響應(yīng)面試驗優(yōu)化羥丙基-β-環(huán)糊精包合植物甾醇的水溶性改性工藝

鄭 雯，王 遠，袁田青，蔡珺珺，宮興文*

響應(yīng)面試驗優(yōu)化羥丙基-β-環(huán)糊精包合植物甾醇的水溶性改性工藝

鄭 雯，王 遠，袁田青，蔡珺珺，宮興文*

（浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院，浙江 杭州 310018）

為增加植物甾醇（phytosterol，PS）的水溶性，拓寬其在食品領(lǐng)域中的應(yīng)用，本研究采用羥丙基-β-環(huán)糊精（hydroxypropyl-β-cyclodextrin，HP-β-CD）對植物甾醇進行包合，達到增大其水溶性的目的。采用差熱掃描分析、傅里葉紅外光譜和X射線衍射對包合后的產(chǎn)物進行檢測。同時，采用單因素和響應(yīng)面試驗對包合工藝進行優(yōu)化，得到最佳包合工藝為HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.27∶1、包合溫度47 ℃、包合時間11.93 h，得到的包合率為96.57%?？紤]到實際操作的便利，將其修正為：HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.30∶1、包合溫度47 ℃、包合時間12 h，并在此修正條件下進行3 次平行實驗，其平均包合率為97.25%。結(jié)果表明在包合狀態(tài)下，經(jīng)改造后的PS在 37 ℃水中的溶解度得到了大幅度提高，達到了8.31 mg/mL，是其原來（0.027 mg/mL）的307.90 倍。

植物甾醇；羥丙基-β-環(huán)糊精；包合；溶解度

隨著人們生活水平的不斷提高，高脂肪和高能量膳食的大量攝入，使得患肥胖癥和高脂血癥的人越來越多，所以開發(fā)出一款安全、無毒的天然降血脂藥物具有非常重要的現(xiàn)實意義。植物甾醇（phytosterol，PS）屬于天然活性物質(zhì)，其以環(huán)戊烷全氫菲為骨架，可以降低血清中總膽固醇的含量與低密度脂蛋白膽固醇水平，在食品、化妝品、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛的用途[1]，具有非常好的市場前景。但是植物甾醇的水不溶性限制了它在食品工業(yè)中的應(yīng)用，因此，開發(fā)出水溶性植物甾醇，解決其水溶性問題，不僅使患肥胖癥和高脂血癥的人群受益，而且還可以促進相關(guān)功能性食品等行業(yè)的發(fā)展。對于植物甾醇的安全性，2000年9月，美國食品與醫(yī)藥管理局批準添加了植物甾醇和植物甾醇酯的食品可以使用“有益健康”的標(biāo)簽[2]，規(guī)定推薦攝入量為每天至少攝入3.40 g植物甾烷醇或1.30 g植物甾醇酯，并且 業(yè)界人士普遍建議對于植物甾醇的攝入每天不要超過2.00 g。

近些年，已有人利用化學(xué)改性的方法來提高植物甾醇的水溶性，但是采用環(huán)糊精包合的方式卻鮮有報道，而環(huán)糊精被應(yīng)用于包合黃酮類藥用物質(zhì)已有多年的歷史[3]，因而通過環(huán)糊精包合植物甾醇改善其水溶性也同樣具有實際的意義，當(dāng)包合樣品進入人體后，在消化的過程中外面的環(huán)糊精結(jié)構(gòu)就會被破壞，進而釋放出植物甾醇，因此當(dāng)把包合物添加到一些功能性食品比如飲料中時，可以很好地起到抑制人體對膽固醇吸收的作用。

