藍(lán)莓花色苷的微膠囊化＊

李穎暢,呂春茂,孟憲軍,馬勇,于娜

1(渤海大學(xué)生物與食品科學(xué)學(xué)院,遼寧錦州,121000)

2(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧沈陽,110161)

藍(lán)莓花色苷的微膠囊化＊

李穎暢1,呂春茂2,孟憲軍2,馬勇1,于娜2

1(渤海大學(xué)生物與食品科學(xué)學(xué)院,遼寧錦州,121000)

2(沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,遼寧沈陽,110161)

以大豆分離蛋白-麥芽糊精為復(fù)合壁材和β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠3種物質(zhì)為壁材對藍(lán)莓花色苷進(jìn)行微膠囊化。以大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材對藍(lán)莓花色苷微膠囊化的工藝條件為:大豆分離蛋白與麥芽糊精質(zhì)量比3∶7,芯材∶壁材質(zhì)量4∶96,固形物含量150 g/L,此工藝條件下的微膠囊化產(chǎn)率為79.53%,微膠囊化效率為92.48%。以β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材微膠囊化藍(lán)莓花色苷的工藝條件為:芯材與壁材質(zhì)量比3∶97,β-環(huán)糊精∶麥芽糊精質(zhì)量比為1∶2,阿拉伯膠占總固形物質(zhì)量的7.5%,固形物含量為200 g/L,此工藝條件下的微膠囊化產(chǎn)率為78.64%,微膠囊化效率為93.58%。微膠囊產(chǎn)品在模擬胃液環(huán)境中釋放率比較高,在模擬胃液環(huán)境中停留60 min后,釋放率均達(dá)到90%以上。藍(lán)莓花色苷微膠囊化后,光、熱穩(wěn)定性提高。

藍(lán)莓花色苷,壁材,微膠囊化

藍(lán)莓(blueberry),又稱越橘、藍(lán)漿果,屬杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vaccinium spp.)多年生落葉或常綠灌木。藍(lán)莓果實(shí)呈深藍(lán)色,被白霜,近圓形,含有豐富的花色苷,其具有促進(jìn)視紅素再合成、抗炎癥、提高免疫力、抗心血管疾病、抗衰老、抗癌等多種生理功能,在食品、藥品、化妝品等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。藍(lán)莓花色苷(anthocyanins)是水溶性色素,其性質(zhì)不穩(wěn)定,易受各種理化因素的影響而發(fā)生變化。微膠囊技術(shù)是利用可形成膠囊壁與膜的物質(zhì),將芯材包埋形成一種具有半透性或密封膜的微型膠囊[3]。微膠囊對囊心物具有良好的保護(hù)、緩釋、控釋、改變形態(tài)、掩蓋不良?xì)馕兜茸饔?已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、化妝品、農(nóng)藥和化肥等多個(gè)領(lǐng)域[4]。本文以大豆分離蛋白-麥芽糊精為復(fù)合壁材和β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠3種物質(zhì)為壁材,采用噴霧干燥技術(shù),對藍(lán)莓花色苷進(jìn)行微膠囊化,提高其穩(wěn)定性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實(shí)驗(yàn)材料

藍(lán)莓花色苷粉末(本實(shí)驗(yàn)室自制),β-環(huán)糊精(純度≥98%)(北京奧博星生物技術(shù)公司),大豆分離蛋白(山東禹王實(shí)業(yè)有限公司),阿拉伯膠(國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司),麥芽糊精(本實(shí)驗(yàn)室提供)。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

LPG-5型高速離心噴霧干燥機(jī)(江蘇常州市一步干燥設(shè)備廠),HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司),UV1600紫外-可見分光光度計(jì)(北京瑞利儀器有限公司),DL-360A超聲波清洗器(上海之信儀器有限公司),LG10-2.4A高速離心機(jī)(北京京立離心機(jī)有限公司),DZF-6050型真空干燥箱(上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司),膠體磨(沈陽航天新光超微粉碎機(jī)械有限公司),定時(shí)恒溫?cái)嚢杵?上海標(biāo)本模型廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 工藝流程

壁材→溶于水中→加入一定比例的芯材→攪拌均勻→高壓均質(zhì)→噴霧干燥→微膠囊成品

1.2.2 藍(lán)莓花色苷在水溶液和乙醇溶液中工作曲線的建立

準(zhǔn)確稱取一定量藍(lán)莓花色苷粉末,分別用pH 3.0的檸檬酸緩沖液和乙醇溶液定容,用紫外-可見分光光度計(jì)在400～750 nm內(nèi)對花色苷溶液進(jìn)行掃描,確定最大吸收波長。根據(jù)比耳定律制作花色苷在2種溶液中的工作曲線。

1.2.3 大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材對藍(lán)莓花色苷進(jìn)行微膠囊化

