不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構(gòu)體及水分散粒徑的影響

張莉華，許新德，*，呂紅萍，王勝南，邵 斌，章鵬飛，陳少軍（.浙江醫(yī)藥股份有限公司，新昌制藥廠(chǎng)，浙江新昌32500；2.浙江醫(yī)藥高等專(zhuān)科學(xué)校，浙江寧波3500）

不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構(gòu)體及水分散粒徑的影響

張莉華1，許新德1，*，呂紅萍1，王勝南1，邵 斌1，章鵬飛1，陳少軍2，*
（1.浙江醫(yī)藥股份有限公司，新昌制藥廠(chǎng)，浙江新昌312500；2.浙江醫(yī)藥高等專(zhuān)科學(xué)校，浙江寧波315100）

研究了高溫熔融-噴霧干燥法（HEMSD）、溶劑-噴霧-淀粉床流化干燥法（SSSFBD）及濕法研磨-噴霧-淀粉床流化干燥法（WGSSFBD）三種制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構(gòu)體、水分散粒徑及微觀結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)果顯示，HEMSD、SSSFBD和WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊色調(diào)分別為60.73、41.60、33.57，WGSSFBD色調(diào)偏紅，適合于紅色系食品和飲料的著色和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化；HEMSD色調(diào)偏黃，而SSSFBD色調(diào)處于兩者之間，更適合于黃色-橙色系食品和飲料的著色和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化；HEMSD順式異構(gòu)體比例高達(dá)21.6%，水分散粒徑最大，WGSSFBD順式異構(gòu)體比例最小，僅為1.7%；HEMSD制得β-胡蘿卜素微膠囊微觀結(jié)構(gòu)為圓球形，表面致密、無(wú)裂紋，SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊微觀結(jié)構(gòu)類(lèi)似楊梅狀，顆粒粒徑比較大。

β-胡蘿卜素制品，CIELAB，顏色，順?lè)串悩?gòu)體，水分散粒徑

β-胡蘿卜素微膠囊制品是指將穩(wěn)定性差、生物利用度低、水不溶β-胡蘿卜素晶體經(jīng)過(guò)微膠囊技術(shù)制備而成的穩(wěn)定性好、生物利用度高、冷水可分散的產(chǎn)品［1-3］。目前，類(lèi)胡蘿卜素微膠囊的制備方法大致有

三種，即高溫熔融-噴霧干燥法（HEMSD）［1］、溶劑-噴霧-淀粉床流化干燥法（SSSFBD）［3］及濕法研磨-噴霧-淀粉床流化干燥法（WGSSFBD）［4-5］，HEMSD是使用油為溶媒溶解類(lèi)胡蘿卜素晶體后制備成油相，然后與淀粉、明膠、蔗糖等制備成的水相混合乳化、均質(zhì)、高溫噴霧干燥制得；SSSFBD是使用溶劑溶解類(lèi)胡蘿卜素晶體制備成油相，然后與水相混合乳化制備乳液，均質(zhì)、脫氣、濃縮后進(jìn)行低溫噴霧-淀粉流化床干燥制得；而WGSSFBD是將類(lèi)胡蘿卜素晶體加入到水相中，然后以一定的流量加入到球磨機(jī)進(jìn)行研磨、濃縮、低溫噴霧-淀粉流化床干燥制得。制備方法對(duì)類(lèi)胡蘿卜素微膠囊的顏色和異構(gòu)體組成有明顯的影響，如高溫全反式異構(gòu)體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轫樖疆悩?gòu)體，而順式異構(gòu)體比例的增加會(huì)降低生物活性［6］；產(chǎn)品的顏色會(huì)影響消費(fèi)者喜好，進(jìn)而直接關(guān)系到對(duì)應(yīng)用產(chǎn)品的質(zhì)量感覺(jué)［7-9］。