羥丙基-β-環(huán)糊精（hydroxypropyl-β-cyclodextrin，HP-β-CD）是一種優(yōu)良的藥用輔料，不僅水溶性好，而且無毒無害，對堿、光和熱穩(wěn)定，是一種非常好的包合材料[4]，本研究依據(jù)HP-β-CD增溶難溶性藥物的成功范例[5-6]，利用HP-β-CD包合PS，其非極性空腔為甾醇的非極性碳鏈部分提供很好的包裹空間，進而甾醇自身固有的羥基基團部分暴露在外端，和環(huán)糊精本身所具有的羥基共同增加了整體的親水特性[7]，從而改善了甾醇在水中的溶解性。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

植物甾醇（質(zhì)量分數(shù)＞95%，主要成分豆甾醇）合肥博美生物科技有限責(zé)任公司；HP-β-CD（質(zhì)量分數(shù)＞98%） 薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司。

二氯甲烷、甲醇、無水乙醇 天津市永大化學(xué)試劑有限公司；氯仿、濃硫酸、濃磷酸 上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；FeCl3·6H2O 上海展云化工有限公司；以上試劑均為分析純。1.2 儀器與設(shè)備

旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海知信實驗儀器技術(shù)有限公司；85-2恒溫磁力攪拌器 杭州惠創(chuàng)儀器設(shè)備有限公司；UV-2550紫外-可見分光光度計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；差熱分析儀 島津國際貿(mào)易（上海）有限公司；D8 Advance型X-射線衍射儀 日立高新技術(shù)有限公司；Nexus傅里葉變換紅外光譜儀 美國Thermo Nicolet公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品制備

PS與HP-β-CD物理混合樣品的制備：準確稱取一定質(zhì)量的PS和HP-β-CD，并配制物質(zhì)的量比為1∶4的樣品，放在研缽中混合研磨均勻，然后放在干燥器中作為對照品備用。

HP-β-CD/PS包合物的制備：配制PS和HP-β-CD物質(zhì)的量比為1∶4的樣品，分別用二氯甲烷和甲醇完全溶解，將各自溶解好的樣品混合均勻，放在恒溫磁力攪拌器中，以中檔的攪拌速度攪拌，設(shè)置溫度為45 ℃，反應(yīng)12 h后，取下樣品，進行旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)，待蒸發(fā)到固體狀態(tài)時放在干燥器中干燥得到HP-β-CD/PS包合物。

1.3.2 HP-β-CD/PS包合物的檢測

差熱掃描（differential scanning calorimetry，DSC）[8]分析：分別稱量PS、HP-β-CD、PS與HP-β-CD物理混合物和HP-β-CD/PS包合物樣品3.00～5.00 mg放入鋁質(zhì)坩堝中進行壓片密封，進行分別測定，其條件為N2流速40.00 mL/min，以10 ℃/min的升溫速率在30～300 ℃條件下測定樣品的熱性質(zhì)。

X射線衍射（X-ray diffractomer，XRD）[9]分析：分別取PS、HP-β-CD、PS與HP-β-CD物理混合物以及HP-β-CD/PS包合物樣品，使用XRD進行樣品分析，衍射角度范圍0°～180°。

傅里葉紅外光譜（fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)T-IR）[10]分析：分別取PS、HP-β-CD、PS與HP-β-CD物理混合物以及HP-β-CD/PS包合物樣品，以KBr壓片技術(shù)，F(xiàn)T-IR進行掃描。儀器參數(shù)：分辨率為4 cm-1，掃描次數(shù)為32。

1.3.3 HP-β-CD/PS包合物中PS的含量及包合率的測定

1.3.3.1 HP-β-CD/PS包合物中PS含量的測定

HP-β-CD/PS包合物中PS含量的測定采取硫磷鐵法[11-12]，其原理是當(dāng)PS在三價鐵和濃硫酸共同作用的條件下會產(chǎn)生一種呈紫色、較穩(wěn)定的化合物，而且這種紫色化合物在520～550 nm的波長下會顯現(xiàn)出特征吸收峰，其中吸光度與PS的含量成正比，所以考慮用分光光度計對包合物中PS的含量進行測定。具體操作如下：

