復合凝聚法制備綠咖啡油微膠囊及其性能

譚 睿，申 瑾，董文江*，章 中,*，龍宇宙，胡榮鎖,3，陳治華，蔣快樂

（1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，海南 萬寧 571533；3.海南省熱帶作物工程技術研究中心，海南 萬寧 571533；4.云南農業大學熱帶作物學院，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，由于咖啡獨特的風味，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]。咖啡為我國重要的特色熱帶飲料作物，亦是海南和云南地區農民增收致富的優勢特色產業，目前我國咖啡種植面積已達180萬 畝，年產咖啡15.0萬 t，產值超過25.8億 元。但我國咖啡豆主要以初級原料豆出口為主，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]，綠咖啡油具有潤膚和防紫外線輻射作用，已被廣泛用于化妝品工業。由于綠咖啡油中不飽和脂肪酸含量較高，易氧化變質，進而影響其感官和風味品質，氧化酸敗產生的醛酮類揮發性物質亦對人體有害，因此采用微膠囊化包埋綠咖啡油，提高其氧化穩定性尤為必要。

微膠囊化被定義為一個過程，在此過程中，微小的顆粒或液滴被涂層包圍，或嵌入均勻或非均勻的基質中，從而使小膠囊具有較多優異的性能[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定性，并能在高雙萜的情況下保持較高的日光防護系數。Frascareli等[4]采用響應面法優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，采用噴霧干燥法制備綠咖啡油微膠囊，以卵磷脂殼聚糖穩定的Hi-Cap100和玉米糖漿/Hi-Cap100制備的微顆粒氧化穩定性最高。微膠囊的防曬系數在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-溶劑蒸發技術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用，并減少了肉桂酸的過敏反應，當直接應用于皮膚上時，可導致過敏。

復凝聚法制備微膠囊是利用兩種水溶性高分子，在改變溶液pH值時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。當帶正電荷的膠體溶液與帶負電荷的膠體溶液相混合時，異種電荷的相互作用形成聚電解質復合物而發生分離，壁材在芯材周圍沉積而得到微膠囊。復合凝聚法具有操作簡單、成本低、可擴展性和可重復性等優點，可用于食品配料的封裝，即使在非常高的負載下也能產生較高的封裝效率[7]。復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備，工藝條件較為溫和，工藝過程對芯材品質的損傷較小，且得到的微膠囊產品載量較高，對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合凝聚法制備綠咖啡油微膠囊方面的報道。

本實驗通過明膠（gelatin，G）結合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，采用復合凝聚法制備綠咖啡油微膠囊，通過對微膠囊形態表征、包埋率、粒徑等進行比較，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和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

綠咖啡油 雅克耶提芳香醫藥科技（青島）有限公司；明膠、阿拉伯膠 中國醫藥集團上海化學試劑有限公司；高酯果膠（121型） 美國斯比凱克公司；羧甲基纖維素鈉（FL9、黏度300） 上海申光食品化學品有限公司；實驗用水全部為超純水；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Magic LAB多功能乳化分散機、RW20.n懸臂式攪拌器德國IKA公司；SevenCompact S220 pH計 Mettler-Toledo儀器（上海）有限公司；UV-2450紫外分光光度計日本島津公司；SCIENTZ-18ND真空冷凍干燥機寧波新芝生物科技股份有限公司；R-215旋轉蒸發儀瑞士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任有限公司；Mastersizer 3000激光粒度儀 英國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 美國貝克曼庫爾特有限公司；Nicolet 6700傅里葉變換紅外光譜儀 美國Thermo Fisher公司；STA 449F3熱分析儀德國NETZSCH公司。

1.3 方法

1.3.1 反應pH值的確定

在對綠咖啡油進行包埋之前，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pH值條件；壁材組成和反應pH值條件是影響復凝聚反應的關鍵因素，壁材組成不同，發生復凝聚的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的總生物聚合物質量濃度，分別制備了明膠/阿拉伯膠（質量比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，以體積分數分別為10%、1%、0.1%的醋酸對生物聚合物溶液進行濁度滴定。

1.3.2 復聚物及微膠囊制備

復聚物的制備：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值分別調整至7.0，其中果膠溶液pH值為3.5，將pH值調整為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合物。保持體系溫度40 ℃，攪拌速率400 r/min，用10%醋酸調節pH值，凝聚20 min。冰水浴降溫至15 ℃以下，保持30 min。用1% NaOH調節體系pH值至6.0，靜置，分層，離心分離，去除上清液后，均勻平鋪于培養皿內，在貯藏溫度為-16 ℃時預凍過夜后，-4 ℃時冷凍干燥，干燥時間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，以芯壁質量比1∶1加入綠咖啡油，在20 000 r/min下高速分散均質乳化3 min。后續制備過程同上。

