孟翔宇,趙彥巧,李鈺琨,李亞琴,肖 紅,肖 瑤,楊夢(mèng)龍

(天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院,天津市食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津 300134)

玫瑰茄(Hibiscussabdariffa)是一種珍貴的藥食同源植物[1],其花萼含有豐富的花色苷、酚類、氨基酸、有機(jī)酸和礦物質(zhì)等多種營養(yǎng)成分[2]。研究表明,花色苷具有抗氧化、抗腫瘤、保護(hù)心腦血管和提高免疫等功效[3-6],但其易受pH、溫度、光照和金屬離子等因素影響而發(fā)生降解[7-8],限制了其在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。目前,有關(guān)玫瑰茄花色苷的提取工藝、性質(zhì)及用途的研究很多,但是增加玫瑰茄花色苷穩(wěn)定性的研究較少。

海藻酸鈉是從天然褐藻中提取的一種線性陰離子高分子多糖,其穩(wěn)定性、增稠性、成膜性和絮凝性良好;殼聚糖是一種天然的堿性直鏈陽離子聚合多糖,生物相容性好,在體內(nèi)能被多種酶生物降解、無毒、無抗原性。因此,海藻酸鈉和殼聚糖已成為生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的高分子生物材料,是微膠囊采用的理想壁材。當(dāng)前大多數(shù)研究多選用噴霧干燥法制備微膠囊,其方法存在不足:制備條件設(shè)置高溫,在最初很容易破壞花色苷結(jié)構(gòu)、操作不便、流速難控制、成本高。銳孔法是指利用注射器或滴管等器具,將充分溶解混勻的壁材和芯材滴加到氯化鈣凝固浴中,使其在固化劑中快速固化形成微膠囊的方法。此項(xiàng)技術(shù)操作簡便、制備條件溫和、成本低,屬于環(huán)境友好型技術(shù)。目前,已有研究采用銳孔法對(duì)獼猴桃油[9]、還原型谷胱甘肽[10]和紅棗色素[11]等物質(zhì)進(jìn)行微膠囊化。陳虎等[12]對(duì)比研究了黑果枸杞中微膠囊化與未微膠囊化花色苷的穩(wěn)定性與釋放性,結(jié)果表明,微膠囊化能有效提高花色苷的性質(zhì)。梅薇等[13]研究了銳孔法制備玫瑰花花青素的工藝條件,考察壁材濃度和針頭孔徑對(duì)工藝的影響,結(jié)果表明,制備的玫瑰花花青素微膠囊有很高的包埋率。史同瑞等[14]研究了殼聚糖-海藻酸鈉微膠囊的形成機(jī)理及制備方法。前人的理論研究為以后的天然產(chǎn)物微膠囊化研究奠定了基礎(chǔ),提供了依據(jù)。但采用銳孔法制備玫瑰茄花色苷微膠囊的研究以及微膠囊化花色苷的穩(wěn)定性及釋放性在國內(nèi)外鮮見報(bào)道。

本研究采用銳孔法制備玫瑰茄花色苷微膠囊。并利用紅外光譜儀對(duì)花色苷微膠囊進(jìn)行結(jié)構(gòu)和成分分析;考察不同溫度和光照條件下,微膠囊前后花色苷的穩(wěn)定性,并對(duì)微膠囊化花色苷在模擬人工胃、腸液中釋放效果進(jìn)行研究,以期提高玫瑰茄花色苷利用率和附加值提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