鐵貯存液配制：精確稱取FeCl3·6H2O 2.50 g加入質(zhì)量分數(shù)85%的濃磷酸，并定容至100 mL，得到鐵貯存液，貯存于棕色瓶中，在室溫可長期保存。

硫磷鐵顯色劑配制：量取上述配好的鐵貯存液8 mL，用濃硫酸將其定容至100 mL。

最大吸收波長的確定：精確稱取PS 2.50 mg，加入無水乙醇使其溶解并定容至25 mL。移取5 mL于10 mL具塞刻度試管中，然后沿管壁緩緩加入硫磷鐵顯色劑5 mL，振搖30 次使其混勻，冷卻至室溫，以無水乙醇+硫磷鐵顯色劑為空白，于350～750 nm波長范圍內(nèi)掃描，確定其最大吸收波長。

PS標(biāo)準曲線的繪制：分別準確量取0、1、2、3、4、5 mL的0.10 mg/mL PS溶液置于10 mL具塞刻度試管中，各加入無水乙醇5、4、3、2、1、0 mL，然后在每支試管中各加入5 mL硫磷鐵顯色劑，搖勻，冷卻至室溫，于最大吸收波長處測定吸光度。橫坐標(biāo)為各管樣品的濃度，縱坐標(biāo)為對應(yīng)的吸光度，以此來繪制PS溶液的標(biāo)準曲線。

1.3.3.2 PS包合率的測定

以PS的包合率和包合效率作為指標(biāo)考察HP-β-CD/PS包合物的包合效果，計算如式（1）～（3）所示：

1.3.4 HP-β-CD/PS包合工藝的優(yōu)化

1.3.4.1 物質(zhì)的量比對包合效果的影響

改變HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比，固定包合溫度為45 ℃，包合溶劑分別用甲醇與二氯甲烷溶解，包合時間為12 h，以包合率和包合效率為指標(biāo)，考察HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比分別為2∶1、3∶1、4∶1、5∶1和6∶1時的包合效果，確定最佳包合效果的物質(zhì)的量比。

1.3.4.2 溶劑對包合效果的影響

考慮到本實驗的包合方法是HP-β-CD與PS各自用合適的有機溶劑溶解，之后再混合，混合后的兩種溶劑不能分層，所以PS考慮用二氯甲烷或三氯甲烷，HP-β-CD用甲醇或乙醇。固定物質(zhì)的量比為4∶1，包合溫度為45 ℃，包合時間為12 h，以HP-β-CD/PS的包合率與包合效率作為指標(biāo)，篩選一組較為合適的溶劑。

1.3.4.3 包合溫度對包合效果的影響

選用上述實驗得出的優(yōu)化條件下的物質(zhì)的量比和篩選出的較好的包合效果的一組溶劑，包合時間為12 h，控制反應(yīng)溫度變量，考察包合溫度分別為30、35、40、45、50、55、60 ℃對HP-β-CD/PS包合效果的影響。

1.3.4.4 包合時間對包合效果的影響

選用之前實驗得出的優(yōu)化條件下的物質(zhì)的量比和溫度以及篩選出的較好的包合效果的一組溶劑，改變包合時間，設(shè)置6、8、10、12、14 h 5 個因素水平，考察不同的反應(yīng)時間對包合效果的影響。

1.3.5 HP-β-CD與PS包合的響應(yīng)面試驗

在單因素試驗的基礎(chǔ)上根據(jù)Box-Behnken試驗的設(shè)計原理采用三因素三水平響應(yīng)面法優(yōu)化[13-14]HP-β-CD包合PS的包合條件，以包合率為評價指標(biāo)，試驗因素和水平見表1。

表1 響應(yīng)面試驗設(shè)計因素與水平Table 1 Coded levels of independent variables used in response surface analysis

