羊棲菜多酚微膠囊的制備及穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

◎ 胡順強(qiáng)，鄭恩萍，趙婷雪，任詩(shī)雅，李 楊，楊海龍

（溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325035）

羊棲菜多酚有極高的食藥用價(jià)值，如具有抗氧化、抗菌、抗炎癥等多種生理活性[1-2]。自然狀態(tài)下的羊棲菜多酚較穩(wěn)定，分離提取后的多酚則易在加工和貯藏的過程中受到各種物理或化學(xué)因素的影響[3-4]，因此提高多酚的穩(wěn)定性，減少其活性損失至關(guān)重要。微膠囊化技術(shù)在保護(hù)活性成分的應(yīng)用方面頗為廣泛[5-6]，常用的壁材有明膠、殼聚糖、阿拉伯膠和海藻酸等，其中海藻酸來自于羊棲菜等褐藻。為更好地保持其穩(wěn)定性，本研究模擬羊棲菜多酚的自然狀態(tài)，選用海藻酸鈉和羊棲菜多糖，并輔以麥芽糊精為壁材，采用噴霧干燥法制備多酚微膠囊，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了羊棲菜多酚微膠囊的制備工藝，并對(duì)羊棲菜多酚微膠囊的表觀品質(zhì)和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)羊棲菜多酚的目的，為后續(xù)羊棲菜多酚產(chǎn)品的開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

羊棲菜多酚，超聲提取法制備；羊棲菜多糖，水提醇沉法制備；麥芽糊精，分析純，浙江中星化工試劑有限公司；海藻酸鈉，分析純，浙江中星化工試劑有限公司；福林酚，分析純，上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 儀器

MDR5 型噴霧干燥器，無錫市現(xiàn)代噴霧干燥設(shè)備有限公司；HH-4A 數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；TU-1950 紫外可見分光光度計(jì)，北京普析通用儀器責(zé)任有限公司；NS1001L2K 高壓均質(zhì)機(jī)，GEA Niro 公司。

1.3 羊棲菜多酚微膠囊制作工藝流程

（1）基本條件。將配好的多酚提取物溶于適量溫水中，將1%海藻酸鈉、1%羊棲菜多糖和15%麥芽糊精混合，配成200 mL 混合液，取上步配好的原料濃縮液，進(jìn)行噴霧干燥生產(chǎn)，條件設(shè)為進(jìn)風(fēng)溫度155 ℃，出口溫度70 ℃、進(jìn)料流速10 mL·min-1。

（2）工藝流程。羊棲菜多酚粗提物→加入壁材→高壓均質(zhì)→噴霧干燥→羊棲菜多酚微膠囊。

1.3.1 工藝參數(shù)優(yōu)化

考察不同濃度的羊棲菜多糖（1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%）、麥芽糊精濃度（15%、25%、35%、45%和55%）和海藻酸鈉濃度（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%）這3 個(gè)因素對(duì)羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化。

1.3.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選用L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)海藻酸鈉濃度、麥芽糊精濃度和羊棲菜多糖濃度3 個(gè)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇適宜的水平條件，以微膠囊的包埋率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.4 羊棲菜多酚微膠囊表觀品質(zhì)及穩(wěn)定性

1.4.1 羊棲菜多酚微膠囊表觀特征

采用感官評(píng)定微膠囊的色澤、氣味等特征。

1.4.2 紅外光譜分析

分別在微膠囊粉末、海藻酸鈉、麥芽糊精和羊棲菜多糖中加入100 mg 溴化鉀（105 ℃烘干），研磨均勻后壓片，使用傅立葉紅外光譜儀進(jìn)行掃描并進(jìn)行紅外光譜分析。掃描范圍為4 000 ～500 cm-1，光譜分辨率為1 cm-1，掃描次數(shù)為16 次。