玫瑰茄 云南武定;果膠酶 500 U/mg,上海源葉生物科技有限公司;海藻酸鈉 AR,北京市旭東化工廠;無水氯化鈣 AR,天津市江天化工技術(shù)有限公司;殼聚糖(BR,脫乙酰度≥85%) 美國Sigma試劑公司;檸檬酸鈉 AR,天津市瑞金特化學(xué)品有限公司;檸檬酸 AR,天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司;溴化鉀 SP,天津市金貝爾科技有限公司;純水 實(shí)驗(yàn)室自制。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器 鞏義市予華儀器廠;UV-2802S型紫外可見光分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司;TENSORⅡ紅外光譜儀 德國布魯克;AX224ZH電子天平 奧豪斯儀器(常州)有限公司;電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司;0～150 mm游標(biāo)卡尺 杭州華豐巨箭工具有限公司;超聲波清洗器 上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司;真空冷凍干燥系統(tǒng) 科儀創(chuàng)智(北京)科技發(fā)展有限公司;Milli-Q純水機(jī) 美國Millipore。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 玫瑰茄花色苷的制備 將玫瑰茄花萼放置在烘箱內(nèi),40 ℃,干燥7 h,將烘干的玫瑰茄花萼粉碎,過40～60目標(biāo)準(zhǔn)篩,獲取玫瑰茄粉。以純水為提取溶劑,在液料比45∶1 mL/g,果膠酶添加量5 mg/g、水浴溫度45 ℃的條件下酶解90 min,得到玫瑰茄花色苷提取液,經(jīng)濃縮后冷凍干燥得玫瑰茄花色苷粉末[15]。

1.2.2 銳孔法制備玫瑰茄花色苷微膠囊工藝流程

1.2.2.1 海藻酸鈉壁材溶液的配制 稱取一定質(zhì)量的海藻酸鈉,加入蒸餾水,配制成一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的海藻酸鈉溶液,備用。

1.2.2.2 芯材花色苷與壁材混合液的配制 根據(jù)壁芯比,稱取一定質(zhì)量的芯材加入壁材溶液中混合,備用。

1.2.2.3 凝固浴的配制 配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的殼聚糖溶液和一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)CaCl2溶液,混合在一起制成凝固浴,備用。

1.2.2.4 花色苷微膠囊的制備 將凝固浴放置在磁力攪拌器上,設(shè)溫度為25 ℃,用孔徑為0.5 mm的5 mL注射器將芯壁混合溶液滴至凝固浴中,攪拌包埋30 min,包埋完成后,倒掉凝固浴,將微膠囊表面殘留的凝固浴用純水沖洗干凈,抽濾至微膠囊表面無明顯液體,將微膠囊倒入培養(yǎng)皿,放入烘箱中40 ℃干燥1 h,即得到微膠囊成品。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 不同殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響 在海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%,壁芯比2∶1 g/g,考察殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%時(shí)的微膠囊包埋率。

1.2.3.2 不同CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響 在海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%,壁芯比2∶1 g/g,殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的條件下,考察CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%時(shí)的微膠囊包埋率。

1.2.3.3 不同海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響 在CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%,壁芯比2∶1 g/g,殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的條件下,考察海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.6%、1.8%、2.0%、2.2%和2.4%時(shí)的微膠囊包埋率。

1.2.3.4 不同壁芯比對(duì)微膠囊包埋率的影響 在海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%,殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的條件下,考察壁芯比在1.0∶1、1.5∶1、2.0∶1、2.5∶1和3.0∶1 g/g時(shí)的微膠囊包埋率。

1.2.4 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化花色苷微膠囊包埋工藝 以海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)、壁芯比(C)、殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)(D)為因子,以微膠囊包埋率(Y)為指標(biāo),進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見表1。

圖1 銳孔法制備微膠囊裝置示意圖Fig.1 Device of microcapsule by Piecing Method

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平Table 1 Factors and levels used in response surface design

1.2.5 指標(biāo)的測定

1.2.5.1 花色苷含量的計(jì)算

花色苷提取量(mg/100 g)=(ΔA×V×F×M×100)/(ε×1×W)

ΔA=(A520(pH1.0)-A700(pH1.0))-(A520(pH4.5)-A700(pH4.5))

式中:M為矢車菊素葡萄糖苷(Cyanidin-3-glucoside)的分子量,449.2 g/mol;W為樣品質(zhì)量,g;V為提取液體積,mL;F為稀釋倍數(shù);ε為摩爾消光系數(shù)26900 L/(mol·cm);A為吸光度。

1.2.5.2 花色苷保留率的計(jì)算

式中：A1:包埋前測定花色苷含量時(shí)溶液吸光度；A2:包埋后測定花色苷含量時(shí)溶液吸光度。

1.2.5.3 微膠囊包埋率的計(jì)算

式中:M1為微膠囊總花色苷的含量,mg;M2為微膠囊表面花色苷的含量,mg。

1.2.5.4 微膠囊總花色苷含量的測定 稱取0.2 g玫瑰茄花色苷微膠囊,加少量pH3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液[16],充分研磨。將破碎后的微膠囊放在漏斗中,用緩沖液沖洗過濾至10 mL容量瓶中,定容,計(jì)算花色苷含量[17]。

