王小寧,張存勞,羅國(guó)平,楊黎彬

(西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院,陜西西安 710021)

山核桃油微囊的制備及穩(wěn)定性研究

王小寧,張存勞,羅國(guó)平,楊黎彬

(西安醫(yī)學(xué)院藥學(xué)院,陜西西安 710021)

采用復(fù)凝聚法制備山核桃油微囊,以包油率為指標(biāo),以阿拉伯膠用量、明膠用量、山核桃油添加量、固化劑用量、pH為考察因素,在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)確定山核桃油微囊的最優(yōu)處方為:阿拉伯膠用量10%,明膠用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化劑添加量6 mL,pH為4.0。制備的微囊平均包油率為83.9%±0.24%,經(jīng)倒置顯微鏡法觀察其形態(tài)規(guī)則,分布均勻,采用Malvern 激光粒度儀測(cè)定平均粒徑為1.423 μm,Zeta電位值為-38.2 mV。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明制備的微囊在高溫、強(qiáng)光照下包油率穩(wěn)定,有利于進(jìn)一步加工貯藏。

山核桃油,微囊,復(fù)凝聚法,穩(wěn)定性

山核桃(胡桃秋JuglansmandshuricaMaxim,又名核桃、核桃楸、楸子)屬于胡桃科山核桃屬植物性食物,是優(yōu)良的木本油料。山核桃油中油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸含量高達(dá)90%,具有益智、抗衰老、防癌、預(yù)防心腦血管疾病等功效,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[1-2]。由于山核桃油中不飽和脂肪酸對(duì)光、氧、熱等因素較為敏感,易發(fā)生氧化、酸敗等反應(yīng),不利于加工和貯藏,因此研究多樣化的山核桃油產(chǎn)品,提高油脂的穩(wěn)定性及其生物利用率具有十分重要的意義[3-4]。微囊技術(shù)是使用天然的或合成的高分子材料將固體、液體甚至是氣體的微小顆粒包裹在直徑為1～500 μm的半透性或密封囊膜的微型膠囊內(nèi)的技術(shù)[5-7]。將山核桃油制成微囊后,可以有效地減少油脂受外界環(huán)境因素(如光、氧、熱)的影響,延緩及避免山核桃油的氧化從而保持穩(wěn)定,同時(shí),微囊可以使油脂由液態(tài)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的固態(tài)粉末油脂,便于工業(yè)化的加工、貯藏和運(yùn)輸[8-9]。

本文以山核桃油為芯材,以阿拉伯膠和明膠為壁材,采用復(fù)凝聚法制備山核桃油微囊,篩選微囊最優(yōu)處方工藝,并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行考察,為山核桃油的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山核桃油 自提,山核桃產(chǎn)自陜西洛南縣；A型明膠 天津市科密歐化試劑有限公司；阿拉伯膠 天津市東麗區(qū)天大化學(xué)試劑廠；36%～37%甲醛 分析純,西安化學(xué)試劑廠；氫氧化鈉 分析純,天津市天力化學(xué)試劑有限公司；醋酸 分析純,天津市耀華化學(xué)試劑有限責(zé)任公司；正己烷 分析純,天津市富宇精細(xì)化工有限公司；希夫試劑 北京索萊寶科技有限公司。

CP2102型電子天平 上海奧豪斯儀器有限公司；微量電子天平 北京賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；HSY2-SP型電熱恒溫水浴鍋 北京市光明醫(yī)療儀器廠；高剪切乳化機(jī) 上海弗魯克儀器有限公司；KQ5200E型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司；TD5M低速大容量離心機(jī) 湖南賽特湘儀有限公司；SK-200生物顯微鏡 麥克奧迪有限公司；GZ9147電熱鼓風(fēng)干燥箱 溫州頂歷醫(yī)療器械有限公司；ZEN3600馬爾文激光粒度儀 馬爾文儀器有限公司；LABCONCO冷凍干燥機(jī) 上海智堯儀器有限公司；Labonce-120CGS藥品穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)箱 北京蘭貝石恒溫技術(shù)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 預(yù)備液的制備 明膠液的制備:稱取明膠5 g加100 mL蒸餾水(60 ℃),浸泡膨脹后,于50 ℃恒溫水浴鍋中不斷攪拌使之完全溶解,保溫以防凝固,備用。

