楊小葵,王 卉,曹溫馨

(海南熱帶海洋學(xué)院 食品學(xué)院,海南 三亞 572022)

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肉桂油環(huán)糊精微膠囊的制備及性能研究

楊小葵,王 卉,曹溫馨

(海南熱帶海洋學(xué)院 食品學(xué)院,海南 三亞 572022)

采用飽和水溶液方法制備肉桂油β-環(huán)糊精微膠囊,研究β-環(huán)糊精和肉桂油配比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)包合率的影響,探討肉桂油微膠囊的熱穩(wěn)定性和抗氧化性.結(jié)果表明，當(dāng)β-環(huán)糊精和肉桂油的質(zhì)量體積比為12:1,在50℃反應(yīng)2.5 h的條件下所得微膠囊包合率達(dá)76.1%,紅外光譜證明了肉桂油被β-環(huán)糊精包合,肉桂油微膠囊熱穩(wěn)定性和抗氧化性高于未包合的肉桂油,說(shuō)明微膠囊對(duì)肉桂油具有保護(hù)作用.

肉桂油;β-環(huán)糊精;微膠囊;熱穩(wěn)定性;抗氧化性

0 引言

肉桂油是由水蒸氣蒸餾樟科植物肉桂的干燥枝、葉而得到的揮發(fā)油,有肉桂的特定香氣,味道甜、辛,是性能優(yōu)良的食品防腐劑和抗氧化劑,更是使用廣泛的香料.其中主要成分是肉桂醛(約75%～90%),另有桂醇、甲基丁香酚、乙酸桂酯、丁香酚、香蘭素等.肉桂油還具有鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛、解熱、抗驚厥、增強(qiáng)胃腸蠕動(dòng)、利膽、抗腫瘤等作用,是醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)及化工工業(yè)的主要原料,在食品工業(yè)中常用于飲料、糖果、罐頭等.因此,肉桂油在保健食品和新型藥品研發(fā)上都有巨大的應(yīng)用前景[1].然而肉桂油對(duì)光、熱較敏感且容易被(氧氣)氧化而變質(zhì)，易揮發(fā),影響使用效果[2].微膠囊技術(shù)是指將固體、液體或氣體包埋在微小、密封的膠囊中,使其只有在一定條件下才會(huì)以控制速率釋放的技術(shù)[3-4].β-環(huán)糊精是由芽孢桿菌產(chǎn)生的環(huán)糊精葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶作用于直鏈淀粉生成的一系列環(huán)狀低聚糖,由于β-環(huán)糊精的外緣親水而內(nèi)腔疏水,通過(guò)β-環(huán)糊精的包合,能將客體分子包裹在其空腔內(nèi),與外界隔絕,使其化學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定,達(dá)到抗氧、抗光、抗熱的作用,并能很好地改善客體物質(zhì)的溶解性.同時(shí),β-環(huán)糊精與客體物質(zhì)的結(jié)合,還能達(dá)到去除異味、改善口感、減少刺激性和毒副作用、緩釋等效果[5].環(huán)糊精包合物應(yīng)用廣泛,如包埋食品有效成分,脫除異味或有害成分,增強(qiáng)藥物穩(wěn)定性、溶解性等[6-7].

本文采用β-環(huán)糊精包合肉桂油制備肉桂油微膠囊,研究微膠囊合成條件,通過(guò)探討肉桂油微膠囊的熱穩(wěn)定性和抗氧化性,為肉桂油今后的開(kāi)發(fā)利用提供理論基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

β-環(huán)糊精(上海阿拉丁生化科技股份有限公司);肉桂油(吉安傳承香料油提煉廠);肉桂醛對(duì)照品、乙醇及其他試劑均為分析純.

IRAffinity-1傅里葉變換紅外光譜儀(日本島津);UV2550紫外可見(jiàn)分光光度(日本島津);DZF-6090型真空干燥箱(金壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司);CP214電子天平(上海滬粵明科學(xué)儀器).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1飽和溶液法制備微膠囊

稱(chēng)取2 g β-環(huán)糊精,在一定溫度下溶于蒸餾水制成飽和溶液;取適量肉桂油,用乙醇溶解后,逐滴加入到飽和溶液中.攪拌一定時(shí)間,待溶液冷卻至室溫后將其放在4℃冰箱中靜置24 h,抽濾,濾渣用無(wú)水乙醇和蒸餾水分別洗滌,洗去吸附在環(huán)糊精空腔外部的肉桂油和未反應(yīng)的β-環(huán)糊精,于45℃真空干燥20 h后,在研缽中研磨成粉末.研究β-環(huán)糊精與肉桂油配比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度對(duì)包合率的影響.

