藍莓花青素微膠囊的制備工藝優化

吳曉齡，王建飛，潘利華，成玉娟

（合肥工業大學 食品與生物工程學院，安徽 合肥 230009）

藍莓是一種味甜多汁的深藍色漿果，具有抗癌、緩解視疲勞、延緩衰老和護膚等功效[1]。藍莓富含酚酸、木質素、單寧等酚類化合物和花青素、黃烷醇等黃酮類化合物，其中藍莓中的花青素是所有水果蔬菜里含量最多的[2]。花青素因其抗氧化、抗癌、保護視網膜、降低血脂、抗衰老和改善腸道健康等益處而深受人們的關注[3]。然而花青素是水溶性的，極不穩定，它們很容易被各種因素降解，如pH 值、氧氣、酶、抗壞血酸、二氧化硫或亞硫酸鹽、金屬離子等。因此，如何提高花青素穩定性的研究一直沒有停止[4-5]。

微膠囊化是提高對溫度、光和氧氣等環境敏感的生物活性化合物穩定的有效方法，采用噴霧干燥法制備微膠囊，可以提高它們的穩定性[6-7]。通過微膠囊化法，在干燥過程中用蛋白質、多聚糖等多種高分子化合物包裹花青素，將花青素包埋在聚合物基質中，減少氧氣的接觸量，提高穩定性。Cai X 等人[8]以羥甲基淀粉復合黃原膠為壁材包埋花青素，發現可以提高藍莓花青素的穩定性。Da Rosa J R 等人[9]以麥芽糖糊精和玉蜀黍為壁材，采用噴霧干燥法制備藍莓花青素微膠囊，有助于提高花青素的穩定性。以藍莓花青素的包埋率在模擬胃液及腸液中釋放率為指標，通過單因素試驗和正交試驗方法，比較分析了大豆分離蛋白、乳清蛋白、果膠、殼聚糖為單一壁材，以及不同濃度的單一壁材進行復合后的復合壁材對藍莓花青素包埋效果的影響，篩選出了最適的復合壁材及藍莓花青素膠囊的制備工藝，為生產藍莓花青素微膠囊提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓鮮果，安徽徽王食品有限公司提供；殼聚糖，國藥集團化學試劑有限公司提供；果糖，合肥精料化學試劑有限公司提供；大豆分離蛋白，北京奧博星生物技術有限責任公司提供；乳清分離蛋白，河南眾信化工產品有限公司提供；矢車菊素- 3- O-葡萄糖苷，上海撫生實業有限公司提供。

1.2 儀器與設備

BUCHI B-290 型噴霧干燥機，日本日立公司產品；RE-52AA 型旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠產品；ZQ-4000/2695 型液質聯用色譜儀，Agilengt 公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 藍莓花青素的提取

稱取一定質量的冷凍藍莓，室溫解凍后使用組織搗碎機破碎，75%的酸性乙醇為提取劑，料液比1∶8，在提取溫度60 ℃，提取時間150 min，pH 值3.0 的條件下進行提取、抽濾，然后在溫度50 ℃的條件下進行減壓旋轉蒸發得到藍莓提取液。接著以AB-8 型大孔吸附樹脂為吸附劑，溶液質量分數60%的乙醇為洗脫劑，在溫度50 ℃的條件下旋轉蒸發，得到藍莓花青素溶液[10]。

1.3.2 藍莓花青素的成分分析

提取液中藍莓花青素的成分分析采用HPLC 法。①色譜條件：色譜柱為Waters Xbridge C18（4.6 mm×250 mm，5 μm）。流動相的A 相為5%甲酸水溶液，B 相為乙腈。進樣量20 μL，流速0.8 mL/min，柱溫25 ℃。線性洗脫梯度：0～15 min，5%～10% B；15～30 min，10%～13% B；30～34 min，13%～20% B；34～40 min，20%～25% B；40～43 min，25%～100%B；DAD 檢測器檢測波長為530 nm。色譜柱分離后樣品經三通閥分流進入質譜分析。②質譜條件：電噴霧離子源；數據采集使用軟件Agilent Chemstation Rev.A.09.01 software（Agilent，Palo Alto，CA）；正 離 子掃描模式，掃描范圍m/z 100～1 500，干燥氣溫度350 ℃，氮氣流速12 L/min，毛細管電流34 nA，霧化器壓力0.31 MPa[11]。