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

1.3.3 形態表征

光學顯微鏡觀察：采用光學顯微鏡對濕囊形態進行形態觀察，并將相機與電腦連接，以400 倍的放大倍數收集濕囊的圖像。

1.3.4 微膠囊水分質量分數測定

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定儀樣品盤上進行水分質量分數測定。每個樣品平行測定3 次。

1.3.5 產率、包埋率、壁材利用率、載量的測定

將干燥后的總油質量除以初始油質量來計算油的產率（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量之比（式（3））：

載量按式（4）計算：

表面油含量根據QB/T 4791—2015《植脂末》測定[13]。

采用GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》的酸水解法測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激光粒度儀對微膠囊濕囊進行測定，去離子水作為分散劑，設置材料折射率為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，直至遮光度達到適宜測定范圍內。每個樣品的粒度平行測定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行測定，加入樣品質量50～100 倍的溴化鉀后進行研磨，壓片機壓制成片，選用空白溴化鉀片作為對照。置于紅外光譜儀上，于400～4 000 cm-1范圍內進行掃描，掃描次數為32 次，分辨率為4 cm-1。利用PeakFit v4.12軟件在譜帶范圍內（酰胺I帶1 600～1 700 cm-1）校正基線，然后用Gaussian去卷積，進行二階導數擬合，多次擬合使殘差最小。根據峰面積計算出明膠及其復聚物蛋白質二級結構相對含量。

1.3.8 熱重分析

將壁材、復聚物、咖啡油微膠囊（3～5 mg）置于小坩堝中，設置儀器參數溫度范圍30～600 ℃，升溫速率10 ℃/min，載氣為氮氣，流速為20 mL/min，測定樣品的熱釋放曲線。

1.4 數據統計分析

數據的顯著性分析均采用SPSS 24.0軟件進行處理和分析，并采用Origin 9.0軟件作圖。所有實驗均進行3 次重復實驗，結果以平均值±標準偏差表示。

2 結果與分析

2.1 明膠與3 種多糖復合凝聚的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

發生于生物大分子之間的復合凝聚反應，隨著pH值的改變會經歷若干膠體形態，而這些轉變從外觀上可表現為體系濁度的變化。因此，濁度滴定被廣泛應用于追蹤復合凝聚反應的整體過程，同時濁度滴定曲線被用作選擇最適混合比例及相應的pH值條件，所得出的最適條件即可應用于微膠囊的制備。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，溶液呈現均一、透明外觀，這是因為明膠與陰離子多糖均帶負電，相互之間的靜電排斥力使得體系沒有復聚物產生，該階段被稱為分離的相行為[16]。隨著pH值的緩慢下降，少量的可溶性復聚物產生，溶液開始略微泛白，體系濁度開始緩慢上升，開始形成可溶性復合物。當pH值繼續下降時，形成的可溶性復合物發生了結構間的重排，形成相對緊密的結構，即不可溶性復合物，此時，濁度急速上升，溶液逐漸變為不透光的乳白色。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到了最大值，當濁度跨越峰值，進入下降階段，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。本實驗的研究結果與杜歌[9]和Muhoza[10]等報道相一致，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不同，最佳條件也會發生細微變化[17]。

2.2 微膠囊形態光學顯微鏡觀察結果

由于芯材、壁材不同，微膠囊的大小和形態變化較大。圖2所示為光學顯微鏡下明膠結合不同陰離子多糖阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉復合凝聚法制備的微膠囊空囊及咖啡油微膠囊形態圖。在光學顯微圖像中，不同壁材組合通過復合凝聚法制得微膠囊空囊及咖啡油微膠囊的形態都呈規則的圓形。Lü Yi等[17]研究得出通過復合凝聚得到的粒子呈球形的。單位表面積下，球狀結構由于具有相對更大的體積，因而具有更大的包覆芯材物質的潛能[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構，囊壁結構完整，芯材被包裹在囊壁中，因此認為咖啡油被成功膠囊化，對芯材產生良好的保護作用，并且粒徑具有明顯區別，說明不同壁材組合對微膠囊產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，咖啡油完全被復聚物包裹，復聚物和微膠囊都呈球形，單位表面積下，球狀結構由于具有相對更大的體積，因而這3 種復聚物具有更大的包覆芯材物質的潛能。芯材咖啡油對微膠囊顆粒大小與形狀影響不明顯，但是不同壁材組合對復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，可以使穩定的輸送系統具有理想的尺寸。已有報道表明[18-19]，生物聚合物的黏度、分子質量和乳化性能對復合凝聚法制備微膠囊大小具有顯著影響。