初乳的制備:稱取阿拉伯膠加20 mL蒸餾水中,超聲攪拌使之溶解,之后加山核桃油,在高剪切乳化機(jī)乳化2 min使完全乳化,初乳形成。

1.2.2 山核桃油微囊制備方法 將制好的初乳加300 mL蒸餾水,用10%醋酸溶液調(diào)pH,加入明膠液,乳液置水浴中降溫至40 ℃,不斷攪拌(300 r/min),加37%甲醛攪拌20 min后測(cè)pH,用20% NaOH溶液調(diào)pH8～9后,攪拌1 h。離心(4000 r/min)25 min,倒掉上清液取微囊,用水洗多余的甲醛至希夫試劑檢查不變紅色,將洗滌后的微囊冷凍干燥得微囊粉末[10]。

1.2.3 包油率的測(cè)定 稱取微囊放入燒杯中,加正己烷10 mL超聲破碎,然后經(jīng)4000 r/min,20 min離心,立即用漏斗過(guò)濾,將濾液轉(zhuǎn)移至已恒重的燒杯(M)中,稱總重(M1),然后放在100 ℃水浴鍋上烘干至恒重(M2)。按如下公式計(jì)算包油率:包油率(%)=(M2-M)/(M1-M)× 100[11]。

1.2.4 山核桃油微囊處方的優(yōu)化 以包油率為指標(biāo),單因素實(shí)驗(yàn)法依次考察阿拉伯膠用量(4%、6%、8%、10%、12%)、明膠用量(10、15、20、25、30 mL)、山核桃油添加量(0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL)、固化劑添加量(2、4、6、8、10 mL)和pH(3.5、4.0、4.5、5.0、5.5)對(duì)山核桃油微囊包油率的影響。在單因素實(shí)驗(yàn)考察的基礎(chǔ)上,選擇對(duì)包油率影響顯著的4個(gè)因素,采用四因素三水平L9(34)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),因素水平表見(jiàn)表1。

表1 因素水平表

1.2.5 微囊的表征 以最優(yōu)處方制備山核桃油微囊,用倒置顯微鏡觀察微囊形態(tài),用激光粒度儀測(cè)定微囊粒徑和Zeta電位值。

1.2.6 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 根據(jù)2015年版 《中華人民共和國(guó)藥典 》二部“藥物穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)原則”項(xiàng)下影響因素的考察要求[12],取山核桃油微囊及山核桃油與明膠、阿拉伯膠的物理混合物,分別置強(qiáng)光照:(4500±500 lx)、高溫(60 ℃)條件下貯存10 d,并在貯存5、10 d取樣,觀察外觀性狀,并測(cè)其包油率,與貯存前0 d比較,評(píng)價(jià)其穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)以復(fù)凝聚法制備山核桃油微囊,選用了明膠和阿拉伯膠作為囊材。明膠是一種水溶性蛋白質(zhì),低于35 ℃時(shí)會(huì)發(fā)生凝膠化現(xiàn)象,而高于65 ℃時(shí),又會(huì)導(dǎo)致明膠降解成低分子質(zhì)量片段的速度加快,因此,本實(shí)驗(yàn)中所選擇的成囊溫度為40 ℃[13]。以阿拉伯膠用量、明膠用量、山核桃油添加量、固化劑用量、pH為影響因素進(jìn)行處方工藝的單因素考察。

2.1.1 阿拉伯膠用量對(duì)微囊包油率的影響 阿拉伯膠用量對(duì)微囊包油率的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1可知,隨著阿拉伯膠用量的逐漸提高,包油率逐漸上升,當(dāng)阿拉伯膠濃度達(dá)到8%時(shí),包油率最大,為78.2%,但當(dāng)阿拉伯膠濃度繼續(xù)增大時(shí),包油率并沒(méi)有明顯升高。在顯微鏡下觀察時(shí),當(dāng)阿拉伯膠濃度為4%時(shí),能觀察到的微囊較少,有絮狀沉淀,隨著阿拉伯膠用量上升,觀察到的微囊增多,當(dāng)濃度為8%時(shí),微囊較多,外觀圓整,粒徑小且分布集中。隨著用量繼續(xù)增大,微囊圓整度變差,粒徑相對(duì)較大。由此可以看出,阿拉伯膠的用量過(guò)高并不會(huì)提高微囊包油率,反而造成微囊粒徑分布大及壁材的大量浪費(fèi)[14]。因此選擇8%為阿拉伯膠濃度進(jìn)行后續(xù)研究。