1.2.5.5 微膠囊表面花色苷含量的測定 稱取0.2 g玫瑰茄花色苷微膠囊,放入漏斗中用75%乙醇溶液沖洗微膠囊,過濾至10 mL容量瓶中,定容,計(jì)算花色苷含量[17]。

1.2.6 顆粒形態(tài)觀察 將制備的玫瑰茄花色苷微膠囊平鋪在干燥的比色皿上,用眼睛觀察其顆粒形態(tài),并用游標(biāo)卡尺測定微膠囊的直徑。

1.2.7 紅外光譜掃描分析 采用紅外光譜儀結(jié)合KBr壓片法分別對(duì)花色苷、微膠囊壁材及微膠囊化花色苷,在波長為400～4000 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描分析,分析樣品的紅外光譜圖。

1.2.8 玫瑰茄花色苷微膠囊貯藏穩(wěn)定性

1.2.8.1 溫度對(duì)花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響 取適量微膠囊化前后玫瑰茄花色苷,在避光條件下,分別置于具塞錐形瓶中,每隔7 d稱取一定量微膠囊溶于pH3的緩沖溶液中,測定不同溫度(4、25、50 ℃)下花色苷及花色苷微膠囊樣品的保留率,監(jiān)測35 d。

1.2.8.2 光照對(duì)花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響 取適量微膠囊化前后玫瑰茄花色苷,室溫分別置于具塞錐形瓶中,每隔7 d稱取一定量微膠囊溶于pH3的緩沖溶液中,測定不同光照(避光、自然光)條件下花色苷及花色苷微膠囊樣品的保留率,監(jiān)測35 d。

1.2.9 玫瑰茄花色苷微膠囊體外緩釋效果評(píng)價(jià) 人工胃、腸液的制備參照謝巖黎等[18]配制方法。

人工胃、腸液條件下的緩釋效果評(píng)價(jià):分別稱取0.2 g花色苷微膠囊,加入盛有50 mL人工胃、腸液的錐形瓶中,在37 ℃、50 r/min條件下恒溫振蕩,每隔30 min測定釋放率。花色苷微膠囊釋放率按以下公式計(jì)算:

1.3 數(shù)據(jù)處理

以上各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次。用Design-Expert V8.0.6軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,應(yīng)用Origin 9.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)比對(duì)微膠囊包埋率的影響 不同殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響,如圖2所示。

圖2 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋率的影響Fig.2 Effects of chitosan concentration on the entrapment efficiency of anthocyanins

由圖2可見,隨著殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不斷增大,在0.05%～0.25% 范圍內(nèi),玫瑰茄花色苷包埋率先增加隨后下降,當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%時(shí),包埋率最高,為97.1%，與0.05%相比增加明顯。這是由于殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.1%時(shí),殼聚糖與海藻酸鈉發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)機(jī)會(huì)降低,破壞微膠囊成型效果。當(dāng)殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0.1%時(shí),壁材量過高,壁材之間碰撞的機(jī)會(huì)增加,而壁材芯材之間碰撞的機(jī)會(huì)減少,使包埋率降低[19]。因此,本研究選取殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%～0.2%進(jìn)行后續(xù)研究。

2.1.2 CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響 不同CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響,如圖3所示。

圖3 CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋效率的影響Fig.3 Effects of CaCl2 concentration on the entrapment efficiency of anthocyanins

由圖3可見,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%～2.0%時(shí),微膠囊包埋率增加,大于2.0%隨著CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加逐漸減小。這是由于CaCl2在整個(gè)包埋過程中發(fā)揮交聯(lián)和固化的作用,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小時(shí),固化作用小,微膠囊呈片狀而且包埋率低。當(dāng)CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大時(shí),CaCl2與海藻酸鈉快速形成致密的交聯(lián)結(jié)構(gòu),包埋過程中芯材的損失量少,但機(jī)械強(qiáng)度較大,降低緩釋性能[20]。因此,本研究選取CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)范圍為1.5%～2.0%。