入口溫度180℃、出口溫度80℃,考察壁材中大豆分離蛋白含量、芯材與壁材比、乳狀液中固形物含量對微膠囊化效果的影響,采用L9(34)正交表進(jìn)行試驗(yàn),確定最佳工藝參數(shù)。

1.2.4 β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材對藍(lán)莓花色苷進(jìn)行

入口溫度180℃、出口溫度75℃,考察β-環(huán)糊精與麥芽糊精質(zhì)量比、壁材中阿拉伯膠占總固形物的百分比、芯材與壁材質(zhì)量比、固形物含量4因素對微膠囊化效果的影響,采用L16(45)正交表進(jìn)行試驗(yàn),確定最佳工藝參數(shù)。

1.2.5 微膠囊化產(chǎn)率及微膠囊化效率

1.2.5.1 藍(lán)莓花色苷微膠囊化產(chǎn)率測定

微膠囊產(chǎn)品中藍(lán)莓花色苷含量的測定:準(zhǔn)確稱取1.0 g微膠囊化花色苷,pH 3.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液反復(fù)洗滌,收集濾液定容至50 mL,在520 nm處測定其吸光度。

微膠囊化產(chǎn)率/%=(微膠囊產(chǎn)品中藍(lán)莓花色苷的量 / 起始加入藍(lán)莓花色苷的量)×100

1.2.5.2 藍(lán)莓花色苷微膠囊化效率測定

微膠囊產(chǎn)品表面藍(lán)莓花色苷含量測定:準(zhǔn)確稱取1.0 g微膠囊化花色苷,用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇反復(fù)洗滌,使微膠囊表面的花色苷完全溶解在溶液中,收集濾液定容至50 mL,在540 nm處測定其吸光度。

微膠囊產(chǎn)品中總藍(lán)莓花色苷含量的測定:準(zhǔn)確稱取1.0 g微膠囊,pH值3.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液反復(fù)洗滌,收集濾液定容至50 mL,在520 nm處測定其吸光度。

微膠囊化效率/%=[(1-微膠囊產(chǎn)品表面含藍(lán)莓花色苷的量)/微膠囊產(chǎn)品總藍(lán)莓花色苷的量]×100

1.2.6 在模擬胃液環(huán)境中的釋放實(shí)驗(yàn)

在50 mL胃液模擬液(含0.09 mol/L NaC1的0.01 mol/L HCl溶液,pH值2.0)中加入一定量己干燥的膠囊,37℃,50 r/min,置振蕩器上振蕩,在指定時(shí)間取樣,檢測花色苷含量,計(jì)算釋放率。

釋放率/%=[胃液模擬液中釋放的花色苷的量/(加入的微膠囊質(zhì)量×載藥量)]×100

1.2.7 微膠囊化藍(lán)莓花色苷光、熱穩(wěn)定性

將微膠囊化花色苷放入80、100℃的烘箱中,每隔一定時(shí)間測定產(chǎn)品中花色苷含量,計(jì)算花色苷的保留率。將微膠囊化花色苷裝于白色試劑瓶中,在自然光照條件下貯存。每隔30 d測定產(chǎn)品中花色苷含量,計(jì)算花色苷的保留率。

2 結(jié)果與分析

2.1 藍(lán)莓花色苷的工作曲線

藍(lán)莓花色苷在95%乙醇和pH3.0的檸檬酸緩沖液中,分別在540 nm和520 nm處各有一最大吸收峰。由圖1可知,在不同溶液中吸光度與花色苷濃度成很好的線性關(guān)系,在pH 3.0的檸檬酸緩沖液中的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為A=3.354c-0.0076,R2=0.9994;在95%乙醇中的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為A=3.682c+0.0038,R2=0.9997[A為吸光度,c為花色苷濃度(mg/mL)]。

圖1 藍(lán)莓花色苷的工作曲線

2.2 大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材對藍(lán)莓花色苷微膠囊化

因?yàn)楸?的分析結(jié)果表明,不同處理的微膠囊化效率相對較高,說明微膠囊化效率是十分有效的。以微膠囊化產(chǎn)率進(jìn)行方差分析(見表2),影響微膠囊化產(chǎn)率的因素重要性次序?yàn)镃>B>A。微膠囊化的壁材特性和芯材與壁材的比例是影響微膠囊特性的至關(guān)重要的因素[5],大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例直接影響到所組成壁材的乳化性、成膜性、黏度及吸潮性,故對微膠囊化產(chǎn)率和效率有一定影響。芯材與壁材比例也會(huì)影響微膠囊化的產(chǎn)率和效率,隨著芯材與壁材比例的提高,即藍(lán)莓花色苷的增加,微膠囊化產(chǎn)率和效率提高,但花色苷含量過高,表面吸附的花色苷也增多,微膠囊化產(chǎn)率和效率反而又下降。此外固形物含量也是影響微膠囊化產(chǎn)率的重要因素,一定范圍內(nèi)總固形物濃度提高,有利于噴霧干燥過程中囊壁的形成與其致密度的提高;另一方面由于體系黏度的增加,減少了芯材向壁材表面的擴(kuò)散遷移,但固形物濃度過高,液滴霧化困難[6]。分析微膠囊化產(chǎn)率可知以大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材包埋藍(lán)莓花色苷的最佳組合為A2B2C1,即大豆分離蛋白∶麥芽糊精質(zhì)量比為3∶7,芯材∶壁材質(zhì)量為4∶96,固形物含量為150 g/L。按優(yōu)化條件對藍(lán)莓花色苷微膠囊化,微膠囊化產(chǎn)率為79.53%,微膠囊化效率為92.48%。