目前關(guān)于β-胡蘿卜素微膠囊制備及異構(gòu)體分析的文獻(xiàn)報(bào)道比較多［10-11］，但關(guān)于β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構(gòu)體組成及水分散性的研究未見(jiàn)系統(tǒng)的報(bào)道，僅有劉愛(ài)琴等［12］對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊干粉1% CWS水溶液進(jìn)行了顏色分析。本實(shí)驗(yàn)以HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品為研究對(duì)象，采用CIELAB色彩空間對(duì)其進(jìn)行顏色分析，并采用HPLC對(duì)β-胡蘿卜素制品中的β-胡蘿卜素順?lè)串悩?gòu)體進(jìn)行了分析；同時(shí)，研究了不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素制品水分散色度和粒徑的影響；此外，采用掃描電鏡研究了不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結(jié)構(gòu)的影響。本文比較系統(tǒng)的研究制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品的顏色、異構(gòu)體組成、水分散粒徑分布及微觀結(jié)構(gòu)的影響，以期為β-胡蘿卜素微膠囊制品的綜合開(kāi)發(fā)和利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

β-胡蘿卜素晶體 浙江醫(yī)藥股份有限公司新昌制藥廠(chǎng)；dl-a-生育酚 浙江醫(yī)藥股份有限公司維生素廠(chǎng)；明膠 羅賽洛明膠有限公司；淀粉、蔗糖 嘉興白浪淀粉制品有限公司；乙腈、甲醇、異丙醇（均為色譜純） 美國(guó)Adamas-beta有限公司；四氫呋喃（分析純） 上海化學(xué)試劑總廠(chǎng)；乙醇（分析純） 安徽安特食品股份有限公司。

CM-3500d分光測(cè)色計(jì) 柯尼卡美能達(dá)中國(guó)投資有限公司；Agilent 1100系列高效液相色譜儀（G1311A泵、G1314A VWD檢測(cè)器、G1316A柱溫箱） 美國(guó)安捷倫公司；色譜柱Suplex pKb-100 alkyl amide column （4.6 mm×25 cm，5 μm） 美國(guó)Sigma-Aldrich有限責(zé)任公司；UV-2450紫外可見(jiàn)分光光度計(jì) 日本島津公司；XS205電子分析天平 梅特勒-托利多儀器上海有限公司；Quanta 200掃描電鏡 荷蘭FEI公司；FA1604電子分析天平 上海恒平科技儀器有限公司；YLA-6000電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海實(shí)驗(yàn)儀器廠(chǎng)有限公司；冷凝噴霧塔 福建三明機(jī)械設(shè)備廠(chǎng)；QM2L球磨機(jī) 勝龍化工機(jī)械廠(chǎng)；Zetasizer Nano ZS90粒度儀 英國(guó)馬爾文儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 β-胡蘿卜素微膠囊制品的制備

1.2.1.1 HEMSD制備β-胡蘿卜素微膠囊 HEMSD一般用來(lái)制備低含量（如1%）β-胡蘿卜素水溶性干粉。將2.5 g β-胡蘿卜素晶體、3.0 g合成生育酚加入到25 g植物油中，加熱至溶解制得油相；129.5 g明膠、40 g蔗糖加200 mL水溶解制得水相；將制得的水相和油相混合乳化、均質(zhì)后進(jìn)行噴霧干燥（進(jìn)風(fēng)溫度200℃左右，出風(fēng)溫度90℃）制得水溶性粉末狀1% β-胡蘿卜素微膠囊［1］。

1.2.1.2 SSSFBD制備β-胡蘿卜素微膠囊 將200 g四氫呋喃、3 g合成生育酚加到25 g β-胡蘿卜素晶體中，加熱至60℃溶解制得油相；100 g改性淀粉、40 g蔗糖、4 g蔗糖酯加200 mL水溶解后制得水相；將制得油相和水相混合乳化、均質(zhì)、脫氣除去四氫呋喃、濃縮后進(jìn)行噴霧-淀粉流化床干燥，制得水溶性顆粒狀10%β-胡蘿卜素微膠囊［1，3］。

