陳 敦，苗 雨，葉 淑 紅，王 晗，肖 珊，王 際 輝

(大連工業(yè)大學 遼寧省食品生物技術重點實驗室，遼寧 大連 116034)

0 引 言

微膠囊是由天然或合成的高分子包裹材料制成的直徑1～2 000μm的一種具有半透性或封閉性的微型容器[1]。微膠囊技術已被廣泛應用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、香料、食品、染料等行業(yè)或領域微膠囊化過程中。微膠囊壁材是決定微膠囊性能的關鍵因素。目前，微膠囊壁材的研究主要體現(xiàn)在載藥量、生物相容性以及緩釋性能等方面。但公認較好的微膠囊壁材價格昂貴，用其制備的微膠囊產(chǎn)品價格居高不下，這些問題都限制了微膠囊技術的廣泛利用[2]。因此，如何開發(fā)有競爭力的高分子包裹材料是當前微膠囊研究的重要課題。

微生物多糖是細菌、真菌和藍藻等微生物在代謝過程中產(chǎn)生的對微生物有保護作用的一類生物高聚物，其作為膠凝劑、成膜劑、保鮮劑、乳化劑等，廣泛應用于食品、制藥、石油和化工等領域[3]。它安全無毒，理化性質(zhì)獨特，生產(chǎn)周期短，且不受季節(jié)、地域和病蟲害等條件限制，因而已經(jīng)在許多領域得到應用[4]。本試驗選擇有抗氧化活性的多糖[5]為壁材，利用復凝聚法將紅花油制備成微膠囊油脂粉末[6]，使紅花油與外界環(huán)境隔絕，延緩氧化，增強其溶解性，以提高其在生產(chǎn)中的應用價值。

1 試 驗

1.1 材料與儀器

1.1.1 菌 株

假單胞桿菌PT－8，大連工業(yè)大學食品學院實驗室保藏菌株。

1.1.2 培養(yǎng)基

基礎培養(yǎng)基：葡萄糖10g、蛋白胨10g、牛肉膏3g、氯化鈉5g，用蒸餾水溶解，定容至1 000mL。

發(fā)酵培養(yǎng)基：蔗糖35g、牛肉膏20g、磷酸氫二鉀1g、磷酸二氫鉀0.5g、硫酸錳0.5g、硫酸鎂1g、氯化鈉30g，用蒸餾水溶解，定容至1 000mL。

1.1.3 主要儀器與試劑

FE20精密pH計，R104分散機，JJ－1精密增力電動攪拌器，JSM－64602LV掃描式電子顯微鏡，XSP－24N光學顯微鏡，BIOECH－5JG－2002A發(fā)酵罐，UV5100紫外分光光度計；紅花油，明膠，正己烷，冰乙酸，戊二醛。

1.2 方 法

1.2.1 發(fā)酵方法

假單胞菌PT－8以5%接種量于5L發(fā)酵罐中30℃恒溫培養(yǎng)48h。

1.2.2 多糖的提取

發(fā)酵液經(jīng)離心去除菌體，再使用Sevag試劑除去蛋白，醇沉得多糖，然后冷凍干燥18h，獲得淡黃色多糖粉末[7]。

1.2.3 微膠囊的制備

將紅花油邊攪拌邊加到明膠溶液中，30 000r／min均質(zhì)1min，形成穩(wěn)定的乳液，然后將多糖溶液在400r／min、50℃逐滴添加到乳液中，用10%的冰乙酸溶液調(diào)整其pH為3.6，反應1h，400r／min下使微膠囊乳液降溫至5℃以下，按比例加入交聯(lián)劑戊二醛，經(jīng)過一段時間的交聯(lián)反應，冷凍干燥得到胞外多糖紅花油微膠囊產(chǎn)品[8]。

1.2.4 單因素試驗

分別以壁材質(zhì)量濃度、交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)、交聯(lián)時間、壁材質(zhì)量比、pH為單因素，考察各因素對制備微膠囊的影響。各因素水平梯度分別為：壁材質(zhì)量濃度(A)為10、30、50、70、90g／L；交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)(B)為0、1%、3%、5%、7%；交聯(lián)時間(C)為0、30、60、90、120、150、180min；壁材質(zhì)量比為5∶1、5∶2、5∶3、5∶4、5∶5、5∶6、5∶7；pH 為2.0、2.4、2.8、3.2、3.6、4.0、4.4。

1.2.5 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，進行三因素三水平，每個試驗作3個平行，采用L9(33)試驗。其因素和水平見表1。

表1 微膠囊制備的影響因素和水平Tab.1 The influence factors and level of microcapsule preparation

