獼猴桃籽油微膠囊的制備及穩定性研究

徐姍姍，劉文穎，陸路，曹珂璐，王憬，谷瑞增，魯軍，蔡木易

(中國食品發酵工業研究院有限公司，北京市蛋白功能肽工程技術研究中心，北京，100015)

統計顯示，我國已成為世界上獼猴桃栽培面積和產量最大的國家[1]，工廠在加工獼猴桃產品時，產生大量籽副產物未得到有效利用。獼猴桃籽油富含多種不飽和脂肪酸，是α-亞麻酸含量最高的天然植物油之一[2]。α-亞麻酸是人體必需脂肪酸，但不能在體內合成，只能通過飲食攝取，故獼猴桃籽油可作為人體補充α-亞麻酸的重要來源。不飽和脂肪酸極易受光、氧等因素影響發生氧化酸敗，而油脂經過微膠囊化，可有效延緩氧化變質，提高貯存穩定性[3]。

玉米肽是玉米蛋白粉經適度水解的產物，疏水性氨基酸含量高，具有抗氧化、抗疲勞、降血壓、促酒精代謝等多種生理活性。目前國內采用蛋白水解物作為包埋壁材的研究還較為鮮見。以玉米肽作壁材，既可發揮其抗氧化活性保護芯材，本身也可作為營養物質被機體吸收[4-5]。

本研究以獼猴桃籽油為原料，玉米肽為壁材，吐溫-20為乳化劑，采用噴霧干燥法制備獼猴桃籽油微膠囊，并首次對其胃腸道穩定性和紅外光譜進行研究，以期為玉米肽等蛋白水解物和獼猴桃籽油的加工提供有益參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

獼猴桃籽油，購自吉安市青原區綠源天然香料油提煉廠，經超臨界CO2萃取制得。玉米肽由玉米蛋白粉經酶解制得:采用復合酶解法處理玉米蛋白粉，經旋蒸濃縮、活性炭吸附和離子交換脫鹽，再經噴霧干燥制成玉米肽。

1.2 試劑及儀器

石油醚，CHCl3，冰乙酸，CH3OH，檸檬酸，NaOH均為分析純，購于北京化工廠;KI(分析純)，西隴化工股份有限公司;吐溫-20，天津市興復精細化工研究所;可溶性淀粉，天津市福晨化學試劑廠。

YC-1000噴霧制粒包衣機，上海雅程儀器設備有限公司；JB-1A磁力攪拌器，上海精科儀器有限公司；LG10-2.4A離心機，北京時代北利離心機有限公司；AB104-N電子天平，梅特勒·托利多國際貿易有限公司；恒溫水浴鍋，蘇州帕西瓦爾實驗儀器有限公司；T25 digital高速分散機，上海珂淮儀器有限公司；Phenom ProX臺式掃描電子顯微鏡，上海萊瑟光譜儀器分析技術有限公司；傅里葉變換紅外光譜儀，美國帕金埃爾默公司；KQ-250E超聲波清洗器，昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 制備獼猴桃籽油微膠囊

稱取一定質量比獼猴桃籽油和玉米肽粉，將玉米肽粉溶于蒸餾水中，加入獼猴桃籽油和0.5%的吐溫-20，在60 ℃條件下用恒溫水浴鍋恒溫攪拌20 min(500 r/min)，之后用高速分散機以一定速度剪切乳化，形成穩定乳狀液。將裝有乳化液的燒杯置于磁力攪拌機上勻速攪拌，進行噴霧干燥，制得獼猴桃籽油微膠囊。

以包埋率為指標，選擇芯材壁材比、固形物濃度、噴霧干燥溫度和高速剪切乳化轉速4個因素進行單因素實驗，根據單因素實驗結果進行正交優化(表1)。

表1 單因素實驗因素及水平表Table 1 Factors and levels of single factor formula experimental

1.3.2 獼猴桃籽油微膠囊包埋率的測定

準確稱取2 g(精確至0.001 g)樣品于離心管中，加入15 mL石油醚，劇烈振蕩3 min，離心5 min(6 000 r/min)，反復3次，合并上清液、濃縮，將濃縮液置于已稱量的干燥表面皿中，揮干剩余石油醚，用減重法得出產品表面油含量[6]。

