井樂剛，趙新淮

（1.哈爾濱師范大學生命科學與技術學院，哈爾濱 150025；2.東北農業(yè)大學乳品科學教育部重點實驗室，哈爾濱 150030）

維生素是維持人體正常生理功能所必需的一類微量低分子有機化合物。大多數(shù)維生素性質較為活潑，有些還具有不良的滋氣味。例如，水溶性維生素中的VB1、VB6等對光、熱、濕、氧等因素不穩(wěn)定，在食品加工和貯存過程中容易損失。此外，VB1略有米糠似的特異臭，味苦；煙酰胺有苦味[1]，在食品中應用時會影響食品的感官品質。微膠囊技術是指利用天然的或者合成的高分子包囊材料，將固體、液體或氣體物質包埋在微小、半透性或密封的膠囊內，使內容物在特定條件下以可控的速率進行釋放的技術。通過微膠囊技術可以達到隔離活性成分、保護芯材免受環(huán)境影響、掩蓋不良味道或氣味、控制釋放等目的[2]。微膠囊的方法有許多種，常用的有銳孔法[3]、分子包埋法[4]、噴霧干燥法[5]、冷凍干燥法[6]、相分離法[7]等。微膠囊技術在食品工業(yè)中的應用已發(fā)展到香精、香料、油脂、添加劑、酶制劑、微生物制劑等許多方面[2-7]。關于維生素的微膠囊化研究，大多數(shù)是關于脂溶性維生素的，如維生素A、維生素D、維生素E等[8-10]。水溶性維生素的微膠囊化主要集中于維生素C[5-7]。關于B族維生素的微膠囊化研究報道則很少。本文作者曾利用冷凍干燥技術，結合粉碎、篩分技術，制備了復合維生素微膠囊[11]。本試驗以聚甘油單硬脂酸酯為壁材，以維生素B1、維生素B6和煙酰胺為芯材，采用噴霧冷卻法制備復合維生素微膠囊，為開發(fā)新型的維生素類營養(yǎng)強化劑提供技術參考。

1 材料與方法

1.1 材料

VB1、VB6、煙酰胺（上海勵成精細化工有限公司），聚甘油單硬脂酸酯（丹尼斯克（中國）有限公司），均為食品級；其他試劑均為分析純；水為去離子水。

1.2 儀器設備

hx300型往復式噴霧器（余姚市東霞噴霧塑業(yè)有限公司）；FM300型高剪切分散乳化機（上海弗魯克流體機械制造有限公司）；GL-21M型高速冷凍離心機（上海市離心機研究所）；F-4500型熒光分光光度計（日本Hitachi公司）。

1.3 方法

1.3.1 復合維生素微膠囊的制備工藝

以聚甘油單硬脂酸酯為壁材，以維生素B1、維生素B6和煙酰胺的混合物為芯材，采用噴霧冷卻法，制備復合維生素微膠囊，制備的工藝流程如圖1所示。工藝要點分別為：

芯材溶液制備：稱取維生素B1、維生素B6、煙酰胺，加適量水溶解，混勻，制成芯材溶液。三種維生素之間的比例，依照“中國居民膳食營養(yǎng)素參考攝入量表”中1～3歲幼兒需要量的比例（VB1∶VB6∶煙酰胺 =4∶3.3∶40，W/W）[12]。

圖1 噴霧冷卻法制備復合維生素微膠囊的工藝流程Fig.1 Flow chart of preparation of compound vitamin microcapsules by spray cooling

壁材溶液制備：稱取聚甘油單硬脂酸酯，加入一定量的水，在57℃水浴中加熱、攪拌10 min，使其分散均勻，制成壁材溶液。

混合：按照一定的壁材/芯材比，將芯材溶液加入到壁材溶液中，攪拌、混勻。

乳化：將壁材、芯材混合物，用高剪切分散乳化機，在2 000 r·min-1下乳化3 min。

噴霧冷卻：把乳化后的溶液用噴霧器向裝有5℃0.05%吐溫60溶液的圓桶中噴霧，噴霧器的噴嘴直徑為1 mm。

離心分離：把噴霧后的混合液，用高速冷凍離心機于1 600 g離心10 min，把上清液倒出，沉淀即為微膠囊產品。

1.3.2 壁材/芯材比對微膠囊中維生素荷載量及包埋率的影響

選擇壁材/芯材比分別為5∶1、10∶1、15∶1（W/W），聚甘油單硬脂酸酯濃度為3∶50（W/V），制備微膠囊，測定微膠囊中維生素的荷載量及包埋率。

1.3.3 微膠囊中維生素荷載量及包埋率的測定

由于芯材為三種維生素的混合物，為簡便起見，以維生素B1為考察對象。根據(jù)混合物中維生素B1的含量及比例，確定微膠囊中維生素的荷載量。以維生素B1的包埋率，代表維生素整體的包埋率。