1.3.6 HP-β-CD/PS包合物水中溶解度的測定

稱取過量的PS、HP-β-CD/PS物理混合 物以及包合樣品分別置于10 mL的容量瓶中，加水配制成過飽和溶液，旋渦混合5 min后于3 7 ℃的搖床中振蕩平衡24 h。取出一部分溶液以0.45 μm的水膜過濾，精密吸取0.50 mL過濾后的溶液，用純凈水稀釋到適當(dāng)倍數(shù)后，置于10 mL的容量瓶中，在548 nm波長處測定吸光度，將其代入PS溶液標(biāo)準曲線方程，計算PS、HP-β-CD/PS物理混合物以及包合樣品在水中的溶解度。

2 結(jié)果與分析

2.1 最大吸收波長的確定

波長掃描見圖1，確定植物甾醇的最大吸收波長為548 nm。

圖1 植物甾醇波長掃描Fig. 1 Visible absorption spectrum of phytosterol

2.2 植物甾醇溶液標(biāo)準曲線的繪制

以植物甾醇溶液質(zhì)量濃度（mg/mL）為橫坐標(biāo)，548 nm波長處的吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準曲線。植物甾醇標(biāo)準曲線的線性擬合方程為Y=1.234 86X+0.023 29，相關(guān)系數(shù)R2為0.994 23。

2.3 HP-β-CD/PS包合物的驗證

2.3.1 DSC驗證實驗

由圖2可知，PS在140 ℃顯示了一個強的吸熱峰，而HP-β-CD屬于無定型粉末，在50～110 ℃有吸熱峰，可能是由HP-β-CD脫水作用引起的[15]，而HP-β-CD/PS物理混合物的圖譜，既顯示了PS的吸熱峰，又出現(xiàn)HP-β-CD的吸熱峰，但峰值和單純的PS和HP-β-CD的峰值不同，可能是因為在物理混合物中存在著兩者之間物理相互作用的影響，說明了物理混合物并不起包合作用。而HP-β-CD/PS包合物的圖譜表明在實驗溫度范圍內(nèi)并沒有任何尖銳的峰值出現(xiàn)，證實了包合物的形成，因為在包合物中PS是以無定形狀態(tài)分散在HP-β-CD中，從而使得它們原有的吸熱峰消失[16]。

圖2 HP-β-CD、PS、物理混合物及包合物的DDSSCC圖譜Fig. 2 DSC spectra of HP-β-CD, PS, HP-β-CD mixture and HP-β-CD/PS inclusion complex

2.3.2 XRD驗證實驗

圖3 XRD圖譜Fig. 3 XRD graphs of samples

為了進一步驗證HP-β-CD/PS包合物的形成，進行了XRD分析。圖3中PS出現(xiàn)了強而尖的衍射峰，HP-β-CD則沒有任何的晶型峰，表現(xiàn)為彌散衍射峰，表明它是一種無定型的粉末，這與DSC分析的結(jié)果相吻合。由HP-β-CD/PS物理混合物的XRD圖譜可知，PS在5°～25°處的強衍射峰依然存在，并且圖譜是PS與HP-β-CD雙重衍射峰的一個疊加[17]，因為HP-β-CD的無定形使得混合物峰的強度有所下降。然而在HP-β-CD/PS包合物的XRD圖譜中沒有顯示任何尖銳的峰值，表現(xiàn)為彌散衍射峰，這是因為PS被HP-β-CD包合后，其自身的特征消失，形成了新的無定形物質(zhì)，和單純的主客體結(jié)構(gòu)相比有著明顯的不同，也因此表明了包合物的成功形成[18]。

2.3.3 FT-IR驗證實驗

圖4結(jié)果表明，在包合物中，PS在2 900 cm-1與1 500 cm-1的吸收峰均消失[19]，在物理混合物中PS的這些特征吸收峰卻表現(xiàn)很突出，而在包合物中并未顯現(xiàn)，說明物理混合物并沒有起到包合的作用，而且包合物的吸收峰與HP-β-CD的吸收峰大體相同，可以表明HP-β-CD可以識別PS，驗證了包合物的形成[20]。

