陳紅波,徐保明

（1.蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司，安徽馬鞍山243015;2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430068）

壁材組成對原花青素微膠囊化的影響

陳紅波1,徐保明2

（1.蒙牛乳業(yè)（集團）股份有限公司，安徽馬鞍山243015;2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430068）

主要研究采用噴霧干燥法制備微膠囊產(chǎn)品時壁材組成對原花青素微膠囊化的影響，結(jié)果表明：當固形物含量為20%、芯材∶壁材（質(zhì)量比）=2∶5、壁材中阿拉伯膠:β-環(huán)糊精（質(zhì)量比）=3∶5時，原花青素的微膠囊化效果最好，微膠囊包埋效率和得率均為最高，分別為98.5%和87.3%。而且原花青素微膠囊化后，對熱、光等有一定的耐受性，其穩(wěn)定性有顯著提高。

原花青素；阿拉伯膠；β-環(huán)糊精；穩(wěn)定性

Abstract：This paper mainly studies prepared products of micro-capsules by spray-drying,the wall material composition effect on the microencapsulation of proanthocyanidins.The results showed that:When the solids content is 20%,core material:wall material（weight ratio）is 2∶5,Arabic gum:β-cyclodextrin（weight ratio）is 3∶5,the products of micro-capsules are best,the efficiency and yield of micro-capsule are the highest,respectively 98.5%and 87.3%.And the products have a certain tolerance to heat,light,etc.,its stability has improved significantly.

Key words:proanthocyanidins;arabic gum;β-cyclodextrin;stability

原花青素(proanthocyanidin)是廣泛存在于植物界的天然多酚化合物，由不同數(shù)量的(+)兒茶素,(-)表兒茶素，和(-)表兒茶素-3-鄰沒食子酸結(jié)合而成[1]。按聚合度的大小，通常將二聚體～四聚體稱為低聚體，將五聚體以上的稱為高聚體。原花青素具有很強的抗氧化活性，能夠清除體內(nèi)自由基和抑制脂質(zhì)過氧化，研究表明其抗氧化性是傳統(tǒng)抗氧化劑VC的20倍、VE的50倍[2]，使得它在保健食品、化妝品及醫(yī)藥等領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。但原花青素易受光、熱、pH值等外界條件的影響發(fā)生氧化且口感微澀，使其應(yīng)用受到限制。

微膠囊技術(shù)就是將固體、液體或氣體包埋、封存在一種微型膠囊內(nèi)成為固體微粒產(chǎn)品的技術(shù)，這樣能夠保護被包裹物質(zhì)，使之與外界環(huán)境隔絕，從而最大限度的保持物質(zhì)的原有特性、掩蓋不良氣味。早在1954年，美國已經(jīng)實現(xiàn)了微膠囊生產(chǎn)工業(yè)化。目前應(yīng)用于食品工業(yè)中的微膠囊化方法有：噴霧干燥法、噴霧冷卻固化法、油相相分離法、水相相分離法、分子微膠囊法、擠壓法、吸附法、膠體冷卻凝固粉碎法、多重乳狀液法、氣體懸浮涂裹法。其中，噴霧干燥法是最常用的微膠囊制備方法，其基本過程分為三個階段：囊壁材料的溶解、囊芯在囊壁溶液中的乳化和噴霧干燥[3]。本試驗采用噴霧干燥法研究壁材組成對原花青素微膠囊化的影響，以期制備理化性質(zhì)穩(wěn)定的原花青素微膠囊產(chǎn)品，使原花青素的應(yīng)用更加廣泛、有效。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

沒食子酸、Folin-Ciocalteau試劑：sigma公司；碳酸鈉、無水乙醇：分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司；阿拉伯膠、β-環(huán)糊精：上?；瘜W(xué)試劑公司；蒸餾水：自制；原花青素：自制。

超聲波藥品處理機：濟寧金百特電子有限責(zé)任公司；Spectrumlab755s紫外可見分光光度計：上海棱光技術(shù)有限公司；FA-N/JA-N電子天平：上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司；數(shù)顯恒溫水浴鍋：城西曉陽電子儀器廠；JHBE-50A閃式提取器：北京金鼎科技發(fā)展有限公司；QZR-5型噴霧干燥器：無錫林洲噴霧干燥器廠。

