譚 睿，申 瑾，董文江*，章 中,*，龍宇宙，胡榮鎖,3，陳治華，蔣快樂

（1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021；2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所，海南 萬寧 571533；3.海南省熱帶作物工程技術(shù)研究中心，海南 萬寧 571533；4.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶作物學(xué)院，云南 普洱 665000）

咖啡為茜草科、咖啡屬植物，起源于埃塞俄比亞和剛果，由于咖啡獨(dú)特的風(fēng)味，以及具有提神醒腦、減肥、抗氧化等各種生理功能而被人們所喜愛[1]?？Х葹槲覈?guó)重要的特色熱帶飲料作物，亦是海南和云南地區(qū)農(nóng)民增收致富的優(yōu)勢(shì)特色產(chǎn)業(yè)，目前我國(guó)咖啡種植面積已達(dá)180萬 畝，年產(chǎn)咖啡15.0萬 t，產(chǎn)值超過25.8億 元。但我國(guó)咖啡豆主要以初級(jí)原料豆出口為主，深加工研究較少，綠咖啡油是從生咖啡豆中提取的油脂，導(dǎo)致其綜合效益偏低；中粒種和小粒種咖啡油中脂肪酸組分分別為亞油酸（46.3%和44.0%）、棕櫚酸（30.2%和31.3%）、油酸（10.6%和12.5%）和硬脂酸（8.0%和5.9%）[2]，綠咖啡油具有潤(rùn)膚和防紫外線輻射作用，已被廣泛用于化妝品工業(yè)。由于綠咖啡油中不飽和脂肪酸含量較高，易氧化變質(zhì)，進(jìn)而影響其感官和風(fēng)味品質(zhì)，氧化酸敗產(chǎn)生的醛酮類揮發(fā)性物質(zhì)亦對(duì)人體有害，因此采用微膠囊化包埋綠咖啡油，提高其氧化穩(wěn)定性尤為必要。

微膠囊化被定義為一個(gè)過程，在此過程中，微小的顆?；蛞旱伪煌繉影鼑蚯度刖鶆蚧蚍蔷鶆虻幕|(zhì)中，從而使小膠囊具有較多優(yōu)異的性能[3]。微膠囊化的咖啡油比未膠囊化的咖啡油具有更高的氧化穩(wěn)定性，并能在高雙萜的情況下保持較高的日光防護(hù)系數(shù)。Frascareli等[4]采用響應(yīng)面法優(yōu)化了噴霧干燥法使用阿拉伯膠作為壁材制備綠咖啡油微膠囊的工藝條件；Carvalho等[5]采用靜電逐層沉積技術(shù)，采用噴霧干燥法制備綠咖啡油微膠囊，以卵磷脂殼聚糖穩(wěn)定的Hi-Cap100和玉米糖漿/Hi-Cap100制備的微顆粒氧化穩(wěn)定性最高。微膠囊的防曬系數(shù)在1.52～2.45之間，接近純綠咖啡油；Freiberger等[6]用聚乳酸和聚羥基丁酸酯-羥基戊酸酯為包封劑，采用微乳化-溶劑蒸發(fā)技術(shù)制備了烘烤咖啡油納米膠囊，這種油的微膠囊化改善了其在粉狀化妝品中的應(yīng)用，并減少了肉桂酸的過敏反應(yīng)，當(dāng)直接應(yīng)用于皮膚上時(shí)，可導(dǎo)致過敏。

