不同制備方法對β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構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（.浙江醫藥股份有限公司，新昌制藥廠，浙江新昌32500；2.浙江醫藥高等專科學校，浙江寧波3500）

不同制備方法對β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構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.浙江醫藥股份有限公司，新昌制藥廠，浙江新昌312500；2.浙江醫藥高等專科學校，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β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構體、水分散粒徑及微觀結構的影響。結果顯示，HEMSD、SSSFBD和WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊色調分別為60.73、41.60、33.57，WGSSFBD色調偏紅，適合于紅色系食品和飲料的著色和營養強化；HEMSD色調偏黃，而SSSFBD色調處于兩者之間，更適合于黃色-橙色系食品和飲料的著色和營養強化；HEMSD順式異構體比例高達21.6%，水分散粒徑最大，WGSSFBD順式異構體比例最小，僅為1.7%；HEMSD制得β-胡蘿卜素微膠囊微觀結構為圓球形，表面致密、無裂紋，SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊微觀結構類似楊梅狀，顆粒粒徑比較大。

β-胡蘿卜素制品，CIELAB，顏色，順反異構體，水分散粒徑

β-胡蘿卜素微膠囊制品是指將穩定性差、生物利用度低、水不溶β-胡蘿卜素晶體經過微膠囊技術制備而成的穩定性好、生物利用度高、冷水可分散的產品［1-3］。目前，類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、高溫噴霧干燥制得；SSSFBD是使用溶劑溶解類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、脫氣、濃縮后進行低溫噴霧-淀粉流化床干燥制得；而WGSSFBD是將類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進行研磨、濃縮、低溫噴霧-淀粉流化床干燥制得。制備方法對類胡蘿卜素微膠囊的顏色和異構體組成有明顯的影響，如高溫全反式異構體會轉變為順式異構體，而順式異構體比例的增加會降低生物活性［6］；產品的顏色會影響消費者喜好，進而直接關系到對應用產品的質量感覺［7-9］。

目前關于β-胡蘿卜素微膠囊制備及異構體分析的文獻報道比較多［10-11］，但關于β-胡蘿卜素微膠囊制品顏色、異構體組成及水分散性的研究未見系統的報道，僅有劉愛琴等［12］對β-胡蘿卜素微膠囊干粉1% CWS水溶液進行了顏色分析。本實驗以HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品為研究對象，采用CIELAB色彩空間對其進行顏色分析，并采用HPLC對β-胡蘿卜素制品中的β-胡蘿卜素順反異構體進行了分析；同時，研究了不同制備方法對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β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結構的影響。本文比較系統的研究制備方法對β-胡蘿卜素微膠囊制品的顏色、異構體組成、水分散粒徑分布及微觀結構的影響，以期為β-胡蘿卜素微膠囊制品的綜合開發和利用提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

β-胡蘿卜素晶體 浙江醫藥股份有限公司新昌制藥廠；dl-a-生育酚 浙江醫藥股份有限公司維生素廠；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Adamas-beta有限公司；四氫呋喃（分析純） 上海化學試劑總廠；乙醇（分析純） 安徽安特食品股份有限公司。

CM-3500d分光測色計 柯尼卡美能達中國投資有限公司；Agilent 1100系列高效液相色譜儀（G1311A泵、G1314A VWD檢測器、G1316A柱溫箱） 美國安捷倫公司；色譜柱Suplex pKb-100 alkyl amide column （4.6 mm×25 cm，5 μm） 美國Sigma-Aldrich有限責任公司；UV-2450紫外可見分光光度計 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電熱鼓風干燥箱 上海實驗儀器廠有限公司；冷凝噴霧塔 福建三明機械設備廠；QM2L球磨機 勝龍化工機械廠；Zetasizer Nano ZS90粒度儀 英國馬爾文儀器有限公司。

1.2 實驗方法

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、均質后進行噴霧干燥（進風溫度200℃左右，出風溫度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、脫氣除去四氫呋喃、濃縮后進行噴霧-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分光測色計進行測定，顏色參數采用均勻顏色空間CIELAB（L*、a*、b*、C*和h）［13］，波長范圍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培養皿中，采用反射測量法［12-13］，按照CM-3500d分光測色儀的操作規程測定樣品的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10 mm）中，采用透射測量法［12］按照CM-3500d分光測色儀的操作規程測定樣品的CIELAB（L*、a*、b*、C*和h）。

