石 燕 歐陽佰玲 張南海 閆 薇 涂宗財(cái)，2*

（1 南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌大學(xué)食品科學(xué)與工程系 南昌330047 2 江西師范大學(xué)功能有機(jī)小分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌330022）

琉璃苣油是由琉璃苣籽通過壓榨或低溫萃取制得的一種植物油，其不飽和脂肪酸總量高達(dá)75%～85%，是天然植物油中γ-亞麻酸（γ-linolenic acid，GLA）含量最高的植物油脂[1]。琉璃苣油廣泛用于緩解腸胃問題、咳嗽、傷口的愈合，還可改善女性荷爾蒙健康，緩解女性生理期及更年期的不適[2-3]。琉璃苣油是一種極具營養(yǎng)價(jià)值的食用油脂[4]。然而，琉璃苣油中高含量的多不飽和脂肪酸使得其易氧化而導(dǎo)致生理功能降低。另外，其難溶于水，胃腸道吸收率低，限制了琉璃苣油在食品工業(yè)中的應(yīng)用。油脂微膠囊化是目前克服脂質(zhì)氧化問題并降低營養(yǎng)損失的有效方法。將琉璃苣油微膠囊化可提高琉璃苣油的穩(wěn)定性，彌補(bǔ)上述不足，在抑制油脂氧化的同時(shí)可優(yōu)化琉璃苣油的原有性能[5]。多種微膠囊化的方法中，噴霧干燥是目前食品工業(yè)應(yīng)用范圍最廣的一種技術(shù)，除成本低廉的優(yōu)勢外，生產(chǎn)過程中還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，保持產(chǎn)品質(zhì)量恒定，生產(chǎn)出粒度分布均勻的粉末顆粒[6]。目前，有關(guān)琉璃苣油的文獻(xiàn)研究主要集中于營養(yǎng)成分分析與功能特效，將其微膠囊化的研究鮮見報(bào)道。本文通過噴霧干燥法制備琉璃苣油微膠囊，針對(duì)其功能性保護(hù)和應(yīng)用形式展開研究。

微膠囊的功能性質(zhì)與壁材成分密切相關(guān)，選擇合適的壁材成分是獲得優(yōu)質(zhì)性能微膠囊的首要前提。配方1 中的酪蛋白酸鈉具有理想的兩親性、成膜性和乳化性[7]，配方2 中的變性淀粉能提高乳狀液的增稠穩(wěn)定和乳化作用，配方3 中的改性阿拉伯膠乳化性能優(yōu)異[8]。根據(jù)前人的研究成果，混合玉米糖漿或麥芽糊精等水解淀粉后可作為低成本功能性脂質(zhì)包裹材料[9]。本文以琉璃苣油為芯材，選用3 種配方制備琉璃苣油微膠囊，比較它們的理化性質(zhì)、穩(wěn)定性及體外模擬釋放性能。通過了解琉璃苣微膠囊在不同模擬消化環(huán)境下的消化釋放行為，為琉璃苣油的營養(yǎng)強(qiáng)化提供科學(xué)依據(jù)，拓寬琉璃苣油在食品工業(yè)的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料

琉璃苣油，吉水縣紅星天然藥用香料油廠；酪蛋白酸鈉，明瑞化學(xué)公司 （中國河南鄭州）；動(dòng)物明膠、麥芽糊精（DE 16-20），金源生物科技有限公司；玉米糖漿，先卓食品科技股份有限公司；變性淀粉，維爾寶公司（江西宜春）；改性阿拉伯膠，實(shí)驗(yàn)室自制[10]；尼羅紅、胃蛋白酶和胰蛋白酶，北京索萊寶科技有限公司；其余化學(xué)試劑均為國產(chǎn)分析純級(jí)。