復(fù)凝聚法制備微膠囊是利用兩種水溶性高分子，在改變?nèi)芤簆H值時(shí)生成的相反電荷通過靜電作用引起凝聚而形成聚合物的反應(yīng)。當(dāng)帶正電荷的膠體溶液與帶負(fù)電荷的膠體溶液相混合時(shí)，異種電荷的相互作用形成聚電解質(zhì)復(fù)合物而發(fā)生分離，壁材在芯材周圍沉積而得到微膠囊。復(fù)合凝聚法具有操作簡(jiǎn)單、成本低、可擴(kuò)展性和可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)，可用于食品配料的封裝，即使在非常高的負(fù)載下也能產(chǎn)生較高的封裝效率[7]。復(fù)合凝聚法是包埋脂溶性食品配料的常用方法，該方法不需要專用設(shè)備，工藝條件較為溫和，工藝過程對(duì)芯材品質(zhì)的損傷較小，且得到的微膠囊產(chǎn)品載量較高，對(duì)于脂溶性芯材具有良好的延緩氧化以及控制釋放的功能[8]。然而，到目前為止還鮮見采用復(fù)合凝聚法制備綠咖啡油微膠囊方面的報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)通過明膠（gelatin，G）結(jié)合3 種多糖阿拉伯膠（gum arabic，GA）、果膠（pectin，P）、羧甲基纖維素鈉（sodium carboxymethyl cellulose，CMC）3 種壁材，采用復(fù)合凝聚法制備綠咖啡油微膠囊，通過對(duì)微膠囊形態(tài)表征、包埋率、粒徑等進(jìn)行比較，篩選出包埋綠咖啡油的最適壁材。本研究通過制備出性能優(yōu)良的綠咖啡油微膠囊，以期為綠咖啡油的高值化利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠咖啡油 雅克耶提芳香醫(yī)藥科技（青島）有限公司；明膠、阿拉伯膠 中國(guó)醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑有限公司；高酯果膠（121型） 美國(guó)斯比凱克公司；羧甲基纖維素鈉（FL9、黏度300） 上海申光食品化學(xué)品有限公司；實(shí)驗(yàn)用水全部為超純水；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Magic LAB多功能乳化分散機(jī)、RW20.n懸臂式攪拌器德國(guó)IKA公司；SevenCompact S220 pH計(jì) Mettler-Toledo儀器（上海）有限公司；UV-2450紫外分光光度計(jì)日本島津公司；SCIENTZ-18ND真空冷凍干燥機(jī)寧波新芝生物科技股份有限公司；R-215旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀瑞士BUCHI有限公司；RS552NRUAWW/SC冰箱 蘇州三星電子有限公司；DF-101集熱式恒溫加熱磁力攪拌器鞏義市予華儀器責(zé)任有限公司；Mastersizer 3000激光粒度儀 英國(guó)馬爾文儀器有限公司；CX23生物顯微鏡日本奧林巴斯公司；JXN-26高速冷凍型離心機(jī) 美國(guó)貝克曼庫爾特有限公司；Nicolet 6700傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)Thermo Fisher公司；STA 449F3熱分析儀德國(guó)NETZSCH公司。

1.3 方法

1.3.1 反應(yīng)pH值的確定

在對(duì)綠咖啡油進(jìn)行包埋之前，需要確定明膠與阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉的最佳反應(yīng)pH值條件；壁材組成和反應(yīng)pH值條件是影響復(fù)凝聚反應(yīng)的關(guān)鍵因素，壁材組成不同，發(fā)生復(fù)凝聚的pH值范圍就不同。參考杜歌[9]、Muhoza[10]和賴凌峰[11]等的方法，以1 g/L的總生物聚合物質(zhì)量濃度，分別制備了明膠/阿拉伯膠（質(zhì)量比1∶1）、明膠/果膠（3∶1）、明膠/羧甲基纖維素鈉（9∶1）的混合物，在45 ℃水浴下，以體積分?jǐn)?shù)分別為10%、1%、0.1%的醋酸對(duì)生物聚合物溶液進(jìn)行濁度滴定。

1.3.2 復(fù)聚物及微膠囊制備

復(fù)聚物的制備：參照Dong Die等[12]方法，并稍作修改。將壁材按表1中比例混合均勻制成1%溶液，明膠、果膠原液混合前pH值分別調(diào)整至7.0，其中果膠溶液pH值為3.5，將pH值調(diào)整為7.0，以防止混合過程中明膠和果膠之間靜電吸引而形成復(fù)合物。保持體系溫度40 ℃，攪拌速率400 r/min，用10%醋酸調(diào)節(jié)pH值，凝聚20 min。冰水浴降溫至15 ℃以下，保持30 min。用1% NaOH調(diào)節(jié)體系pH值至6.0，靜置，分層，離心分離，去除上清液后，均勻平鋪于培養(yǎng)皿內(nèi)，在貯藏溫度為-16 ℃時(shí)預(yù)凍過夜后，-4 ℃時(shí)冷凍干燥，干燥時(shí)間48 h。所得樣品置于高密度聚乙烯袋裝中并保存于冰箱（-20 ℃）。

微膠囊的制備：按表1配制1%的壁材溶液后，以芯壁質(zhì)量比1∶1加入綠咖啡油，在20 000 r/min下高速分散均質(zhì)乳化3 min。后續(xù)制備過程同上。