1.4.3 穩(wěn)定性

（1）貯藏穩(wěn)定性。取羊棲菜多酚干粉和羊棲菜多酚微膠囊分別在4 ℃條件下保存6 d，每隔1 d 取少量，測(cè)定多酚保留率。

（2）光穩(wěn)定性。取羊棲菜多酚干粉和羊棲菜多酚微膠囊分別置于不同光照條件下，每隔1 d 取少量，測(cè)定多酚保留率。

1.5 羊棲菜多酚微膠囊表面多酚、總多酚與包埋率的測(cè)定

多酚含量測(cè)定采用福林酚法，具體操作步驟如下。取0.5 mL 樣品于試管中，加入2.5 mL 福林酚溶液，搖動(dòng)均勻，避光反應(yīng)時(shí)間為6 min。后加入2 mL 7.5%的Na2CO3溶液，搖動(dòng)均勻后，避光，室溫下放置 90 min 后，在波長(zhǎng)765 nm 條件下測(cè)定其吸光度并記錄，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線算出多酚含量。

（1）羊棲菜多酚微膠囊表面多酚含量。準(zhǔn)確稱取0.2 g 羊棲菜多酚微膠囊，用5 mL 無水乙醇充分沖洗，4 000 r·min-1離心3 min。計(jì)算表面多酚含量（A）。

（2）羊棲菜多酚微膠囊總多酚含量。準(zhǔn)確稱取 0.2 g 羊棲菜多酚微膠囊，加水1 mL，于研缽中充分研磨，并以無水乙醇定容至5 mL，超聲提取5 min。計(jì)算總多酚含量（B）。

（3）羊棲菜多酚微膠囊包埋率。根據(jù)得到的表面多酚含量（A）及總多酚含量（B），包埋率=（B-A）/B×100%。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)上述正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)3 次，得到的結(jié)果用GraphPad Prism8 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 海藻酸鈉濃度對(duì)羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響

由圖1 可知，當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量濃度在較小范圍時(shí)，增加海藻酸鈉的濃度，包埋率顯著增加 （p＜0.05），當(dāng)海藻酸鈉為2.0%時(shí)，多酚微膠囊包埋率為77.57%，而當(dāng)海藻酸鈉濃度大于2.0%后，包埋率降低。這可能是由于海藻酸鈉濃度較小時(shí)，溶液的黏稠度低，成膜性較差，所以制得的微膠囊包裹性不強(qiáng)，包埋率較低。隨著海藻酸鈉濃度的增加至2.5%以上時(shí)，溶液黏稠度過大，難噴出，故而包埋率降低[7]。

圖1 海藻酸鈉濃度對(duì)羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響圖

2.1.2 麥芽糊精添加量對(duì)羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響

由圖2 可知，隨著麥芽糊精濃度的升高，多酚包埋率上升，表明低濃度的麥芽糊精在噴霧干燥過程中對(duì)羊棲菜多酚的封閉性不好，微膠囊囊壁未完全成型，使得包埋率較低。提高麥芽糊精濃度，則顯著（p＜0.05）促進(jìn)了包埋的形成，使的包埋率增加，在糊精濃度為35%時(shí)包埋率達(dá)到最大值，為78.78%，繼續(xù)增大麥芽糊精的濃度，包埋率逐漸減小，這可能是由于過高濃度的糊精會(huì)導(dǎo)致均質(zhì)化不完全，成膜效果差，微膠囊壁成型不佳，包埋率降低。2.1.3 羊棲菜多糖添加量對(duì)羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響

圖2 麥芽糊精濃度對(duì)羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響圖

由圖3 可知，當(dāng)羊棲菜多糖濃度為 1.0% ～2.0%時(shí)，微膠囊多酚包埋率顯著提升（p＜0.05）。羊棲菜多糖濃度較小，影響聚電解質(zhì)的形成，使包埋率較低，在羊棲菜多糖濃度為2.0%時(shí)，微膠囊包埋率達(dá)到最大值，為79.09%。隨著羊棲菜多糖濃度的增加，其正負(fù)電荷的吸引達(dá)到飽和，繼續(xù)增大羊棲菜多糖濃度，包埋率逐漸減小。