圖1 阿拉伯膠用量對(duì)微囊包油率的影響Fig.1 Effect of dosage of arabic gum on oil-embedding rate

2.1.2 明膠用量對(duì)微囊包油率的影響 明膠添加量對(duì)微囊包油率影響結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知,其他條件不變,隨著明膠添加量的逐漸提高,包油率逐漸上升,當(dāng)明膠添加量達(dá)到20 mL時(shí),包油率最大,為75.1%。明膠用量越大,濃度越高,油滴上吸附的明膠分子越多,在與阿拉伯膠發(fā)生復(fù)凝聚時(shí)越完全,但明膠用量又不能無(wú)限增大,隨著明膠用量繼續(xù)增大,包油率逐漸降低,因此選擇明膠添加量20 mL作為考察的最優(yōu)用量。

圖2 明膠添加量對(duì)微囊包油率的影響Fig.2 Effect of dosage of gelatin on oil-embedding rate

2.1.3 山核桃油添加量對(duì)微囊包油率的影響 山核桃油添加量對(duì)微囊包油率的影響結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3可知,隨著山核桃油添加量的逐漸提高,包油率逐漸上升,當(dāng)山核桃油添加量達(dá)到0.6 mL時(shí),包油率最大,為80.1%,當(dāng)山核桃油添加量繼續(xù)增大時(shí),包油率逐漸降低?？紤]原因是隨著山核桃油添加量增大,芯材未被微囊完全包裹而造成包油率下降。同時(shí),油滴密度越大,圍的壁材溶液越少,復(fù)凝聚反應(yīng)所形成的囊壁就越薄,容易導(dǎo)致微囊出現(xiàn)“漏油”的現(xiàn)象[15]。因此山核桃油添加量為0.6 mL進(jìn)行后續(xù)研究。

圖3 山核桃油添加量對(duì)微囊包油率影響Fig.3 Effect of dosage of pecan oil on oil-embedding rate

2.1.4 固化劑添加量對(duì)微囊包油率的影響 固化劑添加量對(duì)山核桃油微囊包油率影響結(jié)果見(jiàn)圖4。由圖4可知,隨著固化劑添加量的逐漸提高,微囊包油率在70%～80%的范圍內(nèi)略有波動(dòng),但變化不大。而甲醛用量對(duì)所形成微囊性質(zhì)有較大影響,當(dāng)甲醛用量少時(shí),可因變性不足,洗滌時(shí)造成部分微囊囊膜溶解,或交聯(lián)不足使微囊粘連;甲醛用量大時(shí),可因過(guò)分變性使交聯(lián)過(guò)度,所得微囊脆性過(guò)大,干燥過(guò)程中微囊破裂[16]。綜合考慮包油率結(jié)果、微囊特性及成本,選擇固化劑為6 mL進(jìn)行后續(xù)研究。

圖4 固化劑添加量對(duì)微囊包油率的影響Fig.4 Effect of dosage of curing agent on oil-embedding rate

圖5 pH對(duì)山核桃油微囊包油率的影響Fig.5 Effect of pH on oil-embedding rate

2.1.5 pH對(duì)微囊包油率的影響 pH對(duì)微囊包油率的影響結(jié)果見(jiàn)圖5。A 型明膠的等電點(diǎn)為7～9,當(dāng)pH為3.5時(shí),大量的H+會(huì)使明膠帶正電荷量減少,同時(shí)pH過(guò)低也使明膠溶解性大大降低而降低微囊的形成數(shù)目。而當(dāng)pH接近明膠等電點(diǎn)時(shí),明膠分子所帶的凈電荷較少,難以與阿拉伯膠發(fā)生凝聚反應(yīng),微囊不易形成[17]。由圖5可知,隨著pH的逐漸提高,包油率逐漸上升,當(dāng)pH為4.0時(shí),包油率最大,當(dāng)pH繼續(xù)上升時(shí),包油率逐漸降低。這主要是由于pH低于4.5時(shí),可保證此條件下阿拉伯膠帶負(fù)電荷,明膠帶正電荷,有利于復(fù)凝聚反應(yīng)的進(jìn)行。

