蓝莓花色苷的微胶囊化＊

李颖畅,吕春茂,孟宪军,马勇,于娜

1(渤海大学生物与食品科学学院,辽宁锦州,121000)

2(沈阳农业大学食品学院,辽宁沈阳,110161)

蓝莓花色苷的微胶囊化＊

李颖畅1,吕春茂2,孟宪军2,马勇1,于娜2

1(渤海大学生物与食品科学学院,辽宁锦州,121000)

2(沈阳农业大学食品学院,辽宁沈阳,110161)

以大豆分离蛋白-麦芽糊精为复合壁材和β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶3种物质为壁材对蓝莓花色苷进行微胶囊化。以大豆分离蛋白-麦芽糊精为壁材对蓝莓花色苷微胶囊化的工艺条件为:大豆分离蛋白与麦芽糊精质量比3∶7,芯材∶壁材质量4∶96,固形物含量150 g/L,此工艺条件下的微胶囊化产率为79.53%,微胶囊化效率为92.48%。以β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶为壁材微胶囊化蓝莓花色苷的工艺条件为:芯材与壁材质量比3∶97,β-环糊精∶麦芽糊精质量比为1∶2,阿拉伯胶占总固形物质量的7.5%,固形物含量为200 g/L,此工艺条件下的微胶囊化产率为78.64%,微胶囊化效率为93.58%。微胶囊产品在模拟胃液环境中释放率比较高,在模拟胃液环境中停留60 min后,释放率均达到90%以上。蓝莓花色苷微胶囊化后,光、热稳定性提高。

蓝莓花色苷,壁材,微胶囊化

蓝莓(blueberry),又称越橘、蓝浆果,属杜鹃花科(Ericaceae)越橘属(Vaccinium spp.)多年生落叶或常绿灌木。蓝莓果实呈深蓝色,被白霜,近圆形,含有丰富的花色苷,其具有促进视红素再合成、抗炎症、提高免疫力、抗心血管疾病、抗衰老、抗癌等多种生理功能,在食品、药品、化妆品等领域有着广阔的应用前景[1-2]。蓝莓花色苷(anthocyanins)是水溶性色素,其性质不稳定,易受各种理化因素的影响而发生变化。微胶囊技术是利用可形成胶囊壁与膜的物质,将芯材包埋形成一种具有半透性或密封膜的微型胶囊[3]。微胶囊对囊心物具有良好的保护、缓释、控释、改变形态、掩盖不良气味等作用,已被广泛应用于医药、食品、化妆品、农药和化肥等多个领域[4]。本文以大豆分离蛋白-麦芽糊精为复合壁材和β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶3种物质为壁材,采用喷雾干燥技术,对蓝莓花色苷进行微胶囊化,提高其稳定性。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 实验材料

蓝莓花色苷粉末(本实验室自制),β-环糊精(纯度≥98%)(北京奥博星生物技术公司),大豆分离蛋白(山东禹王实业有限公司),阿拉伯胶(国药集团化学试剂有限公司),麦芽糊精(本实验室提供)。

1.1.2 实验仪器

LPG-5型高速离心喷雾干燥机(江苏常州市一步干燥设备厂),HH-6型数显恒温水浴锅(国华电器有限公司),UV1600紫外-可见分光光度计(北京瑞利仪器有限公司),DL-360A超声波清洗器(上海之信仪器有限公司),LG10-2.4A高速离心机(北京京立离心机有限公司),DZF-6050型真空干燥箱(上海精宏实验设备有限公司),胶体磨(沈阳航天新光超微粉碎机械有限公司),定时恒温搅拌器(上海标本模型厂)。

1.2 实验方法

1.2.1 工艺流程

壁材→溶于水中→加入一定比例的芯材→搅拌均匀→高压均质→喷雾干燥→微胶囊成品

1.2.2 蓝莓花色苷在水溶液和乙醇溶液中工作曲线的建立

准确称取一定量蓝莓花色苷粉末,分别用pH 3.0的柠檬酸缓冲液和乙醇溶液定容,用紫外-可见分光光度计在400～750 nm内对花色苷溶液进行扫描,确定最大吸收波长。根据比耳定律制作花色苷在2种溶液中的工作曲线。