1.2 設(shè)備與儀器

高速分散器（ULTRA-TURRAX T18），德國IKA 公司；高壓均質(zhì)機(jī)，中國上海東華公司；噴霧干燥機(jī)（MDR.P-5），無錫市現(xiàn)代噴霧干燥設(shè)備有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀（RE-52AA），上海亞榮生化儀器廠；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DGG-9023A），上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；水浴振蕩器（THZ-82A），常州榮華儀器制造有限公司；粒度分析儀（Nano 90），英國Malvern 儀器有限公司；環(huán)境掃描顯微鏡（XL-30-E），荷蘭Philips 公司；差示掃描量熱儀、熱重分析儀，美國Perkin Elmer 公司；氣相色譜儀（GC 6890N），美國Agilent 公司；倒置熒光顯微鏡，日本Nikon 公司。

1.3 方法

1.3.1 琉璃苣油微膠囊的制備 按照表1中配方制備琉璃苣油微膠囊。制備流程：將乳化劑加入琉璃苣油中溶解，與已溶解的壁材混勻后分散15 s，高壓均質(zhì)（30 MPa）2 次，噴霧干燥 （入風(fēng)溫度180℃，出風(fēng)溫度90～95 ℃），得到琉璃苣油微膠囊。

表1 琉璃苣油微膠囊配方（%）Table 1 Formulation of borage oil microcapsules（%）

1.3.2 微膠囊包埋率測定 表面油含量測定：稱取一定量的微膠囊 （記作m0）置于 200 mL 錐形瓶中，加入40 mL 石油醚浸提1 min，過濾，用恒重的平底燒瓶（m1）收集濾液，重復(fù)用25 mL 石油醚浸提1 次，過濾，合并濾液。40 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去濾液中的石油醚，將燒瓶于105 ℃烘箱中烘干至恒重，稱取燒瓶質(zhì)量（記作m2）[11]。表面油（SO）含量的計(jì)算公式：

微膠囊包埋率（EE/%）計(jì)算公式：

式中，TO——微膠囊總油含量（g）。

1.3.3 粒度測定 取少量微膠囊溶解于40 ℃溫水中，吸取100 μL 復(fù)原乳狀液稀釋至50 mL，用粒度分析儀檢測，檢測條件：波長633 nm，折射率

1.33，每組樣品重復(fù)測定3 次，取平均值[9]。

1.3.4 微膠囊水分及溶解度測定 微膠囊水分含量參照GBT 5009.3-2016 中的直接干燥法測定，溶解度的測定參照Hermanto 等的方法[12]。每組樣品重復(fù)測定3 次，取平均值。

1.3.5 熱穩(wěn)定測試

1.3.5.1 差示量熱掃描（DSC）分析 取2 mg 微膠囊樣品于鋁盒中，用差示量熱掃描儀測定微膠囊產(chǎn)品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度（Tg）。檢測條件：掃描溫度-20～220 ℃，掃描速度10 ℃/min，以空鋁盒為參照，記錄樣品的起始溫度、峰值溫度、終止溫度和熱焓[13]。

1.3.5.2 熱重分析 （TG） 稱取5 mg 微膠囊樣品于鋁盒中，用熱重分析儀分析樣品。測定條件：氮?dú)饬魉?0 mL/min，升溫速率10 ℃/min[14]。

1.3.6 氧化穩(wěn)定性測試 將微膠囊和未處理琉璃苣油于60 ℃烘箱中儲(chǔ)存18 d，每3 d 取樣測定過氧化值（POV）和2-硫代巴比妥酸值（TBA）。POV值采用王等[15]的方法測定。TBA 值采用分光光度法測定[16]。

1.3.7 微膠囊表觀形態(tài)觀察 對(duì)琉璃苣油微膠囊樣品噴金處理后，置環(huán)境掃描電鏡樣品臺(tái)上吹去多余樣品，觀察微膠囊產(chǎn)品的表面結(jié)構(gòu)[17]。

1.3.8 體外消化評(píng)價(jià) 胃腸道模擬消化液的配制根據(jù)美國藥典中的方法并稍加改動(dòng)[18]。模擬胃液（SGF）：量取400 mL 蒸餾水，用0.1 mol/L HCl 調(diào)節(jié)pH 值至1.2，加入5 g 胃蛋白酶溶解后定容500 mL。模擬腸液 （SIF）：向250 mL 蒸餾水中加入KH2PO46.8 g，溶解后用0.1 mol/L NaOH 調(diào)節(jié)pH值至7.4；用適量蒸餾水溶解5 g 胰蛋白酶，與前面KH2PO4溶液混合，于4 ℃攪拌過夜后用蒸餾水定容500 mL。