1.2.6 微膠囊包埋率的測定

微膠囊表面油含量的測定：稱取凍干后微膠囊樣品(1.0±0.05)g于250mL錐形瓶中，加入20mL正己烷，劇烈震搖2～3min，有機濾膜過濾，重復3次，收集濾液，蒸去正己烷，烘干至恒重，瓶體增加的質(zhì)量即為表面油的量。

微膠囊總油含量的測定：使用索氏抽提法提取總油[9]。

式中：m1為總油質(zhì)量，mg；m2為表面油質(zhì)量，mg。

1.2.7 微膠囊形態(tài)

光學顯微鏡觀察：取少許微膠囊粉末溶于水中，吸取若干滴，置于載玻片上，滴1～2滴番紅指示劑，蓋上蓋玻片，采用光學顯微鏡觀測，放大倍數(shù)600倍，用相機拍照。

掃描電子顯微鏡(SEM)觀察：采用掃描電子顯微鏡，將微膠囊粉末噴金后觀察其形態(tài)[10]。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 pH對復凝聚反應的影響

在酸性條件下，明膠與多糖帶相反電荷，因而會發(fā)生凝聚現(xiàn)象[11]，當反應較為充分時，會出現(xiàn)明顯的沉淀物，靜置后，反應體系的透光率會增高。從圖1可以看到隨著冰乙酸溶液的添加，反應體系的透光率在2.4～4.0較高。從pH 4.0開始，明膠與多糖發(fā)生劇烈的復凝聚反應，反應體系的透光率開始上升，至pH 3.6時透光率達到最高，之后透光率開始降低，復凝聚現(xiàn)象逐漸減弱，當pH小于2.4時透光率驟然降低，說明此條件下復凝聚現(xiàn)象已經(jīng)不太明顯，由此可定最佳pH為3.6。

圖1 pH對反應體系透光率的影響Fig.1 Effect of pH on the reaction system light transmittance

2.1.2 壁材質(zhì)量比對復凝聚反應的影響

從圖2可以看出，對于同等質(zhì)量濃度的明膠和多糖，溶液體積比為5∶4時，混合溶液的透光率最高。由此確定當質(zhì)量比為5∶4時，明膠和多糖能夠充分發(fā)生復凝聚反應。

圖2 壁材質(zhì)量比對微膠囊透光率的影響Fig.2 Effect of the ratio of wall material quality on the light transmittance

2.1.3 壁材質(zhì)量濃度對制備紅花油微膠囊的影響

從圖3可以看出，微膠囊的包埋率先隨著壁材質(zhì)量濃度的增高而增高，當壁材質(zhì)量濃度為50g／L時，微膠囊產(chǎn)品的包埋率達到最高，之后包埋率開始略微下降。隨著壁材質(zhì)量濃度增加，高黏度的凝聚相有利于產(chǎn)生更穩(wěn)定的微膠囊，但是如果黏度過高，微膠囊壁會相互黏結(jié)，不利于圓整、分散、顆粒均勻的微膠囊產(chǎn)品的形成，因此包埋效果反而會削弱。

圖3 壁材質(zhì)量濃度對微膠囊包埋率的影響Fig.3 Effect of the wall material concentration on the microcapsule embedding rate

2.1.4 交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)對制備紅花油微膠囊的影響

從圖4可以看出，戊二醛用量太少，微膠囊壁交聯(lián)作用較弱，明膠和多糖分子可以重新進入水相，影響微膠囊包封率[8]。隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)的增高，至3%時包埋率最高，之后隨著交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)的增高，微膠囊的包埋率隨之下降，這可能因為用量過大，交聯(lián)過度，影響微膠囊形狀和包埋率。

圖4 交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響Fig.4 Effect of the mass fraction of crosslinker on the microcapsule embedding rate

2.1.5 交聯(lián)時間對制備紅花油微膠囊的影響

從圖5可以看出，加入戊二醛進行交聯(lián)反應需要時間[11]。時間太短，交聯(lián)反應來不及發(fā)生，形成的微膠囊壁不夠堅韌，影響微膠囊的包埋率，隨著交聯(lián)時間的延長，交聯(lián)反應逐漸發(fā)生，至120min時，交聯(lián)反應已經(jīng)基本完成，持續(xù)增加時間，交聯(lián)效果不會有顯著變化。

圖5 交聯(lián)時間對微膠囊包埋率的影響Fig.5 Effect of the crosslinking time on the microcapsule embedding rate