1.2.3 大豆分离蛋白-麦芽糊精为壁材对蓝莓花色苷进行微胶囊化

入口温度180℃、出口温度80℃,考察壁材中大豆分离蛋白含量、芯材与壁材比、乳状液中固形物含量对微胶囊化效果的影响,采用L9(34)正交表进行试验,确定最佳工艺参数。

1.2.4 β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶为壁材对蓝莓花色苷进行

入口温度180℃、出口温度75℃,考察β-环糊精与麦芽糊精质量比、壁材中阿拉伯胶占总固形物的百分比、芯材与壁材质量比、固形物含量4因素对微胶囊化效果的影响,采用L16(45)正交表进行试验,确定最佳工艺参数。

1.2.5 微胶囊化产率及微胶囊化效率

1.2.5.1 蓝莓花色苷微胶囊化产率测定

微胶囊产品中蓝莓花色苷含量的测定:准确称取1.0 g微胶囊化花色苷,pH 3.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液反复洗涤,收集滤液定容至50 mL,在520 nm处测定其吸光度。

微胶囊化产率/%=(微胶囊产品中蓝莓花色苷的量 / 起始加入蓝莓花色苷的量)×100

1.2.5.2 蓝莓花色苷微胶囊化效率测定

微胶囊产品表面蓝莓花色苷含量测定:准确称取1.0 g微胶囊化花色苷,用体积分数95%的乙醇反复洗涤,使微胶囊表面的花色苷完全溶解在溶液中,收集滤液定容至50 mL,在540 nm处测定其吸光度。

微胶囊产品中总蓝莓花色苷含量的测定:准确称取1.0 g微胶囊,pH值3.0的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液反复洗涤,收集滤液定容至50 mL,在520 nm处测定其吸光度。

微胶囊化效率/%=[(1-微胶囊产品表面含蓝莓花色苷的量)/微胶囊产品总蓝莓花色苷的量]×100

1.2.6 在模拟胃液环境中的释放实验

在50 mL胃液模拟液(含0.09 mol/L NaC1的0.01 mol/L HCl溶液,pH值2.0)中加入一定量己干燥的胶囊,37℃,50 r/min,置振荡器上振荡,在指定时间取样,检测花色苷含量,计算释放率。

释放率/%=[胃液模拟液中释放的花色苷的量/(加入的微胶囊质量×载药量)]×100

1.2.7 微胶囊化蓝莓花色苷光、热稳定性

将微胶囊化花色苷放入80、100℃的烘箱中,每隔一定时间测定产品中花色苷含量,计算花色苷的保留率。将微胶囊化花色苷装于白色试剂瓶中,在自然光照条件下贮存。每隔30 d测定产品中花色苷含量,计算花色苷的保留率。

2 结果与分析

2.1 蓝莓花色苷的工作曲线

蓝莓花色苷在95%乙醇和pH3.0的柠檬酸缓冲液中,分别在540 nm和520 nm处各有一最大吸收峰。由图1可知,在不同溶液中吸光度与花色苷浓度成很好的线性关系,在pH 3.0的柠檬酸缓冲液中的标准曲线方程为A=3.354c-0.0076,R2=0.9994;在95%乙醇中的标准曲线方程为A=3.682c+0.0038,R2=0.9997[A为吸光度,c为花色苷浓度(mg/mL)]。

图1 蓝莓花色苷的工作曲线

2.2 大豆分离蛋白-麦芽糊精为壁材对蓝莓花色苷微胶囊化

因为表1的分析结果表明,不同处理的微胶囊化效率相对较高,说明微胶囊化效率是十分有效的。以微胶囊化产率进行方差分析(见表2),影响微胶囊化产率的因素重要性次序为C>B>A。微胶囊化的壁材特性和芯材与壁材的比例是影响微胶囊特性的至关重要的因素[5],大豆分离蛋白与麦芽糊精的比例直接影响到所组成壁材的乳化性、成膜性、黏度及吸潮性,故对微胶囊化产率和效率有一定影响。芯材与壁材比例也会影响微胶囊化的产率和效率,随着芯材与壁材比例的提高,即蓝莓花色苷的增加,微胶囊化产率和效率提高,但花色苷含量过高,表面吸附的花色苷也增多,微胶囊化产率和效率反而又下降。此外固形物含量也是影响微胶囊化产率的重要因素,一定范围内总固形物浓度提高,有利于喷雾干燥过程中囊壁的形成与其致密度的提高;另一方面由于体系黏度的增加,减少了芯材向壁材表面的扩散迁移,但固形物浓度过高,液滴雾化困难[6]。分析微胶囊化产率可知以大豆分离蛋白-麦芽糊精为壁材包埋蓝莓花色苷的最佳组合为A2B2C1,即大豆分离蛋白∶麦芽糊精质量比为3∶7,芯材∶壁材质量为4∶96,固形物含量为150 g/L。按优化条件对蓝莓花色苷微胶囊化,微胶囊化产率为79.53%,微胶囊化效率为92.48%。