1.2.1.3 WGSSFBD制備β-胡蘿卜素微膠囊 100 g改性淀粉、40 g蔗糖、4 g蔗糖酯加200 mL水溶解后加入到球磨機(jī)中，然后加入25 g β-胡蘿卜素晶體和3 g合成生育酚，以400 g/h的速度研磨、濃縮后進(jìn)行噴霧-淀粉流化床干燥，制得水溶性顆粒狀10%β-胡蘿卜素微膠囊［3-5］。

1.2.2 β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色的分析 β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色采用CM-3500d分光測(cè)色計(jì)進(jìn)行測(cè)定，顏色參數(shù)采用均勻顏色空間CIELAB（L*、a*、b*、C*和h）［13］，波長(zhǎng)范圍400～700 nm。

1.2.2.1 β-胡蘿卜素微膠囊制品外觀顏色的測(cè)定 分別取上述三種β-胡蘿卜素微膠囊制品，直接加入到CM-A128培養(yǎng)皿中，采用反射測(cè)量法［12-13］，按照CM-3500d分光測(cè)色儀的操作規(guī)程測(cè)定樣品的CIELAB （L*、a*、b*、C*和h）。

1.2.2.2 β-胡蘿卜素微膠囊制品水分散液顏色的測(cè)定 分別將200 mg上述三種方法制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品分散于200 mL去離子水中，肉眼直接觀察水分散液的顏色；然后再分別配制成濃度為50 ppm的水溶液加入到CM-A98玻璃比色皿（光程長(zhǎng)10 mm）中，采用透射測(cè)量法［12］按照CM-3500d分光測(cè)色儀的操作規(guī)程測(cè)定樣品的CIELAB（L*、a*、b*、C*和h）。

1.2.3 β-胡蘿卜素微膠囊制品異構(gòu)體的分析 按照美國(guó)藥典beta carotene preparation標(biāo)準(zhǔn)［14］所描述的HPLC法分析β-胡蘿卜素微膠囊制品中順?lè)串悩?gòu)體，采用峰面積歸一化法確定順?lè)串悩?gòu)體的比例。

1.2.4 β-胡蘿卜素微膠囊制品水分散粒徑的測(cè)定

分別取200 mg上述三種方法制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品加200 mL去離子水分散后，采用馬爾文粒度儀對(duì)其粒徑分布進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定兩次，測(cè)定結(jié)果取平均值（按強(qiáng)度分布計(jì)算，用平均粒徑表示）。

1.2.5 β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結(jié)構(gòu)的掃描電鏡觀察 分別將上述三種方法制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品均勻分布于貼有雙面膠的銅柱上，吹去多余的粉末，然后對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描電鏡觀察。

1.3 數(shù)據(jù)處理

無(wú)特殊說(shuō)明，采用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖，數(shù)據(jù)以三次測(cè)定的平均值表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色的影響

2.1.1 不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品外觀顏色的影響 HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品自身的CIELAB結(jié)果見(jiàn)表1，不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊a*b*色彩圖見(jiàn)圖1。在CIELAB顏色坐標(biāo)上，L*表示明暗度，即顏色的明暗程度，L*越接近100表示顏色越亮或越淺，L*越接近0表示顏色越暗或越深；+a*表示偏紅，+b*表示偏黃；C*表示飽和度，指顏色的鮮艷程度；h表示色調(diào)角度值。

由表1和圖1可以看出，高溫熔融-噴霧干燥法制備的β-胡蘿卜素微膠囊L*最大，外觀較亮，溶劑及濕法研磨制備的β-胡蘿卜素微膠囊L*相差不大，外觀均較暗。圖1中三種方法制備的微膠囊產(chǎn)品在a*b*色彩圖中的位置與中心點(diǎn)的距離即為C*，可以看出三種制備方法中HEMSD制備的β-胡蘿卜素微膠囊外觀較鮮艷，屬于高彩度的顏色（C*＞70），而后兩種方法制備的微膠囊外觀相對(duì)較萎暗。從測(cè)得的h值可以看出WGSSFBD制備的產(chǎn)品色調(diào)上偏紅，而HEMSD制備的微膠囊產(chǎn)品色調(diào)上偏黃，SSSFBD制備的微膠囊產(chǎn)品色調(diào)處于兩者之間。

