一种负载百里香酚的环糊精络合物及其制备方法
阅读说明：本技术 一种负载百里香酚的环糊精络合物及其制备方法 (Thymol-loaded cyclodextrin complex and preparation method thereof ) 是由 黄强 潘晓丹 张斌 扶雄 于 2021-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种负载百里香酚的环糊精络合物及其制备方法,包括如下步骤：(1)将环糊精、含钾化合物与百里香酚充分溶解于水,得到母液；(2)在密闭容器中,将母液静置于易挥发醇类气氛中反应,直至络合物晶体从母液中析出；(3)将晶体从母液中分离,洗涤除去游离的百里香酚,离心,干燥后得到负载百里香酚的环糊精络合物。该方法采用一步共结晶法制备得到络合物,明显提高百里香酚的负载量与稳定性,与传统的γ-环糊精相比,负载量由124mg/g提升至250mg/g以上,50天室温条件下,百里香酚保留率由30％提高至60％以上；又因采用食品级原料与绿色、简便的合成工艺,该方法制备的络合物具有良好的生物安全性。(The invention discloses a thymol-loaded cyclodextrin complex and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: (1) fully dissolving cyclodextrin, a potassium-containing compound and thymol in water to obtain a mother solution; (2) standing the mother solution in a closed container in an atmosphere of volatile alcohols to react until complex crystals are separated out from the mother solution; (3) separating the crystal from the mother liquor, washing to remove free thymol, centrifuging, and drying to obtain the thymol-loaded cyclodextrin complex. The method adopts a one-step co-crystallization method to prepare a complex, the loading capacity and the stability of the thymol are obviously improved, compared with the traditional gamma-cyclodextrin, the loading capacity is improved to more than 250mg/g from 124mg/g, and the thymol retention rate is improved to more than 60% from 30% under the room temperature condition of 50 days; and because of adopting food-grade raw materials and a green and simple synthesis process, the complex prepared by the method has good biological safety.)
技术领域
本发明涉及一种具有高效负载和缓释作用的百里香酚络合物的制备方法，属于食品、化工领域。
背景技术
百里香酚是一种天然酚类单萜，主要存在于百里香属植物中，具有强烈气味。因具有优异的抗菌、抗病毒、抗炎、镇静等功能，在传统医学中百里香酚常作为祛痰剂、抗炎剂、抗病毒剂、抗菌剂和防腐剂被长期使用，在上呼吸道感染、支气管炎、寄生虫感染、皮炎等病症中发挥了良好的治疗作用。
百里香酚挥发能力强、水溶性低，严重制约了其工业化应用。将其封装在合适的壁材中来减缓百里香酚的降解与损失，已成为当下主要研究内容之一。目前主要采用多糖、环糊精、脂质、甘油和蛋白质等为包封壁材，通过喷雾干燥、冷冻干燥、静电纺丝、共沉淀等手段与百里香酚进行络合。然而，以多糖、环糊精、蛋白质作为壁材构建的复合物，百里香酚负载量普遍较低，如中国专利CN111771968A制备的百里香酚-壳寡糖复合物中，百里香酚负载量最高为52.3mg/g；以百里香酚、β-环糊精、醋酸纤维素为原料合成的纤维膜中，百里香酚含量为48.6mg/g(Materials Science&Engineering C,2020,115,111155)；大豆分离蛋白与百里香酚络合所得聚合物颗粒中，百里香酚含量为103.6mg/g(Food Chemistry,2021,334,127594)