表1 大豆分离蛋白-麦芽糊精为壁材微胶囊化蓝莓花色苷

表2 数据方差分析

2.3 以β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶为壁材对蓝莓花色苷微胶囊化

从微胶囊化效率看,只有芯材与壁材质量比各水平之间差异显著,随芯材与壁材质量比的增加微胶囊化效率下降。以微胶囊化产率作为蓝莓花色苷微胶囊化工艺的评价指标,从表3,表4可以看出,各因素影响大小的顺序为A>D>B>C,随芯材与壁材质量比的增加,微胶囊化产率降低,差异显著,最适芯材与壁材质量比为3∶97。随β-环糊精与麦芽糊精比的增加,微胶囊化产率呈现先增加又降低的趋势,β-环糊精与麦芽糊精最适质量比为1∶2。一定范围内,随阿拉伯胶的百分比的增加,微胶囊化产率增加,但阿拉伯胶的百分比增加到一定程度,微胶囊化产率降低,不同水平之间无显著差异,综合考虑选择阿拉伯胶占总固形物质量为7.5%。固形物含量不同水平之间差异显著,固形物含量最适为200 g/L。

2.4 微胶囊化花色苷在模拟胃液中的释放曲线

由图2可见,在模拟胃液环境中停留30 min后,以麦牙糊精-大豆分离蛋白为壁材的微胶囊化花色苷的释放率为81.32%,以β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶为壁材的微胶囊化花色苷的释放率为85.93%,在模拟胃液环境中停留60 min后,释放率均达到90%以上。说明在酸性条件下,微胶囊的膜遭到破坏,导致内容物释放,因为花色苷分子量比较小,释放率比较高。此外,在酸性溶液中停留时间越长,微胶囊表面的膜破坏越严重,对被包埋物的扩散限制作用越差,进而导致微胶囊在模拟胃液环境中的释放能力越高。

表3 β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶为壁材微胶囊化蓝莓花色苷

表4 数据方差分析

2.5 温度对微胶囊化花色苷稳定性的影响

由图3、图4可以看出,蓝莓花色苷微胶囊化后耐热性较好,在80、100℃加热2 h,保存率均在90%以上,随着温度升高和加热时间的延长,保存率开始下降,但微胶囊化的保留率仍高于对照。以上结果说明微胶囊化花色苷对热具有较好的稳定性,原因是微胶囊壁材对蓝莓花色苷具有保护作用,增加其耐热性。

图2 蓝莓花色苷微胶囊在模拟胃液的释放曲线

图3 加热80℃对微胶囊化花色苷的影响

图4 加热100℃对微胶囊化花色苷的影响

2.6 光照对微胶囊化花色苷稳定性的影响

从图5可以看出,蓝莓花色苷微胶囊化后,花色苷耐光能力增强。原因是花色苷微胶囊的壁材保护花色苷,提高其对光的稳定性,防止花色苷的保存率下降。以大豆分离蛋白-麦芽糊精为复合壁材的微胶囊花色苷对光稳定性略好于以β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶3种物质为壁材的微胶囊化蓝莓花色苷。

图5 光照对微胶囊化花色苷的影响

3 讨论

3.1 以大豆分离蛋白-麦芽糊精为壁材对蓝莓花色苷微胶囊化

大豆分离蛋白同时具有亲水基和疏水基,并且有分子表面与分子内部吸引力,乳化性和成膜性良好[7],常被用作良好壁材。麦芽糊精不易吸水、易于溶解、黏度低、成膜性好,可形成质密的玻璃体[8],是微胶囊工艺中用的最为广泛的配伍壁材,常与大豆分离蛋白一起使用,两者由于氢键作用可形成非常致密完整的蜂窝状结构[9]。大豆分离蛋白和麦芽糊精均为生产中常用的食品添加剂,容易获得,而且价格低廉,不失为一种具有较高应用价值的微胶囊化壁材。