2.2 正交試驗

正交試驗結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，3個因素對試驗結(jié)果影響的主次順序為：B＞A＞C，即交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)＞壁材質(zhì)量濃度＞交聯(lián)時間，這說明交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)對提高微膠囊包埋率的作用更顯著，最佳提取組合為A2B2C3，即壁材質(zhì)量濃度為50g／L，交聯(lián)劑質(zhì)量分數(shù)為3%，交聯(lián)時間為140min。在此最佳提取條件下進行驗證試驗，微膠囊的包埋率可達81.12%。

2.3 微膠囊的微觀效果

經(jīng)掃描式電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，微膠囊粉末內(nèi)部是由許多的微小圓粒組成，粒徑大小為1～10μm，且形態(tài)不一，相互之間有一定黏結(jié)[10](圖6(a))。如果將微膠囊粉末溶于水，又經(jīng)番紅染色后發(fā)現(xiàn)，微膠囊可被染色，形態(tài)較為圓整、均勻、分散(圖6(b))。

表2 L9(33)正交試驗表Tab.2 Orthogonal table

圖6 微膠囊的微觀圖片F(xiàn)ig.6 Microscopic image of microcapsule

3 結(jié) 論

試驗確定以假單胞菌PT－8胞外多糖和明膠為壁材制備紅花油微膠囊的最佳包埋率為81.2%，形成的粒子形態(tài)較好。明膠和假單胞菌PT－8胞外多糖在酸性條件下電負性不同，正負電荷相互作用，從溶液中解析出來，包覆在乳化的油滴表面，使用戊二醛進行一段時間的交聯(lián)反應，形成微膠囊。戊二醛交聯(lián)劑的文獻有很多，就本研究而言，交聯(lián)劑處于核心地位。由于戊二醛中的醛基與明膠酰胺中的氨基發(fā)生交聯(lián)反應，交聯(lián)反應的結(jié)果形成了多個蛋白分子交接的網(wǎng)狀結(jié)構，隨著戊二醛用量的增加，蛋白分子間的“搭橋”頻繁，交聯(lián)網(wǎng)點密度提高，增強微膠囊壁的強度和密封性。

以假單胞菌胞外多糖和明膠為復合壁材，用復凝聚法制備紅花油微膠囊是一種既簡便又經(jīng)濟的方法。因此，假單胞菌PT－8胞外多糖可以作為制備紅花油微膠囊的壁材。

[1]張?zhí)?，譚天偉，凌沛學.微膠囊壁材在食品工業(yè)中的研究進展[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2011，37(5)：132－137.

[2]甘孝勇.藥物微膠囊壁材研究進展[J].廣州化工，2012，40(5)：56－57.

[3]黃漢武，曾偉，陳桂光.微生物多糖工業(yè)化研究進展[J].輕工科技，2012(5)：19－23.

[4]張國民，申可佳，文禮湘，等.微生物多糖的應用研究進展[J].世界科技研究與發(fā)展，2009，31(5)：889－891.

[5]汪洋，陳靠山.微生物多糖的功能研究進展[J].科技信息，2013(16)：131－132.

[6]HOSSEINI S M H，EMAM－DJOMEH Z，RAZAVI S H，et al.Complex coacervation ofβ－lactoglobulinκ－Carrageenan aqueous mixtures as affected by polysaccharide sonication[J].Food Chemistry，2013，141：215－222.

[7]孫紅梅，張星星，白玉，等.海洋假單胞菌胞外多糖的抗氧化性 [J].大連工業(yè)大學學報，2012，31(6)：395－398.(SUN Hong－mei，ZHANG Xing－xing，BAI Yu，et al.Antioxidant effects of extracellular polysaccharides from a marinePseudomonas[J].Journal of Dalian Polytechnic University，2012，31(6)：395－398.)

[8]GU Xiangling，ZHU Xiaoli，KONG Xiangzheng，et al.Comparisons of simple and complex coacervations for preparation of sprayable insect sex pheromone microcapsules and release control of the encapsulated pheromone molecule[J].Journal of Microencapsulation，2010，27(4)：355－364.

[9]DEVI N，HAZARIKA D，DEKA C，et al.Study of complex coacervation of gelatin A and sodium alginate for microencapsulation of olive oil[J].Journal of Macromolecular Science，Part A：Pure and Applied Chemistry，2012，49：936－945.

[10]CONTO L，GROSS C，GONCALVES L.Chemometry as applied to the production of omega－3microcapsules by complex coacervation with soy protein isolate and gum Arabic[J].LWT－Food Science and Technology，2013，53：218－224.

[11]謝艷麗，蔣敏，陳鴻雁.復凝聚法制備明膠／阿拉伯膠含油微膠囊工藝過程的研究[J].化學世界，2010，51(1)：33－37.