所示。

2、搅拌时间对染料木素/卡拉胶复合效率的影响

方法:称取0.2 g的κ-卡拉胶，并溶于40 mL蒸馏水中，在80 ^oC下搅拌60 min，搅拌过程中逐渐将温度冷却至50 ^oC，得κ-卡拉胶胶溶液。称取10 mg染料木素溶于10 ml，0.1 mol/L的NaOH溶液中。将1 mg/mL的染料木素的碱性溶液，加入到卡拉胶胶溶液中，并搅拌20 s，然后用5%的磷酸调节pH到4.7，得酸性混合液，在50 ^oC下分别搅拌5、10、20、30、60、90 min，然后在离心力为14000 g的工作条件下离心25 min，然后，弃去上清液，用50%(v/v)的乙醇溶液洗涤沉淀两次，冷冻干燥后收集复合物。

结果如图3所示，酸性混合液搅拌时间在第0～20 min，复合物的Ec迅速增加，30 min后缓慢增加，60 min后达到最大值，与90 min时的Ec没有显著性差异。

3、pH对染料木素/卡拉胶复合效率的影响

方法:称取0.2 g的κ-卡拉胶，并溶于40 mL蒸馏水中，在80 ^oC下搅拌60 min，搅拌过程中逐渐将温度冷却至50 ^oC，得κ-卡拉胶胶溶液。称取10 mg染料木素溶于10ml，0.1 mol/L的NaOH溶液中。将1 mg/mL的染料木素的碱性溶液，加入到卡拉胶胶溶液中，并搅拌20 s，得混合液。然后用5%的磷酸分别调节pH到3、4、5、6、7、8，酸性混合液在50 ^oC下分别搅拌60 min，然后在离心力为14000g的工作条件下离心25 min，然后，弃去上清液，用50%(v/v)的乙醇溶液洗涤沉淀两次，冷冻干燥后收集复合物。

结果如图4所示，混合液在pH=3～5，Ec随pH上升而增加，在pH=6之后，Ec陡然下降。

4、胶溶液温度对染料木素与卡拉胶复合效率的影响

方法:称取0.2 g的κ-卡拉胶，并溶于40 mL蒸馏水中，在80 ^oC下搅拌60 min，搅拌过程中逐渐将温度冷却至30、40、50、60、70、80、90 ^oC。称取10 mg染料木素溶于10 ml，0.1 mol/L的NaOH溶液中。将1 mg/mL的染料木素的碱性溶液，加入到卡拉胶胶溶液中，并搅拌20 s，然后用5%的磷酸调节pH到4.7，得酸性混合液，在50 ^oC下分别搅拌5、10、20、30、60、90 min，然后在离心力为14 000 g的工作条件下离心25 min，然后，弃去上清液，用50%(v/v)的乙醇溶液洗涤沉淀两次，冷冻干燥后收集复合物。

结果如图5所示，酸性混合液在30～50 ^oC，随着温度的升高，Ec逐渐上升，为50～60 ^oC，Ec逐渐下降，在60 ^oC之后，迅速下降。

5、染料木素浓度对染料木素与卡拉胶复合Ec的影响

方法:称取0.2 g的κ-卡拉胶，并溶于40 mL蒸馏水中，在80 ^oC下搅拌60 min，搅拌过程中逐渐将温度冷却至50 ^oC，得κ-卡拉胶胶溶液。分别称取1、2、5、10、15、20 mg染料木素溶于10 mL，0.1 mol/L的NaOH溶液中。将1 mg/mL的染料木素的碱性溶液，加入到卡拉胶胶溶液中，使50 ml混合液中染料木素的浓度分别为0.02、0.04、0.10、0.20、0.30、0.40 mg/mL,并搅拌20 s，然后用质量分数为5%的磷酸调节pH到4.7，得酸性混合液，在50 ^oC下搅拌60 min，然后在离心力为14000g的工作条件下离心25 min，然后，弃去上清液，用50%(v/v)的乙醇溶液洗涤沉淀两次，冷冻干燥后收集复合物。

结果如图6所示，染料木素浓度在0.20 mg/mL以下，随着染料木素浓度的增加，Ec迅速上升，在染料木素浓度高于0.20 mg/mL后，Ec几乎达到稳定。

6、响应面分析法优化染料木素与卡拉胶的复合物制备工艺

综合单因素实验结果，选取对染料木素/卡拉胶的复合效率Ec有显著影响的三个因素为自变量：温度、混合液中染料木素浓度、pH，各自取3个水平，以复合效率Ec为响应值，采用Design Expert 7.0软件设计响应面试验方案并对试验结果进行回归分析。试验方案及结果见表1。

^a试验按照随机顺序实施；^b 染料木素与卡拉胶复合效率；^c每个试验值采用平均值±方差（n=3）方式表示。

对表1中不同试验条件下所制得的染料木素/卡拉胶复合物的复合效率Ec进行响应面回归分析，得回归方程：

Y=46.41-4.33X₁+16.97X₂-3.35X₃+6.06X₁X₂+6.82X₁X₃+1.38X₂X₃-4.87X₁ ²-11.54X₂ ²-7.87X₃ ²

R²=0.9848，试验结果的方差分析见表2：

由表2可知，X ₁、X ₂、X ₃、X ₁ X ₂、X ₁ X ₃、X ₁ ²、X ₂ ²、X ₃ ²对染料木素/卡拉胶复合物的复合效率Ec有影响显著，只有X ₂ X ₃交互作用不显著，回归方程线性相关系数的平方R²=0.9848，说明模型拟合程度好，实验误差小，因此可以用该模型来分析和预测不同条件下制备的染料木素/卡拉胶复合物的复合效率。根据回归分析结果做出相应响应面分析图，如图7、8、9所示。

