藍莓花色苷的微膠囊化＊

李穎暢,呂春茂,孟憲軍,馬勇,于娜

1(渤海大學生物與食品科學學院,遼寧錦州,121000)

2(沈陽農業大學食品學院,遼寧沈陽,110161)

藍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(渤海大學生物與食品科學學院,遼寧錦州,121000)

2(沈陽農業大學食品學院,遼寧沈陽,110161)

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

藍莓花色苷,壁材,微膠囊化

藍莓(blueberry),又稱越橘、藍漿果,屬杜鵑花科(Ericaceae)越橘屬(Vaccinium spp.)多年生落葉或常綠灌木。藍莓果實呈深藍色,被白霜,近圓形,含有豐富的花色苷,其具有促進視紅素再合成、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、化妝品等領域有著廣闊的應用前景[1-2]。藍莓花色苷(anthocyanins)是水溶性色素,其性質不穩定,易受各種理化因素的影響而發生變化。微膠囊技術是利用可形成膠囊壁與膜的物質,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、緩釋、控釋、改變形態、掩蓋不良氣味等作用,已被廣泛應用于醫藥、食品、化妝品、農藥和化肥等多個領域[4]。本文以大豆分離蛋白-麥芽糊精為復合壁材和β-環糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠3種物質為壁材,采用噴霧干燥技術,對藍莓花色苷進行微膠囊化,提高其穩定性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 實驗材料

藍莓花色苷粉末(本實驗室自制),β-環糊精(純度≥98%)(北京奧博星生物技術公司),大豆分離蛋白(山東禹王實業有限公司),阿拉伯膠(國藥集團化學試劑有限公司),麥芽糊精(本實驗室提供)。

1.1.2 實驗儀器

LPG-5型高速離心噴霧干燥機(江蘇常州市一步干燥設備廠),HH-6型數顯恒溫水浴鍋(國華電器有限公司),UV1600紫外-可見分光光度計(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(北京京立離心機有限公司),DZF-6050型真空干燥箱(上海精宏實驗設備有限公司),膠體磨(沈陽航天新光超微粉碎機械有限公司),定時恒溫攪拌器(上海標本模型廠)。

1.2 實驗方法

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→噴霧干燥→微膠囊成品

1.2.2 藍莓花色苷在水溶液和乙醇溶液中工作曲線的建立

準確稱取一定量藍莓花色苷粉末,分別用pH 3.0的檸檬酸緩沖液和乙醇溶液定容,用紫外-可見分光光度計在400～750 nm內對花色苷溶液進行掃描,確定最大吸收波長。根據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莓花色苷進行微膠囊化

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)正交表進行試驗,確定最佳工藝參數。

1.2.4 β-環糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材對藍莓花色苷進行

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

1.2.5 微膠囊化產率及微膠囊化效率

1.2.5.1 藍莓花色苷微膠囊化產率測定

微膠囊產品中藍莓花色苷含量的測定:準確稱取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。

微膠囊化產率/%=(微膠囊產品中藍莓花色苷的量 / 起始加入藍莓花色苷的量)×100

1.2.5.2 藍莓花色苷微膠囊化效率測定

微膠囊產品表面藍莓花色苷含量測定:準確稱取1.0 g微膠囊化花色苷,用體積分數95%的乙醇反復洗滌,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。

微膠囊產品中總藍莓花色苷含量的測定:準確稱取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-微膠囊產品表面含藍莓花色苷的量)/微膠囊產品總藍莓花色苷的量]×100

1.2.6 在模擬胃液環境中的釋放實驗

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,在指定時間取樣,檢測花色苷含量,計算釋放率。

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

1.2.7 微膠囊化藍莓花色苷光、熱穩定性

將微膠囊化花色苷放入80、100℃的烘箱中,每隔一定時間測定產品中花色苷含量,計算花色苷的保留率。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測定產品中花色苷含量,計算花色苷的保留率。

