一种天然维生素E微囊的制备及其性能表征

孙 昱, 吴 文 忠,, 李 延 志, 陈 剑 彬, 张 春 枝

( 1.大连工业大学 生物工程学院, 辽宁 大连 116034;2.大连医诺生物有限公司, 辽宁 大连 116600 )

0 引 言

维生素E又名生育酚或产妊酚,是一种重要的抗氧化剂,也是一种强自由基清除剂。它能够保护机体细胞的完整性,加强体内的免疫反应,防止心血管疾病,保护肝脏；还能美化皮肤、抗衰老等[1]。但维生素E为脂溶性维生素,通常状况下对酸、热较稳定,但遇碱、遇氧或紫外等条件下都能快速被氧化破坏。同时由于其不溶于水,因此很难广泛应用于食品、药品、化妆品等行业中。

当前解决这一问题比较成熟的方法是通过微囊化技术[2-3]将维生素E包裹到特定的水溶性壁材中,避免维生素E与外界接触,从而增强了稳定性与水溶性,便于保存,因此也大大扩展了维生素E的应用范围。目前国内对微囊化天然维生素E的研究报道已经有很多,而且也比较深入,包埋率能够达到90%以上,但是大多数的研究都是对天然维E微囊化的工艺技术[4]进行的探讨,而对高包埋率的微囊成品进行进一步检测的报道并不是很多。

本研究选择合适的壁材[5]及乳化剂[6-7]将天然维生素E微囊化,并将喷雾干燥[8-9]制得的微囊产品各项指标进行检测鉴定,最终得到高质量的微胶囊产品。

1 材料与方法

1.1 材 料

90%天然高纯度维生素E,纯胶(GUM 2000),变性淀粉Hi-cap100,蔗糖,吐温80，吐温20，单甘脂(HMS)，蔗糖酯(S1170,S1570)，高压均质机,喷雾干燥塔，高效液相色谱仪,粒度检测仪,扫描电子显微镜。

1.2 方 法

1.2.1 工 艺

1.2.2 维生素E微囊粉的制备

将壁材和乳化剂按比例加入到一定量的水中并在60 ℃水浴中充分溶解；天然维E同时加热到60 ℃后再加到水相中,搅拌20 min后均质(40 MPa,2次),制得乳液；将乳液进行喷雾干燥得到维E的微囊粉。

1.2.3 微囊粉表面油与总油质量分数的测定

表面油:将一定质量的微囊粉用10倍体积的石油醚洗脱,洗脱液过滤于烘至恒重并称重后的烧杯中,加热(105 ℃)将石油醚烘干,并称重。通过计算质量差来计算表面油质量分数。

总油:将一定质量的微囊粉用盐酸与水的混合液水浴加热充分反应，使微囊完全打开,再用石油醚将油洗脱出来置于一烘至恒重并称重的烧杯中,加热烘干石油醚并称重,计算微胶囊的总油质量分数。

w1=(m2-m1)/m

式中,w1为样品表面油或总油质量分数；m为试样的质量；m1为烘干的烧杯的质量；m2为烘干石油醚后烧杯与油的总质量。

1.2.4 包埋率及含水量的测定

包埋率:利用以上方法测定产品总油之后利用下面公式进行包埋率的计算。

w2=(m2-m1)/m3

式中,w2为包埋率；m3为乳液中加入的总油质量。

含水量测定:精确称量一定质量的微囊粉,平铺于烘干至恒重并称重后的表面皿中于105 ℃下烘3 h并称重,计算微囊粉的含水量。

w3=(m5-m4)/m6

式中,w3为样品含水质量分数；m6为试样的质量；m4为烘干的表面皿的质量；m5为烘干水分后皿与粉的总质量。

1.2.5 感官评价

对微囊粉的气味、色泽、流动性等进行感官评价。

1.2.6 冷水分散性评价

称取1 g样品倒入250 mL三角瓶中,加入100 mL水,摇匀后静置30 min,观察其溶解状况。

1.2.7 高效液相测定含量

色谱柱,C18柱；检测波长,300 nm；流动相,甲醇；体积流量,1.0 mL/min。

精确称取一定量微囊样品于容量瓶中,加入部分甲醇后超声溶解30 min后,再用甲醇定容,过滤。进样20 μL,进行色谱测定。

1.2.8 复水乳液的粒径检测

将一定质量的微囊粉充分溶于水中,并按一定的浓度梯度稀释成所需要浓度的乳液,于粒度仪进行粒径检测。

1.2.9 微囊粉表面结构观察

通过扫描电子显微镜对微胶囊的表面结构进行观察分析。

2 结果与讨论

2.1 微胶囊壁材的选择

选取3种不同的壁材分别与蔗糖进行组合,如表1所示，对喷雾干燥后成品的包埋率进行检测,结果表明以纯胶与蔗糖为壁材效果最好。

表1 壁材的选择

2.2 乳化剂的选择

不同的芯材应选择与其相适合的HLB(亲水亲油平衡值)以及化学性质的乳化剂,因此选取了几种不同的乳化剂进行实验,如表2所示，最终确定选择蔗糖酯S1570(HLB 15)效果最好。

2.3 天然维E微囊化工艺条件的确定

分别从壁材组成比例、乳化剂加入量、高压均质压力、喷雾干燥条件4个方面对维E微囊化的工艺参数进行选择,最终确定工艺条件。

2.3.1 最佳壁材比例的选择

对壁材的组分比例进行选择，由表3可见，当纯胶与蔗糖的质量比1∶1和3∶2时,产品表面油质量分数相对较高；当二者质量比为2∶1时表面油质量分数最低；而质量比4∶1时表面油相对2∶1时又略有升高,因此最终可以确定选择壁材组成比例为2∶1时最佳。

