肉桂油環糊精微膠囊的制備及性能研究

楊小葵,王 卉,曹溫馨

(海南熱帶海洋學院 食品學院,海南 三亞 572022)

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肉桂油環糊精微膠囊的制備及性能研究

楊小葵,王 卉,曹溫馨

(海南熱帶海洋學院 食品學院,海南 三亞 572022)

采用飽和水溶液方法制備肉桂油β-環糊精微膠囊,研究β-環糊精和肉桂油配比、反應時間和反應溫度對包合率的影響,探討肉桂油微膠囊的熱穩定性和抗氧化性.結果表明，當β-環糊精和肉桂油的質量體積比為12:1,在50℃反應2.5 h的條件下所得微膠囊包合率達76.1%,紅外光譜證明了肉桂油被β-環糊精包合,肉桂油微膠囊熱穩定性和抗氧化性高于未包合的肉桂油,說明微膠囊對肉桂油具有保護作用.

肉桂油;β-環糊精;微膠囊;熱穩定性;抗氧化性

0 引言

肉桂油是由水蒸氣蒸餾樟科植物肉桂的干燥枝、葉而得到的揮發油,有肉桂的特定香氣,味道甜、辛,是性能優良的食品防腐劑和抗氧化劑,更是使用廣泛的香料.其中主要成分是肉桂醛(約75%～90%),另有桂醇、甲基丁香酚、乙酸桂酯、丁香酚、香蘭素等.肉桂油還具有鎮靜、鎮痛、解熱、抗驚厥、增強胃腸蠕動、利膽、抗腫瘤等作用,是醫藥工業、食品工業及化工工業的主要原料,在食品工業中常用于飲料、糖果、罐頭等.因此,肉桂油在保健食品和新型藥品研發上都有巨大的應用前景[1].然而肉桂油對光、熱較敏感且容易被(氧氣)氧化而變質，易揮發,影響使用效果[2].微膠囊技術是指將固體、液體或氣體包埋在微小、密封的膠囊中,使其只有在一定條件下才會以控制速率釋放的技術[3-4].β-環糊精是由芽孢桿菌產生的環糊精葡萄糖基轉移酶作用于直鏈淀粉生成的一系列環狀低聚糖,由于β-環糊精的外緣親水而內腔疏水,通過β-環糊精的包合,能將客體分子包裹在其空腔內,與外界隔絕,使其化學性質更加穩定,達到抗氧、抗光、抗熱的作用,并能很好地改善客體物質的溶解性.同時,β-環糊精與客體物質的結合,還能達到去除異味、改善口感、減少刺激性和毒副作用、緩釋等效果[5].環糊精包合物應用廣泛,如包埋食品有效成分,脫除異味或有害成分,增強藥物穩定性、溶解性等[6-7].

本文采用β-環糊精包合肉桂油制備肉桂油微膠囊,研究微膠囊合成條件,通過探討肉桂油微膠囊的熱穩定性和抗氧化性,為肉桂油今后的開發利用提供理論基礎.

1 材料與方法

1.1 材料與設備

β-環糊精(上海阿拉丁生化科技股份有限公司);肉桂油(吉安傳承香料油提煉廠);肉桂醛對照品、乙醇及其他試劑均為分析純.

IRAffinity-1傅里葉變換紅外光譜儀(日本島津);UV2550紫外可見分光光度(日本島津);DZF-6090型真空干燥箱(金壇市盛藍儀器制造有限公司);CP214電子天平(上海滬粵明科學儀器).

1.2 實驗方法

1.2.1飽和溶液法制備微膠囊

稱取2 g β-環糊精,在一定溫度下溶于蒸餾水制成飽和溶液;取適量肉桂油,用乙醇溶解后,逐滴加入到飽和溶液中.攪拌一定時間,待溶液冷卻至室溫后將其放在4℃冰箱中靜置24 h,抽濾,濾渣用無水乙醇和蒸餾水分別洗滌,洗去吸附在環糊精空腔外部的肉桂油和未反應的β-環糊精,于45℃真空干燥20 h后,在研缽中研磨成粉末.研究β-環糊精與肉桂油配比、反應時間和反應溫度對包合率的影響.

濃渡/mg·L-1圖1 肉桂醛標準曲線

1.2.2微膠囊包合率的測定

1.2.2.1肉桂醛標準曲線的測定

用紫外分光光度計在200-400 nm波長范圍內掃描肉桂醛對照品溶液.最大吸收峰出現在291 nm處,采用該波長進行標準曲線測定.