微膠囊表面維生素B1量的測定：準確稱取1～2 g微膠囊產品，加入約50 mL0.05%吐溫60溶液，輕輕攪拌，使其分散；200 g離心10 min；過濾上清后，用0.05%吐溫60溶液定容到50 mL。從中吸取一定量溶液，按1.3.4中的方法測定維生素B1量。

微膠囊中維生素B1量的測定：準確稱取0.5～1g的微膠囊產品，加入15 mL三氯甲烷使其全部溶解，然后分別用15 mL去離子水萃取三氯甲烷3次，每次萃取時靜置30 min，合并水層后，定容到50 mL。從其中吸取一定量溶液，按1.3.4中的方法測定維生素B1量。

1.3.4 維生素B1量的測定

本試驗采用熒光分光光度法[13]，測定微膠囊表面及微膠囊中維生素B1的量。

標準曲線的繪制：稱取一定量的維生素B1，配制成濃度分別為0.05、0.10、0.20、0.30、0.40和0.50 μg·mL-1的溶液，再分別吸取上述溶液0.5 mL，加入 0.1 mol·L-1HCl溶液 2.5 mL、0.01 mol·L-1(NH4)6Mo7O24溶液1.0 mL，搖勻，氧化3 min，再加入0.1 mol·L-1NaOH溶液5.5 mL，最后加入0.5 mL水。用熒光分光光度計，在370 nm激發(fā)波長、440 nm發(fā)射波長下，測定熒光強度。以維生素B1濃度為橫坐標，熒光強度為縱坐標，繪制標準曲線。

樣品測定：測定微膠囊表面和微膠囊中維生素B1量時，根據(jù)不同的壁材性質，把樣品進行相應的處理后，按上述方法測定，通過標準曲線，計算樣品中的維生素B1量。

2 結果與分析

2.1 維生素B1含量的分析

在本研究中，所制備的微膠囊中的芯材為三種維生素的混合物。由于逐一測定每一種維生素的含量相當費時，也不是十分必要，為簡便起見，以其中一種維生素即維生素B1為考察對象。根據(jù)維生素混合物中維生素B1的含量及比例，確定微膠囊中維生素的荷載量，以維生素B1的包埋率代表維生素整體的包埋率。在試驗過程中，需要經(jīng)常測定維生素B1的含量以進行相關的計算。因此，選擇一種簡便而準確的測定方法非常關鍵。鉬酸銨與維生素B1的熒光反應，可以用于測定微膠囊樣品中維生素B1的含量，所利用的標準曲線如圖2所示。該氧化測定體系操作簡便、快速，熒光強度穩(wěn)定，試劑無毒性。

圖2 熒光分光光度法測定維生素B1含量的標準曲線Fig.2 Standard curve for the determination of content of vitamin B1by fluorospectrophotometry

2.2 壁材/芯材比對微膠囊中維生素荷載量及包埋率的影響

不同壁材/芯材比對微膠囊中維生素荷載量及包埋率的影響如表1所示。

可以看出，隨著壁材/芯材比的增加，微膠囊中維生素的荷載量降低。這顯然是由于，隨著壁材/芯材比的增加，微膠囊中芯材所占比例下降。還可以看出，隨著壁材/芯材比的增加，微膠囊中維生素的包埋率則增加。這是由于，壁材比例增加時，壁材所產生的物理阻隔或屏障作用增大，芯材不易泄露到微膠囊表面，因此導致維生素的包埋率增加。上述結果與采用冷凍干燥-粉碎-篩分工藝制備微膠囊[11]的結果是一致的。

表1 壁材/芯材比對維生素荷載量及包埋率的影響Table 1 Effects of ratio of polyglycerol monostearate to core material on the loading and encapsulation efficiency of vitamins

表中的試驗結果還顯示，雖然維生素的包埋率不算太低，但其荷載量卻非常低。這一方面是由于包埋率低，導致部分維生素進入吐溫60溶液中，離心后被除去；另一方面，也可能是由于本試驗所使用的噴霧裝置霧化效果不好所造成的。相比我們之前的研究[11]，本試驗的芯材中沒有加入維生素B2和葉酸，因為它們在水中的溶解度都較低。如果在芯材中加入這兩種維生素，那么噴霧冷卻的料液濃度必然較低，壁材濃度也要相應較低。為了提高壁材濃度，改善包埋效果，雖然在芯材中沒有加入這兩種維生素，但從試驗結果來看，微膠囊產品的包埋率仍不是很高。

