藍莓花青素微膠囊的制備及在卷煙中的應用

王學瑛，王子迎，汪甜莉，吳林生，沈章軍，徐德聰*

(1.安徽皖南煙葉有限責任公司，安徽 宣城 242000；2.合肥師范學院 生命科學學院，安徽 合肥 230601)

藍莓(VacciniumSpp)果實中含有豐富的花青素，具有抗氧化、促進視紅素再合成、提高免疫力、抗心血管疾病、抗衰老等多種生理活性功能[1-3]，在食品、化妝品、藥品等領域有著廣闊的應用前景。近年來，利用含有花青素的植物提取物對卷煙進行減害降焦、提升卷煙的抽吸品質等方面取得重要研究進展[4-6]。劉思奎等[7]將葡萄籽花青素加入到煙絲中經感官評定，發現能有效降低卷煙樣品刺激性、增加透發性及掩蓋雜氣，并能較好地強化藥草香風格特征、提升辛甜和果香香韻、提高香韻的層次感。伍錦鳴等[8]研究表明藍莓花青素也能明顯增加煙氣甜潤感及煙香清晰度、減小煙氣的刺激性、強化果香香韻、提升膏香與甜香香韻，對煙草香氣香型及香韻表達具有促進作用。但目前多數尚處于研究層面，一些未能解決的關鍵技術問題導致真正應用于卷煙生產的還很少。其中一個重要因素就是花青素很容易和周圍的環境因子發生作用，從而導致其化學結構的改變[9]，不穩定的化學結構會嚴重影響其生理活性的發揮，甚至有可能會導致其活性消失，所以通常要密封、避光保存，這樣大大限制了花青素在卷煙中的應用。因此，如何提高花青素的穩定性，是能否將花青素真正應用到卷煙實際生產中的關鍵問題。

微膠囊技術是指使用成膜材料將具有功能活性的芯材物質包埋其中，阻止芯材受光和熱等外界環境因素的影響，可以在很大程度上提高芯材的穩定性、擴展芯材的應用范圍并控制芯材釋放的一種技術[10]。目前微膠囊技術發展迅速，其制備方法多樣[11]，天然壁材也多種多樣[12]，針對不同的芯材，需要選擇適當的壁材和探討合適的制備工藝。將花青素合適的微膠囊化也許可提升其在卷煙領域中的使用價值。目前，微膠囊技術應用在卷煙的加香過程中，如將薄荷醇等香料微膠囊化加入卷煙中已大規模產業化[13]，但利用生物活性物質微膠囊來改變卷煙的化學成分，如利用藍莓花青素微膠囊來提高卷煙品質，還較少見研究報道。

本研究以藍莓花青素為芯材，經不同前處理方法獲得的殼聚糖、三聚磷酸鈉和海藻酸鈉為壁材，采用復凝聚-真空冷凍干燥技術建立高效包埋花青素的微膠囊化體系，通過觀察花青素微膠囊的物理特征、微觀形貌特征并對其進行性質測定，建立最佳花青素微膠囊制備工藝，再將其添加至卷煙中，對卷煙進行感官評價，判定其是否對卷煙品質有明顯改善作用，旨在為藍莓花青素在卷煙加香減害中的選用提供參考，達到有效改善卷煙品質的目標。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設備

藍莓：安徽徽王食品有限公司；煙絲：安徽中煙工業有限責任公司；所有試劑均為食品級。主要儀器設備信息見表1。

表1 主要儀器設備

1.2 方法

1.2.1 藍莓花青素提取

將藍莓凍果用酸化食用酒精浸提、抽濾、離心，旋轉蒸發濃縮得到藍莓花青素浸膏。

1.2.2 花青素微膠囊制備

在1 %的殼聚糖溶液中加入吐溫-80和蔗糖酯SE-5，40℃水浴攪拌、乳化，再加入花青素浸膏(花青素與殼聚糖的質量比為10：1)，攪拌均勻后用均質機均質乳化，得到的藍莓花青素+殼聚糖乳化液用霧化器噴入海藻酸鈉(0.5%)-多聚磷酸鈉(2%)溶液中得到微膠囊溶液，15000r/min離心10min，再冷凍干燥48h以上得到花青素微膠囊成品。具體工藝如下：