1.3.3 藍莓花青素微膠囊的制備

分別配制4 種不同的復合壁材溶液，以及藍莓花青素芯材溶液。然后將芯材溶液分別加入到壁材溶液中，均質并調節pH 值，得到芯壁混合液。最后將芯壁混合液在噴霧干燥機中噴霧干燥，得到粉末狀的花青素微膠囊。

1.3.4 藍莓花青素微膠囊的制備工藝優化

（1） 單因素試驗。在預試驗的基礎上，以花青素微膠囊的包埋率、胃釋放率和腸釋放率為評價指標，選擇乳清分離蛋白（WPI）、大豆分分離蛋白（SPI）、殼聚糖（CS）、果膠（PC） 為4 種原料，制備WPI+CS，WPI+PC，SPI+CS，SPI+PC 4 種復合壁材溶液，設定芯、壁材體積比1∶4，芯壁混合液pH 值2.0，進風溫度165 ℃，出風溫度70 ℃為基礎制備工藝參數，固定其中3 項參數，改變另一參數，分析芯、壁材體積比（1∶1.5，1∶2.0，1∶3.0，1∶4.0，1∶5.0，1∶6.0，1∶7.0），芯壁混合液pH 值（1.0，1.5，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0），進風溫度（155，160，165，170，180，190 ℃），出風溫度（60，70，80，90，100，110 ℃） 對花青素微膠囊的包埋率、胃釋放率和腸釋放率的影響。

（2） 正交試驗。在單因素試驗結果的基礎上，選擇芯、壁材體積比、芯壁混合液pH 值、進風溫度、出風溫度4 個因素，采用四因素三水平進行正交試驗，以微膠囊的包埋率、停留2 h 后的胃釋放率和腸釋放率為指標，確定最適的工藝。

1.3.5 花青素微膠囊包埋率的測定[12]

表面花青素含量：取0.1 g 微膠囊成品溶于無水乙醇后離心取上清液，測定吸光度，得表面花青素的含量。

總花青素的含量：取0.1 g 微膠囊成品溶于20%的乙醇水溶液，測定吸光度，得總花青素的含量。

1.3.6 花青素微膠囊釋放率的測定[13]

取100 mg 的微膠囊成品用乙醇溶液沖洗去除表面花青素，離心后取沉淀物和15 mL 模擬胃液置于錐形瓶中，放置水浴搖床上振蕩2.0 h，測定吸光度，得花青素微膠囊在模擬胃液中的釋放率。

取100 mg 的微膠囊成品用乙醇溶液沖洗去除表面花青素，離心后取沉淀物和15 mL 模擬腸液置于錐形瓶中，放置水浴搖床上振蕩2.0 h，測定吸光度，得花青素微膠囊在模擬腸液中的釋放率。

2 結果與分析

2.1 藍莓花青素的成分分析

藍莓花青素各組分的質譜信息及其結構推測見表1。

由表1 可以看出，藍莓花青素成分主要由飛燕草- 3 - 半乳糖苷、飛燕草- 3 - 葡萄糖苷、矢車菊-3 - 半乳糖苷、矢車菊- 3 - 葡萄糖苷、牽牛花- 3 -半乳糖苷、矢車菊- 3 - 阿拉伯糖苷、牽牛花- 3 -葡萄糖苷、芍藥素- 3 - 葡萄糖苷、錦葵素- 3 - 半乳糖苷、錦葵素- 3 - 葡萄糖苷和錦葵素- 3 - 阿拉伯糖苷組成。其中，錦葵素- 3 - 半乳糖苷含量最多占21.44%，飛燕草- 3- 葡萄糖苷含量最少占2.56%。Cesa S等人[14]對經過不同均質化和熱處理后的藍莓樣品進行HPLC-DAD 分析，發現藍莓花青素成分主要有飛燕草半乳糖衍生物、飛燕草阿拉伯糖衍生物、錦葵素半乳糖衍生物和錦葵素阿拉伯糖苷衍生物組成。