表1 復(fù)合凝聚法制備綠咖啡油微膠囊工藝參數(shù)Table 1 Process parameters for the preparation of green coffee oil microcapsules by complex coacervation

1.3.3 形態(tài)表征

光學(xué)顯微鏡觀察：采用光學(xué)顯微鏡對(duì)濕囊形態(tài)進(jìn)行形態(tài)觀察，并將相機(jī)與電腦連接，以400 倍的放大倍數(shù)收集濕囊的圖像。

1.3.4 微膠囊水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定

精密稱取0.5 g真空冷凍干燥好的微膠囊樣品，均勻置于快速水分測(cè)定儀樣品盤上進(jìn)行水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)測(cè)定。每個(gè)樣品平行測(cè)定3 次。

1.3.5 產(chǎn)率、包埋率、壁材利用率、載量的測(cè)定

將干燥后的總油質(zhì)量除以初始油質(zhì)量來計(jì)算油的產(chǎn)率（式（1））：

壁材利用率指微膠囊去除總油后與加入的初始壁材質(zhì)量之比（式（3））：

載量按式（4）計(jì)算：

表面油含量根據(jù)QB/T 4791—2015《植脂末》測(cè)定[13]。

采用GB 5009.6—2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中脂肪的測(cè)定》的酸水解法測(cè)定微膠囊中總油含量[14]。

1.3.6 微膠囊的粒度分布

通過Mastersizer 3000激光粒度儀對(duì)微膠囊濕囊進(jìn)行測(cè)定，去離子水作為分散劑，設(shè)置材料折射率為1.59，水分散劑折射率為1.33[15]，將微膠囊濕囊緩慢加入到去離子水中至適宜濃度，直至遮光度達(dá)到適宜測(cè)定范圍內(nèi)。每個(gè)樣品的粒度平行測(cè)定3 次。

1.3.7 微膠囊的傅里葉變換紅外光譜分析

將微膠囊分別通過傅里葉變換紅外光譜儀在室溫下進(jìn)行測(cè)定，加入樣品質(zhì)量50～100 倍的溴化鉀后進(jìn)行研磨，壓片機(jī)壓制成片，選用空白溴化鉀片作為對(duì)照。置于紅外光譜儀上，于400～4 000 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描次數(shù)為32 次，分辨率為4 cm-1。利用PeakFit v4.12軟件在譜帶范圍內(nèi)（酰胺I帶1 600～1 700 cm-1）校正基線，然后用Gaussian去卷積，進(jìn)行二階導(dǎo)數(shù)擬合，多次擬合使殘差最小。根據(jù)峰面積計(jì)算出明膠及其復(fù)聚物蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量。

1.3.8 熱重分析

將壁材、復(fù)聚物、咖啡油微膠囊（3～5 mg）置于小坩堝中，設(shè)置儀器參數(shù)溫度范圍30～600 ℃，升溫速率10 ℃/min，載氣為氮?dú)?，流速?0 mL/min，測(cè)定樣品的熱釋放曲線。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)的顯著性分析均采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行處理和分析，并采用Origin 9.0軟件作圖。所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行3 次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 明膠與3 種多糖復(fù)合凝聚的pH值

圖1 明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉多糖濁度滴定曲線Fig.1 Turbidity versus pH curves of gelatin combined with each of three polysaccharides