2.3 綠咖啡油微膠囊產品理化指標

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

微膠囊產品的水分質量分數是一個很重要的指標，過高的水分質量分數會讓產品在儲藏過程中結塊，霉變，也會增加油脂的氧化速率。表2中微膠囊的水分質量分數表明，干燥后的微膠囊中水分質量分數較低，使微膠囊較為容易保存。微膠囊的產率和包埋率是評價包埋效果的重要指標，它能夠反應芯材被包埋的程度，也是微膠囊制備工藝中的重要指標，可影響到生產工藝及最終產品的性質[20]。由表2可知，明膠結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，復合凝聚法制備的微膠囊產率都達到了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，該結果與Yuan Yuan等[21]的研究結果相一致。對微膠囊產品特性進行顯著性分析，得出3 種不同壁材組合制備的微膠囊產率沒有顯著性差異（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，所導致的芯材占比不同。靜電吸引是復合凝聚過程中的主要驅動力之一，在相分離的情況下，電荷密度尤為重要。高電荷密度通常會導致沉淀，而在低電荷密度下，則很容易誘發液體凝聚[17]，果膠、羧甲基纖維素鈉的電荷密度比阿拉伯膠大，會導致其壁材利用率比較大。明膠/果膠的壁材利用率最高，較高的復聚物利用率為芯材的包覆提供了更多的壁材，同時為獲得高載量的復合凝聚微膠囊創造了條件[11]，且壁材利用率較高可以降低生產成本。

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是微膠囊產品的重要參數。粒徑是評價微膠囊乳液體系質量的一個重要參數，特別是從食品配料的應用角度來看，因為顆粒過大可能會造成口感不適[22]。此外，大顆粒可以延長活性化合物的釋放時間[23]。粒徑分布結果如圖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分布并且相對較為狹窄，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構分析的有力工具，通過紅外光譜的掃描分析，可以顯示出各物質的分子結構和具有特征性的化學鍵[24]。本實驗通過紅外光譜分析可獲取有關明膠、陰離子多糖和咖啡油之間復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聚物的紅外光譜圖[25]。從3 種復聚物圖譜中可看出，復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生了改變。復聚物光譜中明膠代表N-H鍵伸縮振動的3 444 cm-1被移至較低的波數。阿拉伯膠、羧甲基纖維素中代表受氫鍵影響的-OH伸縮振動峰3 413、3 420 cm-1也被移至較低波數，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。復聚物中代表C-H拉伸振動的2 930 cm-1左右的峰被移至較高的波數，C-H鍵的這種變化反映了明膠與多糖在復合凝聚形成過程中構象的變化，這是明膠和陰離子聚合物相互作用的又一跡象，新的峰值也被認為是一個指標的蛋白質過量電荷和更高的相互作用[26]。

在明膠/多糖復聚物中，可以觀察到酰胺I帶代表-C＝O的伸縮振動峰從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雜的凝聚過程中，帶負電荷的多糖與帶正電荷的明膠相結合。多糖分子中代表-COO-伸縮振動的峰1 615、1 635、1 647 cm-1被移至較高的波數以及1 423、1 441、1 423 cm-1處峰的消失，表明了羧基參與了復合凝聚物的形成。此外，這兩種生物聚合物之間的復雜凝聚改變了羰基-酰胺區的紅外光譜[18]。在明膠光譜中，在1 542 cm-1處的NH振動帶和在1 454 cm-1處的CH振動帶在形成復合物后仍基本保持其位置。然而，在1 200～400 cm-1區域的復合凝聚物圖譜與明膠和多糖圖譜的模式完全不同。這可能是絡合過程中明膠和多糖分子重排的結果[18]，因此，這些組分可能形成穩定的復合凝聚體。對比壁材與復聚物的紅外光譜可以看出，在復合凝聚物的紅外光譜上未發現不存在明膠、陰離子多糖的特殊峰值，這說明了沒有新的化學鍵生成，進一步證實了明膠、陰離子多糖是通過靜電相互作用等物理相互作用形成的，而非通過化學相互作用聯接的。

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

對比明膠/阿拉伯膠復聚物及微膠囊紅外圖譜發現，復聚物1 669 cm-1的吸收峰位移至1 647 cm-1；對比明膠/果膠復聚物及微膠囊紅外圖譜發現，復聚物1 659 cm-1的吸收峰位移至1 647 cm-1；對比明膠/羧甲基纖維素鈉復聚物及微膠囊紅外圖譜發現，復聚物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+發生了不對稱變角振動。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。咖啡油中含有亞油酸，亞油酸中含有兩個雙鍵，由咖啡油的紅外光譜可以看出在波數為3 009 cm-1處有極強的振動峰，這是＝C-H鍵伸縮振動形成的，而在形成的微膠囊產品中沒有看到此波長處的伸縮振動現象，并且咖啡油的羰基峰在1 746 cm-1處減弱，這與已有關于咖啡油的報道一致[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生化學反應。這與郭陽等[27]報道一致。