采用超聲波破壁法測定總油含量。稱取2 g(精確至0.001 g)樣品于燒杯中，加7.5 mL甲醇超聲振蕩5 min，再加17.5 mL三氯甲烷超聲振蕩5 min，過濾后用三氯甲烷-甲醇(2∶1)混合溶液洗滌并倒入已恒質量的燒杯中，蒸干溶劑，置于通風櫥中冷卻5 h，用減重法得出總油含量[7]，如式(1)。

(1)

1.3.3 獼猴桃籽油微膠囊的感官評價

感官評價包括微膠囊的色澤、氣味和粉末堆積情況等。

1.3.4 獼猴桃籽油微膠囊的理化性質

水分含量按照GB 5009.3—2016[8]進行測定；堆密度參考文獻[9]進行測定；溶解度按照GB 541329—2010[10]進行測定。

1.3.5 獼猴桃籽油微膠囊的微觀結構測定

取少量微膠囊粉末置于掃描電鏡載物臺的雙面膠上，固定在樣品杯上旋至合適高度，在加速電壓10 kV的條件下觀察微膠囊的表面形態。

1.3.6 獼猴桃籽油微膠囊的紅外光譜測定

稱取1 mg的微膠囊粉末，與KBr粉末混合研磨壓片。用傅里葉變換紅外光譜儀進行掃描，掃描范圍為400～4 000 cm-1，掃描次數4次，分辨率4 cm-1。

1.3.7 獼猴桃籽油微膠囊穩定性的評價

選擇熱穩定性、紫外穩定性、貯存穩定性和胃腸道穩定性作為評價微膠囊穩定性的指標。熱穩定性：取適量包埋產品放入80 ℃烘箱中，2 h后取出測定芯材包埋率。紫外穩定性：取適量包埋產品置于室溫下，用紫外光(樣品離光源的距離為50 cm)照射12 h，測定芯材包埋率。貯存穩定性：將適量包埋產品在室溫恒濕條件下避光貯存6個月，每隔1個月測定芯材包埋率，并比較貯存1個月前后微膠囊產品和未包埋獼猴桃籽油的過氧化值，過氧化值測定參考文獻[11]。

1.3.8 獼猴桃籽油標準曲線

將獼猴桃籽油溶解在正己烷中，用紫外分光光度計掃描發現，獼猴桃籽油-正己烷溶液質量濃度為0.03 mg/mL時，在250 nm處有最大吸收峰。配制不同濃度的獼猴桃籽油-正己烷溶液，以無水正己烷作為空白，在250 nm 處測定不同濃度溶液的吸光值，以溶液濃度為橫坐標，以吸光值為縱坐標作出標準曲線，得到線性回歸方程為y=15.849x-0.003，R2=0.999 4，擬合性良好，獼猴桃籽油的標準曲線見圖1。

圖1 獼猴桃籽油標準曲線的建立Fig.1 The standard curve of kiwi seed oil in hexane

1.3.9 胃腸道穩定性

將包埋產品分別置于模擬胃液和腸液中，探究芯材在胃液和腸液中的累計釋放率和時間的關系，評價樣品的胃腸液穩定性和釋放性能。模擬胃腸液配制和具體操作參考中國藥典[12]。取包埋產品各2 份，分別置于100 mL的模擬胃液和模擬腸液中，并在37 ℃下模擬胃腸蠕動適度攪拌，每隔30 min取樣，并補充相同體積的釋放液。將取樣過濾后用正己烷萃取，用紫外分光光度計在250 nm波長下測定吸光度，由獼猴桃籽油標準曲線計算釋出油的濃度及量，繪制芯材的累積釋放曲線。

(2)

1.4 數據處理

采用SPSS 20.0數據統計分析軟件進行分析，每組實驗做3個平行。

2 結果與分析

2.1 單因素實驗

2.1.1 芯材壁材比對包埋率的影響

在噴霧干燥溫度170 ℃，固形物濃度15%，剪切乳化速度5 000 r/min，0.5%吐溫-20的條件下，選擇芯材壁材配比1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶2.5，1∶3(質量比)，進行單因素實驗。由圖2可以看出，壁材比例越高，包埋率越高。當芯材壁材比為1∶3時，包埋率可達到87.66%，但芯材壁材比為1∶2、1∶2.5和1∶3時包埋率相近。芯壁比過高，會導致乳狀液濃度增加，流動性差，容易在噴霧干燥中發生黏壁，故選擇1∶1.5，1∶2，1∶2.5三個水平進行正交實驗。