工藝1

工藝3

1.2.3 花青素微膠囊的性質測定

1.2.3.1 包埋率測定

修改楊君等[14]釋放包埋花青素方法，采用示差法[15]測定包埋花青素的含量，計算包埋率。

包埋率=(包埋花青素含量/總花青素含量)×100%。

1.2.3.2 粒徑和粒度分布測定

取少量微膠囊，設置檢測溫度為25℃，用Mastersizer 2000激光粒度儀測定其粒徑大小和粒度分布。

1.2.3.3 微觀結構測試

利用S-4800型掃描電子顯微鏡觀察其形貌特征。

1.2.4 微膠囊在卷煙上應用評價

1.2.4.1 保潤性能測定

分別在煙絲上噴加微膠囊、花青素和蒸餾水(對照)，用差量法判定其保潤性。

1.2.4.2 卷煙噴加花青素微膠囊后的感官評定

參照葉榮飛等[16]的方法將花青素微膠囊噴加到煙絲上，處理后供人品吸。分別從香氣特性、煙氣特性和舒適感特性三大方面進行評價。

選取0.95g±0.02g質量范圍內的煙支共30支作為試驗樣品，選定10人為卷煙感官檢驗員，每人3支，按照表2進行評價，得分按平均值計算。設定對照組各指標均為0，處理組記分分為五檔：+10、+5、0、-5、-10(其中“+”“-”表示處理組和對照組相比較其各指標的變化方向：“+”表示指標質量有所提高，“-”表示指標質量有所下降，+10表示提高效果明顯，+5表示提高效果一般，“0”表示指標差異不明顯，-5表示降低效果一般，-10表示降低效果明顯)。

表2 卷煙產品感官評價表(樣表)

2 結果與討論

2.1 藍莓花青素微膠囊表觀特征

不同工藝制備的藍莓花青素微膠囊表觀特征如表3，工藝1用醋酸酸化殼聚糖，導致微膠囊有明顯刺鼻的醋酸味。工藝2用檸檬酸代替醋酸來酸化殼聚糖，完全消除了刺鼻的醋酸味，但工藝1和2的微膠囊成品顆粒較大且有部分粘塊，因此在工藝2的基礎上將微膠囊沉淀凍干之前先用純水進行洗滌和離心形成工藝3。結果表明，與工藝1和2相比，工藝3獲得的微膠囊成品顆粒相對細小且均勻分散，呈現深酒紅色且有淡淡果香，同時也表明藍莓花青素微膠囊干燥前的洗滌是一個很關鍵的必需步驟。因此，將工藝3作為藍莓花青素微膠囊的最佳制備工藝，后續相關測定及應用都是基于工藝3獲得的產品，其實物圖如圖1。

表3 不同工藝制備的花青素微膠囊物理特征比較

圖1 工藝3制備的花青素微膠囊實物圖

2.2 藍莓花青素微膠囊包埋率

包埋率是評價微膠囊質量好壞的重要指標之一，其主要受到壁材種類及配比、芯壁比和干燥方法等因素的影響。可以用作微膠囊壁材的物質有很多，只要材料的成膜性好，能夠在芯材周圍沉積，并且具有一定的強度與韌性就有可能做壁材[17]，但是應用于食品產業的微膠囊壁材不僅要求乳化能力強、成膜性好、干燥性能好、溶解黏度低，成本低廉，還要符合食品衛生標準[18]。殼聚糖和海藻酸鈉因具備食品產業微膠囊壁材特征而被廣泛應用。此外，微膠囊干燥技術以噴霧干燥和冷凍干燥為主，一般對于熱敏性物質的干燥以冷凍干燥為主。因此，本研究以殼聚糖、海藻酸鈉和多聚磷酸鈉為復合壁材，以吐溫-80和蔗糖酯SE-5為復配乳化劑，通過復凝聚-真空冷凍干燥的方法制備藍莓花青素微膠囊，并在前期大量優化實驗基礎上采用檸檬酸酸化殼聚糖，水洗微膠囊外表面等優化工藝后測得的微膠囊包埋率為76.36%，包埋效果較好。

2.3 藍莓花青素微膠囊粒徑大小和分布

微膠囊的粒徑大小以及分布狀態也是微膠囊重要的參數指標[19]，其粒徑一般在1～500μm，變化范圍較寬，工藝條件對其大小及分布影響很大[20]。本研究制備的微膠囊粒徑大小和分布如圖2，其粒徑≤400μm，且大部分處于100μm到300μm之間，其中粒徑為200μm左右的占比最高，為21.770%。微膠囊的粒徑分布呈正態分布，且分布較窄，說明其穩定性較好[21]。