綜上結(jié)果表明,阿拉伯膠用量,明膠用量,山核桃油添加量,pH對(duì)山核桃油微囊包油率的影響較大,而固化劑在整個(gè)考察范圍內(nèi)對(duì)微囊包油率的影響不明顯。因此,選擇阿拉伯膠用量、明膠用量、山核桃油添加量、pH為正交實(shí)驗(yàn)的影響因素。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表1進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),正交實(shí)驗(yàn)表及結(jié)果見(jiàn)表2,方差分析表見(jiàn)表3。

表2 正交實(shí)驗(yàn)表及結(jié)果

表3 方差分析表

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的極差以及方差分析如表2、表3所示:各因素對(duì)微囊包油率的影響程度依次為B(明膠用量)>C(阿拉伯膠用量)>A(山核桃油添加量)>D(pH),且阿拉伯膠用量和明膠用量對(duì)包油率有顯著影響(p<0.05)?？梢?jiàn),體系中壁材用量過(guò)低或過(guò)高,都不利于形成微膠囊產(chǎn)品。濃度過(guò)低,微囊成囊數(shù)目少,形成許多粒徑較小未包含芯材的空白復(fù)合凝聚物,包埋油脂現(xiàn)象不明顯;濃度過(guò)高,體系黏度增大,導(dǎo)致微囊相互碰撞,聚集成粒徑更大、形態(tài)不規(guī)則的多核微膠囊,易形成大塊凝膠,使包油率下降[18]。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果,制備山核桃油微囊最佳條件為A2B2C3D2,即山核桃油添加量0.6 mL,阿拉伯膠用量為10%,明膠用量為15 mL,pH為4.0。

2.3 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

按1.2.2項(xiàng)下制備方法,以篩選出的最優(yōu)處方制備三批山核桃油微囊:即阿拉伯膠用量10%,明膠用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化劑添加量6 mL,pH為4.0。測(cè)其包油率,求得三次包油率的平均值為83.9%,RSD為0.24%。說(shuō)明本處方穩(wěn)定可行,包油率高。

2.4 微囊的表征

以最優(yōu)處方制備山核桃油微囊,用倒置顯微鏡觀察微囊形態(tài),見(jiàn)圖6。用激光粒度儀測(cè)定微囊粒徑和Zeta電位值,粒徑分布圖見(jiàn)圖7,Zeta電位分布圖見(jiàn)圖8。從顯微鏡下觀察到微囊成囊現(xiàn)象明顯,囊壁清晰,外觀形態(tài)為橢球形,微囊粒徑小且形狀規(guī)則,無(wú)黏連現(xiàn)象,山核桃油清晰地包載于微囊中。經(jīng)測(cè)定,微囊的平均粒徑為1.423±0.11 μm,處于亞微囊區(qū)域,PDI為0.292,粒徑分布集中。所形成的微囊粒徑小,囊壁厚度適中,有利于藥物的釋放。微囊Zeta電位值為-38.2 mV,表明山核桃油微囊表面具有較多的凈電荷,微囊之間靜電排斥力較大,物理穩(wěn)定性較強(qiáng),有利于微囊的貯存。

圖6 山核桃油微囊形態(tài)圖Fig.6 The morphology of pecan oil microcapsules

圖7 山核桃油微囊的粒徑分布圖Fig.7 The particle size distribution of pecan oil microcapsules

圖8 山核桃油微囊的Zeta電位分布圖Fig.8 The Zeta potential distribution of pecan oil microcapsules