用無水乙醇精確配置肉桂醛標準溶液,再稀釋成系列質量濃度0.41、0.82、1.64、2.46、3.28、4.10 mg/L,以無水乙醇作參比,用紫外分光光度計在291 nm測定每個濃度的吸光值,繪制標準曲線.由圖1得肉桂醛標準方程為y=0.1956x-0.003 (R2=0.9971).

1.2.2.2肉桂油微膠囊包合率的測定

準確稱取0.1 g制好的微膠囊,放入10 mL帶塞離心管中,加無水乙醇到刻度,搖勻,靜置,離心,取清液1 mL到100 mL容量瓶中用乙醇定容,用紫外分光光度計在291 nm處測定其吸光值,平行做三組,取平均值后代入肉桂醛標準方程式中計算溶出肉桂油(用肉桂醛代替)的量,根據下式計算含油量和包合率.

含油量 = 包合物中肉桂油量/包合物質量×100%，

包合率 = 包合物中肉桂油量/肉桂油投入量×100%.

1.2.3 微膠囊紅外光譜鑒定

用IRAffinity-1傅里葉變換紅外光譜儀在400～4000 cm-1間掃描樣品,掃描次數為30次,分辨率為4 cm-1.

1.2.4 熱穩定性試驗

稱取微膠囊和未包合肉桂油若干份,分別平鋪于表面皿,在30 ℃下置于室內,每隔一定時間測定微膠囊中肉桂油的含量,并稱重未包合肉桂油樣品.計算肉桂油揮發率.

1.2.5 抗氧化性試驗

根據GB/T5009.37-2003[8],將30 g花生油放入50 mL燒杯中,按肉桂油有效成分0.02%的比例分別加入微膠囊和未包合肉桂油,混勻,置于60℃恒溫箱中,隔2 d測定過氧化值(POV),以POV值的大小衡量包合物的抗氧化性.以花生油作為試驗空白.

2 結果與分析

2.1 β-環糊精和肉桂醛配比對微膠囊包含率的影響

按β-環糊精和肉桂油質量體積比m∶v=20∶1、16∶1、12∶1、8∶1、4∶1、1∶1投料,反應溫度50℃,反應時間為2.5 h制備包合物.在β-環糊精包合反應中, β-環糊精投料量大,會導致微膠囊中肉桂油含量低,有效濃度不夠;β-環糊精投料量少,會使很多肉桂油無法包合,造成包合率低.圖2為β-環糊精與肉桂油配料比對微膠囊包合率的影響,由圖可見,包合率隨配料比的增大而逐漸升高,當β-環糊精與肉桂油配比超過12,包合率變化不大,說明肉桂油基本都被包合,β-環糊精開始過量了;當配比低于12時,包合率逐漸下降,說明β-環糊精包合能力達到飽和.因此,微膠囊的制備采用β-環糊精與肉桂油配比為12∶1.

圖2 環糊精與肉桂油配料比對包合率的影響

圖3 反應時間對包合率的影響

2.2 反應時間對包合率的影響

圖4 反應時間對包合率的影響

按β-環糊精和肉桂油質量體積比12∶1投料,反應溫度50℃,以不同反應時間制備包合物,圖3是反應時間對包合率的影響,由圖可以看出,當反應時間達2.5 h,包合反應已經達到平衡,時間延長,包合率基本不變,所以選反應時間2.5 h制備包合物.

2.3 反應溫度對包合率的影響

β-環糊精和肉桂醛質量體積比12∶1,反應時間為2.5 h,以不同反應溫度制備微膠囊,圖4是反應溫度對包合率的影響,由圖可以看出,隨著溫度升高,包合率逐漸增大,在反應溫度為50℃ 時達到最大,溫度進一步升高,包合率呈下降趨勢.所以選反應溫度50℃ 制備微膠囊.

2.4 紅外光譜分析

圖5是β-環糊精、肉桂油和微膠囊的紅外光譜圖.比較三者的圖形可以看出,三個譜圖不同,肉桂油中1680 cm-1處的羰基吸收峰很強,在微膠囊中該峰強度減弱,且向低波數方向移動.這是由于在包合過程中肉桂油中羰基與β-環糊精的羥基發生氫鍵作用[9],說明微膠囊中包合有肉桂油.許多肉桂油的吸收峰在微膠囊中被掩蓋,是因為β-環糊精的量遠大于肉桂油的量.