3.2 以β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶为壁材对蓝莓花色苷进行微胶囊化

麦芽糊精是淀粉不完全水解的产物,其DE值(淀粉水解度)低于20,它是淀粉在酸或酶的作用下,切断淀粉分子中的α-(1,4)糖苷键所得的产物[10]。β-环糊精具有特殊的分子结构和稳定的化学性质,不易因酶、酸、碱、光及热的作用而分解,其空间结构为上大下小的筒形,可包埋敏感性物质如香精、色素而形成包合物,使敏感性物质对氧、光、热、酸、碱的抵抗能力大大增加;麦芽糊精不易吸水、黏度低、水溶性好,是微胶囊工艺中用得较多的壁材;阿拉伯胶水溶性良好,溶解度低,乳化性和成膜性极佳,是目前喷雾干燥微胶囊化使用较多的一种壁材[11]。有人将阿拉伯胶、麦芽糊精或阿拉伯胶、β-环糊精作为复合壁材[10,12],本文将β-环糊精、麦芽糊精、阿拉伯胶3种壁材结合起来,发挥各自的优势,微胶囊化产率和效率比较高,并且高于阿拉伯胶单一壁材的微胶囊化产率和效率,解决了单一阿拉伯胶质量不稳定,价格较昂贵的问题。

4 结论

(1)以大豆分离蛋白-麦芽糊精为壁材对蓝莓花色苷进行微胶囊化的工艺条件为:大豆分离蛋白与麦芽糊精质量比3∶7,芯材与壁材质量比4∶96,固形物含量150 g/L,此工艺条件下的微胶囊化产率为79.53%,微胶囊化效率为92.48%。

(2)以β-环糊精-麦芽糊精-阿拉伯胶为壁材微胶囊化蓝莓花色苷的工艺条件为:芯材与壁材质量比3∶97,β-环糊精与麦芽糊精质量比1∶2,阿拉伯胶占总固形物质量的7.5%,固形物含量200 g/L,此工艺条件下的微胶囊化产率为78.64%,微胶囊化效率为93.58%。

(3)蓝莓花色苷微胶囊在模拟胃液中有一定的缓释效果,蓝莓花色苷微胶囊化后,光、热稳定性性明显增强。

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ABSTRACTMicroencapsulation of blueberry anthocyanins was studied by mixture of soybean protein isolation(SPI)-maltodextrin andβ-cyclodextrin-maltodextrinn-arabic gum which was the wallmaterials.The opt imum technology parameterswere:the ratio of soybean protein isolation(SPI)and maltodextrin was 3∶7,the proportion of core mateials to wallmateialswas 4∶96,the emulsion concentration was 150 g/L.Microencapsulation yield was 79.53%and microencapsulation efficiency was 92.48%.The optimum technology parameters forβ-cyclodextrin,maltodextrin and arabic gum aswallmaterialswere:the ratio of core materials to wallmaterials 3∶97,β-cyclodextrinto maltodextrinn 1∶2,arabic gum 7.5%,emulsion concentration 200 g/L.Microencapsulation yield was 78.64%and microencapsulation efficiency was 93.58%.Anthocyanins ofmicroencapsulation has higher releasing rate in vitro.Releasing rate could exceed to 90%after 60 min in simulated gastric juice.The temperature and light stability ofmicroencapsulation of bluberry anthocyaninswas improved.

Key wordsblueberry anthocyanins,wallmaterials,microencapsualtion

Study on the Microencapsualtion of Blueberry Anthocyan ins

Li Ying-chang1,Lv Chun-mao2,Meng Xian-jun2,Ma Yong1,Yu Na2
1(College of Biology and Food Science,BohaiUniversity,Jinzhou 121000,China)
2(College of Food Science,ShenyangAgriculturalUniversity,Shenyang 110161,China)

博士,副教授。

＊沈阳市青年人才计划项目(1081240-1-02)

2010-02-05,改回日期:2010-04-27