圖4 FT-IR圖Fig. 4 FT-IR spectra of samples

2.4 HP-β-CD/PS包合工藝優(yōu)化

2.4.1 HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比對包合效果的影響

圖5 HHPP--β-CD與PS的物質(zhì)的量比對包合效果的影響Fig. 5 Effect of molar ratio of HP-β-CD to PS on the inclusion effi ciency of PS

從圖5可知，在一定范圍內(nèi)，無論是包合率還是包合效率，都隨著HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比的增大而增大。但超過了一定的物質(zhì)的量比，包合率和包合效率都有所下降，原因可能在于當(dāng)HP-β-CD超過一定量后，分子的運動性受阻不利于PS的包合。HP-β-CD與PS不同的物質(zhì)的量比對包合效率的影響不大，差異很小，而當(dāng)兩者的物質(zhì)的量比為4∶1時包合率最大，因此確定HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比為4∶1。

2.4.2 包合溶劑對包合效果的影響

圖6 包合溶劑對HHPP--β--CCDD/PS包合效果的影響Fig. 6 Infl uence of inclusion solvents on the inclusion effi ciency of HP-β-CD/PS

如圖6所示，當(dāng)二氯甲烷與甲醇組合即PS用二氯甲烷溶解、HP-β-CD用甲醇溶解時，其包合率和包合效率都是最高的，因此確定選用溶劑為二氯甲烷和甲醇。

2.4.3 包合溫度對包合效果的影響

圖7 包合溫度對HHPP--β--CCDD/PS包合效果的影響Fig. 7 Effect of temperature on the inclusion effi ciency of HP-β-CD/PS

由圖7可知，隨著溫度的升高，包合率和包合效率都呈上升趨勢，在45 ℃時包合率和包合效率均為最高，但當(dāng)溫度超過45 ℃，包合率和包合效率都趨于平緩，甚至下降，原因可能因為在包合的過程中，低溫度時分子運動不夠劇烈，HP-β-CD與PS的碰撞機會小，而當(dāng)溫度過高時分子的運動過于強烈而使PS不易被包合[21]。在整個過程中溫度對包合效率的影響并不大，包合效率之間的差值很小。因此確定包合溫度為45 ℃。

2.4.4 包合時間對包合效果的影響

圖8 包合時間對HHPP--β--CCDD/PS包合效果的影響Fig. 8 Infl uence of reaction time on the inclusion effi ciency of HP-β-CD/PS

由圖8可知，隨著包合時間的延長，包合率逐漸增大，達到一定值后趨于平穩(wěn)，雖然包合效率也呈現(xiàn)增加的趨勢，但是整體看來，包合效率的差異并不大，因此主要考慮包合率。當(dāng)包合時間超過12 h，包合率幾乎不再增大，因此確定包合時間為12 h。

2.5 HP-β-CD與PS包合的響應(yīng)面試驗結(jié)果

2.5.1 構(gòu)建模型及顯著性分析檢驗

根據(jù)響應(yīng)面試驗設(shè)計[22-23]，試驗結(jié)果見表2，由Design-Expert V8.0.6.1軟件處理得到的回歸模型的方差分析及顯著性檢驗見表3。

利用統(tǒng)計分析軟件得出的HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比、包合溫度、包合時間之間的二次多項回歸模型方程如下：

由表3的方差分析可知，該數(shù)學(xué)模型P值小于0.000 1，說明該模型極其顯著。失擬項P值大于0.05，表明不顯著，即該數(shù)學(xué)模型在被分析的整個回歸區(qū)域內(nèi)擬合較好。該方程的多元相關(guān)系數(shù)R2為0.989 6，說明試驗操作是可行的。因此，回歸方程可以較好地描述各因素與響應(yīng)值（包合率）之間的真實關(guān)系，可以利用該回歸方程找出HP-β-CD包合PS的最優(yōu)條件。

