改性瓊脂包埋枸杞色素工藝研究及其對枸杞酒的影響分析

張小彤，董建方，朱銀龍，黨文宏，馮天霞

（寧夏紅枸杞產業有限公司，寧夏中寧 755100）

枸杞色素為枸杞漿果中各種呈色物質的總稱，枸杞色素中除含有少量的水溶性色素外，主要由脂溶性色素構成，主要成分是類胡蘿卜素及其類黃酮，具有延緩衰老的作用，是食品和化妝品天然的著色劑[1]。類胡蘿卜素的低水溶性、化學不穩定性限制了其在食品中的廣泛應用。通過微膠囊化可提高枸杞色素的穩定性。

微膠囊技術是將成膜性材料(常選用熱塑性高分子材料)作為壁材，用固體、液體、氣體為芯材包裹成具有半透性或密封性的核殼形態結構的膠囊[2]。微膠囊的殼核結構使微膠囊具有保護性、阻隔性，有助于對光和熱敏感的分子，如花青素或油，保持穩定性和提高保質期。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

耗材及試劑：瓊脂，綠新；海藻酸鈉(AR)，西朧化工股份有限公司；枸杞，寧夏紅枸杞產業有限公司；無水乙醇(AR)，國藥集團化學試劑有限公司；無水氯化鈣(AR)，西朧化工股份有限公司；氯化鈉(AR)，國藥集團化學試劑有限公司；磷酸二氫鉀(AR)，上海化學試劑。

儀器設備：ZSBB-型恒溫水浴鍋，廈門史維思技術服務有限公司廠；ZXRB-B 型鼓風干燥箱，廈門史維思技術服務有限公司；臺式離心機，湖南賽特湘儀離心機儀器有限公司；分光光度計，屹譜儀器制造（上海）有限公司；磁力攪拌器，大龍股份有限公司；手持式均質器，大龍股份有限公司；pH 計，梅特勒-托利多公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 枸杞色素微膠囊制備工藝流程

本試驗所采用工藝流程如下：

海藻酸鈉溶液、瓊脂溶液?混合（枸杞色素）?均質、乳化?微膠囊化?分離、洗滌?干燥?微球成品

1.2.2 操作要點

1.2.2.1 枸杞色素的提取

將枸杞放入干燥箱中干燥48 h，取出用粉碎機粉碎過60 目篩，獲得枸杞粉末，按照料液比1∶4 加入95 %乙醇于圓底燒瓶中，80 ℃水浴鍋加熱進行索氏提取，4 h后收集濾液并濃縮。

1.2.2.2 壁材溶液的配制

1%（w/v）的復配溶液：稱取海藻酸鈉和改性瓊脂各2 g，加入200 mL去離子水，加熱溶解。

1.2.2.3 氯化鈣凝固浴的配制

2 %（w/v）的氯化鈣凝固浴：稱取3.0 g 無水氯化鈣置于高腳杯中，放入攪拌子，加入150 mL 去離子水，置于磁力攪拌器上，控制轉速130 r/min，待氯化鈣完全溶解，備用。

1.2.2.4 芯材枸杞色素與壁材混合溶液的配制

溶解后的復配溶液控制溫度在45 ℃，加入8 mL 枸杞色素，均質器均質3 min 混合形成橘紅色乳狀液體，備用。

1.2.2.5 枸杞色素微膠囊的制備

將芯材與壁材的混合溶液用注射器滴入無水氯化鈣溶液中，保持過程溫度在45 ℃，微球成形飽滿，無拖尾現象。將混合溶液置于無水氯化鈣溶液中20 min 后濾出[3]，用去離子水清洗后室溫放置晾干，烘箱45 ℃烘干6 h 后取出，得到枸杞色素微膠囊成品。

1.2.3 單因素試驗

以包埋率和裝載量為評價指標，考察壁材復配比、芯材添加量、復合壁材pH 值、復合壁材溫度、辛烯基琥珀酸改性瓊脂取代度對枸杞色素微膠囊化后包埋率和裝載量的影響。

1.3 正交試驗

在單因素試驗的基礎上，以包埋率和裝載量為指標設計五因素五水平L25(55)正交試驗，因素與水平見表1。

表1 改性瓊脂包埋枸杞色素微膠囊工藝條件優化因素水平表

1.4 指標的測定

1.4.1 最大吸收波長的測定

取適量枸杞色素樣品用去離子水溶解，在紫外可見分光光度計上進行200～600 nm 波長掃描，確定枸杞色素的最大吸收波長。

1.4.2 標準曲線的測定

分別配制濃度為0.16 mg/mL、0.32 mg/mL、0.48 mg/mL、0.64 mg/mL、0.80 mg/mL、0.96 mg/mL的枸杞色素溶液[4]，在358 nm 處測其吸光度，得標準曲線回歸方程為Y＝1.4375X+0.0179(R2＝0.99968)。

1.4.3 包埋率的計算方式

稱取微膠囊0.25 g，蒸餾水定容至10 mL 比色管中，以蒸餾水為空白，紫外分光光度計在波長358 nm測定吸光度值。

式中：T 是包埋率(%)；Y1是加入枸杞色素質量，g；Y2是微膠囊中枸杞色素質量，g。

1.4.4 裝載量計算公式

式中：L 是裝載量（%）；Y1是加入枸杞色素質量，g；Y2是微膠囊中枸杞色素質量，g；W 是微球質量，g。

1.4.5 枸杞色素微膠囊對枸杞酒感官品評的影響

將微膠囊化的枸杞色素添加到枸杞酒中，分別邀請10 名男性和10 名女性人員，年齡階段隨機，身體健康，感官靈敏，通過培訓，評定前30 min 要潔口，飲食清淡，不抽煙，品嘗每個樣品前需用純凈水漱口，最后得分取20 名評定人員的平均分數，滿分為100分，評價指標包括色澤（20分），香氣（20分），口感（30 分），組織形態（20 分）等4 個方面，感官評分標準如表2所示。