表1 藍莓花青素各組分的質譜信息及其結構推測

2.2 藍莓花青素微膠囊化的復合壁材的篩選

復合壁材質量分數對花青素微膠囊包埋率的影響見圖1。

圖1 復合壁材質量分數對花青素微膠囊包埋率的影響

從圖1 可知，WPI，SPI，CS，PC 質量分數對藍莓花青素的包埋率都有影響，當果膠質量分數或殼聚糖質量分數相同時，高質量分數和中質量分數的WPI，SPI 樣品的包埋率明顯高于低濃度相應樣品的包埋率（p<0.05），但高質量分數與中質量分數的WPI 樣品及高質量分數與中質量分數的SPI 樣品的包埋率沒有顯著差異（p>0.05）。當WPI 質量分數為5%和15%，SPI 質量分數為2%和6%時，樣品的包埋率隨著CS 質量分數或PC 質量分數的增加而提高。這可能是由于WPI 溶液和SPI 中的疏水區域增加了非極性相互作用，從而提高了花青素微膠囊的包埋率[15]；也可能由于噴霧干燥過程中有少量蛋白質共價連接至果膠中，能更好地包埋花青素分子，保護花青素中的離子不易受到水分子的親核攻擊，從而增加了花青素的穩定性[16]。圖1 結果還表明，以4%SPI+2% PC 為復合壁材時，藍莓花青素微膠囊的包埋率最高，為91.49%。

2.3 藍莓花青素微膠囊制備的單因素影響

2.3.1 芯、壁材體積比的影響

不同芯壁材體積比對藍莓花青素微膠囊化的影響見圖2。

圖2 不同芯壁材體積比對藍莓花青素微膠囊化的影響

從圖2 可知，藍莓花青素的包埋率隨著芯壁材體積比的變大先升高后趨于平緩，芯、壁材體積比1∶4時包埋率最大，為91.17%。這可能由于隨著芯壁比的增加，包裹的花青素含量逐漸增大[17]。花青素微膠囊的胃釋放率隨著芯壁材體積比的變小而逐漸降低。在芯壁材體積比大于1∶3 時，下降趨勢明顯且均低于80%。花青素的腸釋放率和胃釋放率的趨勢一致。這可能由于芯壁體積比的增加，體系的濃度變大，液滴發生聚集[18]，影響了花青素微膠囊中內容物的釋放。

2.3.2 芯壁混合液pH 值的影響

pH 值對藍莓花青素微膠囊化的影響見圖3。

圖3 pH 值對藍莓花青素微膠囊化的影響

從圖3 可知，藍莓花青素微膠囊的包埋率隨著芯壁混合液pH 值的增大先保持平緩趨勢后下降，芯壁混合液pH 值為2 時包埋率最大，為89.55%。這可能由于在pH 值< 2 時，SPI 與PC 發生聚合能夠較好地包裹花青素；當pH 值> 2 時，由于壁材的成膜率下降，導致了花青素微膠囊包埋率的降低[19]。花青素微膠囊的胃釋放率隨著芯壁混合液pH 值的增大基本無顯著性的變化，表明芯壁混合液pH 值對花青素微膠囊的包埋率幾乎沒有影響。花青素的腸釋放率隨著芯壁混合液pH 值的增大而降低。這可能由于在腸道消化環境中，較高的pH 值（中性或堿性） 對花青素的穩定性有不利的影響[20]。