圖3 羊棲菜多糖添加量對(duì)羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響圖

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)正交因素設(shè)計(jì)表1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，以多酚包埋率為考察指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和方差分析如表2、表3 所示，提取羊棲菜多酚微膠囊包埋率的最佳參數(shù)為A1B3C1，即海藻酸鈉1.5%、麥芽糊精45%、羊棲菜多糖1.5%，此時(shí)得率最高。由極差分析可知，3 個(gè)因素的極差R依次為海藻酸鈉5.12、麥芽糊精2.34、羊棲菜多糖3.57。這說明影響包埋率的因素排序?yàn)锳（海藻酸鈉濃度）＞C（羊棲菜多糖濃度）＞B（麥芽糊精濃度）。綜上所述，提取條件的最佳參數(shù)是A1B3C1，即海藻酸鈉1.5%、麥芽糊精45%、羊棲菜多糖1.5%，此時(shí)羊棲菜多酚微膠囊包埋率較高，為82.77%。

表3 方差分析表

2.3 微膠囊表觀品質(zhì)和穩(wěn)定性

2.3.1 微膠囊表觀品質(zhì)

羊棲菜多酚粗提物的微膠囊的表觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)淺綠色，顏色較為均勻，氣味純正、無異味，且具有羊棲菜獨(dú)有風(fēng)味，流動(dòng)性較好，易溶于水，含水量較低。

2.3.2 紅外光譜分析

羊棲菜多糖、麥芽糊精、海藻酸鈉和羊棲菜多酚微膠囊的紅外光譜圖如圖4 所示，3 400 cm-1的峰為多酚類物質(zhì)的酚羥基的吸收峰，1 460 ～1 380 cm-1的峰主要為C-H 鍵，1 630 ～1 510 cm-1的峰為苯環(huán)的振動(dòng)吸收峰，此范圍為多酚類化合物的苯環(huán)吸收峰，而這些特征峰均可在微膠囊的紅外圖譜中觀察到，故羊棲菜多酚已經(jīng)被包埋進(jìn)微膠囊中[8]。

圖4 多酚微膠囊及其壁材紅外特征光譜圖

2.3.3 微膠囊貯藏穩(wěn)定性

圖5 表示未包埋的羊棲菜多酚與噴霧干燥法制備的微膠囊在4 ℃貯藏條件下，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，總酚含量保留率的變化趨勢(shì)。隨著貯藏時(shí)間的增加，無論是羊棲菜多酚還是微膠囊的保留率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在4 d 時(shí)，微膠囊化多酚的含量提高，這可能是由于避光條件下，會(huì)有部分多酚被氧化，生成醌類等具有發(fā)色基團(tuán)的化合物，對(duì)總酚含量的測(cè)定產(chǎn)生影響導(dǎo)致結(jié)果偏高。微膠囊化可以提高羊棲菜多酚的穩(wěn)定性，噴霧干燥制備的微膠囊對(duì)芯材有較好的保護(hù)作用[9-10]。

圖5 微膠囊的貯藏穩(wěn)定性圖

2.3.4 微膠囊光穩(wěn)定性

在光照條件對(duì)羊棲菜多酚微膠囊及羊棲菜多酚中總酚含量的影響隨時(shí)間變化趨勢(shì)如圖6 所示。在太陽(yáng)光照條件下微膠囊化制備的羊棲菜多酚微膠囊中總酚含量變化了15%左右，而未經(jīng)微膠囊化的羊棲菜多酚其總酚含量變化更為明顯，接近25%，明顯提升了多酚微膠囊的光穩(wěn)定性[11-13]。

圖6 微膠囊的光穩(wěn)定性圖

3 結(jié)論

本文模擬了自然環(huán)境下多酚的存在形式，以海藻酸鈉、羊棲菜多糖和麥芽糊精為壁材，通過噴霧干燥法制備了羊棲菜多酚微膠囊。以包埋率為指標(biāo)，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)得到最優(yōu)工藝參數(shù)為海藻酸鈉1.5%、麥芽糊精45%、羊棲菜多糖1.5%。制備的多酚微膠囊為淺綠色，無異味，并且具有較好的流動(dòng)性，紅外光譜圖則表明羊棲菜多酚已經(jīng)包埋進(jìn)微膠囊中，且貯藏穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性均得到了相應(yīng)的提升，延長(zhǎng)了羊棲菜多酚貯藏時(shí)間，為后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)提供了一定的參考價(jià)值。