體外模擬消化：稱取5 g 微膠囊加入50 mL SGF 溶液，于（37±0.5）℃水浴振蕩2 h 模擬胃消化。用1 mol/L NaOH 調(diào)節(jié)pH 值至6.8 使胃蛋白酶失活，加入50 mL SIF 溶液，于相同條件模擬腸消化3 h。

1.3.8.1 微膠囊釋放率的測定 釋放油脂的提取方法：間隔0.5 h 取混合均勻消化液，將酶滅活，將消化過的樣品溶液轉(zhuǎn)入分液漏斗中，加入25 mL正己烷，混合萃取，重復(fù)3 次后，合并有機(jī)相，55℃旋蒸去除正己烷，用99.9%的氮?dú)獬埩舻娜軇?，得到消化過程中釋放的油脂含量，釋放率（OL）根據(jù)以下公式計(jì)算[19]：

式中，OFD——消化后油脂釋放總量（g）；TO——微膠囊總油含量（g）。

1.3.8.2 倒置熒光顯微鏡（IFM）下微膠囊的釋放行為 將20 μL 尼羅紅溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%）加入500 μL 消化液中，暗處反應(yīng)20 min 后取50 μL 于載玻片上，在倒置熒光顯微鏡下觀察不同配方琉璃苣油微膠囊消化過程中的微觀形態(tài)變化，物鏡放大200 倍[20]。

1.3.8.3 消化前、后琉璃苣油脂肪酸含量的變化參考張兵等[21]的方法對(duì)琉璃苣油進(jìn)行甲酯化，即：分別稱取2 mg 琉璃苣原油、提取的消化前微膠囊化琉璃苣油和消化結(jié)束后的消化液，溶解于1.5 mL 正己烷中，加入40 μL 乙酸甲酯和100 μL 0.5 mol/L 甲醇鈉甲醇溶液混勻，室溫反應(yīng)20 min 后置于-20 ℃冰箱反應(yīng)10 min，加入草酸60 μL 混合均勻，再加入無水硫酸鈉吸附水分，在4 000 r/min下離心后取上清液，使用氣相色譜儀分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 琉璃苣油微膠囊理化性質(zhì)分析

由表1可知，與配方2 和配方3 的包埋率相比，配方1 的包埋率相對(duì)較高，可能由于明膠形成的膜強(qiáng)度適合，玉米糖漿作為填充劑和基質(zhì)使油脂表面所形成的微膠囊膜致密而通透性低的緣故。而配方2 和配方3 是采用單純的碳水化合物為壁材，乳化能力不足，導(dǎo)致產(chǎn)品的微膠囊化包埋效率低于復(fù)合壁材的包埋率[22]。3 組琉璃苣油微膠囊的水分含量均低于3%，可滿足食品工業(yè)中對(duì)干燥固體粉末含水量的行業(yè)要求。此外，溶解度也是反映微膠囊品質(zhì)的重要指標(biāo)，3 組琉璃苣油微膠囊所選壁材均為高水溶性物質(zhì)，因此均表現(xiàn)出較高的溶解度。配方1 溶解度相對(duì)較低，可能是由于明膠和酪蛋白酸鈉都是聚電解質(zhì)蛋白，兩者的相互作用導(dǎo)致部分不溶性復(fù)合物凝聚層形成[23]。

粒徑結(jié)果顯示，3 組琉璃苣油微膠囊粒徑差異較大，其中配方1 的粒徑最小，為（264.09±0.16）nm，而配方2 和配方3 的粒徑分別為（413.05±0.53），（766.05±0.36）nm，顯著大于配方1 的。有研究表明，乳狀液的界面張力越小，粒徑越小，乳狀液體系越穩(wěn)定[24]。配方1 中的酪蛋白酸鈉具有特殊的界面活性，可降低油-水界面張力，維持界面平衡和穩(wěn)定乳狀液，增強(qiáng)乳狀液的乳化能力，形成粒徑較小且無明顯聚結(jié)的液滴。而配方2 和配方3 的主要成分為多糖，吸附到水油界面會(huì)產(chǎn)生增稠作用，影響水包油乳狀液的穩(wěn)定性，從而引起液滴間的黏連，從而增大液滴的平均粒徑。