圖2 微膠囊的粒徑大小和分布圖

2.4 藍莓花青素微膠囊微觀結構

微膠囊的結構形態特征影響微膠囊的性質[22]，如微膠囊顆粒外表面的粗糙或光滑程度與微膠囊的流動性密切相關[23]。采用掃描電子顯微鏡對工藝3獲得的微膠囊進行微觀結構觀察，得藍莓花青素微膠囊表面微觀結構圖(圖3)。圖3A為未完全均勻分散拍攝的圖片，部分區域微膠囊比較聚集，形成膠囊簇的基本形態，根據Cano-Chauca等人的說法[24]，較大的顆粒周圍有較小顆粒的強烈粘附，可能是由于沒有結晶表面，這是非晶產品的特點。對圖3A進行局部放大，可以看到個別較大顆粒呈球形，這樣可以盡可能多地包埋更大量的芯材，且起到均勻釋放的效果。圖3B為分散拍攝的單個顆粒圖片，可以明顯看出，本工藝3制備的藍莓花青素微膠囊顆粒呈現典型規則的球狀，表面結構完整且具有典型的皺褶以及少量凹陷。微膠囊表面的典型皺褶和凹陷可能是制備方法的問題，即因壁材收縮從而形成凹陷與皺褶[25]，也可能是微膠囊受掃描電子束的影響。Rosenberg等[26]研究指出凹陷是由于干燥過程中水分迅速蒸發導致，Aguilera和Stanley[27]則指出凹陷的形成是由于球體外表面硬化后收縮，然后在粒子內膨脹氣泡所致。

2.5 藍莓花青素微膠囊對煙絲的保潤性

對工藝3制備的微膠囊產品進行保潤性檢測，由表4可看出，藍莓花青素和微膠囊均對煙絲有一定的保潤作用，但花青素微膠囊具有更好的保潤效果。這可能是因為花青素覆蓋在煙絲表面減緩了煙絲的水分揮發，而進行微膠囊化處理后，可以進一步有效控制花青素保潤活性成分的散失，達到更好的保潤效果。此外，微膠囊的糖類復合壁材也可以鎖住水分，從而延緩水分揮發，因此糖類是應用較廣泛的煙用保潤劑之一[28]。

圖3 微膠囊的電子掃描圖

表4 花青素微膠囊的保潤性能測定結果

2.6 卷煙噴加微膠囊后的感官評定結果

由表5的感官評定結果可知，微膠囊對卷煙香氣特性的影響不明顯，但對其舒適感特性和煙氣特性有一定的改善作用，主要表現在干燥感和刺激性有明顯降低，甜潤度和細柔度明顯增加。可能原因是花青素微膠囊在煙絲中經過高溫灼燒導致其壁材破裂，芯材花青素與卷煙中的某些物質發生了反應，從而改善了卷煙的相關品質。這與伍錦鳴等[8]將藍莓花青素直接在卷煙中應用可以明顯使卷煙的濕潤度增加、刺激感降低的結果類似。但本研究對卷煙香氣特性的影響不明顯，這與伍錦鳴等[8]花青素直接應用也能使卷煙香氣有所增加不同，這可能是由于膠囊的壁材成分對花青素香氣有所掩蓋導致。

表5 卷煙產品感官評價表

3 結論

以藍莓花青素為芯材，殼聚糖、海藻酸鈉和多聚磷酸鈉為復合壁材，采用復凝聚-真空冷凍干燥技術，并用檸檬酸酸化殼聚糖，蔗糖酯SE-5和吐溫-80作為乳化劑，水洗微膠囊外表面等優化工藝后測得的微膠囊包埋率為76.36%，包埋效果較好；產品呈深酒紅色，具有較好的色澤；微膠囊粒徑≤400μm，且大部分處于100μm到300μm之間，粒徑分布呈正態分布，且分布較窄，穩定性較好；藍莓花青素微膠囊的掃描電鏡圖顯示微膠囊呈典型規則的球狀，表面結構完整且具有典型的皺褶以及少量凹陷。加入藍莓花青素微膠囊的卷煙評吸主要表現在干燥感和刺激性有明顯降低，甜潤度和細柔度明顯增加，說明其對卷煙舒適感特性和煙氣特性有一定的改善作用，在卷煙產業中有較好的應用前景。