圖7 蛋白質酰胺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 明膠及復聚物中蛋白質二級結構相對含量Table 4 structure contents in gelatin and complexes

蛋白質酰胺的光譜區間為1 700～1 600 cm-1，主要包含了的C＝O伸縮振動，對蛋白質二級結構的變化非常敏感，對于研究二級結構最有價值。應用二階導數和曲線擬合的方法對明膠及3 種復聚物酰胺Ⅰ帶曲線擬合。酰胺I帶是由多個子峰重疊而成的寬峰，從圖7得出分別有11、10、12、12 個自帶峰，對自帶峰進行指認，計算各子峰和總峰的峰面積，求得各二級結構相對含量[28]。從表4中得出明膠中β-折疊、無規卷曲、α-螺旋、β-轉角相對含量分別為46.7%、25.4%、8.5%、19.4%，經復合凝聚后復聚物中β-折疊、無規卷曲相對含量都相對減少，α-螺旋和β-轉角相對含量增加。表明α-螺旋結構和β-轉角結構是明膠與多糖相互作用的重要結構區域，同時，復合凝聚反應對明膠的α-螺旋結構和β-轉角結構具有一定的穩定作用[29]，而對于無規卷曲和β-折疊影響較小，這與明膠和多糖的靜電相互作用有關。

2.6 微膠囊的熱穩定性分析

圖8 壁材及其復聚物的殘余失重隨溫度變化的熱重分析曲線（a）和對應的微商熱重曲線（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）和對應的微商熱重曲線（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分，這些信息對評價不同大分子的熱穩定性是有用的[30]。對探明羧酸鹽對微膠囊的保護作用，并指導工業生產具有實際意義，同時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，顯示吸熱峰，繼續升溫后，樣品開始分解，出現樣品分解的吸熱峰。其中，明膠的熱穩定性最好，質量損失峰值溫度為326 ℃，3 種多糖稍差，其中果膠的熱穩定性最差，在235 ℃達到最大質量損失速率，阿拉伯膠和羧甲基纖維素鈉熱穩定性最高，分別在304 ℃和291 ℃時達到最大質量損失速率，對比壁材與復聚物的微商熱重曲線可以看出，壁材在經過復凝聚后，增加了其熱穩定性，且它們的熱穩定性與壁材本身的熱穩定性相關，明膠/果膠復聚物在226 ℃達到一個質量損失峰值，與單獨果膠在235 ℃達到最大質量損失峰值相符，然而其最大的質量損失峰被延長至328 ℃，與明膠/阿拉伯膠、明膠/羧甲基纖維素鈉復聚物的最大質量損失峰相似，其中熱穩定性最好的復聚物為明膠/羧甲基纖維素鈉，失重峰值溫度達到325 ℃。復凝物質量損失平緩在溫度范圍內，表明復凝物在這一范圍內不會分解，能基本保持穩定[31]，明膠/阿拉伯膠和明膠/羧甲基纖維素鈉組合的復聚物在250 ℃前都可保持較為穩定的狀態。Duhoranimana等[32]研究證明了復聚物的熱穩定性與pH值無關，因此3 種復聚物不同的熱穩定性是由不同的壁材組合所導致的，通過使用不同的壁材組合，可以使穩定的輸送系統具有理想的釋放模式。復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至500 ℃，說明微膠囊具有較強的耐熱性，提高了綠咖啡油的熱穩定性。

3 結 論

本實驗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 種壁材組合對復合凝聚法微膠囊化綠咖啡油形態、產率、包埋率、粒徑及結構的影響。經光學顯微鏡形態觀察，其空囊及綠咖啡油微膠囊結構完整、形態呈球狀、囊壁明顯、分散均勻；其產率達到90.0%以上，包埋率均達到85.0%以上，但其壁材利用率不同，明膠/果膠最高，為76.6%，都能較好地進行包埋。

通過傅里葉變換紅外光譜對其結構進行分析，證實了明膠與3 種多糖的靜電相互作用，且復凝聚反應只是壁材間的相互作用，芯材未與壁材發生其他化學反應。進一步證明所選擇的技術和所用的材料能夠成功封裝綠咖啡油，從而保證了對萃取物的保護作用。應用二階導數和曲線擬合的方法對明膠及復聚物蛋白質酰胺I帶二級結構進行擬合，結果表明明膠中β-折疊、無規卷曲、α-螺旋、β-轉角相對含量分別為46.7%、25.4%、8.5%、19.4%，經復合凝聚后，復聚物中β-折疊、無規卷曲相對含量減少，α-螺旋和β-轉角相對含量增加。

通過熱重分析對復聚物形成的熱穩定性進行分析，證實了壁材熱穩定性與復聚物熱穩定性的相關性，通過對咖啡油進行包埋可以提高其熱穩定性，其中3 種壁材組合的復聚物中明膠/果膠的熱穩定性最差。