發(fā)生于生物大分子之間的復(fù)合凝聚反應(yīng)，隨著pH值的改變會(huì)經(jīng)歷若干膠體形態(tài)，而這些轉(zhuǎn)變從外觀上可表現(xiàn)為體系濁度的變化。因此，濁度滴定被廣泛應(yīng)用于追蹤復(fù)合凝聚反應(yīng)的整體過程，同時(shí)濁度滴定曲線被用作選擇最適混合比例及相應(yīng)的pH值條件，所得出的最適條件即可應(yīng)用于微膠囊的制備。圖1所示即為明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉不同比例下的pH值濁度曲線。在滴定開始階段，濁度值幾乎為0，溶液呈現(xiàn)均一、透明外觀，這是因?yàn)槊髂z與陰離子多糖均帶負(fù)電，相互之間的靜電排斥力使得體系沒有復(fù)聚物產(chǎn)生，該階段被稱為分離的相行為[16]。隨著pH值的緩慢下降，少量的可溶性復(fù)聚物產(chǎn)生，溶液開始略微泛白，體系濁度開始緩慢上升，開始形成可溶性復(fù)合物。當(dāng)pH值繼續(xù)下降時(shí)，形成的可溶性復(fù)合物發(fā)生了結(jié)構(gòu)間的重排，形成相對(duì)緊密的結(jié)構(gòu)，即不可溶性復(fù)合物，此時(shí)，濁度急速上升，溶液逐漸變?yōu)椴煌腹獾娜榘咨?。濁度的峰值意味著明膠與陰離子多糖之間的靜電相互作用達(dá)到了最大值，當(dāng)濁度跨越峰值，進(jìn)入下降階段，生物聚合物溶液開始變得透明。明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉的最適pH值分別為4.00、4.23、4.85。本實(shí)驗(yàn)的研究結(jié)果與杜歌[9]和Muhoza[10]等報(bào)道相一致，明膠/羧甲基纖維素鈉的最適pH值與賴凌峰[11]研究結(jié)果略有不同，可能是由于在選擇的羧甲基纖維素鈉種類中型號(hào)不同，最佳條件也會(huì)發(fā)生細(xì)微變化[17]。

2.2 微膠囊形態(tài)光學(xué)顯微鏡觀察結(jié)果

由于芯材、壁材不同，微膠囊的大小和形態(tài)變化較大。圖2所示為光學(xué)顯微鏡下明膠結(jié)合不同陰離子多糖阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉復(fù)合凝聚法制備的微膠囊空囊及咖啡油微膠囊形態(tài)圖。在光學(xué)顯微圖像中，不同壁材組合通過復(fù)合凝聚法制得微膠囊空囊及咖啡油微膠囊的形態(tài)都呈規(guī)則的圓形。Lü Yi等[17]研究得出通過復(fù)合凝聚得到的粒子呈球形的。單位表面積下，球狀結(jié)構(gòu)由于具有相對(duì)更大的體積，因而具有更大的包覆芯材物質(zhì)的潛能[10]，并具有更好的緩釋性能；3 種壁材組合制備的咖啡油微膠囊顯微圖像呈球形多核結(jié)構(gòu)，囊壁結(jié)構(gòu)完整，芯材被包裹在囊壁中，因此認(rèn)為咖啡油被成功膠囊化，對(duì)芯材產(chǎn)生良好的保護(hù)作用，并且粒徑具有明顯區(qū)別，說明不同壁材組合對(duì)微膠囊產(chǎn)品的大小有顯著影響。

圖2 明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉復(fù)聚物及其綠咖啡油微膠囊顯微鏡圖Fig.2 Micrographs of G/GA, G/P and G/CMC complexes, and green coffee oil microcapsules

由圖2可知，咖啡油完全被復(fù)聚物包裹，復(fù)聚物和微膠囊都呈球形，單位表面積下，球狀結(jié)構(gòu)由于具有相對(duì)更大的體積，因而這3 種復(fù)聚物具有更大的包覆芯材物質(zhì)的潛能。芯材咖啡油對(duì)微膠囊顆粒大小與形狀影響不明顯，但是不同壁材組合對(duì)復(fù)聚物和微膠囊的顆粒尺寸影響較為明顯，其中明膠/羧甲基纖維素鈉的顆粒最大，明膠/阿拉伯膠次之，明膠/果膠最小，通過使用不同的壁材組合，可以使穩(wěn)定的輸送系統(tǒng)具有理想的尺寸。已有報(bào)道表明[18-19]，生物聚合物的黏度、分子質(zhì)量和乳化性能對(duì)復(fù)合凝聚法制備微膠囊大小具有顯著影響。

2.3 綠咖啡油微膠囊產(chǎn)品理化指標(biāo)

表2 綠咖啡油微膠囊產(chǎn)品理化指標(biāo)Table 2 Physicochemical indexes of green coffee oil microcapsules