表2 琉璃苣油微膠囊的理化性質(zhì)Table 2 Physicochemical properties of microencapsulated borage oil

2.2 琉璃苣油微膠囊穩(wěn)定性分析

2.2.1 熱穩(wěn)定性 如圖1a 所示，通過DSC 曲線可知3 組琉璃苣油微膠囊的玻璃轉(zhuǎn)化溫度Tg值依次為102.59，81.33，73.04 ℃，添加麥芽糊精會(huì)降低粉末的Tg值，因此配方一制備的微膠囊Tg值明顯高于其它兩組。3 組微膠囊在室溫下儲(chǔ)存均能保持穩(wěn)定的玻璃態(tài)，具有良好的熱穩(wěn)定性。如圖1b 所示，熱重分析結(jié)果表明：程序溫度到達(dá)257.98 ℃之前，琉璃苣油微膠囊質(zhì)量損失微小，樣品展現(xiàn)很好的熱穩(wěn)定性。當(dāng)溫度530 ℃時(shí)，失重曲線逐漸趨于平穩(wěn)，3 組琉璃苣油微膠囊的質(zhì)量損失分別為76.45%，82.54%和82.60%，說明該階段微膠囊結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，分解基本完成。而用配方1 制備的琉璃苣油微膠囊質(zhì)量損失率最小，熱穩(wěn)定性為3 組中最優(yōu)。微膠囊化可保護(hù)琉璃苣油營養(yǎng)功能性成分，滿足應(yīng)用于食品工業(yè)的一般生產(chǎn)條件。

圖1 琉璃苣油微膠囊熱穩(wěn)定性分析Fig.1 Thermal stability analysis of borage oil microcapsules

2.2.2 氧化穩(wěn)定性

圖2 琉璃苣油微膠囊加速貯藏期間POV 值（a）和TBA 值（b）的變化Fig.2 Changes in POV （a） and TBA values （b） for microcapsule of borage oil in accelerated storage experiments

2.2.2.1 POV 和TBA 值分析 通過測定油脂中氫過氧化物含量得到的POV 值，評(píng)估油脂的氧化程度及初級(jí)氧化產(chǎn)物含量。TBA 值反映油脂次級(jí)氧化產(chǎn)物含量。由圖2a 可知，暴露于空氣中的琉璃苣油在貯藏期間POV 值先升高后降低，加速貯藏12 d，POV 達(dá)到最高值77.92 meq/kg。TBA 值隨貯藏時(shí)間的延長而增加。持續(xù)的高溫環(huán)境下，具有高度反應(yīng)活性的氫過氧化物易分解成自由基并進(jìn)一步降解成次級(jí)氧化產(chǎn)物，使得游離琉璃苣油POV 在貯藏12 d 后開始下降，而TBA 值繼續(xù)顯著增加[25]。貯藏期間，琉璃苣油微膠囊POV 值增長緩慢且始終顯著低于游離琉璃苣油的POV 值，貯藏12 d，游離琉璃苣油TBA 值顯著高于所有配方制備的微膠囊的TBA 值。所有配方制備的微膠囊中，由配方1 制備的微膠囊的POV 值和TBA值最小，分別為12.15 meq/kg 和7.89 mg/kg，表現(xiàn)出最佳的抗氧化特性。這可能與壁材的抗氧化特性相關(guān)，高溫下配方1 壁材間發(fā)生美拉德反應(yīng)，所得產(chǎn)物具有一定的抗氧化能力[26]。此外，低含量的表面油也能獲得較好的抗氧化能力。加速氧化貯藏試驗(yàn)結(jié)果表明，油脂微膠囊化為琉璃苣油提供了有效的屏障保護(hù)，提高了油脂的氧化穩(wěn)定性，從而延長油脂的存放時(shí)間。