环糊精-金属有机框架(CD-MOF)是一类由环糊精与碱金属盐在溶液中经自组装形成的具有高比表面积、可调孔径的多孔晶体材料，具有周期性网络结构。实验证明，由食品级环糊精、食品级碱金属盐制备的CD-MOF表现出无毒的特性，安全性高。考虑到在食品、医药等领域应用的特殊性，用于构建络合物体系的原料需要具备良好的生物安全性，并采用绿色合成手段，因此，作为一种优良、绿色安全的载体，CD-MOF已被用于包封甘草酸、叶酸、姜黄素、八角叶多酚等生物活性物质。将其与百里香酚络合，可以有效克服百里香酚应用缺陷。
CD-MOF与客体物质的结合常采用混热法或浸渍吸附法实现，如中国专利CN111513356A，β-CD-MOF作为封装壁材，通过直接混热法实现高效负载L-薄荷醇。又如，将客体物质(姜黄素)预先溶于甲醇中，加入γ-CD-MOF晶体，搅拌数小时以达到吸附目的(Food Chemistry,2021,347,128978)。此二类方法均是在制得CD-MOF晶体基础上进行络合与吸附，制备周期长，工序繁杂。
目前，以多糖或环糊精作为载体，百里香酚含量普遍偏低，以γ-环糊精与百里香酚的复合物为例，其百里香酚负载量仅为124mg/g。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明目的在于提供一种高效负载百里香酚、生物安全性高、工艺绿色简便，有利于提高百里香酚分散能力与稳定性的百里香酚-环糊精络合物的制备方法。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种负载百里香酚的环糊精络合物的制备方法，包括如下步骤：
(1)将环糊精、含钾化合物与百里香酚充分溶解于水，得到母液；
(2)在密闭容器中，将母液静置于易挥发醇类气氛中反应，直至络合物晶体从母液中析出；
(3)将晶体从母液中分离，洗涤除去游离的百里香酚，离心，干燥后得到负载百里香酚的环糊精络合物。
优选地，步骤(1)所述环糊精为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精中的一种或两种以上。
优选地，步骤(1)所述含钾化合物为KOH、CH3COOK、KCl中的一种或两种以上。
优选地，步骤(1)所述的母液中环糊精的浓度为0.01～0.25mol/L，含钾化合物浓度为0.08～2mol/L，百里香酚浓度为0.1～1.25mol/L。
优选地，步骤(1)所述的环糊精、含钾化合物、百里香酚的摩尔配比为1:(6-12):(1-10)；更优选1:(8-10):(4-8)。
优选地，步骤(2)所述反应条件为：温度为25～50℃，反应时间为5～20天。
优选地，步骤(2)所述易挥发醇类为甲醇或乙醇，醇类的体积为母液体积的2倍～5倍。
优选地，步骤(3)中所述的游离百里香酚的去除通过乙醇洗涤3～5次实现，每次洗涤后，将混合液于3000r/min～4500r/min条件下离心3～5min；所述干燥为真空干燥，温度为30～50℃，处理时间为4～6h。
本发明利用环糊精、含钾化合物(钾盐)共同溶解后重新结晶制成的环糊精晶体作为封装壁材，实现百里香酚的包封与稳定。共存于母液中的环糊精与钾离子自发配位，金属离子桥连使得环糊精分子之间相互连接、堆叠，形成疏松多孔的环糊精金属有机框架(CD-MOF)。CD-MOF具有良好的热稳定性、高比表面积与可调节孔隙，可与客体分子形成稳定的包合物。本发明以环糊精晶体(CD-MOF)作为封装壁材负载百里香酚，具有高负载效率、高稳定性、绿色无毒等特点，为百里香酚在食品保鲜、口腔护理、医疗抗菌制剂开发等应用领域提供了更多选择。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明采用一步共结晶法制备得到络合物，明显提高百里香酚的负载量与稳定性，与传统的γ-环糊精相比，负载量由124mg/g提升至250mg/g以上，50天室温条件下，百里香酚保留率由30％提高至60％以上；低温环境(4℃)储存50天后，百里香酚保留率在72％以上。
(2)本发明采用一步共结晶法制备得到负载百里香酚的环糊精络合物，在形成CD-MOF晶体过程中同步进行百里香酚的络合，可以简化制备流程，缩短制备周期，减少耗能，降低制备成本，绿色环保，且制备过程中选取食品级原料，可赋予络合物良好的生物安全性，可在食品保鲜、口腔护理、医疗抗菌制剂开发等领域应用。
附图说明
图1为峰面积—百里香酚浓度的标准曲线图。
图2为负载百里香酚的环糊精络合物形貌图；a：γ-CD-THY(对比例1)；b:γ-CD-MOF-THY(对比例2)；c：γ-CD-MOF-THY(实施例1)；d：β-CD-MOF-THY(实施例2)；e：α-CD-MOF-THY(实施例3)；f：γ-CD-MOF-THY(实施例4)；g：γ-CD-MOF-THY(实施例5)。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明要求保护的范围不局限于实例表述的范围。