表1 大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材微膠囊化藍(lán)莓花色苷

表2 數(shù)據(jù)方差分析

2.3 以β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材對藍(lán)莓花色苷微膠囊化

從微膠囊化效率看,只有芯材與壁材質(zhì)量比各水平之間差異顯著,隨芯材與壁材質(zhì)量比的增加微膠囊化效率下降。以微膠囊化產(chǎn)率作為藍(lán)莓花色苷微膠囊化工藝的評價(jià)指標(biāo),從表3,表4可以看出,各因素影響大小的順序?yàn)锳>D>B>C,隨芯材與壁材質(zhì)量比的增加,微膠囊化產(chǎn)率降低,差異顯著,最適芯材與壁材質(zhì)量比為3∶97。隨β-環(huán)糊精與麥芽糊精比的增加,微膠囊化產(chǎn)率呈現(xiàn)先增加又降低的趨勢,β-環(huán)糊精與麥芽糊精最適質(zhì)量比為1∶2。一定范圍內(nèi),隨阿拉伯膠的百分比的增加,微膠囊化產(chǎn)率增加,但阿拉伯膠的百分比增加到一定程度,微膠囊化產(chǎn)率降低,不同水平之間無顯著差異,綜合考慮選擇阿拉伯膠占總固形物質(zhì)量為7.5%。固形物含量不同水平之間差異顯著,固形物含量最適為200 g/L。

2.4 微膠囊化花色苷在模擬胃液中的釋放曲線

由圖2可見,在模擬胃液環(huán)境中停留30 min后,以麥牙糊精-大豆分離蛋白為壁材的微膠囊化花色苷的釋放率為81.32%,以β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材的微膠囊化花色苷的釋放率為85.93%,在模擬胃液環(huán)境中停留60 min后,釋放率均達(dá)到90%以上。說明在酸性條件下,微膠囊的膜遭到破壞,導(dǎo)致內(nèi)容物釋放,因?yàn)榛ㄉ辗肿恿勘容^小,釋放率比較高。此外,在酸性溶液中停留時(shí)間越長,微膠囊表面的膜破壞越嚴(yán)重,對被包埋物的擴(kuò)散限制作用越差,進(jìn)而導(dǎo)致微膠囊在模擬胃液環(huán)境中的釋放能力越高。

表3 β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材微膠囊化藍(lán)莓花色苷

表4 數(shù)據(jù)方差分析

2.5 溫度對微膠囊化花色苷穩(wěn)定性的影響

由圖3、圖4可以看出,藍(lán)莓花色苷微膠囊化后耐熱性較好,在80、100℃加熱2 h,保存率均在90%以上,隨著溫度升高和加熱時(shí)間的延長,保存率開始下降,但微膠囊化的保留率仍高于對照。以上結(jié)果說明微膠囊化花色苷對熱具有較好的穩(wěn)定性,原因是微膠囊壁材對藍(lán)莓花色苷具有保護(hù)作用,增加其耐熱性。

圖2 藍(lán)莓花色苷微膠囊在模擬胃液的釋放曲線

圖3 加熱80℃對微膠囊化花色苷的影響

圖4 加熱100℃對微膠囊化花色苷的影響

2.6 光照對微膠囊化花色苷穩(wěn)定性的影響

從圖5可以看出,藍(lán)莓花色苷微膠囊化后,花色苷耐光能力增強(qiáng)。原因是花色苷微膠囊的壁材保護(hù)花色苷,提高其對光的穩(wěn)定性,防止花色苷的保存率下降。以大豆分離蛋白-麥芽糊精為復(fù)合壁材的微膠囊花色苷對光穩(wěn)定性略好于以β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠3種物質(zhì)為壁材的微膠囊化藍(lán)莓花色苷。