圖5 (a)β-環糊精、(b)肉桂油、(c)微膠囊的紅外吸收光譜

2.5 微膠囊熱穩定性研究

圖6是微膠囊和未包合肉桂油在30℃隨時間揮發的結果,由圖可知,未包合肉桂油隨時間揮發很快,在第10天幾乎完全揮發,而微膠囊中肉桂油穩定性明顯高于未包合的肉桂油,到第10天只揮發了約30%,且隨時間延長,揮發越慢.

圖6 肉桂油在30℃隨時間揮發的結果

圖7 加熱時間對肉桂油抗氧化性的影響

2.6 微膠囊抗氧化性的研究

圖7是加熱時間對肉桂油抗氧化性的影響,由圖可以看出,花生油的過氧化值隨時間上升很快,加了肉桂油微膠囊的花生油氧化速度最慢,抗氧化性優于未包合的肉桂油,且隨著時間延長,效果越發明顯,說明微膠囊對肉桂油具有保護作用,能提高肉桂油的抗氧化性.

3 討論

肉桂油中主要成分為肉桂醛,所以本文采用肉桂醛的含量作為包合率實驗的考察指標,肉桂油β-環糊精微膠囊的包合率受β-環糊精與肉桂油配比、反應時間和反應溫度的影響,當β-環糊精和肉桂油的質量體積比為12∶1,在50℃反應2.5 h的條件下所得微膠囊包合率較高,達76.1%,紅外光譜法表明肉桂油被包合在β-環糊精中,肉桂油微膠囊確實已形成.與未包合的肉桂油相比,微膠囊中的肉桂油在30℃下揮發性很低,且對花生油的抗氧化性較好.說明微膠囊對肉桂油具有保護作用,使肉桂油的熱穩定性和抗氧化性得到提高.

[1]李好樣,董金龍.從肉桂皮中提取肉桂油并鑒定其主要成分[J].光譜實驗室, 2010, 27(5): 2020-2022.

[2]葉敏.肉桂油微膠囊的制備及評價[D].南昌:南昌大學, 2011.

[3]宋維春,徐云升,范桂林.秋刀魚魚油的提取與膠囊化研究[J].瓊州學院學報, 2015, 22(5): 37-40.

[4]王雙華,張恒,段成金,等.微膠囊制備技術及其應用[J].材料導報, 2006, 20(S2): 376-378.

[5]雍國平,李光水,鄭飛,等.β-環糊精包合物的結構研究[J].高等學校化學學報, 2000, 2l(7): 1124-1126.

[6]姬小明,劉云,趙銘欽.β-紫羅蘭酮與β-環糊精包合物的制備及卷煙加香效應[J].湖南農業大學學報(自然科學版), 2011, 37(1): 94-96.

[7]曹新志,金征宇.環糊精包合物的制備方法[J].食品工業科技, 2003, 24(10): 158-160.

[8]中華人民共和國衛生部.GB/T5009.37-2003,食用植物油衛生標準的分析方法[S].北京:中國標準出版社,2003.

[9]錢亮亮,金征宇,鄧力.密封控溫法制備控釋材料肉桂醛β-環糊精包合物[J].食品與發酵工業, 2007, 33(12): 13-16.

(編校:何軍民)Preparation and Properties of Cinnamon Oil and Cyclodextrin Microcapsule

YANG Xiao-qui, WANG Hui, CAO Wen-xin

(School of Food Technology, Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

With the microcapsule of cinnamon oil and β-cyclodextrin preduced by the saturated water solution method, the research was conducted on the effects of cyclodextrin and cinnamon oil ratio, reaction time and reaction temperature on the inclusion rate, and the thermal stability and anti-oxidation ability of cinnamon oil microcapsules as well. The results showed that the inclusion rate of microcapsule is 76.1% under the reaction condition of β-cyclodextrin and cinnamon oil ratio of 12∶1 for 2.5 h at 50℃. The IR spectrum proved that the cinnamon oil is contained by β-cyclodextrin. That the thermal stability and anti-oxidation ability of cinnamon oil microcapsule are better than those of non-included cinnamon oil demonstrates that the microcapsule plays a protective role for cinnamon oil.

cinnamon oil; β-cyclodextrin; microcapsule; thermal stability; anti-oxidation

2016-08-17

國家級大學生創新創業訓練計劃項目(201511100014);國家自然科學基金項目(51363018)

王卉(1968-),女,江蘇泰州人, 海南熱帶海洋學院教授,博士,研究方向為天然大分子和食品保鮮.

TS209

A

1008-6722(2016) 05-0097-04

10.13307/j.issn.1008-6722.2016.05.19