2.1.3 海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響 不同海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響,如圖4所示。

圖4 海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋率的影響Fig.4 Effects of sodium alginate concentration on the entrapment efficiency of anthocyanins

由圖4可見,海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.2%時(shí),玫瑰茄花色苷包埋率最高,為96.8%,之后隨海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加,包埋率降低。這是由于海藻酸鈉添加量過大時(shí),配制成的溶液較粘稠,制囊時(shí)不易滴落,微膠囊呈橢圓形。當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.4%，包埋率只有86.7%。因此,本研究選取海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.8%～2.2%。

2.1.4 壁芯比對(duì)微膠囊包埋率的影響 不同壁芯比對(duì)微膠囊包埋率的影響,如圖5所示。

圖5 壁芯比對(duì)包埋率的影響Fig.5 Effect of wall/core material ratio on the entrapment efficiency of anthocyanins

由圖5可見,隨著壁芯比逐漸遞增,在1∶1～2∶1的范圍內(nèi),玫瑰茄花色苷包埋率不斷增大,2∶1～3∶1的范圍內(nèi)逐漸下降,當(dāng)壁芯比為2∶1時(shí),包埋率最高,為95.2%。這是由于壁材比例過少時(shí),壁材不能完全包裹住花色苷,花色苷分散在微膠囊的表面,使花色苷容易損失[13],包埋率降低。當(dāng)壁材比例過高時(shí),由于滴注針管孔徑不變,微膠囊包埋的有效成分會(huì)相對(duì)減少,微膠囊的品質(zhì)會(huì)隨之降低。因此,本研究選取壁芯比范圍為1.1∶1～2.5∶1。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)方案及結(jié)果 根據(jù)2.1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,考察海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)(A)、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)(B)、壁芯比(C)、殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)(D)這4個(gè)主要影響因素。實(shí)驗(yàn)方案及結(jié)果見表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Results of response surface test

2.2.2 模型方程的建立與顯著性試驗(yàn) 采用Design-Expert V8.0.6軟件對(duì)響應(yīng)面試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,得到玫瑰茄花色苷微膠囊包埋率與各因變量的模擬方程為:Y=+97.70+0.42A+0.74B-0.53C+0.29D-0.42AB-0.18AC+0.66AD+0.34BC-0.45BD+0.96CD-0.71A2-0.44B2-0.59C2-0.79D2?；貧w方程拋物面開口向下,具有極大值點(diǎn),可以對(duì)玫瑰茄花色苷微膠囊工藝條件進(jìn)行優(yōu)化[21-22]。方差分析結(jié)果見表3。

表3 回歸模型方差分析表Table 3 Analysis of variance of the regression model

由表3可知,所得的回歸方程模型項(xiàng)極顯著(p<0.0001),且失擬檢驗(yàn)不顯著(p=0.1245>0.05),說明此回歸模型理想,用方程擬合4個(gè)因素與包埋率之間的關(guān)系是可行的。決定系數(shù)R2=0.9223,說明包埋率的實(shí)測值與預(yù)測值之間有較好的擬合度。綜合以上分析可知:該模型與實(shí)際情況擬合較好,可用于預(yù)測包埋率的變化情況。從對(duì)包埋率的影響來看,一次項(xiàng)B(CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù))對(duì)包埋率影響極顯著(p<0.01),其余因素均有顯著影響(p<0.05),根據(jù)F值可知,4個(gè)考察因素對(duì)包埋率的影響順序?yàn)锽>C>A>D;二次項(xiàng)對(duì)包埋結(jié)果均有顯著影響(p<0.05),交互項(xiàng)BC、BD、CD對(duì)包埋結(jié)果有顯著影響(p<0.05)。

2.2.3 響應(yīng)面優(yōu)化分析 等高線圖可以直觀地反映兩變量交互作用的影響程度,圓形表示兩因素交互作用不顯著,而橢圓形與之相反[23]。根據(jù)回歸方程繪制響應(yīng)面圖見圖6。