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果Table 2 Experimental design and results for response surface analysis

表3 回歸模型的方差分析及顯著性檢驗Table 3 Analysis of variance and signifi cance test of the regression mooddeell

2.5.2 包合工藝的響應(yīng)面分析與優(yōu)化

用Design-Expert V8.0.6.1軟件，依據(jù)回歸方程式得出響應(yīng)面和等高線圖[24-25]。

圖9a顯示包合時間為11 h時，HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比和包合溫度對包合率的影響。HP-β-CD與PS 物質(zhì)的量比較低時（如2∶1），包合率隨溫度的升高而增大，但隨物質(zhì)的量比的增加，包合率呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。同理，在包合溫度較低的時候（如30 ℃），包合率隨物質(zhì)的量比的增大而增大，但達到一定溫度后，包合率又開始下降。從響應(yīng)面3D圖和等高線圖可以看出，在最小橢圓里存在極大值。

圖9b顯示包合溫度為45 ℃時，HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比和包合時間對包合率的影響。包合初始，包合率隨HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比的增大而增大，但當(dāng)時間達到一定值后，包合率又開始下降。同樣，當(dāng)HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比較低時，包合率隨包合時間的延長而增大，但隨物質(zhì)的量比的增加，包合率開始下降，但是下降的速率小于HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比較低時的速率。原因可能是在物質(zhì)的量比較高時，分子運動受阻，阻礙了包合過程的進行。

圖9c顯示HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比為4∶1時，包合溫度和包合時間對包合率的影響。不同包合溫度下，包合率均隨包合時間的延長呈先增大后減小的趨勢；不同包合時間的情況下，隨包合溫度的升高，包合率也是同樣的出現(xiàn)先增大后減小的趨勢。且在響應(yīng)面圖的最高點和橢圓中心處存在極大值。

圖9 各因素交互作用對包合率影響的響應(yīng)面圖Fig. 9 Respo nse surface and contour plots showing the interactive effect of factors on inclusion rate

2.6 HP-β-CD與PS包合工藝條件的確定

在選取的各因素范圍內(nèi)，由Design-Expert V8.0.6.1軟件分析可以得到，包合工藝的最佳包合條件為HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.27∶1、包合溫度47 ℃、包合時間11.93 h，得到的包合率為96.57%。但考慮到實際操作的便利，將包合工藝的工藝條件修正為：HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.30∶1、包合溫度47 ℃、包合時間12 h。在此修正條件下，重復(fù)3 次實驗，得到包合工藝的平均包合率為97.25%，與預(yù)測值96.57%基本一致，實際測定值比理論預(yù)測值高0.68%，說明該數(shù)學(xué)模型能很好的預(yù)測各因素同包合率之間的關(guān)系。

2.7 PS水中溶解度的測定結(jié)果

按1.3.6節(jié)所描述方法把測得的數(shù)據(jù)代入標(biāo)準曲線方程[26-27]，經(jīng)計算得到PS、HP-β-CD/PS物理混合物和HP-β-CD/PS包合物中，PS在37 ℃水中的溶解度，見表4。

表4 37 ℃條件下各樣品PS在水中的溶解度Table 4 Water solubility of PS, its physical mixture and inclusion complex with HP-β-CD at 37 ℃

由表4可知，物理混合物和包合物樣品中PS在水中的溶解度都有所改善，但是改善的程度并不相同，相比包合物來講，物理混合物改善的并不明顯[28]，而包合物中PS溶解度是原來PS在水中溶解度的300多倍，也證明了本實驗方法的可靠性，當(dāng)包合反應(yīng)發(fā)生后，因為HP-β-CD的空腔外部為親水性的羥基，間接地提高了PS在水中的溶解性，因此當(dāng)PS被包合以后，其水溶性得到了顯著的提高[29-30]。