圖2 芯材壁材比對包埋率的影響Fig.2 Effect of core material/wall material on microen-capsulation efficiency

2.1.2 固形物濃度對包埋率的影響

在噴霧干燥溫度170 ℃，芯材壁材比1∶2，剪切乳化速度5 000 r/min，0.5%吐溫-20的條件下，選擇固形物濃度10%，15%，20%，25%，30%，進行單因素實驗。由圖3可看出，固形物從10%增加到15%時包埋率隨之增加，由從15%再繼續增加濃度時，包埋率下降很快，在濃度為30%時包埋率不足65%。固形物濃度過高，溶液黏度增加，噴針容易堵塞，液滴霧化困難，使得率和包埋率都降低，這與黃晴等[13]的結論相一致。故選擇10%，15%，20%三個水平進行正交實驗。

圖3 固形物濃度對包埋率的影響Fig.3 Effect of solid content on microencapsulation efficiency

2.1.3 噴霧干燥溫度對包埋率的影響

在芯材壁材比1∶2，固形物濃度15%，剪切乳化速度5 000 r/min，0.5%吐溫-20的條件下，噴霧溫度應至少達150 ℃，否則黏壁現象嚴重，難以收集樣品。選擇噴霧干燥溫度150、160、170、180、190 ℃，進行單因素實驗。由圖4可以看出，從150～170 ℃ 隨著噴干溫度升高，包埋率逐漸升高，之后繼續升高溫度，包埋率卻下降，這也與范方宇等[14]所得結果相似。可能是因為溫度過高水分散失過快，產品表面發生凹陷擠壓芯材。故選擇160、170、180 ℃三個水平進行正交實驗 。

圖4 噴霧干燥溫度對包埋率的影響Fig.4 Effect of air inlet temperature on microencapsulation efficiency

2.1.4 高速乳化剪切轉速對包埋率的影響

在噴霧干燥溫度170 ℃，芯材壁材比1∶2，固形物濃度15%，0.5%吐溫-20的條件下，選擇高速乳化剪切轉速3 000、4 000、5 000、6 000、7 000 r/min，進行單因素實驗。由圖5可以看出，乳化剪切轉速較小時，隨著剪切速度增加，對乳狀液滴剪切更為充分，包埋率逐漸增加。當轉速大于5 000 r/min時，包埋率隨著轉速增加反而降低，可能是因為轉速過高發生了破乳現象。故選擇4 000、5 000、6 000 r/min三個水平進行正交實驗。

圖5 高速乳化剪切轉速對包埋率的影響Fig.5 Effect of high-speed shear rate on microencapsulation efficiency

2.2 正交實驗優化

根據單因素實驗結果，選擇芯材壁材比、固形物濃度、噴霧干燥溫度和高速乳化剪切轉速4個因素，每個因素選擇3水平，以包埋率為指標進行L9(34)正交實驗。正交實驗因素和水平如表2所示，結果如表3所示。

表2 L9(34)正交實驗因素水平表Table 2 Design of L9(34)orthogonal test

表3 正交實驗結果Table 3 Results of L9(34)orthogonal test

由直觀分析和方差分析結果表明，各因素對包埋率影響的大小依次為芯材壁材比=噴霧干燥溫度>固形物濃度>高速乳化剪切轉速。各因素的最優組合為A2B2C1D3，即芯材壁材比1∶2，固形物濃度15%，噴霧干燥溫度160 ℃，高速乳化剪切轉速6 000 r/min。以最優條件進行3次驗證性實驗，包埋率最高達到94.06%，優于正交實驗最好結果。

2.3 獼猴桃籽油微膠囊的感官評價

包埋產品為微黃色粉末，色澤均一，無結塊，有香氣。常溫保存6個月以上無明顯滲油現象，有部分粉末發生粘連。

2.4 獼猴桃籽油微膠囊的理化性質

微膠囊產品含水分質量分數為3.32%，水分含量較低，易于保存。采用堆密度表示微膠囊產品的密度，經測定堆密度為0.23 g/cm3，說明產品間空隙大，流動性好。微膠囊產品的溶解度在95%以上，溶解性良好。