為考察各個(gè)因素交互對(duì)玫瑰茄花色苷微膠囊包埋率的影響,將兩個(gè)影響因素固定在零水平,分析另外兩個(gè)因素的交互作用對(duì)玫瑰茄花色苷微膠囊包埋率影響。由圖6a～圖6c可以看出,兩兩因素交互作用不顯著,表現(xiàn)為等高線呈圓形且曲線稀疏,響應(yīng)面的坡度走勢平緩。由圖6d可以看出,包埋率隨著CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和壁芯比的增加都是先增加后趨于平穩(wěn)。CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和壁芯比之間的交互作用對(duì)包埋率的影響較為顯著(p<0.05),表現(xiàn)為等高線呈橢圓形且曲線較密集。同理,由圖6e、6f可以看出,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)和殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壁芯比和殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)之間存在較顯著的交互作用,表現(xiàn)為等高線呈橢圓形且曲線較密集。

圖6 各因素交互作用對(duì)微膠囊包埋率影響的等高線和響應(yīng)面圖Fig.6 Contour and response surface plots showing the interactions of various factors on microencapsulation efficiency

2.2.4 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果 利用Design-Expert 8.0.6軟件得到了玫瑰茄花色苷最佳包埋工藝為海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.98%,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.46%,壁芯比1.73∶1 g/g,殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.13%,優(yōu)化得到理論值為98.08%。為了可行性操作,調(diào)整參數(shù)為海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%,壁芯比2∶1 g/g,殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%,此條件下進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn),得到玫瑰茄花色苷實(shí)際包埋率為99.2%,標(biāo)準(zhǔn)差為0.16%,與預(yù)測值擬合性好,可進(jìn)行后續(xù)的研究。

2.3 銳孔法制備微膠囊花色苷的形態(tài)觀察

圖7為最優(yōu)條件下,利用銳孔法制備的微膠囊花色苷,平均顆粒直徑為7 mm,形狀呈球形,表面光滑,半數(shù)以上無拖尾現(xiàn)象,符合實(shí)際制備和使用要求。

圖7 玫瑰茄花色苷微膠囊顆粒形態(tài)Fig.7 Morphology of anthocyanins microspheres from Hibiscus sabdariffa

2.4 花色苷微膠囊紅外光譜測定結(jié)果

紅外光譜主要是利用紅外光對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分析和鑒定的一種光譜學(xué)方法,它根據(jù)紅外光譜特征峰的形狀、強(qiáng)度及位置,可以判斷微膠囊是否形成[24]?；ㄉ?、微膠囊化三種壁材及微膠囊的紅外光譜見圖8。由圖8可以看出,海藻酸鈉在3435 cm-1處的特征吸收峰,是由O-H的伸縮振動(dòng)引起的;在1598 cm-1處是C=O的特征吸收峰,由于羰基形成氫鍵使吸收峰發(fā)生藍(lán)移引起的;在1416 cm-1處特征峰,由于羧酸鹽引起的對(duì)稱伸縮振動(dòng);在1030 cm-1處有一個(gè)寬的吸收峰,是由于C-O引起的伸縮振動(dòng)。殼聚糖在3418 cm-1處有一個(gè)較寬的吸收峰,是由于N-H中不對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的;在1633和1422 cm-1處特征峰的主要振動(dòng)方式為-NH3+的對(duì)稱和不對(duì)稱的彎曲振動(dòng);在1159 cm-1處特征峰,是由于C-O引起的伸縮振動(dòng)?；ㄉ諛悠返闹饕卣鞣逶?424、1619、1428;3424 cm-1處的特征峰是由于樣品在冷凍干燥過程中殘留的水分導(dǎo)致了O-H的伸縮振動(dòng);在1619和1410 cm-1處特征峰,是由于芳環(huán)骨架C=C鍵引起的伸縮振動(dòng)?；ㄉ赵?741～1069 cm-1處出現(xiàn)了特征吸收峰,而微膠囊的圖譜中未出現(xiàn),這是由于玫瑰茄花色苷的吸收峰大多被海藻酸鈉和殼聚糖壁材所掩蓋,由此可證明玫瑰茄花色苷的微膠囊已經(jīng)形成。

圖8 不同的壁材、花色苷和微膠囊的紅外光譜圖Fig.8 FTIR spectra of encapsulated anthocyanins powder, anthocyanins extractsand different wall materials