圖5 光照對微膠囊化花色苷的影響

3 討論

3.1 以大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材對藍(lán)莓花色苷微膠囊化

大豆分離蛋白同時(shí)具有親水基和疏水基,并且有分子表面與分子內(nèi)部吸引力,乳化性和成膜性良好[7],常被用作良好壁材。麥芽糊精不易吸水、易于溶解、黏度低、成膜性好,可形成質(zhì)密的玻璃體[8],是微膠囊工藝中用的最為廣泛的配伍壁材,常與大豆分離蛋白一起使用,兩者由于氫鍵作用可形成非常致密完整的蜂窩狀結(jié)構(gòu)[9]。大豆分離蛋白和麥芽糊精均為生產(chǎn)中常用的食品添加劑,容易獲得,而且價(jià)格低廉,不失為一種具有較高應(yīng)用價(jià)值的微膠囊化壁材。

3.2 以β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材對藍(lán)莓花色苷進(jìn)行微膠囊化

麥芽糊精是淀粉不完全水解的產(chǎn)物,其DE值(淀粉水解度)低于20,它是淀粉在酸或酶的作用下,切斷淀粉分子中的α-(1,4)糖苷鍵所得的產(chǎn)物[10]。β-環(huán)糊精具有特殊的分子結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),不易因酶、酸、堿、光及熱的作用而分解,其空間結(jié)構(gòu)為上大下小的筒形,可包埋敏感性物質(zhì)如香精、色素而形成包合物,使敏感性物質(zhì)對氧、光、熱、酸、堿的抵抗能力大大增加;麥芽糊精不易吸水、黏度低、水溶性好,是微膠囊工藝中用得較多的壁材;阿拉伯膠水溶性良好,溶解度低,乳化性和成膜性極佳,是目前噴霧干燥微膠囊化使用較多的一種壁材[11]。有人將阿拉伯膠、麥芽糊精或阿拉伯膠、β-環(huán)糊精作為復(fù)合壁材[10,12],本文將β-環(huán)糊精、麥芽糊精、阿拉伯膠3種壁材結(jié)合起來,發(fā)揮各自的優(yōu)勢,微膠囊化產(chǎn)率和效率比較高,并且高于阿拉伯膠單一壁材的微膠囊化產(chǎn)率和效率,解決了單一阿拉伯膠質(zhì)量不穩(wěn)定,價(jià)格較昂貴的問題。

4 結(jié)論

(1)以大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材對藍(lán)莓花色苷進(jìn)行微膠囊化的工藝條件為:大豆分離蛋白與麥芽糊精質(zhì)量比3∶7,芯材與壁材質(zhì)量比4∶96,固形物含量150 g/L,此工藝條件下的微膠囊化產(chǎn)率為79.53%,微膠囊化效率為92.48%。

(2)以β-環(huán)糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材微膠囊化藍(lán)莓花色苷的工藝條件為:芯材與壁材質(zhì)量比3∶97,β-環(huán)糊精與麥芽糊精質(zhì)量比1∶2,阿拉伯膠占總固形物質(zhì)量的7.5%,固形物含量200 g/L,此工藝條件下的微膠囊化產(chǎn)率為78.64%,微膠囊化效率為93.58%。

(3)藍(lán)莓花色苷微膠囊在模擬胃液中有一定的緩釋效果,藍(lán)莓花色苷微膠囊化后,光、熱穩(wěn)定性性明顯增強(qiáng)。

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ABSTRACTMicroencapsulation of blueberry anthocyanins was studied by mixture of soybean protein isolation(SPI)-maltodextrin andβ-cyclodextrin-maltodextrinn-arabic gum which was the wallmaterials.The opt imum technology parameterswere:the ratio of soybean protein isolation(SPI)and maltodextrin was 3∶7,the proportion of core mateials to wallmateialswas 4∶96,the emulsion concentration was 150 g/L.Microencapsulation yield was 79.53%and microencapsulation efficiency was 92.48%.The optimum technology parameters forβ-cyclodextrin,maltodextrin and arabic gum aswallmaterialswere:the ratio of core materials to wallmaterials 3∶97,β-cyclodextrinto maltodextrinn 1∶2,arabic gum 7.5%,emulsion concentration 200 g/L.Microencapsulation yield was 78.64%and microencapsulation efficiency was 93.58%.Anthocyanins ofmicroencapsulation has higher releasing rate in vitro.Releasing rate could exceed to 90%after 60 min in simulated gastric juice.The temperature and light stability ofmicroencapsulation of bluberry anthocyaninswas improved.

Key wordsblueberry anthocyanins,wallmaterials,microencapsualtion

Study on the Microencapsualtion of Blueberry Anthocyan ins

Li Ying-chang1,Lv Chun-mao2,Meng Xian-jun2,Ma Yong1,Yu Na2
1(College of Biology and Food Science,BohaiUniversity,Jinzhou 121000,China)
2(College of Food Science,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang 110161,China)

博士,副教授。

＊沈陽市青年人才計(jì)劃項(xiàng)目(1081240-1-02)

2010-02-05,改回日期:2010-04-27