1.2.3 β-胡蘿卜素微膠囊制品異構體的分析 按照美國藥典beta carotene preparation標準［14］所描述的HPLC法分析β-胡蘿卜素微膠囊制品中順反異構體，采用峰面積歸一化法確定順反異構體的比例。

1.2.4 β-胡蘿卜素微膠囊制品水分散粒徑的測定

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其粒徑分布進行測定，每個樣品平行測定兩次，測定結果取平均值（按強度分布計算，用平均粒徑表示）。

1.2.5 β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結構的掃描電鏡觀察 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，然后對其微觀結構進行掃描電鏡觀察。

1.3 數據處理

無特殊說明，采用Excel 2007進行數據分析和作圖，數據以三次測定的平均值表示。

2 結果與討論

2.1 不同制備方法對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結果見表1，不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊a*b*色彩圖見圖1。在CIELAB顏色坐標上，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品在a*b*色彩圖中的位置與中心點的距離即為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較萎暗。從測得的h值可以看出WGSSFBD制備的產品色調上偏紅，而HEMSD制備的微膠囊產品色調上偏黃，SSSFBD制備的微膠囊產品色調處于兩者之間。

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β-胡蘿卜素微膠囊制品異構體的影響

三種制備方法制得的β-胡蘿卜素微膠囊制品中的β-胡蘿卜素順反異構體HPLC分析結果見表3。由表3可以看出，不同的制備方法對β-胡蘿卜素微膠囊制品的異構體有顯著的影響，HEMSD制備β-胡蘿卜素微膠囊的過程中，由于油相的制備過程中溫度比較高，全反式β-胡蘿卜素非常容易異構化，產生了大量的順式異構體；SSSFBD有效的降低β-胡蘿卜素的異構化，而WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊產品幾乎沒有發生異構化現象，與原料β-胡蘿卜素晶體的順反異構體基本相同，且WGSSFBD制備過程中沒有使用任何有機溶劑，工藝和產品安全性更佳，是一條值得進一步開發的綠色環保微膠囊制備工藝路線。

表1 不同制備方法β-胡蘿卜素微膠囊制品的顏色坐標值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-胡蘿卜素順反異構體和水分散粒徑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表3所示。由表3可以看出，制備方法對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-胡蘿卜素微膠囊產品水分散粒徑都處于納米級別，但是HEMSD制備的產品的水分散粒徑最大，而SSSFBD和WGSSFBD制備的產品的水分散粒徑差不多。粒徑的大小與產品的生物利用度相關［15］，粒徑小生物利用度高，WGSSFBD和SSSFBD制備的微膠囊產品可能會有更高的生物利用度。另外實驗發現，還可以通過增加研磨次數、使用更小的研磨珠的方法來進一步降低濕法研磨微膠囊產品的水分散粒徑。

2.4 不同制備方法對β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結構的影響

采用掃描電鏡對HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊制品微觀結構進行觀察，結果見圖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、無裂紋；WGSSFBD及SSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊類似楊梅狀，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后的物料經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品，其過程是單層包埋的，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濃縮后的物料經霧化后與流化床底部吹入處于沸騰狀的淀粉接觸，在低溫動態下帶走水分，得到干燥的顆粒狀產品，其過程是雙層包埋的，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定性都非常好，但正是由于SSSFBD和WGSSFBD雙層包埋結構，其穩定性更優，加速實驗條件下36個月，其含量保留率都在98%以上。

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

3 結論

制備方法對β-胡蘿卜素微膠囊的顏色、異構體、水分散粒徑和微觀結構都有一定的影響，HEMSD制備的產品色調上偏黃、順式異構體比例最高、水分散粒徑最大；WGSSFBD制備的產品色調上偏紅、順式異構體比例最少、粒徑也比較小，適合于紅色系食品和飲料的著色和營養強化；而SSSFBD制備的微膠囊色調處于兩者之間，更適合于黃色-橙色系食品和飲料的著色和營養強化。HEMSD制得的β-胡蘿卜素微膠囊為圓球形，表面致密、無裂紋；SSSFBD及WGSSFBD制備的β-胡蘿卜素微膠囊為類似楊梅狀雙層包埋結構，且WGSSFBD制備過程中沒有使用任何有機溶劑，工藝和產品安全性更佳，是一條值得深入開發利用的綠色環保工藝路線。

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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，高級工程師，主要從事健康食品配料研發與生產，E-mail：zhlihua111@126.com。

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