微膠囊產(chǎn)品的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)是一個(gè)很重要的指標(biāo)，過高的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)讓產(chǎn)品在儲(chǔ)藏過程中結(jié)塊，霉變，也會(huì)增加油脂的氧化速率。表2中微膠囊的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)表明，干燥后的微膠囊中水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，使微膠囊較為容易保存。微膠囊的產(chǎn)率和包埋率是評(píng)價(jià)包埋效果的重要指標(biāo)，它能夠反應(yīng)芯材被包埋的程度，也是微膠囊制備工藝中的重要指標(biāo)，可影響到生產(chǎn)工藝及最終產(chǎn)品的性質(zhì)[20]。由表2可知，明膠結(jié)合不同陰離子多糖阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉的不同壁材組合，復(fù)合凝聚法制備的微膠囊產(chǎn)率都達(dá)到了90%以上，包埋率85%以上，可以得出3 種壁材包埋綠咖啡油都比較適合制備微膠囊，該結(jié)果與Yuan Yuan等[21]的研究結(jié)果相一致。對(duì)微膠囊產(chǎn)品特性進(jìn)行顯著性分析，得出3 種不同壁材組合制備的微膠囊產(chǎn)率沒有顯著性差異（P＞0.05），其載量、包埋率、壁材利用率具有顯著性差異（P＜0.05）。明膠/阿拉伯膠的載量最高，明膠/果膠的載量最低，這是由于三者壁芯比相同，在產(chǎn)率相差不大情況下，明膠/阿拉伯膠的壁材利用率最低，明膠/果膠的壁材利用率最高，所導(dǎo)致的芯材占比不同。靜電吸引是復(fù)合凝聚過程中的主要驅(qū)動(dòng)力之一，在相分離的情況下，電荷密度尤為重要。高電荷密度通常會(huì)導(dǎo)致沉淀，而在低電荷密度下，則很容易誘發(fā)液體凝聚[17]，果膠、羧甲基纖維素鈉的電荷密度比阿拉伯膠大，會(huì)導(dǎo)致其壁材利用率比較大。明膠/果膠的壁材利用率最高，較高的復(fù)聚物利用率為芯材的包覆提供了更多的壁材，同時(shí)為獲得高載量的復(fù)合凝聚微膠囊創(chuàng)造了條件[11]，且壁材利用率較高可以降低生產(chǎn)成本。

2.4 粒徑分布分析

圖3 綠咖啡油微膠囊的粒徑分布Fig.3 Particle size distribution of green coffee oil microcapsules

表3 不同壁材復(fù)合凝聚綠咖啡油的平均粒徑Table 3 Average particle sizes of green coffee oil microcapsules prepared with different wall material combinations

微膠囊的粒徑及其分布狀態(tài)是微膠囊產(chǎn)品的重要參數(shù)。粒徑是評(píng)價(jià)微膠囊乳液體系質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，特別是從食品配料的應(yīng)用角度來看，因?yàn)轭w粒過大可能會(huì)造成口感不適[22]。此外，大顆?？梢匝娱L(zhǎng)活性化合物的釋放時(shí)間[23]。粒徑分布結(jié)果如圖3所示，明膠/阿拉伯膠、明膠/羧甲基纖維素鈉微膠囊的粒徑呈正態(tài)分布并且相對(duì)較為狹窄，說明在最佳工藝條件下制備的微膠囊粒徑大小較為均勻，分散性良好。3 種壁材組合制得的微膠囊平均粒徑（D4.3）和徑距如表3所示，平均粒徑不同，明膠/羧甲基纖維素鈉＞明膠/阿拉伯膠＞明膠/果膠，粒徑在60 μm以下。明膠/阿拉伯膠、明膠/羧甲基纖維素鈉具有更低的徑距（1.1左右），而明膠/果膠的徑距最大（1.8），體系粒徑的多分散性更加明顯，更高的跨度值意味著更廣泛的粒子分布。

2.5 壁材、明膠/多糖復(fù)聚物的紅外光譜圖分析

圖4 明膠、阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉的紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectra of gelatin, arabic gum, pectin and sodium methylcellulose