2.3.3 進風溫度的影響

進風溫度對藍莓花青素微膠囊化的影響見圖4。

圖4 進風溫度對藍莓花青素微膠囊化的影響

從圖4 可知，藍莓花青素微膠囊的包埋率隨著進風溫度的升高先升高后趨于平緩。這可能由于較高的溫度增加了液滴的干燥速度，加快了硬殼的快速形成[21]， 因此可以更好地包裹花青素。此外，還可能由于高溫增加分子的熱運動，促進花青素和壁材之間的相互作用，因此提高了花青素微膠囊的包埋率[22]。花青素微膠囊的胃釋放率隨著進風溫度的增加先升高后降低，當進風溫度160 ℃時胃釋放率最高，為75.05%。花青素微膠囊的腸釋放率和胃釋放率的趨勢一致。當進風溫度165 ℃時腸釋放率最高，為92.12%。

2.3.4 出風溫度的影響

出風溫度對藍莓花青素微膠囊化的影響見圖5。

圖5 出風溫度對藍莓花青素微膠囊化的影響

從圖5 可知，藍莓花青素微膠囊的包埋率隨著出風溫度的增加先升高后降低，在出風溫度70℃時包埋率最高，為90.76%。這可能由于出風溫度高導致微膠囊產生裂縫，分裂并釋放花青素。還可能由于出風溫度過高會影響水蒸發與成膜率速率之間的平衡[23]，破壞壁材基質，從而降低花青素微膠囊的包埋率。花青素微膠囊的胃釋放率隨著出風溫度的升高基本沒有變化，胃釋放率值均在75%以下，表明出風溫度對花青素微膠囊的胃釋放率基本沒有影響。花青素微膠囊的腸釋放率隨著進風溫度的升高先升高后降低。當出風溫度為70～100 ℃時，花青素微膠囊的腸釋放率降低不顯著，表明此溫度范圍內對花青素微膠囊的腸釋放率沒有影響。

2.4 藍莓花青素微膠囊制備的正交試驗優化

花青素微膠囊化正交試驗結果見表2，正交試驗結果的方差分析見表3。

表2 花青素微膠囊化正交試驗結果

表3 正交試驗結果的方差分析

由正交試驗結果表明，影響藍莓花青素微膠囊包埋率的先后因素為A>C>D>B，即芯壁材比>進風溫度>出風溫度> pH 值。影響藍莓花青素微膠囊的腸釋放率的主次因素為A>B>C>D，既芯壁材比>pH 值>進風溫度>出風溫度。根據正交試驗優化結果，可以得到制備藍莓花青素微膠囊的最佳工藝A2B2C2D1，方差分析結果表明芯壁材比、pH 值、進風溫度和出風溫度對包埋率影響不顯著，芯壁材比對藍莓花青素微膠囊的腸釋放率具有顯著性影響，其他因素對其影響均不顯著。藍莓花青素微膠囊的制備最佳工藝為芯壁材比1∶4，pH 值2.0，進風溫度165 ℃，出風溫度70 ℃。在最佳工藝條件下進行3 次重復試驗，所得藍莓花青素微膠囊的包埋率為93.52%±0.88%，在腸液中的釋放率為92.65%±0.63%。

3 結論

酸提法從藍莓漿果中提取的花青素主要有飛燕草糖苷、矢車菊糖苷、牽牛花糖苷、芍藥素糖苷、錦葵素糖苷等11 種糖苷組成。其中，錦葵素- 3 -半乳糖苷含量最高，為21.44%；飛燕草- 3 - 葡萄糖苷含量最少，為2.56%。噴霧干燥法制備藍莓花青素膠囊的最適工藝為4%藍莓花青素溶液為芯材，4% SPI+2% PC 混合物為壁材溶液，芯、壁體積比1∶4，芯壁混合液pH 值2.0，進風溫度165 ℃，出口溫度70 ℃，在此條件下制備的藍莓花青素微膠囊的包埋率為93.52%，腸釋放率為92.65%。