濃渡/mg·L-1圖1 肉桂醛標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.2.2微膠囊包合率的測(cè)定

1.2.2.1肉桂醛標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

用紫外分光光度計(jì)在200-400 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)掃描肉桂醛對(duì)照品溶液.最大吸收峰出現(xiàn)在291 nm處,采用該波長(zhǎng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定.

用無(wú)水乙醇精確配置肉桂醛標(biāo)準(zhǔn)溶液,再稀釋成系列質(zhì)量濃度0.41、0.82、1.64、2.46、3.28、4.10 mg/L,以無(wú)水乙醇作參比,用紫外分光光度計(jì)在291 nm測(cè)定每個(gè)濃度的吸光值,繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.由圖1得肉桂醛標(biāo)準(zhǔn)方程為y=0.1956x-0.003 (R2=0.9971).

1.2.2.2肉桂油微膠囊包合率的測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.1 g制好的微膠囊,放入10 mL帶塞離心管中,加無(wú)水乙醇到刻度,搖勻,靜置,離心,取清液1 mL到100 mL容量瓶中用乙醇定容,用紫外分光光度計(jì)在291 nm處測(cè)定其吸光值,平行做三組,取平均值后代入肉桂醛標(biāo)準(zhǔn)方程式中計(jì)算溶出肉桂油(用肉桂醛代替)的量,根據(jù)下式計(jì)算含油量和包合率.

含油量 = 包合物中肉桂油量/包合物質(zhì)量×100%，

包合率 = 包合物中肉桂油量/肉桂油投入量×100%.

1.2.3 微膠囊紅外光譜鑒定

用IRAffinity-1傅里葉變換紅外光譜儀在400～4000 cm-1間掃描樣品,掃描次數(shù)為30次,分辨率為4 cm-1.

1.2.4 熱穩(wěn)定性試驗(yàn)

稱(chēng)取微膠囊和未包合肉桂油若干份,分別平鋪于表面皿,在30 ℃下置于室內(nèi),每隔一定時(shí)間測(cè)定微膠囊中肉桂油的含量,并稱(chēng)重未包合肉桂油樣品.計(jì)算肉桂油揮發(fā)率.

1.2.5 抗氧化性試驗(yàn)

根據(jù)GB/T5009.37-2003[8],將30 g花生油放入50 mL燒杯中,按肉桂油有效成分0.02%的比例分別加入微膠囊和未包合肉桂油,混勻,置于60℃恒溫箱中,隔2 d測(cè)定過(guò)氧化值(POV),以POV值的大小衡量包合物的抗氧化性.以花生油作為試驗(yàn)空白.

2 結(jié)果與分析

2.1 β-環(huán)糊精和肉桂醛配比對(duì)微膠囊包含率的影響

按β-環(huán)糊精和肉桂油質(zhì)量體積比m∶v=20∶1、16∶1、12∶1、8∶1、4∶1、1∶1投料,反應(yīng)溫度50℃,反應(yīng)時(shí)間為2.5 h制備包合物.在β-環(huán)糊精包合反應(yīng)中, β-環(huán)糊精投料量大,會(huì)導(dǎo)致微膠囊中肉桂油含量低,有效濃度不夠;β-環(huán)糊精投料量少,會(huì)使很多肉桂油無(wú)法包合,造成包合率低.圖2為β-環(huán)糊精與肉桂油配料比對(duì)微膠囊包合率的影響,由圖可見(jiàn),包合率隨配料比的增大而逐漸升高,當(dāng)β-環(huán)糊精與肉桂油配比超過(guò)12,包合率變化不大,說(shuō)明肉桂油基本都被包合,β-環(huán)糊精開(kāi)始過(guò)量了;當(dāng)配比低于12時(shí),包合率逐漸下降,說(shuō)明β-環(huán)糊精包合能力達(dá)到飽和.因此,微膠囊的制備采用β-環(huán)糊精與肉桂油配比為12∶1.

圖2 環(huán)糊精與肉桂油配料比對(duì)包合率的影響

圖3 反應(yīng)時(shí)間對(duì)包合率的影響

2.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)包合率的影響

圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)包合率的影響

按β-環(huán)糊精和肉桂油質(zhì)量體積比12∶1投料,反應(yīng)溫度50℃,以不同反應(yīng)時(shí)間制備包合物,圖3是反應(yīng)時(shí)間對(duì)包合率的影響,由圖可以看出,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)2.5 h,包合反應(yīng)已經(jīng)達(dá)到平衡,時(shí)間延長(zhǎng),包合率基本不變,所以選反應(yīng)時(shí)間2.5 h制備包合物.