圖5 復(fù)聚物的紅外光譜圖Fig.5 Infrared spectra of complexes

紅外光譜是生物高分子和其聚合物結(jié)構(gòu)分析的有力工具，通過紅外光譜的掃描分析，可以顯示出各物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和具有特征性的化學(xué)鍵[24]。本實(shí)驗(yàn)通過紅外光譜分析可獲取有關(guān)明膠、陰離子多糖和咖啡油之間復(fù)合凝聚過程中相互作用的信息。圖4、5分別表示的是明膠、陰離子多糖及其各自復(fù)聚物的紅外光譜圖[25]。從3 種復(fù)聚物圖譜中可看出，復(fù)聚物的紅外譜圖類似于明膠與陰離子多糖的疊加，但仍有一些吸收峰位置發(fā)生了改變。復(fù)聚物光譜中明膠代表N-H鍵伸縮振動(dòng)的3 444 cm-1被移至較低的波數(shù)。阿拉伯膠、羧甲基纖維素中代表受氫鍵影響的-OH伸縮振動(dòng)峰3 413、3 420 cm-1也被移至較低波數(shù)，而果膠的3 389 cm-1升高至3 433 cm-1。這可能是由于明膠和多糖分子構(gòu)象的改變，以及在凝聚過程中分子間相互作用能量的降低。復(fù)聚物中代表C-H拉伸振動(dòng)的2 930 cm-1左右的峰被移至較高的波數(shù)，C-H鍵的這種變化反映了明膠與多糖在復(fù)合凝聚形成過程中構(gòu)象的變化，這是明膠和陰離子聚合物相互作用的又一跡象，新的峰值也被認(rèn)為是一個(gè)指標(biāo)的蛋白質(zhì)過量電荷和更高的相互作用[26]。

在明膠/多糖復(fù)聚物中，可以觀察到酰胺I帶代表-C＝O的伸縮振動(dòng)峰從1 643 cm-1位移至1 659～1 669 cm-1范圍。這一變化可能是由于在復(fù)雜的凝聚過程中，帶負(fù)電荷的多糖與帶正電荷的明膠相結(jié)合。多糖分子中代表-COO-伸縮振動(dòng)的峰1 615、1 635、1 647 cm-1被移至較高的波數(shù)以及1 423、1 441、1 423 cm-1處峰的消失，表明了羧基參與了復(fù)合凝聚物的形成。此外，這兩種生物聚合物之間的復(fù)雜凝聚改變了羰基-酰胺區(qū)的紅外光譜[18]。在明膠光譜中，在1 542 cm-1處的NH振動(dòng)帶和在1 454 cm-1處的CH振動(dòng)帶在形成復(fù)合物后仍基本保持其位置。然而，在1 200～400 cm-1區(qū)域的復(fù)合凝聚物圖譜與明膠和多糖圖譜的模式完全不同。這可能是絡(luò)合過程中明膠和多糖分子重排的結(jié)果[18]，因此，這些組分可能形成穩(wěn)定的復(fù)合凝聚體。對(duì)比壁材與復(fù)聚物的紅外光譜可以看出，在復(fù)合凝聚物的紅外光譜上未發(fā)現(xiàn)不存在明膠、陰離子多糖的特殊峰值，這說明了沒有新的化學(xué)鍵生成，進(jìn)一步證實(shí)了明膠、陰離子多糖是通過靜電相互作用等物理相互作用形成的，而非通過化學(xué)相互作用聯(lián)接的。

圖6 綠咖啡油及其微膠囊的紅外光譜圖Fig.6 Infrared spectra of free and microencapsulated green coffee oil

對(duì)比明膠/阿拉伯膠復(fù)聚物及微膠囊紅外圖譜發(fā)現(xiàn)，復(fù)聚物1 669 cm-1的吸收峰位移至1 647 cm-1；對(duì)比明膠/果膠復(fù)聚物及微膠囊紅外圖譜發(fā)現(xiàn)，復(fù)聚物1 659 cm-1的吸收峰位移至1 647 cm-1；對(duì)比明膠/羧甲基纖維素鈉復(fù)聚物及微膠囊紅外圖譜發(fā)現(xiàn)，復(fù)聚物1 669 cm-1的吸收峰位移至1 660 cm-1。以上峰位移的原因可能是-NH3+發(fā)生了不對(duì)稱變角振動(dòng)。3 種微膠囊的1 542 cm-1的吸收峰與明膠的紅外光譜的峰值相同，說明微膠囊中都含有明膠。圖6表示的是咖啡油及明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉包埋所得的微膠囊紅外譜圖。從圖中可以看出咖啡油微膠囊在波數(shù)為2 925、2 854、1 746、1 464、1 377、1 238、1 163、1 099、722 cm-1處與咖啡油的紅外光譜的峰值相近，可以說明微膠囊中含有咖啡油?？Х扔椭泻衼営退?，亞油酸中含有兩個(gè)雙鍵，由咖啡油的紅外光譜可以看出在波數(shù)為3 009 cm-1處有極強(qiáng)的振動(dòng)峰，這是＝C-H鍵伸縮振動(dòng)形成的，而在形成的微膠囊產(chǎn)品中沒有看到此波長(zhǎng)處的伸縮振動(dòng)現(xiàn)象，并且咖啡油的羰基峰在1 746 cm-1處減弱，這與已有關(guān)于咖啡油的報(bào)道一致[5]，表明咖啡油已被包埋。

