鈣離子交聯對藍莓色素乳液水凝膠微粒的影響

周明菊，孔 月，余水珍，宋慶元，王 瑩，溫 爽， 翁 霞

（鞍山師范學院 化學與生命科學學院，遼寧 鞍山 114007）

藍莓（Vaccinium Spp），杜鵑花科越橘屬植物，原產于美國，中國野生藍莓主要產在長白山、大興安嶺和小興安嶺林區。人工培育藍莓較野生藍莓果實偏大，果肉飽滿，改善了食用口感，增強了人體對花青素的吸收，藍莓中花色素苷含量高達73~430 mg/100 g鮮果[1]。花青素在歐洲被稱為“口服的皮膚化妝品”[2]。藍莓花青素，具有較強的抗氧化作用，可延緩衰老、提高免疫力，也可使異常皮膚迅速愈合[3]，但其受熱不穩定[4]，限制了其在食品中的應用，研究人員為此構建了許多的運載體系用于包埋藍莓色素，以期改善其溶解性、穩定性和生物利用率。采用食品級運載體系對其進行包埋成為了近年來食品研究領域的一個熱點[5]。作為包埋藍莓色素的運載體有很多。但在制備工藝上較簡單、在經濟上原料成本較便宜，因此乳液成為了食品級運載體系研究最廣泛選擇。

試驗以15%檸檬酸為提取劑提取藍莓色素，再通過凝固浴以海藻酸鈉和β-環狀糊精為原料制備藍莓色素水凝膠微粒，并加入不同濃度的Ca2+進行交聯，考查Ca2+對包埋率的影響，為提高藍莓色素的穩定性提供一定依據，對制備高品質乳液基食品具有一定指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

藍莓（6月市售，產自大興安嶺），挑選新鮮藍莓果實飽滿圓潤、大小均勻，結實；藍莓果皮深紫色和藍黑色之間，并有白霧狀的藍莓果。

海藻酸鈉、β-環狀糊精、L-乳酸鈣、氯化鈣、醋酸鈣、葡萄糖酸鈣、輕質碳酸鈣、乳鈣、磷酸二氫鈣、無水檸檬酸，以上試劑均為食品級，河南萬邦化工科技有限公司提供。

1.2 儀器與設備

BCD-190TMPK型冰箱，海爾智家股份有限公司產品；T6型新世紀紫外-可見分光光度計，北京普析通用儀器有限責任公司產品；2200 TH型數控超聲清洗器，上海安譜實驗科技股份有限公司產品；SHZ-DⅢ型循環水式真空泵，鞏義市予華儀器有限公司產品；DZKW-12-2型電熱恒溫水浴鍋，北京市永光明醫療儀器有限公司產品；FA1104型電子天平，上海良平儀器儀表有限公司產品；1 mL注射器，上海凱樂輸液器廠產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 藍莓色素的提取

藍莓鮮果洗凈速凍3 h，稱取速凍后的藍莓鮮果10 g，以40 kHz，20℃，10 min進行超聲波解凍[6]，解凍之后迅速放入干凈的研缽中研磨，按1∶10的料液比加入15%的檸檬酸，在50℃下恒溫水浴鍋浸提1 h，將浸提后的藍莓粗提液真空抽濾，所得濾液即為藍莓色素提取液。按以下公式略有改進[7]。

式中：DF——稀釋倍數；

Mw——矢車菊素-3葡糖糖苷（Cy-3-glu）的分子量（449.2）；

ε——Cy-3-glu的消光系數，其值為26 900；

A——吸光度。

1.3.2 藍莓色素最大吸收波長的確定

取一定量藍莓色素提取液稀釋8倍，以15%檸檬酸為空白對照，在400~800 nm每隔20 nm掃描波長，確定藍莓色素最大吸收波長為520 nm。

1.3.3 藍莓色素乳液的制備

取一定量藍莓色素提取液稀釋8倍，將其與5%氯化鈣和5%乳酸鈣（氯化鈣∶乳酸鈣=1∶3）按體積比1∶4配制成混合溶液，攪拌均勻，得到藍莓色素乳液，即芯材溶液[7]。

1.3.4 Ca2+交聯藍莓色素乳液水凝膠微粒制備

將0.8%海藻酸鈉與0.8%β-環狀糊精按體積比4∶1配制成混合溶液，攪拌均勻，得到壁材溶液。用1 mL的注射器吸取壁材溶液，在1 min左右勻速地滴入2倍于壁材體積的藍莓色素乳液（芯材溶液），在40 kHz，20℃超聲波輔助造粒10 min，得到水凝膠微粒，濾出濾液，于波長520 nm處測定濾液吸光度[8]。

