月见草油微胶囊的制备及微观结构分析

石 燕，李如一，王 辉，李 倩，李德俊，涂宗财,2

（1.南昌大学食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.江西师范大学 功能有机小分子教育部重点实验室，江西 南昌 330022）

月见草油微胶囊的制备及微观结构分析

石 燕1，李如一1，王 辉1，李 倩1，李德俊1，涂宗财1,2

（1.南昌大学食品学院，食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047；2.江西师范大学 功能有机小分子教育部重点实验室，江西 南昌 330022）

采用4 种不同的配方通过喷雾干燥技术制备月见草油微胶囊，并对4 种配方制备的月见草油微胶囊的表面油含量、包埋率、粒径及表面结构进行分析。结果表明：以变性淀粉和麦芽糊精为壁材制备的月见草油微胶囊表面油含量低，包埋率好，粒径小，颗粒圆，微胶囊表面平整光滑。选用以变性淀粉和麦芽糊精为壁材制备的月见草油微胶囊进行脂肪酸组分及含量的测定，发现微胶囊化对月见草油的主要功能性成分亚油酸和γ-亚麻油酸的含量基本没有影响。用N-甲基靛红酸酐标记此配方中的麦芽糊精，通过激光共聚焦扫描显微镜进行断层扫描观察微胶囊的内部结构，发现微胶囊呈球形，单核结构，麦芽糊精在微胶囊壁中均匀分布。

月见草油；微胶囊；性质；脂肪酸；微观结构

月见草作为油料作物，其种子中富含γ-亚麻油酸（γ-linolenic acid，GLA），被广泛用作营养和药用补充剂，具有重要的生物活性[1]。月见草种子的含油率为20%～30%，其中γ-亚麻油酸的含量为7%～10%。γ-亚麻油酸在结构上属于特殊的ω-6系列必需脂肪酸，它是类花生酸的前体物质，并对白细胞三烯的合成具有抑制作用[2]，研究发现，γ-亚麻油酸对风湿性关节炎、过敏性湿疹、心血管疾病、乳房疼痛和经前期综合征均有一定的治疗作用[3-4]。

近年来对月见草油的研究越来越多，主要集中在月见草油的提取纯化及其功能特性。如Cervera等[5]从月见草油中分离纯化出两种结构性C18不饱和脂肪酸，Montserrat-de la Paz等[6]发现月见草油能改善纤维肌肉疼痛综合征。月见草油具有良好的功能特性，但月见草油本身为液体，无法直接添加入普通食品及配方食品中，使得γ-亚麻油酸的功能特性不能被很好地利用，且月见草油中含大量的多不饱和脂肪酸，极易氧化变质，保质期短[7]。为解决此问题，常采用喷雾干燥技术对月见草油进行微胶囊化，使液态的月见草油变为固态粉末。高媛媛[8]、熊华[9]等对月见草油微胶囊的制备进行了研究；周德红等[7]对月见草油微胶囊粉末油脂在贮存过程中过氧化值的变化进行了研究。但均未研究微胶囊化前后月见草油脂肪酸组分的变化及月见草油微胶囊的内部结构。

目前，微胶囊微观结构的研究方法主要是环境扫描电镜，但其具有一定的缺陷，如：环境扫描电镜易得到微胶囊的表面结构，但对微胶囊内部结构的观察需进行切面处理，会对微胶囊造成一定的损伤[10]。采用激光共聚焦扫描显微镜（confocal laser scanning microscope，CLSM）可对样品进行无损伤内部结构的观察，并且利用荧光标记技术对样品中的不同组分进行标记，可清楚地观察到不同组分在样品中的分布情况[11-12]。

本实验选用不同配方通过喷雾干燥技术制备月见草油微胶囊粉末，对微胶囊化前后月见草油中的脂肪酸组分及含量进行分析，观察功能性脂肪酸如亚油酸、γ-亚麻油酸等在微胶囊化前后的变化情况；并以N-甲基靛红酸酐为荧光探针标记月见草油微胶囊的壁材麦芽糊精，通过激光共聚焦显微镜对月见草油微胶囊的内部结构进行分析。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