3 種壁材組合的綠咖啡油微膠囊圖譜主要特征峰在壁材、芯材的光譜圖上均有所顯示，只是不同程度地被隱藏或削弱，這可能是多種物質(zhì)混合所致，由此可以初步判定，咖啡油被成功包埋，包埋過程中未與壁材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。這與郭陽等[27]報(bào)道一致。

圖7 蛋白質(zhì)酰胺I帶（1 700～1 600 cm－1）擬合傅里葉變換紅外光譜圖Fig.7 Curve-fitting of amide I (1 700–1 600 cm-1) in FTIR spectra

表4 明膠及復(fù)聚物中蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量Table 4 structure contents in gelatin and complexes

蛋白質(zhì)酰胺的光譜區(qū)間為1 700～1 600 cm-1，主要包含了的C＝O伸縮振動(dòng)，對(duì)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)的變化非常敏感，對(duì)于研究二級(jí)結(jié)構(gòu)最有價(jià)值。應(yīng)用二階導(dǎo)數(shù)和曲線擬合的方法對(duì)明膠及3 種復(fù)聚物酰胺Ⅰ帶曲線擬合。酰胺I帶是由多個(gè)子峰重疊而成的寬峰，從圖7得出分別有11、10、12、12 個(gè)自帶峰，對(duì)自帶峰進(jìn)行指認(rèn)，計(jì)算各子峰和總峰的峰面積，求得各二級(jí)結(jié)構(gòu)相對(duì)含量[28]。從表4中得出明膠中β-折疊、無規(guī)卷曲、α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角相對(duì)含量分別為46.7%、25.4%、8.5%、19.4%，經(jīng)復(fù)合凝聚后復(fù)聚物中β-折疊、無規(guī)卷曲相對(duì)含量都相對(duì)減少，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角相對(duì)含量增加。表明α-螺旋結(jié)構(gòu)和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)是明膠與多糖相互作用的重要結(jié)構(gòu)區(qū)域，同時(shí)，復(fù)合凝聚反應(yīng)對(duì)明膠的α-螺旋結(jié)構(gòu)和β-轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定作用[29]，而對(duì)于無規(guī)卷曲和β-折疊影響較小，這與明膠和多糖的靜電相互作用有關(guān)。

2.6 微膠囊的熱穩(wěn)定性分析

圖8 壁材及其復(fù)聚物的殘余失重隨溫度變化的熱重分析曲線（a）和對(duì)應(yīng)的微商熱重曲線（b）Fig.8 Thermogravimetric analysis (TGA) curves (a) and corresponding derivative thermogravimetry (DTG) curves (b) of residual weightlessness of individual wall materials and complexes with increasing temperature

圖9 綠咖啡油及其微膠囊的殘余失重隨溫度變化的熱重分析曲線（a）和對(duì)應(yīng)的微商熱重曲線（b）Fig.9 TGA curves (a) and corresponding DTG curves (b) of residual weightlessness of free and microencapsulated green coffee oil with increasing temperature