2.5 玫瑰茄花色苷微膠囊貯藏穩(wěn)定性分析

2.5.1 溫度對(duì)花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響 由圖9可見,花色苷和花色苷微膠囊在4 ℃條件下貯藏35 d,保留率較高,穩(wěn)定性好;但在25和50 ℃條件下,花色苷微膠囊的保存率明顯高于同溫度下花色苷的保存率。這表明,低溫下花色苷的存在形式不會(huì)影響花色苷的保存率;在常溫或高溫環(huán)境下,需要將花色苷制成微膠囊形式以提高花色苷的保存率,由此說明微膠囊化對(duì)花色苷具有一定的保護(hù)作用,提高其穩(wěn)定性,易于貯藏。與Yamdech等[25]高溫下有利于桑葚花色苷微膠囊的保存的研究結(jié)果一致。

圖9 溫度對(duì)花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.9 Effect of temperature on the stability of anthocyanins microcapsules

2.5.2 光照對(duì)花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響 由圖10可見,隨著貯藏時(shí)間的延長,在光照條件下,微膠囊化花色苷的保留率明顯高于未微膠囊化花色苷,說明微膠囊化能有效提高花色苷穩(wěn)定性。在避光條件下,兩種狀態(tài)的花色苷均有較高的保留率,說明避光有利于花色苷的貯藏。與微膠囊化玉米黃色素具有光保護(hù)作用,明顯提高玉米黃色素的保存率的研究結(jié)果[26]一致。

圖10 光照對(duì)花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.10 Effects of light on the stability of anthocyanins microcapsules

2.6 花色苷體外緩釋效果評(píng)價(jià)

玫瑰茄花色苷微膠囊在體外模擬人工胃、腸液的緩釋效果,如圖11所示。

圖11 花色苷微膠囊的釋放率Fig.11 Release rate of anthocyanins microspheres

由圖11可見,玫瑰茄花色苷微膠囊在人工胃、腸液中的釋放率隨著時(shí)間的延長而增加;從折線趨勢可看出,微膠囊在人工腸液比在人工胃液中的釋放速率快。當(dāng)30 min時(shí),在胃液和腸液中釋放率相差無幾,均為8%左右,但隨著時(shí)間的推移,腸液中的釋放率增加迅速,在120 min時(shí)腸液中的釋放率已達(dá)61%,超過總量的一半,但此時(shí)胃液中的釋放率僅為17.4%,遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于腸液中的釋放量。這是因?yàn)闅ぞ厶欠肿又械陌被c海藻酸鈉分子中的羥基的成膜作用受pH影響較大,在堿性條件下,殼聚糖分子中的氨基質(zhì)子化程度降低,導(dǎo)致壁材變薄,機(jī)械強(qiáng)度降低,易發(fā)生溶脹,隨著時(shí)間的延長,使芯材完全釋放出來[16]。在210 min時(shí),微膠囊中花色苷在腸液中能被完全釋放。由花色苷的生物活性研究可知,花色苷可通過腸道細(xì)胞吸收進(jìn)入血漿和組織,達(dá)到有效利用。這表明微膠囊花色苷能有效提高花色苷的利用率。

3 結(jié)論

本研究以殼聚糖、海藻酸鈉為壁材,采用銳孔法制備玫瑰茄花色苷微膠囊,并利用響應(yīng)面法優(yōu)化得到玫瑰茄花色苷微膠囊制備的最佳工藝參數(shù)為海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%,CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%,壁芯比2∶1 g/g,殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%,玫瑰茄花色苷包埋率為99.2%。玫瑰茄花色苷微膠囊平均顆粒直徑為7 mm。由紅外光譜分析可知,與花色苷比較,微膠囊花色苷在1741～1069 cm-1特征吸收峰發(fā)生變化,說明玫瑰茄花色苷微膠囊形成。在低溫或常溫條件下微膠囊化玫瑰茄花色苷具有較好的穩(wěn)定性。在模擬體外人工胃、腸液緩釋效果時(shí),花色苷微膠囊在人體胃、腸液中都具有一定的緩釋效果,能更好的保證花色苷在人體的吸收利用。