2.3 反應(yīng)溫度對(duì)包合率的影響

β-環(huán)糊精和肉桂醛質(zhì)量體積比12∶1,反應(yīng)時(shí)間為2.5 h,以不同反應(yīng)溫度制備微膠囊,圖4是反應(yīng)溫度對(duì)包合率的影響,由圖可以看出,隨著溫度升高,包合率逐漸增大,在反應(yīng)溫度為50℃ 時(shí)達(dá)到最大,溫度進(jìn)一步升高,包合率呈下降趨勢(shì).所以選反應(yīng)溫度50℃ 制備微膠囊.

2.4 紅外光譜分析

圖5是β-環(huán)糊精、肉桂油和微膠囊的紅外光譜圖.比較三者的圖形可以看出,三個(gè)譜圖不同,肉桂油中1680 cm-1處的羰基吸收峰很強(qiáng),在微膠囊中該峰強(qiáng)度減弱,且向低波數(shù)方向移動(dòng).這是由于在包合過(guò)程中肉桂油中羰基與β-環(huán)糊精的羥基發(fā)生氫鍵作用[9],說(shuō)明微膠囊中包合有肉桂油.許多肉桂油的吸收峰在微膠囊中被掩蓋,是因?yàn)棣?環(huán)糊精的量遠(yuǎn)大于肉桂油的量.

圖5 (a)β-環(huán)糊精、(b)肉桂油、(c)微膠囊的紅外吸收光譜

2.5 微膠囊熱穩(wěn)定性研究

圖6是微膠囊和未包合肉桂油在30℃隨時(shí)間揮發(fā)的結(jié)果,由圖可知,未包合肉桂油隨時(shí)間揮發(fā)很快,在第10天幾乎完全揮發(fā),而微膠囊中肉桂油穩(wěn)定性明顯高于未包合的肉桂油,到第10天只揮發(fā)了約30%,且隨時(shí)間延長(zhǎng),揮發(fā)越慢.

圖6 肉桂油在30℃隨時(shí)間揮發(fā)的結(jié)果

圖7 加熱時(shí)間對(duì)肉桂油抗氧化性的影響

2.6 微膠囊抗氧化性的研究

圖7是加熱時(shí)間對(duì)肉桂油抗氧化性的影響,由圖可以看出,花生油的過(guò)氧化值隨時(shí)間上升很快,加了肉桂油微膠囊的花生油氧化速度最慢,抗氧化性?xún)?yōu)于未包合的肉桂油,且隨著時(shí)間延長(zhǎng),效果越發(fā)明顯,說(shuō)明微膠囊對(duì)肉桂油具有保護(hù)作用,能提高肉桂油的抗氧化性.

3 討論

肉桂油中主要成分為肉桂醛,所以本文采用肉桂醛的含量作為包合率實(shí)驗(yàn)的考察指標(biāo),肉桂油β-環(huán)糊精微膠囊的包合率受β-環(huán)糊精與肉桂油配比、反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溫度的影響,當(dāng)β-環(huán)糊精和肉桂油的質(zhì)量體積比為12∶1,在50℃反應(yīng)2.5 h的條件下所得微膠囊包合率較高,達(dá)76.1%,紅外光譜法表明肉桂油被包合在β-環(huán)糊精中,肉桂油微膠囊確實(shí)已形成.與未包合的肉桂油相比,微膠囊中的肉桂油在30℃下?lián)]發(fā)性很低,且對(duì)花生油的抗氧化性較好.說(shuō)明微膠囊對(duì)肉桂油具有保護(hù)作用,使肉桂油的熱穩(wěn)定性和抗氧化性得到提高.

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(編校:何軍民)Preparation and Properties of Cinnamon Oil and Cyclodextrin Microcapsule

YANG Xiao-qui, WANG Hui, CAO Wen-xin

(School of Food Technology, Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

With the microcapsule of cinnamon oil and β-cyclodextrin preduced by the saturated water solution method, the research was conducted on the effects of cyclodextrin and cinnamon oil ratio, reaction time and reaction temperature on the inclusion rate, and the thermal stability and anti-oxidation ability of cinnamon oil microcapsules as well. The results showed that the inclusion rate of microcapsule is 76.1% under the reaction condition of β-cyclodextrin and cinnamon oil ratio of 12∶1 for 2.5 h at 50℃. The IR spectrum proved that the cinnamon oil is contained by β-cyclodextrin. That the thermal stability and anti-oxidation ability of cinnamon oil microcapsule are better than those of non-included cinnamon oil demonstrates that the microcapsule plays a protective role for cinnamon oil.

cinnamon oil; β-cyclodextrin; microcapsule; thermal stability; anti-oxidation

2016-08-17

國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201511100014);國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51363018)

王卉(1968-),女,江蘇泰州人, 海南熱帶海洋學(xué)院教授,博士,研究方向?yàn)樘烊淮蠓肿雍褪称繁ｕr.

TS209

A

1008-6722(2016) 05-0097-04

10.13307/j.issn.1008-6722.2016.05.19