2.5 獼猴桃籽油微膠囊的微觀結構

由圖6可以看出，包埋產品顆粒接近球型，大小不是非常均一，部分表面存在凹陷，可能是由于霧化液滴受熱不均或是干燥和冷卻過程中發生收縮所致[15]。

圖6 獼猴桃籽油微膠囊的掃描電鏡圖(×3 000)Fig.6 Kiwi seed oil microcapsule SEM photos

2.6 獼猴桃籽油和微膠囊的紅外光譜

圖7 獼猴桃籽油的紅外光譜Fig.7 The FT-IR spectra of kiwi seed oil

圖8 獼猴桃籽油微膠囊的紅外光譜Fig.8 The FT-IR spectra of kiwi seed oil microcapsules

2.7 獼猴桃籽油微膠囊的穩定性

2.7.1 熱穩定性和紫外穩定性

經測定，微膠囊在80 ℃環境下經過2 h，包埋率由94.06%變為88.3%，而產品經過12 h紫外線照射處理，包埋率變為82.8%，說明包埋產品對高溫和紫外線的穩定性較好。

2.7.2 貯存穩定性

由圖9可看出，微膠囊產品隨貯存時間增加，包埋率下降較為緩慢，在貯存6個月后包埋率仍高于70%，說明貯存穩定性較好。相同條件下貯存的未包埋獼猴桃籽油，初始過氧化值為0.11 g/100 g，經1個月貯存已發生明顯氧化酸敗，顏色變深，過氧化值超過0.25 g/100 g，高于包埋產品的0.16 g/100 g。

圖9 微膠囊的貯存穩定性Fig.9 The storage stability of microcapsules

2.7.3 胃腸道穩定性

根據圖1標準曲線計算出溶液中獼猴桃籽油的含量。由圖10和圖11可看出，在模擬胃液中，1 h內包埋產品釋放較緩慢。在模擬腸液中包埋產品釋放迅速，4 h后在腸中釋放達98.9%，說明產品在胃中有一定的緩釋性，在腸中有較好的腸溶性。

圖10 微膠囊在模擬胃液中的釋放曲線Fig.10 The release curve of microcapsules in simulated gastric fluid

圖11 微膠囊在模擬腸液中的釋放曲線Fig.11 The release curve of microcapsules in simulated intestinal fluid

3 結論

采用噴霧干燥法 ，以獼猴桃籽油為芯材，玉米肽為壁材，吐溫-20(0.5%)為乳化劑制備了微膠囊產品。正交實驗結果表明，制備獼猴桃籽油微膠囊的最佳條件為：芯壁比1∶2，固形物濃度15%，噴干溫度160 ℃，乳化剪切轉速6 000 r/min，此條件下包埋率可達94.06%，工藝重現性良好。制得產品為微黃色粉末，含水量為3.32%，溶解度在95%以上，符合微膠囊產品的品質要求。電鏡掃描結果顯示，微膠囊粉末形態較為一致。紅外光譜掃描結果表明，獼猴桃籽油經微膠囊化后，其原有的結構得到了較好的保留。

對獼猴桃籽油微膠囊進行穩定性研究，結果顯示，產品的熱穩定性和紫外穩定性較好，室溫恒濕避光貯存6個月包埋率變化較小，過氧化值明顯低于同一條件下貯存的未包埋獼猴桃籽油，說明微膠囊化有效增加了貯存穩定性，延緩了氧化進程。首次對獼猴桃籽油微膠囊進行模擬胃腸道實驗，結果表明，微膠囊產品在胃液中有一定緩釋性，在腸液中釋放迅速，有利于不飽和脂肪酸的腸內吸收。但由于模擬胃腸液僅模擬了pH和酶的環境，未考慮到胃腸道中微生物、膽鹽等其他物質對消化的影響，故包埋產品在人體內的代謝情況還需進一步研究。電鏡掃描結果中部分產品表面存在凹陷，除受熱不均以外，還可能因為壁材玉米肽黏度大，干燥階段不利于內層水分到達表層進一步干燥，形成內部壓力導致凹陷[16]。在后續實驗中，將探究獼猴桃籽油微膠囊在Caco-2(人源結腸腺癌)細胞模型中的吸收情況，進一步了解體內環境對其穩定性的影響。