变性淀粉（starch octenylsuccinate，OSA） 实验室自制；酪朊酸钠（casein sodium，CAS） 美国Sigma公司；乳清蛋白（whey protein，WP） 郑州明瑞化工产品有限公司；阿拉伯胶（gum arabic，GA） 天津海滨捷成化工有限公司；麦芽糊精（maltodextrin，MD）西王集团；月见草油 天津宝信国际油脂生物工程有限公司；石油醚、无水乙醇、正己烷（均为分析纯） 天津市大茂化学试剂厂；盐酸（分析纯） 西陇化工股份有限公司。

1.2 仪器与设备

Nicomp 380 ZLS 美国PPS公司；Quanta200F环境扫描显微镜 美国FEI公司；蔡司710激光扫描共聚焦显微镜 德国Zeiss公司；6890N型气相色谱仪（配FID检测器） 美国安捷伦公司；GYB60-6S高压均质机 上海东华均质机有限公司；MDR.P-5型喷雾干燥机 无锡市现代喷雾干燥设备有限公司；DGG-9140电热鼓风干燥箱 上海森信实验仪器器有限公司；SBH-II循环水式多用真空泵 郑州长城科工贸有限公司；V-1001旋转蒸发仪 上海爱郎仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 月见草油微胶囊制备

按照配方（表1）制备月见草油微胶囊。工艺流程为：壁材溶于60 ℃蒸馏水→加入已溶有乳化剂的月见草油→高压均质（压强30 MPa，温度60 ℃，均质2 次）喷雾干燥（进风温度180 ℃，出风温度90～95 ℃，进料速率15 r/min）→月见草油微胶囊。

表1 制备月见草油微胶囊的基本配方Table1 Basic formulation for microencapusulation of evening primrose oil %

1.3.2 表面油含量和包埋率的测定[13]

称取月见草油微胶囊2 g（精确到0.000 1 g，m0）于锥形瓶中，用 40 mL石油醚浸提 1 min后，用漏斗过滤，再用25 mL石油醚洗涤滤渣，过滤。用烘干至恒质量的平底烧瓶（m1，g）收集滤液，并旋蒸回收滤液中的石油醚，105 ℃烘干至恒质量（m2，g）。分别按公式（1）和（2）计算表面油含量和包埋率。

1.3.3 粒度的测定

将月见草油微胶囊溶于40 ℃温水中使其形成乳状液，采用激光粒度仪进行湿法测定。

1.3.4 月见草油及其微胶囊中脂肪酸的组成及含量测定[14]

月见草油微胶囊中油脂的提取采用超声波振荡破壁提油。称取5 g左右的微胶囊置于150 mL锥形瓶中，加入50 mL石油醚，超声振荡30 min，过滤，再用20 mL的石油醚洗涤滤渣两次，最后将滤液50 ℃旋蒸回收石油醚得到油脂。

月见草油甲酯化：取2 mg月见草油，溶解于1.5 mL正己烷中，加入40 μL乙酸甲酯混匀，加入100 μL 0.5 mol/L甲醇钠甲醇溶液混匀，室温反应20 min，置于-20 ℃冰箱10 min后取出加入60 μL草酸，离心以去除沉淀，上清液使用无水硫酸钠进行过滤以吸附水分，用气相色谱对滤液进行分析。

色谱条件：C P-S i l 8 8熔融石英毛细管柱（100 m×0.25 mm，0.25 µm）；FID温度：250 ℃，进样口温度：250 ℃；程序升温：45 ℃保持4 min，以13 ℃/min升至175 ℃，保持27 min，然后以4 ℃/min升至215 ℃，保持35 min；载气：N2，流速：1.8 mL/min；压力：2.4 kPa；进样量：1.0 µL；不分流。通过样品图谱与脂肪酸甲酯标准图谱对照，采用面积归一化法确定脂肪酸的相对含量。