把微膠囊產品應用于食品中時，一般希望芯材的荷載量越高越好，這樣可以減少壁材的使用量，降低成本；同時，也希望芯材的包埋率越高越好，這樣有利于提高產品的穩(wěn)定性和應用效果。過低的壁材/芯材比雖然可以增加維生素的荷載量，但對包埋是不利的。在制備微膠囊時，對于壁材/芯材比的選擇，需要綜合考慮荷載量、包埋率、生產成本、應用效果等多方面因素。從表中數(shù)據(jù)來看，當壁材/芯材比為10:1（W/W）時，微膠囊中維生素的荷載量和包埋率都相對較高。因此，壁材/芯材比為10:1是一較為合適的比例。

3 討論與結論

以聚甘油單硬脂酸酯作為壁材，采用噴霧冷卻工藝制備微膠囊，已有一些文獻報道。Kwak等[14]用聚甘油單硬脂酸酯為壁材，采用噴霧冷卻工藝，制備了β-半乳糖苷酶微膠囊，研究了壁材與芯材比例對于微膠囊化效率的影響。由于把聚甘油單硬脂酸酯加熱到55℃時，仍很難噴霧，因此，需加入蒸餾水以降低聚甘油單硬脂酸酯的黏度。該研究工作考察了壁材與蒸餾水的比例對β-半乳糖苷酶微膠囊化效率的影響。結果表明，當壁材/蒸餾水為5∶4時，壁材/芯材比為15∶1（W/W）時，微膠囊化效率達到最高值72.8%；壁材/芯材比為5∶1時，微膠囊化效率最低，為50.9%。當壁材/芯材比為15∶1（W/W）時，壁材/蒸餾水為5∶4時，微膠囊化效率達到最高值72.8%；壁材/蒸餾水為5∶2時，微膠囊化效率最低，為57.9%。Kwak等以聚甘油單硬脂酸酯為壁材，采用噴霧冷卻工藝，制備了硫酸鐵銨微膠囊。當壁材與芯材及蒸餾水的比例為5∶1∶30（W/W/V）時，微膠囊化效率為最高值75%[15]。Lee等用聚甘油單硬脂酸酯為壁材，采用噴霧冷卻工藝，制備了L-抗壞血酸微膠囊[6]。在該研究中，壁材與蒸餾水的比例為1∶10（W/V）。隨著壁材/芯材比的增加，微膠囊中抗壞血酸的微膠囊化效率降低，但都在80%以上。Kim等以聚甘油單硬脂酸酯為壁材，采用噴霧冷卻工藝，按壁材與蒸餾水比例為5∶4，制備了β-半乳糖苷酶微膠囊，并研究了此微膠囊在模擬胃液和模擬腸液中的釋放特性。結果表明，當壁材/芯材比為15∶1（W/W）時，微膠囊化效率達到最高值91.5%；當壁材/芯材比為5∶1時，微膠囊化效率最低，為61.4%[16]。這些研究表明，微膠囊化的條件取決于壁材與芯材的比例、噴霧料液的黏度、壁材與芯材的種類以及微膠囊所應用的食品體系。從表1中包埋率的數(shù)據(jù)來看，我們的研究結果與上述研究結果是一致的。

油溶性物質的微膠囊化通常選擇水溶性的壁材，比較容易進行微膠囊化處理。但是，對于水溶性的食品成分，要把其微膠囊化，使其在食品加工或貯藏過程中免受外界環(huán)境破壞，則比較困難。通常只能選擇食品級材料對其進行包埋，使這些水溶性成分在食品體系中不泄露。對于水溶性物質微膠囊化，最常用的方法是通過噴霧冷卻或噴霧冷凍。即先把水溶性成分分散在熔融的脂肪或蠟中，然后通過熱的噴嘴，在室溫（噴霧冷卻）或冷凍溫度（噴霧冷凍）下將分散液噴進一容器中。如果容器在室溫下，那么包埋材料的熔點應在45～122℃之間。如果容器被冷卻，那么包埋材料的熔點應在32～42℃之間。這樣制備的微膠囊在水中是不溶的。如果食品的溫度升高到超過脂肪或蠟的熔點時，微膠囊中的芯材就會釋放出來。這樣，就可以實現(xiàn)溫度控制釋放。如果在噴霧冷卻或噴霧冷凍過程中，不能很好地控制脂肪的結晶，就會產生不希望的釋放特性或粒子軟化[17]。

綜上所述，以聚甘油單硬脂酸酯為壁材，采用噴霧冷卻法，制備復合維生素微膠囊時，隨著壁材/芯材比的增加，維生素的包埋率增加而荷載量降低，比較合適的壁材/芯材比為10∶1（W/W）。

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