2 結果與分析

2.1 藍莓花色苷的工作曲線

藍莓花色苷在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系,在pH 3.0的檸檬酸緩沖液中的標準曲線方程為A=3.354c-0.0076,R2=0.9994;在95%乙醇中的標準曲線方程為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莓花色苷微膠囊化

因為表1的分析結果表明,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。以微膠囊化產率進行方差分析(見表2),影響微膠囊化產率的因素重要性次序為C>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,故對微膠囊化產率和效率有一定影響。芯材與壁材比例也會影響微膠囊化的產率和效率,隨著芯材與壁材比例的提高,即藍莓花色苷的增加,微膠囊化產率和效率提高,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率的重要因素,一定范圍內總固形物濃度提高,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]。分析微膠囊化產率可知以大豆分離蛋白-麥芽糊精為壁材包埋藍莓花色苷的最佳組合為A2B2C1,即大豆分離蛋白∶麥芽糊精質量比為3∶7,芯材∶壁材質量為4∶96,固形物含量為150 g/L。按優化條件對藍莓花色苷微膠囊化,微膠囊化產率為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莓花色苷

表2 數據方差分析

2.3 以β-環糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材對藍莓花色苷微膠囊化

從微膠囊化效率看,只有芯材與壁材質量比各水平之間差異顯著,隨芯材與壁材質量比的增加微膠囊化效率下降。以微膠囊化產率作為藍莓花色苷微膠囊化工藝的評價指標,從表3,表4可以看出,各因素影響大小的順序為A>D>B>C,隨芯材與壁材質量比的增加,微膠囊化產率降低,差異顯著,最適芯材與壁材質量比為3∶97。隨β-環糊精與麥芽糊精比的增加,微膠囊化產率呈現先增加又降低的趨勢,β-環糊精與麥芽糊精最適質量比為1∶2。一定范圍內,隨阿拉伯膠的百分比的增加,微膠囊化產率增加,但阿拉伯膠的百分比增加到一定程度,微膠囊化產率降低,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%,在模擬胃液環境中停留60 min后,釋放率均達到90%以上。說明在酸性條件下,微膠囊的膜遭到破壞,導致內容物釋放,因為花色苷分子量比較小,釋放率比較高。此外,在酸性溶液中停留時間越長,微膠囊表面的膜破壞越嚴重,對被包埋物的擴散限制作用越差,進而導致微膠囊在模擬胃液環境中的釋放能力越高。

表3 β-環糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材微膠囊化藍莓花色苷

表4 數據方差分析

2.5 溫度對微膠囊化花色苷穩定性的影響

由圖3、圖4可以看出,藍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。以上結果說明微膠囊化花色苷對熱具有較好的穩定性,原因是微膠囊壁材對藍莓花色苷具有保護作用,增加其耐熱性。

圖2 藍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定性的影響

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

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莓花色苷微膠囊化

大豆分離蛋白同時具有親水基和疏水基,并且有分子表面與分子內部吸引力,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構[9]。大豆分離蛋白和麥芽糊精均為生產中常用的食品添加劑,容易獲得,而且價格低廉,不失為一種具有較高應用價值的微膠囊化壁材。

3.2 以β-環糊精-麥芽糊精-阿拉伯膠為壁材對藍莓花色苷進行微膠囊化

麥芽糊精是淀粉不完全水解的產物,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)糖苷鍵所得的產物[10]。β-環糊精具有特殊的分子結構和穩定的化學性質,不易因酶、酸、堿、光及熱的作用而分解,其空間結構為上大下小的筒形,可包埋敏感性物質如香精、色素而形成包合物,使敏感性物質對氧、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-環糊精作為復合壁材[10,12],本文將β-環糊精、麥芽糊精、阿拉伯膠3種壁材結合起來,發揮各自的優勢,微膠囊化產率和效率比較高,并且高于阿拉伯膠單一壁材的微膠囊化產率和效率,解決了單一阿拉伯膠質量不穩定,價格較昂貴的問題。

4 結論

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

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

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

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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。

＊沈陽市青年人才計劃項目(1081240-1-02)

2010-02-05,改回日期:2010-04-27