1.3.5 环境扫描电镜观察微胶囊形态

取少量月见草油微胶囊撒在黏有导电胶带的样品台上，并去除多余的微胶囊，放于环境扫描电镜的样品室中，选择放大倍数3 000×对样品进行表面结构的观察。

1.3.6 激光共聚焦显微镜观察微胶囊的结构

以N-甲基靛红酸酐标记的麦芽糊精为原料制备的月见草油微胶囊。将此月见草油微胶囊样品平铺于载玻片上，在405 nm激发波长下观察月见草油微胶囊的内部结构。

2 结果与分析

2.1 不同壁材制备月见草油微胶囊的性质分析

高品质的微胶囊应该具有表面油含量低和包埋率高的特点，这样壁材才能对油脂起到良好的保护作用[15]，可通过测定月见草油微胶囊的性质来考察不同壁材对油脂的保护效果。由包埋率的计算公式可知，微胶囊表面油的含量与其包埋率呈负相关。由表2可知，OSA-MD（组别1）复合壁材制备的样品表面油含量最低，包埋率最高，可达85.60%；而OSA-MD-WP（组别3）和OSA-MD-GA（组别4）两种复合壁材制备的微胶囊表面油含量较高，包埋率均在60%以下。这可能是由于WP和GA具有增稠的作用，使得复合壁材体系的黏度增大，在乳状液雾化时液滴会受到高压的作用，被剪切成细小的液滴，破坏了乳状液的稳定性使被包埋的油脂重新暴露，造成微胶囊的表面油含量增加[16]。对比4 种样品的粒径和分散系数可以发现，以OSA-MD为壁材制备的样品粒径和分散系数最小。其余3 种样品在粒径上均无显著差异（P＞0.05），在分散系数上以OSA-MD-WP为壁材制备的微胶囊分散系数最大，其余2 种样品无显著性差异（P＞0.05）。乳状液的粒径大小和稳定性对微胶囊的包埋率具有重要的影响，粒径小、分散系数小，说明乳状液的稳定性好，颗粒均一，其微胶囊表面油含量低[17-18]。

表2 不同壁材制备月见草油微胶囊的性质比较Table2 Comparison of characteristics of microencapusulated evening primrose oil with different wall materials

2.2 微胶囊化前后月见草油脂肪酸组分的分析

以OSA-MD为壁材制备月见草油微胶囊，对微胶囊化前后月见草油的脂肪酸组分及相对含量进行比较（图1、表3）发现，微胶囊化后的月见草油脂肪酸组分中多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）的相对含量略有下降，单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）的相对含量基本不变，而饱和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）的相对含量略有上升。月见草油中的主要功能性成分，亚油酸和γ-亚麻油酸的含量变化不大。这是由于微胶囊的壁材在喷雾干燥过程中能对油脂起到很好的保护作用，可以有效地防止不饱和脂肪酸在高温条件下的氧化[19]。同时，由表3可知，月见草油中含量最多的多不饱和脂肪酸是亚油酸，其含量高达50%以上，亚油酸为人体必需脂肪酸，不能在人体内合成，只能通过外界食物摄取，亚油酸具有降低胆固醇和血脂、改善高血压和人体微循环、预防心肌梗死等的作用[20]。综上所述，通过喷雾干燥制备月见草油微胶囊，对月见草油中脂肪酸组分及相对含量影响不大，能较好地保持月见草油本身良好的功能性质。

图1 微胶囊化前后月见草油脂肪酸图谱与标准图谱的对照Fig.1 Comparison of evening primrose oil fatty acids before and after spray drying

表3 微胶囊化前后月见草油脂肪酸的相对含量Table3 Relative amounts of fatty acids in evening primrose oil before and after spray drying

2.3 微胶囊的微观形态分析

图2 4 种复合壁材制备月见草油微胶囊的表面结构（3 000×）Fig.2 Outer structure of microencapsuled evening primrose oil with different wall materials （3 000×）

使用环境扫描电镜可以清晰地观察微胶囊的结构，进而更加直观地了解不同壁材制备微胶囊的表面结构及其包埋效果。由图2可知，4 种壁材制备的月见草油微胶囊均为球形，但以OSA-MD为壁材制备的微胶囊最圆（图2a），且表面平整光滑。以OSA-MD-CAS为壁材制备的微胶囊表面粗糙（图2b），且有皱褶；以OSA-MD-WP为壁材制备的微胶囊表面凹陷较多（图2c）；以OSA-MD-GA为壁材制备的微胶囊表面同样存在皱褶且有孔洞（图2d）。这是因为喷雾干燥时，壁材由于水分的蒸发快速固化，因此在冷却过程中无法平复凹陷和皱褶，严重时会形成孔洞[21-22]。且微胶囊表面存在孔洞会导致微胶囊油脂的损失，进而影响其包埋率[23]。4 种配方制备的月见草油微胶囊的表观形态与其表面油含量和包埋率的测定结果一致，以OSA-MD为壁材制备的月见草油微胶囊表面最平整光滑，其表面油含量最低，包埋率最好。