3 結(jié) 論

本研究通過HP-β-CD包合PS，并采用DSC、XRD和FT-IR對得到的 包合物進行分析鑒定，證實了包合物的存在；單因素試驗得到各個因素的最佳添加量，并根據(jù)Box-Behnken試驗設(shè)計原理，在單因素試驗的基礎(chǔ)上采用三因素三水平響應(yīng)面法優(yōu)化HP-β-CD包合PS條件，確定最佳包合工藝為HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.27∶1、包合溫度47 ℃、包合時間11.93 h，得到的包合率為96.57%。但考慮到實際操作的便利，將包合工藝的工藝條件修正為：HP-β-CD與PS物質(zhì)的量比4.30∶1、包合溫度47 ℃、包合時間12 h。在此修正條件下，重復(fù)3 次實驗，得到包合工藝的平均包合率為97.25%；最后測定了PS、HP-β-CD/PS物理混合物、HP-β-CD/PS包合物在37 ℃條件下在相同體積水中的溶解度，結(jié)果表明在包合狀態(tài)下，PS的水溶性得到大幅度的提高，水溶性平均值達到8.31 mg/mL，是其原來（0.027 mg/mL）的307.90 倍。

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Optimization of Preparation of Inclusion Complex of Phytosterol with Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin for Improved Water Solubility by Response Surface Methdology

ZHENG Wen, WANG Yuan, YUAN Tianqing, CAI Junjun, GONG Xingwen*
(School of Food Science and Biotechnology, Zhejiang Gongshang University, Hangzhou 310018, China)

In this study, phytosterol (PS) was included with hydroxypropyl-β-cyclodextrin (HP-β-CD) to improve its solubility and thereby broaden the range of its application in the food industry. The inclusion complex was tested by differential scanning calorimetry (DSC), Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopy and X-ray diffraction. The inclusion process was optimized using response surface methodology. The optimum conditions obtained were as follows:molar ratio between PS and HP-β-CD, 4.27:1; temperature, 47 ℃; and inclusion time, 11.93 h, yielding an inclusion rate of 96.57%. However, to improve operating convenience, these parameters were modified as 4.30:1, 47 ℃, and 12 h,respectively. Triplicate experiments carried out under these conditions gave an average inclusion rate of up to 97.25%. At 37 ℃, the water solubility of HP-β-CD/PS clathrate reached an average of 8.31 mg/mL, which was 307.90 times of its original solubility (0.027 mg/mL).

phytosterol; hydroxypropyl-β-cyclodextrin; inclusion; solubility

10.7506/spkx1002-6630-201720023

TS202.3

A

1002-6630（2017）20-0161-08

鄭雯, 王遠, 袁田青, 等. 響應(yīng)面試驗優(yōu)化羥丙基-β-環(huán)糊精包合植物甾醇的水溶性改性工藝[J]. 食品科學(xué), 2017, 38(20):

161-168.

10.7506/spkx1002-6630-201720023. http://www.spkx.net.cn

ZHENG Wen, WANG Yuan, YUAN Tianqing, et al. Optimization of preparation of inclusion complex of phytosterol with hydroxypropyl-β-cyclodextrin for improved water solubility by response surface methdology[J]. Food Science, 2017, 38(20)∶161-168. (in Chinese with English abstract) DOI∶10.7506/spkx1002-6630-201720023. http∶//www.spkx.net.cn

2016-12-22

浙江省自然科學(xué)基金項目（LY12C19011）；食品科學(xué)與工程浙江省重中之重一級學(xué)科資助項目（JYTSP20141052）

鄭雯（1990—），女，碩士研究生，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：zhengwen0412@163.com

*通信作者：宮興文（1971—），男，副研究員，博士，研究方向為食品生物技術(shù)。E-mail：gongxingwen@163.com