表2 枸杞酒感官評分標準

2 結果與分析

2.1 單因素結果分析

2.1.1 改性瓊脂與海藻酸鈉比例對包埋率的影響（圖1）

由圖1 可知，海藻酸鈉濃度過高或過低都會導致包埋效果降低。海藻酸鈉濃度太低，形成的凝膠結構孔徑較大，結構不穩定，導致包埋率低[4]；海藻酸鈉溶液濃度過高時，黏度過大，溶解困難，且推壓針筒注射器費力，形成微球時出現拖尾現象。當改性瓊脂∶海藻酸鈉=1.5∶1 時，改性瓊脂將海藻酸鈉表面的孔封上，水進不了微球內部，包埋率隨之增加[5]，此時，包埋率和裝載量最高。

圖1 改性瓊脂與海藻酸鈉比例對包埋率的影響

2.1.2 枸杞色素添加量對包埋率的影響（圖2）

圖2 枸杞色素對包埋率的影響

由圖2 可知，枸杞色素添加量對裝載量影響較大，當添加量為4 %（w/v）時，裝載量最高，包埋率也較高，此時枸杞色素與壁材充分乳化，使得壁材更有效地包裹芯材；當添加量高于4 %，芯材含量太高，部分芯材無法和有限的壁材充分乳化，芯材無法被充分包裹，且芯材乳化后的小液滴相互碰撞，形成難以被包裹的大液滴，最終溶于冷卻液中，造成浪費，從而導致包埋效率較低。因此，本實驗選取芯材添加量4%進行后續研究。

2.1.3 pH值對包埋率的影響（圖3）

圖3 pH值對包埋率的影響

由圖3 可知，酸性條件下，pH 值越大裝載量越低，可能是海藻酸鈉溶液中存在分子內和分子間氫鍵，導致pH 值越大海藻酸鈉的黏度越低[6]，且高pH值易造成枸杞色素的氧化降解。pH 值較低時會影響瓊脂分子上羥基的活性，降低疏水性。因此，本實驗選取壁材pH4進行后續研究。

2.1.4 溫度對包埋率的影響（圖4）

圖4 溫度對包埋率的影響

由圖4 可知，當溫度為45 ℃時，包埋率和裝載量較高。當壁材溶液溫度高于45 ℃，向其中加入枸杞色素，高溫加速了枸杞色素的降解，裝載量降低；當壁材溫度低于45 ℃時，海藻酸鈉與瓊脂加熱溶解后，隨著溫度的降低分子之間發生聚集交聯，壁材易凝固。因此，本實驗選取溫度45 ℃進行后續研究。

2.1.5 瓊脂酯化取代度對包埋率的影響(圖5)

圖5 瓊脂酯化取代度對包埋率的影響

由圖5 可知，瓊脂酯化取代度對枸杞色素的包埋效果影響不顯著，當取代度為0.08 時，裝載量最高，經改性后的瓊脂可以增加瓊脂親水親油的特性，有效提高枸杞色素的穩定性。當酯化取代度大于0.08，裝載量呈下降趨勢。因此，選取瓊脂酯化取代度為0.08進行后續研究。

2.2 微膠囊的電鏡照片

由圖6 可以看出，以海藻酸鈉為壁材的枸杞色素微膠囊表面有氣孔、破碎，表現為收縮；以改性瓊脂與海藻酸鈉為復合壁材的微膠囊，表面光滑、凹痕小，表現為團聚[8]。改性瓊脂與海藻酸鈉復合壁材是較好的包封材料。

圖6 海藻酸鈉為壁材對枸杞色素微膠囊化放大500倍（上）和改性瓊脂與海藻酸鈉復合壁材微膠囊化放大500倍（下）的電鏡照片

2.3 包埋工藝條件正交結果分析

試驗采用加權評分法對試驗結果進行評價[7]。綜合評分=包埋率×0.5+裝載量×0.5。正交試驗結果及直觀分析如表3 所示，根據各因素的排序，選取對發酵影響較大的4 個因素進行方差分析，如表4所示。

表4 正交試驗結果方差分析

由表3 可知，對枸杞色素包埋效果的影響因素排序為A＞C＞B＞D＞E，最優組合是A3B4C3D1E1，即改性瓊脂∶海藻酸鈉=1∶1，枸杞色素添加量4%，pH5，溫度40 ℃，瓊脂酯化取代度0.02。在此最佳條件下進三次平行試驗，所得微膠囊包埋率99.31%，裝載量22.03%。

表3 正交試驗結果及直觀分析

2.4 枸杞色素微膠囊對枸杞酒感官品評的影響

由表5 可知，枸杞色素微膠囊化提高了枸杞酒色澤、香氣的認可度，感官綜合評分較高。

表5 枸杞酒感官品評表

3 結論

以改性瓊脂和海藻酸鈉為復合壁材的最佳工藝條件：海藻酸鈉與改性瓊脂的比例為1∶1，溫度降至40 ℃時，調節混合溶液酸堿度至pH5，加入4%的枸杞色素，瓊脂酯化取代度0.02，此時形成的微膠囊包埋效果最好，包埋率最高。電鏡掃描照片顯示，以改性瓊脂和海藻酸鈉為復合壁材的微膠囊化效果優于海藻酸鈉為壁材的微膠囊化效果。枸杞色素微膠囊化賦予了枸杞酒濃郁的香氣、金黃的色澤，提高了認可度。