圖1 不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊a*b*色彩圖Fig.1 Location of the β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods within the a*b*plane

2.1.2 不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品水分散液顏色的影響 HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊水分散液肉眼直接觀察顏色差別顯著，HEMSD水分散液肉眼觀察為黃色，SSSFBD水分散液為橙色，而WGSSFBD水分散液為橘紅色。

圖2 不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊水分散液（50 ppm）a*b*色彩圖Fig.2 Location of the solutions in water of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods within the a*b*plane（50 ppm）

2.2 不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品異構(gòu)體的影響

三種制備方法制得的β-胡蘿卜素微膠囊制品中的β-胡蘿卜素順?lè)串悩?gòu)體HPLC分析結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可以看出，不同的制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品的異構(gòu)體有顯著的影響，HEMSD制備β-胡蘿卜素微膠囊的過(guò)程中，由于油相的制備過(guò)程中溫度比較高，全反式β-胡蘿卜素非常容易異構(gòu)化，產(chǎn)生了大量的順式異構(gòu)體；SSSFBD有效的降低β-胡蘿卜素的異構(gòu)化，而WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊產(chǎn)品幾乎沒(méi)有發(fā)生異構(gòu)化現(xiàn)象，與原料β-胡蘿卜素晶體的順?lè)串悩?gòu)體基本相同，且WGSSFBD制備過(guò)程中沒(méi)有使用任何有機(jī)溶劑，工藝和產(chǎn)品安全性更佳，是一條值得進(jìn)一步開(kāi)發(fā)的綠色環(huán)保微膠囊制備工藝路線(xiàn)。

表1 不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊制品的顏色坐標(biāo)值Table1 Colour coordinates of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods

表2 不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊制品水分散液（50 ppm）的顏色坐標(biāo)值Table2 Colour coordinates of the solutions in water of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods（50 ppm）

表3 不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊制品中β-胡蘿卜素順?lè)串悩?gòu)體和水分散粒徑Table3 Cis-trans isomers and water dispersed particle size of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods

2.3 不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品水分散粒徑的影響

三種制備方法所得到的β-胡蘿卜素微膠囊制品水分散粒徑見(jiàn)表3所示。由表3可以看出，制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊水分散粒徑有明顯的影響，盡管三種方法制備的β-胡蘿卜素微膠囊產(chǎn)品水分散粒徑都處于納米級(jí)別，但是HEMSD制備的產(chǎn)品的水分散粒徑最大，而SSSFBD和WGSSFBD制備的產(chǎn)品的水分散粒徑差不多。粒徑的大小與產(chǎn)品的生物利用度相關(guān)［15］，粒徑小生物利用度高，WGSSFBD和SSSFBD制備的微膠囊產(chǎn)品可能會(huì)有更高的生物利用度。另外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，還可以通過(guò)增加研磨次數(shù)、使用更小的研磨珠的方法來(lái)進(jìn)一步降低濕法研磨微膠囊產(chǎn)品的水分散粒徑。

2.4 不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結(jié)構(gòu)的影響

采用掃描電鏡對(duì)HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，結(jié)果見(jiàn)圖3所示。由圖3可以看出，HEMSD制得的β-胡蘿卜素微膠囊為圓球形，表面致密、無(wú)裂紋；WGSSFBD及SSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊類(lèi)似楊梅狀，顆粒粒徑比較大。HEMSD制備β-胡蘿卜素微膠囊制品是將乳化均質(zhì)后的物料經(jīng)霧化后與熱空氣接觸，水分被迅速氣化，得到干燥的粉末狀產(chǎn)品，其過(guò)程是單層包埋的，故其顆粒粒徑比較小；而SSSFBD 及WGSSFBD制備β-胡蘿卜素微膠囊制品是將乳化均質(zhì)濃縮后的物料經(jīng)霧化后與流化床底部吹入處于沸騰狀的淀粉接觸，在低溫動(dòng)態(tài)下帶走水分，得到干燥的顆粒狀產(chǎn)品，其過(guò)程是雙層包埋的，外觀的楊梅狀是吸附的淀粉，故其顆粒粒徑比較大。雖然三種方法制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品穩(wěn)定性都非常好，但正是由于SSSFBD和WGSSFBD雙層包埋結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性更優(yōu)，加速實(shí)驗(yàn)條件下36個(gè)月，其含量保留率都在98%以上。