2.2.2.2 微觀結(jié)構(gòu)分析 由圖3可知，由3 組配方制備的微膠囊形態(tài)均呈完整的規(guī)則球形。第0天，由配方1 制備的微膠囊顆粒完整，大小均勻且分散性良好，而由配方2 和配方3 制備的微膠囊則出現(xiàn)不同程度的黏連現(xiàn)象。加速貯藏18 d 后，配方1 制備的微膠囊囊壁因受熱而出現(xiàn)少許破裂及孔洞，這可能是在高溫環(huán)境中，因失水以及囊壁收縮不均勻而造成的囊壁結(jié)構(gòu)破裂[27]。由配方2和配方3 制備的微膠囊出現(xiàn)囊壁塌陷，可能是由于貯藏過程中壁材受熱，空氣溢出所致。雖然3 組微膠囊表觀形態(tài)出現(xiàn)輕微損壞，但依舊保持較為完整的球形微膠囊結(jié)構(gòu)。由配方1 制備的微膠囊較配方2 和配方3 表觀出色。

圖3 琉璃苣油微膠囊環(huán)境掃描電鏡圖Fig.3 Scanning electron micrographs of borage oil microcapsules

2.2.3 體外模擬消化過程釋放行為分析

2.2.3.1 體外模擬消化微膠囊芯材釋放率分析0～2 h 為模擬胃消化階段。由圖4可知，體外模擬胃消化后，3 組配方芯材油脂釋放率依次為37.42%，11.46%和16.74%，SGF 的強(qiáng)酸環(huán)境及胃蛋白酶的酶解作用使得配方1 壁材結(jié)構(gòu)完整性受到威脅，而以碳水化合物制備的配方2 和配方3對(duì)胃環(huán)境表現(xiàn)出較強(qiáng)的抵抗力，導(dǎo)致配方1 制備的微膠囊在胃消化階段的釋放率顯著大于配方2和配方3。3～5 h 模擬腸消化過程中，腸液中的胰蛋白酶在堿性環(huán)境與胰淀粉酶發(fā)生聯(lián)合效應(yīng)，進(jìn)一步水解微膠囊壁材，囊壁結(jié)構(gòu)的瓦解導(dǎo)致芯材琉璃苣油的大量釋放[28]。模擬腸消化后3 組微膠囊芯材油脂釋放率分別為45.05%，47.88%和44.28%，而微膠囊的模擬消化芯材油脂釋放總量分別為82.47%，59.34%和61.02%。芯材油脂主要在腸消化階段釋放，而小腸是人體分解吸收營養(yǎng)物質(zhì)的主要場所，因此對(duì)琉璃苣油的包埋和胃腸道輸送是有效的。模擬胃腸道條件下由配方1 制備的微膠囊的高釋放率對(duì)應(yīng)油脂的高消化率，因此配方1 較配方2 和配方3 具有較好的胃腸道釋放率。

圖4 體外模擬消化過程中琉璃苣油微膠囊芯材釋放率Fig.4 Release rate of borage oil microcapsules in simulated digestion environment in vitro

2.2.3.2 IFM 分析 琉璃苣油微膠囊在體外模擬消化不同階段的油脂釋放情況如圖5所示。圖5a為未體外消化的復(fù)原乳狀液分布圖，琉璃苣油微膠囊表面存在少量油脂，表面油被尼羅紅標(biāo)記后微膠囊呈現(xiàn)微弱熒光，微膠囊分布較為分散，結(jié)構(gòu)完整。圖5b，經(jīng)2 h 胃消化階段后，在pH 值較小的胃酸環(huán)境下，壁材初步水解，配方1 的復(fù)合壁材中蛋白因水解導(dǎo)致油滴表面的正電荷減少，復(fù)原乳狀液失去平衡的靜電斥力，從而導(dǎo)致絮凝現(xiàn)象發(fā)生。配方2 和配方3 也存在部分粘連現(xiàn)象，這可能是由于胃酸環(huán)境中，壁材吸收水分出現(xiàn)膨脹，溶解度的增加伴隨著琉璃苣油微膠囊結(jié)構(gòu)破裂，部分油脂聚集導(dǎo)致微膠囊顆粒間的粘連。如圖5c 所示，微膠囊經(jīng)過2 h 胃消化+3 h 腸消化后，聚集的油脂多呈球滴狀且發(fā)出強(qiáng)烈的紅色熒光，胃環(huán)境下的絮凝現(xiàn)象消失，這說明琉璃苣油微膠囊結(jié)構(gòu)完整性喪失，芯材失去壁材保護(hù)釋放在腸液中，油滴的界面膜被破壞導(dǎo)致相互間的聚集。倒置熒光顯微鏡下，配方1 制備的微膠囊芯材油脂釋放量最大，視野內(nèi)紅色熒光較另外兩組微膠囊更為強(qiáng)烈，表明配方1 較配方2 和配方3 芯材油脂釋放率更大。