1.2 分析方法

1.2.1 微膠囊化效果的評定

微膠囊化的效果用微膠囊化效率和微膠囊化產(chǎn)率來評定。微膠囊化效率是衡量原花青素的被包埋程度，微膠囊化效率=（1-微膠囊表面原花青素量）/產(chǎn)品中原花青素量×100%；微膠囊化產(chǎn)率指微膠囊產(chǎn)品中芯材的含量與制備微膠囊時初始加入的芯材含量之比，它反映的是微膠囊制備過程中的保留率，微膠囊化產(chǎn)率=微膠囊產(chǎn)品中所含原花青素量/理論總原花青素量×100%[4]。

1.2.2 微膠囊化原花青素穩(wěn)定性試驗

將制備好的微膠囊化花青素裝于透明的樣品瓶中密封貯藏，在室溫（20±5）℃下用自然光照射，每隔一周取樣測定花青素含量，與貯藏前樣品中花青素含量相比得保留率[5]。

1.2.3 標準曲線的繪制[6]

以沒食子酸為標準品，用蒸餾水配置不同濃度的沒食子酸標準品溶液，分別取不同濃度的溶液1 mL于10 mL的容量瓶中，加入1.5 mL的碳酸鈉溶液（質(zhì)量分數(shù)26.7%）、0.5 mL的Folin-Ciocaheau顯色劑，用蒸餾水定容至刻度。容量瓶置于25℃下的恒溫水浴鍋內(nèi)，2 h后，于760 nm下，以蒸餾水為空白樣，用紫外分光光度計測吸光度。以標準溶液濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標繪制標準曲線見圖1。

圖1 沒食子酸標準曲線Fig.1 Standard curve of gallic acid

1.2.4 微膠囊中原花青素含量的測定

精確稱取0.2 g左右的微膠囊化原花青素放入研缽中加入適量蒸餾水研成糊狀，過濾，濾過液移至250 mL的容量瓶中，用蒸餾水定容。取1 mL溶液于10 mL的容量瓶中，加入1.5 mL的碳酸鈉溶液、0.5 mL的Folin-Ciocaheau顯色劑，用蒸餾水定容至刻度。容量瓶置于25℃下的恒溫水浴鍋內(nèi)，2 h后，測其吸光度。

1.2.5 微膠囊表面原花青素含量的測定

精確稱取0.5 g左右的微膠囊化原花青素加入10 mL 95%乙醇洗滌5 min，過濾，濾過液移至250 mL的容量瓶中，用蒸餾水定容。取1 mL溶液于10 mL的容量瓶中，加入1.5 mL的碳酸鈉溶液、0.5 mL的Folin-Ciocaheau顯色劑，用蒸餾水定容至刻度。容量瓶置于25℃下的恒溫水浴鍋內(nèi)，2 h后，測其吸光度。

2 方法

以阿拉伯膠和β-環(huán)糊精為壁材的微膠囊包埋，稱取一定量的β-環(huán)糊精溶解在蒸餾水中，再加入一定量的阿拉伯膠溶液，緩慢加入花青素，攪拌均勻，均質(zhì)形成穩(wěn)定的乳化液，進行噴霧干燥，得到含花青素的粉末狀產(chǎn)品，然后對產(chǎn)品進行測定效率和得率的測定。

分別改變阿拉伯膠和β-環(huán)糊精的質(zhì)量配比、芯材與壁材的質(zhì)量配比以及固形物含量，進行單因素試驗，確定最佳壁材組成對原花青素微膠囊化效果。按L9(34)正交試驗設(shè)計的因素水平見表1。

表1 正交試驗方案Table 1 The program of orthogonal experiment

3 結(jié)果與分析

3.1 阿拉伯膠與β-環(huán)糊精的質(zhì)量配比對原花青素微膠囊化效果的影響

阿拉伯膠與β-環(huán)糊精的質(zhì)量配比對原花青素微膠囊化效果的影響見圖2。

圖2 阿拉伯膠與β-環(huán)糊精的質(zhì)量配比對原花青素微膠囊化效果的影響Fig.2 The weight ratio of Arabic gum and β-cyclodextrin effect on microencapsulation of proanthocyanidins

β-環(huán)糊精具有特殊的中空結(jié)構(gòu)，可與許多物質(zhì)形成包接配位物，將外來分子置于中心部位而完成包埋過程[4]。而阿拉伯膠具有很好的乳化性和成膜性，有利于提高產(chǎn)品的微膠囊化效果，由圖2可知，微膠囊化的效率隨阿拉伯膠的增加而增加。但當壁材中阿拉伯膠的比例過高時，可能會因為壁材黏度過大而影響微膠囊化效果。