2.5 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

山核桃油微囊及山核桃油與明膠、阿拉伯膠的物理混合物,分別置強(qiáng)光照:(4500±500 lx)、高溫(60 ℃)條件下貯存10 d,在貯存5、10 d取樣測(cè)定的包油率結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表4結(jié)果看出,山核桃油制成微囊后的穩(wěn)定性較山核桃油與明膠和阿拉伯膠的物理混合物有顯著提高。10 d后微囊的包油率仍在87%以上,而物理混合物中山核桃油的含量降到了60%以下。根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式,當(dāng)存儲(chǔ)溫度每升高10 ℃,氧化反應(yīng)速度將增加一倍,溫度過(guò)高,油脂中脂肪酸氫過(guò)氧化物發(fā)生分解、聚合等反應(yīng),同時(shí)脂解酶活性溫度提高,促使油脂酸敗。而光照在油脂氧化的起始階段起著至關(guān)重要的作用,任何一種光線都可能觸發(fā)油脂的光氧化,油脂中的色素會(huì)強(qiáng)烈吸收臨近的可見(jiàn)光或紫外光,促進(jìn)游離基的產(chǎn)生及氫過(guò)氧化物的生成或分解,使得油脂氧化速度加快[19-20]。微囊化后的油脂能有效地保持其成分不受外界環(huán)境的影響,產(chǎn)品穩(wěn)定性提高,更耐加工和貯藏。

3 結(jié)論

本文以山核桃油為芯材,采用復(fù)凝聚法制備山核桃油微囊,方法簡(jiǎn)單,且所用囊材為阿拉伯膠和明膠,安全無(wú)毒,是常用的藥用輔料,所制備的微囊可以有效提高易氧化物質(zhì)的穩(wěn)定性。復(fù)凝聚法是經(jīng)典的微囊化方法,對(duì)固態(tài)或液態(tài)的難溶性藥物均能得到滿意的微囊,成囊除了受囊材用量、溫度、交聯(lián)水平、pH的影響外,還受到攪拌速度、干燥工藝的影響[21]。本文根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)與正交實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,獲得最佳的微囊處方為:阿拉伯膠用量10%,明膠用量15 mL,山核桃油添加量0.6 mL,固化劑添加量6 mL,pH為4.0,且囊材用量對(duì)微囊成形及包油率有顯著影響,處方工藝穩(wěn)定可行且包油率較高,平均包油率為83.9%±0.24%,微囊成囊現(xiàn)象明顯,微囊形態(tài)規(guī)則,粒徑均勻,物理穩(wěn)定性強(qiáng)。微囊在高溫、強(qiáng)光照條件下貯存5、10 d后,其包油率穩(wěn)定,表明將山核桃油制成微囊可以顯著提高其穩(wěn)定性,有利于其進(jìn)一步的加工貯藏。

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Preparation and stability of pecan oil microcapsules

WANG Xiao-ning,ZHANG Cun-lao,LUO Guo-ping,YANG Li-bin

(College of Pharmacy,Xi’an Medical University,Xi’an 710021,China)

Pecan oil microcapsules were prepared by coacervation encapsulation method.After the single factor experiment with arabic glue,gelatin,pecan oil,curing agent and pH as the research factors,the orthogonal test was used to optimize the prescription of pecan oil microcapsule with oil-embedding rate as the index.The optimal prescription of the pecan oil microcapsule was as follows:10% Arabic gum,15mL gelatin,0.6mL pecan oil,6mL curing agent and pH4.0.The oil-embedding rate was 83.9%±0.24% under the optimal preparation condition,and the morphology was regular observed by inverted microscope method,with the average particle size of 1.423 μm and Zeta potential of-38.2 mV determined by Malvern laser granularity instrument.The results of stability test showed that the oil-embedding rate was stable under high temperature and strong light,which was conductive to further processing and storage.

pecan oil;microcapsules;coagulation;stability

2016-09-06

王小寧(1987-)，女，碩士，講師，主要從事制劑新技術(shù)與新劑型的研究，E-mail:wangxn_0508@126.com。

西安醫(yī)學(xué)院校級(jí)科研青年基金項(xiàng)目(2015QN05);西安醫(yī)學(xué)院校級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新基金項(xiàng)目(2015DXS1-11);西安醫(yī)學(xué)院校級(jí)重點(diǎn)學(xué)科中藥學(xué)資助。

TS225.1

B

1002-0306(2017)05-0214-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.05.032