利用Design Expert 7.0软件进行分析计算，染料木素与卡拉胶的复合物最佳条件：温度52.12 ^oC,混合液中染料木素浓度为0.27 mg/mL,pH=4.76,染料木素与卡拉胶的复合物中复合效率Ec的预测值为52.92 mg/100mg。按照最佳条件进行实验验证，重复3次，所得复合效率Ec为50.48 ± 2.35 mg/100mg,与预测值基本一致（相对误差4.67%）。

实施例1

称取0.2 g的κ-卡拉胶，并溶于40 mL蒸馏水中，在80 ^oC下搅拌60 min，搅拌过程中逐渐将温度冷却至52.12 ^oC，得κ-卡拉胶胶溶液。称取13.5 mg染料木素溶于10 mL，0.1 mol/L的NaOH溶液中。将染料木素的碱性溶液，加入到κ-卡拉胶胶溶液中，使50 ml混合液中染料木素的浓度分别为0.27 mg/mL,并搅拌20 s，然后用质量分数为5%的磷酸调节pH到4.76，得酸性混合液，在50.12 ^oC下搅拌60 min，然后在离心力为14 000 g的工作条件下离心25 min，然后，弃去上清液，用50%(v/v)的乙醇溶液洗涤沉淀两次，冷冻干燥后收集复合物。

结果： Ec的测定值为50.48 ± 2.35 mg/100mg。

实施例2

称取0.2 g的κ-卡拉胶，并溶于40 mL蒸馏水中，在80 ^oC下搅拌60 min，搅拌过程中逐渐将温度冷却至70 ^oC，κ-卡拉胶胶溶液。称取10 mg染料木素溶于10 mL，0.1 mol/L的NaOH溶液中。将染料木素的碱性溶液，加入到卡拉胶胶溶液中，使50 ml混合液中染料木素的浓度分别为0.20 mg/mL,并搅拌20 s，然后用质量分数为5%的磷酸调节pH到5，得酸性混合液，在50.12 ^oC下搅拌60 min，然后在离心力为14 000 g的工作条件下离心25 min，然后，弃去上清液，用50%(v/v)的乙醇溶液洗涤沉淀两次，冷冻干燥后收集复合物。

结果： Ec的测定值3.45 ± 0.12 mg/100mg。

对比实施例

一用于比较染料木素单体及染料木素与卡拉胶的复合物在水中的溶解度

1原料:染料木素、染料木素与卡拉胶的复合物，所述染料木素与卡拉胶的复合物为根据“6”中响应面分析法优化染料木素与卡拉胶的复合物制备工艺制备而成，

2试验方法：将过量的染料木素、染料木素与卡拉胶的复合物加入到25 mL蒸馏水中，保持温度在30、50、90 ^oC，以100 rpm振荡24 h，静置2 h，取上层清夜，过0.45 μm滤膜，HPLC测定染料木素含量。

3试验结果如图10所示，30 ^oC时，染料木素单体的溶解度为1.89 μg/ml,在染料木素以复合物的形式的溶解度达到16.84 μg/ml，提高了8.9倍，50 ^oC时，染料木素溶解度提高到26.33 μg/ml，提高了7倍，在90 ^oC时，染料木素溶解度提高到34.42 μg/ml，提高了5倍。

二染料木素与卡拉胶的复合物在水中的溶解度与Ec相关性

1原料:染料木素/卡拉胶复合物

2试验方法：取不同条件下制得的染料木素与卡拉胶的复合物，加入到25 mL蒸馏水中，保持温度在30^oC，以100 rpm振荡24 h，静置2 h，取上层清夜，过0.45 μm滤膜，HPLC测定染料木素含量。

3试验结果：不同条件下制得的复合物的Ec不同，染料木素的溶解度与Ec的相关性如图11所示。利用spss做Pearson相关性分析，Ec与溶解度相关性为0.981，极显著。所以，Ec越高，染料木素与卡拉胶的复合物的溶解度越高。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims

1.染料木素水凝胶的复合物的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

A 水凝胶溶液的制备

B 染料木素混合液的制备

取染料木素加入碱性水介质中，得染料木素溶液；所述染料木素溶液的pH值为4.5-4.8，所述染料木素溶液的浓度为2.5-3mg/mL;

C复合物的制备

将步骤A所得水凝胶溶液与步骤B所得染料木素溶液按染料木素与水凝胶的质量比为5-47:100混合并搅拌，得混合液，将混合液调节pH值至3-6，离心后去上清液，滤渣用乙醇溶液洗涤并充分干燥，得染料木素水凝胶的复合物。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述染料木素与水凝胶的质量比为46.65:100。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤B中所述碱性水介质为氢氧化钠水溶液。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，pH值为4.7。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，所述干燥为冷冻干燥。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤C中，将混合液调节pH值至3-6，搅拌不少于60分钟，离心后去上清液，滤渣用乙醇溶液洗涤并充分干燥，得染料木素水凝胶的复合物。