圖3 不同制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.3 Microstructures of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods

3 結(jié)論

制備方法對(duì)β-胡蘿卜素微膠囊的顏色、異構(gòu)體、水分散粒徑和微觀結(jié)構(gòu)都有一定的影響，HEMSD制備的產(chǎn)品色調(diào)上偏黃、順式異構(gòu)體比例最高、水分散粒徑最大；WGSSFBD制備的產(chǎn)品色調(diào)上偏紅、順式異構(gòu)體比例最少、粒徑也比較小，適合于紅色系食品和飲料的著色和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化；而SSSFBD制備的微膠囊色調(diào)處于兩者之間，更適合于黃色-橙色系食品和飲料的著色和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化。HEMSD制得的β-胡蘿卜素微膠囊為圓球形，表面致密、無(wú)裂紋；SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊為類(lèi)似楊梅狀雙層包埋結(jié)構(gòu)，且WGSSFBD制備過(guò)程中沒(méi)有使用任何有機(jī)溶劑，工藝和產(chǎn)品安全性更佳，是一條值得深入開(kāi)發(fā)利用的綠色環(huán)保工藝路線(xiàn)。

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Effect of different preparation methods on the color，cis-trans isomers composition and water dispersed particle size of β-carotene microcapsule preparations

ZHANG Li-hua1，XU Xin-de1，*，LV Hong-ping1，WANG Sheng-nan1，SHAO Bin1，ZHANG Peng-fei1，CHEN Shao-jun2，*
（1.Zhejiang Medicine Co.，Ltd.，Xinchang Pharma Factory，Xinchang 312500，China；2.Zhejiang Pharmaceutical College，Ningbo 315100，China）

β-carotene microcapsule preparations had been prepared by high temperature melting-spray drying （HEMSD），solvent-spray-starch fluidized bed drying（SSSFBD）and wet grinding-spray-starch fluidized bed drying（WGSSFBD），and the effects of different preparation methods on its color，cis-trans isomers composition，water dispersed particle size and microstructure had been studied.Results showed that the hue of β-carotene microcapsule preparations obtained by HEMSD，SSSFBD and WGSSFBD was 60.73，41.60 and 33.57，respectively.The hue of WGSSFBD was redder，which was suitable for coloration and fortification of red series of food and beverages.The hue of HEMSD was yellower，but the hue of SSSFBD was between in the red and yellow，there were more suitable for coloration and fortification of yellow to orange series of food and beverages.β-carotene microcapsule prepared by HEMSD had the highest proportion of cis isomers and its water dispersed particle size was the largest，while the proportion of cis isomers of β-carotene microcapsule prepared by WGSSFBD was the lowest，which was 21.6%and 1.7%，respectively.β-carotene microcapsule prepared by HEMSD was spherical microstructure，dense surface and no cracking，but its microstructure was similar bayberry shape when obtained by SSSFBD and WGSSFBD，and its particle size was relatively larger.

β-carotene preparations；CIELAB；color；cis-trans isomers；water-dispersed particle size

TS202.3

A

1002-0306（2016）08-0163-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.025

2015－09－10

張莉華（1976-），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事健康食品配料研發(fā)與生產(chǎn)，E-mail：zhlihua111@126.com。

*通訊作者：陳少軍（1976-），男，博士，主要從事醫(yī)藥和保健品方面的教學(xué)與科研工作，E-mail：chenshaojun2004@126.com。許新德（1976-），男，博士，教授級(jí)高工，主要從事健康食品配料研發(fā)與生產(chǎn)，E-mail：xuxinde@xcpharma.com。