由图3a可知，经N-甲基靛红酸酐标记的麦芽糊精，在CLSM中发出蓝色荧光。微胶囊呈球形，为单核结构，这与同样以碳水化合物为壁材包埋宝石鱼油所得到的微胶囊进行切面处理经环境扫描电镜观察得到的结构一致[24]。由图3b可知，微胶囊壁材集中区域（2 μm和 10 μm处）荧光强度比较均匀，说明麦芽糊精均匀地分布于微胶囊的壁材上，芯材中不含有麦芽糊精。麦芽糊精本身无乳化性，但它的高浓度水溶液具有较低的黏度，因此麦芽糊精在壁材中主要起填充和增加强度的作用[25]。这使得麦芽糊精可以在整个微胶囊壁上均匀分布。

图3 激光共聚焦显微镜观察N-甲基靛红酸酐标记的月见草油微胶囊结构Fig.3 CLSM image of microcapsuled evening primrose oil with N-Methylisatoic anhydride-labeled wall material

3 结 论

选用4 种复合壁材对月见草油进行包埋制备微胶囊，并对月见草油微胶囊的性质及微观结构进行研究。发现以OSA-MD为壁材制备的月见草油微胶囊表面油含量最低，包埋率最好；以OSA-MD-CAS为壁材制备的微胶囊的次之，以OSA-MD-WP和OSA-MD-GA为壁材制备的微胶囊较差。并且以OSA-MD为壁材制备的微胶囊乳状液粒径小、分散系数小，说明以OSA-MD为壁材制备的月见草油微胶囊的乳状液稳定性好，粒径均一。选用以OSA-MD为壁材制备的微胶囊进行脂肪酸组分及含量的测定，结果发现：微胶囊化前后月见草油中主要功能性成分，多不饱和脂肪酸亚油酸和γ-亚麻油酸的含量基本没有变化。通过环境扫描电镜对月见草油微胶囊表面结构进行观察发现4 种复合壁材制备的微胶囊均为球形，且以OSA-MD为壁材制备的微胶囊结构最好，表面平整光滑，无皱褶，无孔洞，其余3 种壁材制备的微胶囊表面均存在缺陷。以N-甲基靛红酸酐标记月见草油微胶囊壁材中的主要成分麦芽糊精，经CLSM进行断层扫描观察到微胶囊为单核结构，麦芽糊精在整个微胶囊壁上均匀分布。

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Preparation and Microstructure of Evening Primrose Oil Microcapsules

SHI Yan1, LI Ru-yi1, WANG Hui1, LI Qian1, LI De-jun1, TU Zong-cai1,2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, College of Food Science, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 2. Key Laboratory of Functional Small Organic Molecule, Ministry of Education, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China)

Spray drying was used to prepare evening primrose oil (EPO) microcapsules for four different formulas. The properties of microcapsules were determined by surface oil content, encapsulation efficiency, microcapsule particle size and surface morphology. The results indicated that EPO microcapsules prepared with wall materials consisting of starch octenylsuccinate (OSA) and maltodextrin (MD) possessed a low surface oil content, high encapsulation eff i ciency, small microcapsule particle size and smooth surface. The analysis of fatty acid composition and contents showed that the major functional components linoleic and γ-linolenic acid had no signif i cant change before and after microencapsulation of EPO with OSA-MD as the wall materials. When MD as one of the wall materials of microcapsules was marked by N-methylisatoic anhydride, the inner structure of EPO microcapsules was observed by confocal laser scanning microscopy. The microcapsules were spheres with a single-core structure and MD was uniformly distributed in the wall.

evening primrose oil; microcapsule; properties; fatty acid; microstructure

TS221

A

1002-6630（2014）21-0005-05

10.7506/spkx1002-6630-201421002

2014-06-30

国家自然科学基金地区科学基金项目（31360390）

石燕（1964—），女，教授，博士，研究方向为微胶囊技术在食品中的应用。E-mail：shiyan@ncu.edu.cn