表3 不同壁材组分的比例对微胶囊表面油的影响

2.3.2 最佳乳化剂添加量的选择

理论上讲乳化剂使用量越大相对乳化效果越好,但是使用量太大会导致产品不稳定。所以在相同乳化效果的条件下,乳化剂用量越少越好。对乳化剂的用量进行选择见表4。

表4 不同乳化剂加入量对微胶囊表面油的影响

从表4可以看出,选择不同乳化剂的加入量最终得到产品的表面油差别不大,同时也没有明显的变化趋势,因此选择常用的乳化剂加入量即0.5%为宜。

2.3.3 高压均质压力的确定

在制备乳液的过程中,为了使油相与水相能够均一的混合,形成稳定的乳液,往往要使用高压均质机进行高压均质,但是均质压力的高低会对乳液的稳定性造成一定的影响。表5中所示,当均质压力为30与35 MPa时,经离心后(2 000 r/min,5 min)观察乳液上层明显有分层现象,当压力达到40 MPa以后,即40、45、50 MPa时,乳液分层现象不明显,因此均质压力选择为常用的40～45 MPa即可。

表5 不同均质压力对乳液的影响

2.3.4 喷雾干燥条件的选择

喷雾干燥进风口温度影响微胶囊干燥的速度,从而影响成囊的稳定性。温度太高导致微囊失水过快,影响微囊表面的成膜性；温度太低会使微囊干燥缓慢,最终使产品含水量较高,流动性较差等。出风口温度对微囊成型也有一定影响,本实验采用常用出风温度80 ℃。具体结果见表6。

从表6可以看出,当进风口温度为170、180与190 ℃时,产品的表面油都在1%以内,但170 ℃时产品含水量稍大,因此最终选定进风口温度为180～190 ℃,出风口温度为80 ℃。最终结果表明产品完全能够达到要求,因此没有对出风口温度进行进一步选择。

2.4 微囊粉的感官评价与冷水分散性

实验最终制得的微胶囊粉末为微棕色,没有特殊气味,流动性良好,并且将粉末复水后能够得到均一的乳液,没有分层或漂油现象,同时将复水后的乳液静置一个星期仍保持稳定,没有明显的分层或漂油现象。

2.5 微囊粉表面油、包埋率、含水量的测定

以纯胶(GUM 2000)与蔗糖为壁材,蔗糖酯S1570(HLB 15)为乳化剂,经喷雾干燥制得的微囊粉产品w(表面油)<1%,w(总油)>35%,w(含水)<1%,包埋率>99%,而用其他乳化剂所制得的微囊粉的表面油都较高,包埋率也相对较低。

2.6 微囊粉的高效液相分析

由图1可以清晰地看到3处峰值,其中第1个峰为δ生育酚,中间的峰为γ生育酚同时包含β生育酚,最后的小峰为α生育酚。经过多次对比实验,结果均十分接近,也没有出现杂峰,说明经过微囊化后的维生素E稳定性良好。同时可以计算出包埋率都在99%以上。

图1 天然维生素E微胶囊高效液相分析

2.7 粒径检测分析

从图2中可以看出复水后的乳液粒径都达到纳米水平,其中峰值出现在430 nm左右,并且比例达到65%以上,虽然粒径的跨度稍大,但相对集中,因此可以判断复水后乳液的稳定性较好。

图2 微囊粉复水乳液的粒径检测

2.8 微囊表面微观结构

如图3所示,微囊表面完整、光滑,没有凹陷,也没有裂缝,基本成圆形,说明包埋效果十分理想。

图3 微胶囊表面电镜结构

3 结 论

通过选择几种不同的壁材与乳化剂进行天然维生素E的微囊化实验比较,得到最佳壁材组合为纯胶(GUM 2000)与蔗糖,加入质量比为2∶1,最佳乳化剂为蔗糖酯S1570(HLB 15),加入量为0.5%,喷雾干燥进风口温度180～190 ℃,出风口温度80 ℃。最终制得的微胶囊粉末经检测表面油、含水量都在1%以内,总油质量分数在35%以上,包埋率大于99%。微囊粉的流动性等各项指标都能够达到目标,适合大规模工业化生产。

[1] 许时婴,张小鸣,夏书芹,等. 微胶囊技术原理与应用[M]. 北京:化学工业出版社, 2006.

[2] WARISNOICHAROEN W, LANSLRY A B. Nonionic oil-in-water microemulsions:the effect of oil type on phase behavior[J]. International Journal of Pharmaceutics, 2000, 198(1):7-27.

[3] LIN C C, LIN S Y, HWANG L S. Microencapsulation of squid oil with hydrophilic macromolecules for oxidative and thermal stabilization[J]. Food Science, 1995, 60(1):36-39.

[4] 汤化钢,夏文水,袁生良. 维生素E微囊化研究[J]. 食品与机械, 2005, 21(1):4-6,9.

[5] 张燕萍,李世勇. 变性淀粉作VE微胶囊壁材的研究[J]. 粮食与饲料工业, 2001(6):36-37.

[6] 邱楠,尹红,陈志荣. 高分子乳化剂对VE的微乳化研究[J]. 食品科技, 2008(7):164-166.

[7] 丰隽莉,王正武,俞惠新,等. VE的微乳化研究[J]. 食品与机械, 2006, 22(5):36-39.

[8] 吴克刚,佘纲哲,柴向华. 油脂喷雾干燥微胶囊化的研究[J]. 食品科学, 1998, 19(1):34-36.

[9] FINNEY J, BUFFO R. Effect of type of atomization and processing temperatures on the physical properties and stability of spray-dried flavors [J]. Journal of Food Science, 2002, 67(3):1108-1114.