熱重法可用于測(cè)定樣品的熱解溫度和速率，不同的熱降解階段可以通過微商熱重曲線的顯著峰值來區(qū)分，這些信息對(duì)評(píng)價(jià)不同大分子的熱穩(wěn)定性是有用的[30]。對(duì)探明羧酸鹽對(duì)微膠囊的保護(hù)作用，并指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)具有實(shí)際意義，同時(shí)微膠囊的緩熱分解形式也決定了微膠囊未來的控釋特性。熱重分析曲線與相應(yīng)樣品的一階微分曲線如圖8、9所示，在100 ℃左右，由于所有樣品的水分蒸發(fā)，顯示吸熱峰，繼續(xù)升溫后，樣品開始分解，出現(xiàn)樣品分解的吸熱峰。其中，明膠的熱穩(wěn)定性最好，質(zhì)量損失峰值溫度為326 ℃，3 種多糖稍差，其中果膠的熱穩(wěn)定性最差，在235 ℃達(dá)到最大質(zhì)量損失速率，阿拉伯膠和羧甲基纖維素鈉熱穩(wěn)定性最高，分別在304 ℃和291 ℃時(shí)達(dá)到最大質(zhì)量損失速率，對(duì)比壁材與復(fù)聚物的微商熱重曲線可以看出，壁材在經(jīng)過復(fù)凝聚后，增加了其熱穩(wěn)定性，且它們的熱穩(wěn)定性與壁材本身的熱穩(wěn)定性相關(guān)，明膠/果膠復(fù)聚物在226 ℃達(dá)到一個(gè)質(zhì)量損失峰值，與單獨(dú)果膠在235 ℃達(dá)到最大質(zhì)量損失峰值相符，然而其最大的質(zhì)量損失峰被延長(zhǎng)至328 ℃，與明膠/阿拉伯膠、明膠/羧甲基纖維素鈉復(fù)聚物的最大質(zhì)量損失峰相似，其中熱穩(wěn)定性最好的復(fù)聚物為明膠/羧甲基纖維素鈉，失重峰值溫度達(dá)到325 ℃。復(fù)凝物質(zhì)量損失平緩在溫度范圍內(nèi)，表明復(fù)凝物在這一范圍內(nèi)不會(huì)分解，能基本保持穩(wěn)定[31]，明膠/阿拉伯膠和明膠/羧甲基纖維素鈉組合的復(fù)聚物在250 ℃前都可保持較為穩(wěn)定的狀態(tài)。Duhoranimana等[32]研究證明了復(fù)聚物的熱穩(wěn)定性與pH值無關(guān)，因此3 種復(fù)聚物不同的熱穩(wěn)定性是由不同的壁材組合所導(dǎo)致的，通過使用不同的壁材組合，可以使穩(wěn)定的輸送系統(tǒng)具有理想的釋放模式。復(fù)凝聚法制備的微膠囊綠咖啡油在380～480 ℃幾乎被完全分解，最大損失在417 ℃，而咖啡油微膠囊的分解溫度被延長(zhǎng)至500 ℃，說明微膠囊具有較強(qiáng)的耐熱性，提高了綠咖啡油的熱穩(wěn)定性。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)以明膠分別與阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉3 種陰離子多糖組合為壁材，綠咖啡油為芯材，研究了3 種壁材組合對(duì)復(fù)合凝聚法微膠囊化綠咖啡油形態(tài)、產(chǎn)率、包埋率、粒徑及結(jié)構(gòu)的影響。經(jīng)光學(xué)顯微鏡形態(tài)觀察，其空囊及綠咖啡油微膠囊結(jié)構(gòu)完整、形態(tài)呈球狀、囊壁明顯、分散均勻；其產(chǎn)率達(dá)到90.0%以上，包埋率均達(dá)到85.0%以上，但其壁材利用率不同，明膠/果膠最高，為76.6%，都能較好地進(jìn)行包埋。

通過傅里葉變換紅外光譜對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，證實(shí)了明膠與3 種多糖的靜電相互作用，且復(fù)凝聚反應(yīng)只是壁材間的相互作用，芯材未與壁材發(fā)生其他化學(xué)反應(yīng)。進(jìn)一步證明所選擇的技術(shù)和所用的材料能夠成功封裝綠咖啡油，從而保證了對(duì)萃取物的保護(hù)作用。應(yīng)用二階導(dǎo)數(shù)和曲線擬合的方法對(duì)明膠及復(fù)聚物蛋白質(zhì)酰胺I帶二級(jí)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬合，結(jié)果表明明膠中β-折疊、無規(guī)卷曲、α-螺旋、β-轉(zhuǎn)角相對(duì)含量分別為46.7%、25.4%、8.5%、19.4%，經(jīng)復(fù)合凝聚后，復(fù)聚物中β-折疊、無規(guī)卷曲相對(duì)含量減少，α-螺旋和β-轉(zhuǎn)角相對(duì)含量增加。

通過熱重分析對(duì)復(fù)聚物形成的熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析，證實(shí)了壁材熱穩(wěn)定性與復(fù)聚物熱穩(wěn)定性的相關(guān)性，通過對(duì)咖啡油進(jìn)行包埋可以提高其熱穩(wěn)定性，其中3 種壁材組合的復(fù)聚物中明膠/果膠的熱穩(wěn)定性最差。