圖5 體外模擬消化過程中琉璃苣油微膠囊的IFM 圖Fig.5 IFM images of borage oil microcapsules during simulated gastric-intestinal conditions in vitro

2.2.3.3 脂肪酸組成與含量分析 由表3可知，琉璃苣油中飽和脂肪酸總量為14.6%，單不飽和脂肪酸總含量為17.77%，而多不飽和脂肪酸總含量為61.24%，琉璃苣油微膠囊化后，脂肪酸成分含量無顯著性變化，表明噴霧干燥的瞬時(shí)高溫對(duì)琉璃苣油的營養(yǎng)成分不會(huì)造成明顯影響[29]。不同的脂肪酸消化時(shí)間存在差異，飽和脂肪酸通常在進(jìn)入胃環(huán)境10～30 min 內(nèi)開始被消化分解，其次為單不飽和脂肪酸，最后是多不飽和脂肪酸，因此，體外模擬消化結(jié)束后，油脂中的飽和脂肪酸總含量有所下降，而多不飽和脂肪酸總含量相對(duì)增加[30]。此外，微膠囊配方成分的差異導(dǎo)致配方1 制備的微膠囊的芯材釋放量大于配方2 和配方3。消化結(jié)束后，配方1 制備的微膠囊的多不飽和脂肪酸總量略高于其它兩組。腸道是人體分解吸收營養(yǎng)成分的主要場所，琉璃苣油微膠囊化可將大部分琉璃苣油控制釋放在腸消化階段，使得功能性營養(yǎng)成分受到保護(hù)，從而提高人體吸收營養(yǎng)效率。琉璃苣油微膠囊化是幫助琉璃苣油功能性成分在人體消化系統(tǒng)分解吸收的有效方法。體外模擬消化過程中，由于配方1 制備的微膠囊油脂釋放率一直顯著高于另外兩個(gè)配方，芯材消化程度最高，因此，由它制備的微膠囊的體外模擬消化行為在3 組微膠囊中表現(xiàn)最佳。

表3 體外模擬消化前、后的琉璃苣油脂肪酸含量變化Table 3 Changes in fatty acid content of borage oil before and after simulated digestion in vitro

3 結(jié)論

本文對(duì)制備的3 組琉璃苣油微膠囊進(jìn)行理化性質(zhì)、穩(wěn)定性分析和體外模擬消化行為分析。對(duì)比配方2 和配方3，由配方1 制得的微膠囊包埋率高（95.7%），粒徑?。?64.09 nm），顆粒分布均勻，Tg值最高（102.59 ℃），熱重質(zhì)量損失最?。?6.54%），60 ℃下貯藏18 d 后，POV 值 （12.15 meq/kg）和TBA 值（7.89 mg/kg）為3 組微膠囊最低。體外模擬消化試驗(yàn)結(jié)果表明，琉璃苣油微膠囊化具有良好的緩釋性，有利于人體消化吸收營養(yǎng)成分。消化結(jié)束后，配方1 制備的微膠囊芯材釋放率為82.47%，顯著高于配方2（59.34%）和配方3（61.02%），更適于包埋琉璃苣油，達(dá)到功能性油脂胃腸道有效輸送的目的。