实施例中，络合物中百里香酚的测定方法为：准确称取5mg络合物于5mL离心管中，加入1mL蒸馏水，盖紧离心管帽，以1000r/min的速度磁力搅拌0.5h，加入2mL乙酸乙酯进行萃取，收集上清液，过0.22μm有机滤膜后，转移至气相瓶内，采用气相色谱法测定百里香酚含量。百里香酚的峰面积换算为百里香酚含量是根据百里香酚标准曲线进行计算的。
对比例1
以γ-环糊精与百里香酚的络合物作为对比：取2gγ-环糊精与1g百里香酚于研钵中，手动研磨3min，混合均匀后，转移至密闭的反应釜中，75℃下复合4h。复合结束后，样品用乙醇洗涤3～5次，4000r/min的转速离心3min，40℃真空干燥6h，得到白色粉末状络合物。
经测试，该络合物中百里香酚负载量为124mg/g，常温开放环境下存放50天后，百里香酚保留率约30％，低温环境(4℃)存放50天后，百里香酚保留率约58％。
对比例2
将γ-环糊精、CH3COOK以1:8的摩尔比溶解于蒸馏水中，搅拌3h，使其充分溶解，得到环糊精浓度为0.05mol/L的母液；将20mL母液于25℃的乙醇氛围中静置10天，密闭容器中乙醇用量为50mL；将CD-MOF晶体从母液中分离，乙醇洗涤3次，以4000r/min的转速离心3min，40℃真空干燥5h后，得到晶体颗粒。为得到负载百里香酚的络合物，将CD-MOF晶体与百里香酚以1:1质量比手动研磨3min，混合均匀，转移至密闭的反应釜中，75℃下复合6h。复合结束后，乙醇洗涤晶体3～5次，4000r/min的转速离心3min，40℃真空干燥6h，得到百里香酚络合物晶体。
经测试，该络合物中百里香酚负载量为243mg/g，常温开放环境下存放50天后，百里香酚保留率约54％，低温环境(4℃)存放50天后，百里香酚保留率约66％。
实施例1
将γ-环糊精、KOH与百里香酚以1:8:5的摩尔比溶解于蒸馏水中，搅拌3h，使其充分溶解，得到环糊精浓度为0.1mol/L的母液；将20mL母液于25℃的乙醇氛围中静置7天，密闭容器中乙醇用量为50mL；将晶体从母液中分离，乙醇洗涤3次，以4000r/min的转速离心3min，40℃真空干燥5h后，得到晶体颗粒。
经测试，该晶体中百里香酚负载量为327mg/g，常温开放环境下存放50天，百里香酚保留率约65％，低温环境(4℃)下则可保留近80％。
实施例2
将β-环糊精、KOH与百里香酚以1:8:8的摩尔比溶解于蒸馏水中，搅拌3h，使其充分溶解，得到环糊精浓度为0.1mol/L的母液；将20mL母液于50℃的乙醇氛围中静置10天，密闭容器中乙醇用量为50mL；将晶体从母液中分离，乙醇洗涤3次，以4000r/min的转速离心3min，50℃真空干燥4h后，得到晶体颗粒。
经测试，该晶体中百里香酚负载量为269.2mg/g，常温开放环境下存放50天，百里香酚保留率约68％，低温环境(4℃)下则可保留近75％。
实施例3
将α-环糊精、CH3COOK与百里香酚以1:10:5的摩尔比溶解于蒸馏水中，搅拌3h，使其充分溶解，得到环糊精浓度为0.1mol/L的母液；将30mL母液于25℃的乙醇氛围中静置20天，密闭容器中乙醇用量为75mL；将晶体从母液中分离，乙醇洗涤3次，以4000r/min的转速离心3min，30℃真空干燥6h后，得到晶体颗粒。
经测试，该晶体中百里香酚负载量为284.6mg/g，常温开放环境下存放50天，百里香酚保留率约63％，低温环境(4℃)下则可保留70％以上。
实施例4
将γ-环糊精、CH3COOK与百里香酚以1:10:5的摩尔比溶解于蒸馏水中，搅拌3h，使其充分溶解，得到环糊精浓度为0.1mol/L的母液；将30mL母液于40℃的乙醇氛围中静置10天，密闭容器中乙醇用量为75mL；将晶体从母液中分离，乙醇洗涤3次，以4000r/min的转速离心3min，40℃真空干燥6h后，得到晶体颗粒。
经测试，该晶体中百里香酚负载量为313.5mg/g，常温开放环境下存放50天，百里香酚保留率约78％，低温环境(4℃)下则可保留约82％。
实施例5
将γ-环糊精、KCl与百里香酚以1:8:4的摩尔比溶解于蒸馏水中，搅拌3h，使其充分溶解，得到环糊精浓度为0.15mol/L的母液；将25mL母液于25℃的乙醇氛围中静置15天，密闭容器中乙醇用量为75mL；将晶体从母液中分离，乙醇洗涤4次，以4000r/min的转速离心3min，45℃真空干燥5.5h后，得到晶体颗粒。
经测试，该晶体中百里香酚负载量为255.3mg/g，常温开放环境下存放50天，百里香酚保留率约60％，低温环境(4℃)下则可保留72％以上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
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