3.2 芯材與壁材的質(zhì)量配比對原花青素微膠囊化效果的影響

芯材與壁材的質(zhì)量配比對原花青素微膠囊化效果的影響見圖3。噴霧干燥法制備的微膠囊中，芯材有效載量可達到60%~70%，但一般為20%~40%[4]。由圖3可知隨著芯材與壁材比例的提高，微膠囊產(chǎn)品的效率和得率增加，但當芯材與壁材的比例提高到3∶5時，產(chǎn)品效率下降，這可能是因為芯材載量過高，囊壁強度減弱，產(chǎn)品不耐摩擦或擠壓，從而降低了壁材對芯材的包覆效果，導(dǎo)致產(chǎn)品的效率較低。

圖3 芯材與壁材的質(zhì)量配比對原花青素微膠囊化效果的影響Fig.3 The weight ratio of core material and wall material effect on microencapsulation of proanthocyanidins

3.3 固形物含量對原花青素微膠囊化得影響

圖4 固形物含量對原花青素微膠囊化的影響Fig.4 The solids content effect on microencapsulation of proanthocyanidins

固形物含量對原花青素微膠囊化得影響見圖4。由圖4可知隨著固形物濃度的增加，微膠囊產(chǎn)品的效率先上升后下降。這可能是因為固形物濃度增加時，體系的黏度增大，減少了芯材向壁表面的遷移，有利于噴霧干燥過程中囊壁的形成和致密性的提高。但是當固形物含量過高時，進料黏度的增大使料液的霧化困難，并導(dǎo)致料液在干燥筒中的粘壁嚴重，使噴頭發(fā)生堵塞現(xiàn)象。

3.4 以阿拉伯膠和β-環(huán)糊精為壁材的試驗結(jié)果與分析

以阿拉伯膠和β-環(huán)糊精為壁材的試驗結(jié)果與分析見表2~表4。

表2 正交試驗結(jié)果Table 2 The results of orthogonal experiment

續(xù)表2 正交試驗結(jié)果Continue table 2 The results of orthogonal experiment

表3 以效率為指標的極差分析Table 3 The range analysis of efficiency as an indicator

表4 以得率為指標的極差分析Table 4 The range analysis of yield as an indicator

表3為以效率為指標的極差分析，比較三因素的極差R，結(jié)果是X3>X1>X2，由此可見固形物含量對效率的影響最為顯著，其次為壁材中阿拉伯膠與β-環(huán)糊精的比例；表4是以得率為指標的極差分析，比較三因素的極差R，結(jié)果是X3>X2>X1，由此可見固形物含量對效率的影響最為顯著，其次為芯材與壁材的比例。

綜上所述，當固形物含量為20%、芯材∶壁材（質(zhì)量比）=2∶5、壁材中阿拉伯膠:β-環(huán)糊精（質(zhì)量比）=3∶5時，微膠囊包埋效率和得率均為最高。用上述條件做驗證試驗，得到的微膠囊效率和得率分別為98.5%和87.3%。

3.5 微膠囊化原花青素穩(wěn)定性的影響

微膠囊化原花青素穩(wěn)定性的影響見圖5。由圖5可以發(fā)現(xiàn)，微膠囊化原花青素在室溫光照條件下保存4周后囊內(nèi)原花青素保留率仍在55%以上,而囊外原花青素4周后保留率不到5%。微膠囊囊外原花青素的降解速度明顯快于囊內(nèi)的原花青素，這說明微膠囊壁材對原花青素的保護作用是非常明顯的。

圖5 微膠囊化原花青素產(chǎn)品的穩(wěn)定性Fig.5 The stability of products of micro-capsules

4 結(jié)論

用噴霧干燥法制備微膠囊化原花青素，阿拉伯膠與β-環(huán)糊精的質(zhì)量配比為3∶5，芯材與壁材的質(zhì)量配比2∶5，固形物含量為20%時所得產(chǎn)品的微膠囊化效率達95%以上。采用阿拉伯膠和β-環(huán)糊精為壁材對原花青素進行微膠囊化，所得微膠囊化原花青素對熱、光等的穩(wěn)定性有一定的改善。

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The Influence of Wall Material Composition for the Microencapsulation of Proanthocyanidins

CHEN Hong-bo1,XU Bao-ming2
（1.Mengniu Dairy(Group)Co.,Ltd.,Ma'anshan 243015,Anhui,China;2.School of Chemical and Environmental Engineering,Hubei University of Technology,Wuhan 430068,Hubei,China）

2010-02-01

陳紅波（1977—），男（漢），工程碩士，研究方向：食品加工工藝。

*通信作者：徐保明（1966—），男（漢），高級工程師，副教授。