1.3.5 Ca2+交聯藍莓色素乳液水凝膠微粒的包埋率的測定

參考單冠程等人[9]描述方法測定水凝膠微粒的包埋率，公式進行改進，按公式（2）進行藍莓色素水凝膠微粒包埋率計算。

式中：W——包埋率，%；

A1——原液稀釋8倍的吸光度；

A2——包埋后樣液稀釋8倍的吸光度。

2 結果與分析

2.1 交聯劑的確定

交聯劑對包埋率的影響見表1。

表1 交聯劑對包埋率的影響

由表1可知，不同種類的交聯劑對藍莓色素乳液水凝膠微粒的包埋率影響不同，乳酸鈣、氯化鈣的包埋率相對較高，且凝膠顆粒的硬度和彈性適中，醋酸鈣交聯時乳液水凝膠微粒不成型，葡萄糖酸鈣、輕質碳酸鈣、乳鈣、磷酸二氫鈣交聯時乳液水凝膠微粒渾濁且包埋率較低。因此，確定乳酸鈣和氯化鈣為最佳交聯劑。

2.2 交聯劑質量分數的確定

2.2.1 氯化鈣質量分數的確定

氯化鈣質量分數對包埋率的影響見表2。

由表2可知，不同質量分數的交聯劑對藍莓色素乳液水凝膠微粒的包埋率影響不同，3%，4%，5%，6%，7%氯化鈣的包埋率相差甚微，但只有5%下微粒的硬度適中，彈性較好，其他濃度下硬度和彈性均為一般。

表2 氯化鈣質量分數對包埋率的影響

2.2.2 乳酸鈣質量分數的確定

乳酸鈣質量分數對包埋率的影響見表3。

表3 乳酸鈣質量分數對包埋率的影響

由表3可知，不同質量分數的交聯劑對藍莓色素乳液水凝膠微粒的包埋率影響不同，3%，4%，5%，6%，7%乳酸鈣的包埋率相差甚微，但只有5%下微粒的硬度適中，彈性較好，其他質量分數下硬度和彈性均為一般。由表2可知，交聯劑氯化鈣和乳酸鈣的質量分數均為5%。

2.3 復合交聯劑的比例確定

復合交聯劑比例對包埋率的影響見表4。

表4 復合交聯劑比例對包埋率的影響

由表4可知，隨著氯化鈣與乳酸鈣的比例增加，包埋率先增加后逐漸減小，在1∶3時，包埋率最大，且與單一交聯劑比較，乳酸鈣的交聯作用要大于氯化鈣，復合交聯劑效果要優于單一交聯劑，且最佳比例氯化鈣∶乳酸鈣為1∶3。

2.4 二元一次回歸試驗結果

根據研究因素的個數及互作情況，選擇兩因素試驗，加上互作共需3列，可選用L4（23）正交表設計，并對表6構造F統計量，進行回歸方程的失擬性檢驗。

因素與水平設計見表5，二元一次回歸整體設計計算表（包括零水平試驗）見表6，方差分析見表7。

表5 因素與水平設計

表7 方差分析

由表6可知，經t檢驗法，SSe=0.030 5，dfe=m0-1=5-1=4，t=0.079 72，由 于t＜t0.05(1,4)=2.571，所以，失擬項檢驗不顯著，回歸方程為：Y=0.968 8-0.000 5X1+0.001 55X2。

表6 二元一次回歸整體設計計算表（包括零水平試驗）

由表7可知，經F檢驗，X1，X2對Y的影響均達到極顯著水平，失擬項檢驗不顯著，表明回歸方程不失擬，擬合性較好，有預測意義。確定了鈣離子包埋率與鈣包埋劑用量、鈣包埋劑比例的回歸關系。即，，Y=1.013 45-0.000 5Z1+0.001 55Z2，由回歸方程可以看出，鈣包埋劑用量為7~9 mL，鈣包埋劑比例為2~4 g。

3 結論

通過銳孔法得到以藍莓色素為原料的水凝膠微粒，采用0.8%海藻酸鈉與0.8%β-環狀糊精按體積比4∶1配制得到壁材溶液，借助于1 mL注射器吸取壁材溶液，滴入不同種類、濃度的Ca2+與藍莓色素乳液制成芯材溶液，于40 kHz，20℃超聲波輔助造粒10 min得到水凝膠微粒。在藍莓色素乳液基礎上構建藍莓色素乳液水凝膠微粒，對Ca2+交聯藍莓色素乳液水凝膠微粒的基本性質及包埋率進行考察。鈣離子種類為氯化鈣和乳酸鈣，質量分數均為5%、氯化鈣和乳酸鈣的最佳比例為1∶3時，藍莓色素乳液水凝膠微粒硬度、彈性最好，包埋率最高，可達到97.30%。藍莓色素乳液水凝膠微粒中鈣離子的包埋率與鈣包埋劑用量和鈣包埋劑比例有關，鈣包埋劑用量7~9 mL，鈣包埋劑比例2~4 g，借助一次回歸正交設計及統計建立鈣離子的包埋率與鈣包埋劑用量和鈣包埋劑比例的回歸關系。回歸方程是Y=，Y=1.013 45-0.000 5Z1+0.001 55Z2，經Ca2+交聯后，可以進一步提高對藍莓色素的保護，在制備工藝上較簡單、在經濟上原料成本較便宜，因此乳液成為了食品級運載體系研究最廣泛的選擇。