鸡腿菇多糖微胶囊的制备工艺研究

张 梅

鸡腿菇多糖微胶囊的制备工艺研究

张 梅

（闽江学院海洋学院化工系，福建，福州 350108）

在单因素试验基础上，以微胶囊包埋率为考察指标，采用 U10(53) 进行均匀试验设计，对鸡腿菇多糖微胶囊的制备工艺进行优化。试验结果通过二次多项式逐步回归分析，对鸡腿菇多糖微胶囊包埋率影响最大的因素是鸡腿菇多糖的质量分数，制备工艺优化方案为：壳聚糖的质量分数为 1.6 %，海藻酸钠的质量分数为 2.2 %，鸡腿菇多糖的质量分数为 2.0 %。应用优化得到的制备工艺进行验证试验，并将得到的微胶囊进行结构表征，表明微胶囊包埋率较高，成型性良好，热稳定性能得到改善。

鸡腿菇；多糖；微胶囊；均匀设计

鸡腿菇（），又名毛头鬼伞、鸡腿蘑，是一种药食两用的大型真菌，其菇体肉质细腻、味道鲜美、色香味俱全，经常食用有助于增进人体食欲、促进消化、增强人体的免疫力，具有极高的食用价值[1-2]。鸡腿菇同时还具有多种生物功能的药用价值，现代研究也表明鸡腿菇具有益脾胃、助消化、降血糖、抗氧化、抑肿瘤、抗真菌等功效[3-4]。因此，鸡腿菇成为集“天然、营养、保健”三种功能为一体的珍稀食用菌之一，倍受广大消费者的喜爱，是一种极具开发潜力、并有广泛应用前景的食用菌。

目前有关鸡腿菇的提取分离技术、营养价值、药理等研究报道较多。许女等[5]对鸡腿菇多糖的分离纯化、理化性质及抗氧化活性作了较为系统的研究。邹莉等[6]对鸡腿菇营养成分作了较为全面的研究。但鸡腿菇的开发仍然是以粗加工为主，精细加工、深加工产品研究不多，特别是方便食用的营养保健和药品几乎为零。而微胶囊化技术能最大限度地保护被包埋材料原有的性能和生物活性，改善物质的物理性质，提高其稳定性，延长食品的贮存期等，在食品领域有着广泛的用途[7]。本研究以壳聚糖和海藻酸钠为壁材，将芯材鸡腿菇多糖物质包埋，从而保护了微胶囊内的物质活性，提高其稳定性[8]，并对其制备工艺进行优化，旨在为鸡腿菇多糖深加工开发提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 仪器与材料

UVmini-1204 紫外-可见分光光度计，岛津企业管理（中国）有限公司；S-3400N 扫描电子显微镜，日本日立高新技术公司；DZF 6021 真空干燥箱，上海-恒科学仪器有限公司；TG 209 F3 热重分析仪，耐驰科学仪器商贸（上海）有限公司；HJ-4A 数显多头磁力加热搅拌器，常州市金坛区西城新瑞仪器厂。

鸡腿菇多糖粗提取物（70%），西安秋禾生物科技有限公司；壳聚糖、海藻酸钠分析纯，上海迈坤化工有限公司；氯化钙、苯酚等均为分析纯，浓硫酸（98%）、冰醋酸（99%），均为福建华瑞化工有限公司。

1.2 方法

1.2.1 鸡腿菇多糖微胶囊的制备

采用锐孔法[9]制备。称取一定量的壳聚糖溶解于 50 mL的1.0 % 的醋酸溶液中，然后加入一定量的氯化钙，搅拌溶解，使其溶液呈透明胶质状态，得到壳聚糖氯化钙混合溶液。将一定量的海藻酸钠溶于鸡腿菇多糖溶液。取用带 7 号针头的 5 mL 注射器取含鸡腿菇多糖的海藻酸钠溶液 4 mL，缓慢滴加至壳聚糖氯化钙混合溶液中，搅拌0.5 h，静置，过滤，取 2.5 mL 去离子水洗涤微胶囊 2 次，于40℃中进行真空干燥，滤液待测。

1.2.2 鸡腿菇多糖微胶囊包埋率的测定

采用苯酚—硫酸比色法[10]，测定鸡腿菇多糖含量。以葡萄糖为对照品，485 nm 波长处的吸光度为纵坐标，总糖质量浓度为横坐标，绘制葡萄糖标准曲线，得到回归方程=13.956+ 0.0824，² = 0.9904，表明总糖质量浓度在0.01～0.08 mg/m L 范围为内，线性关系良好。鸡腿菇多糖微胶囊包埋率可通过测定鸡腿菇多糖初始溶液和制备微胶囊滤液中的多糖质量，并通过下列公式计算得到。

包埋率=（鸡腿菇多糖初始含量-滤液中鸡腿菇多糖含量）*100% / 鸡腿菇多糖初始含量

1.2.3 单因素试验

以鸡腿菇多糖微胶囊包埋率为指标，在质量分数为3.0 % 氯化钙，质量分数为 2.2 % 海藻酸钠，质量分数为1.6 % 壳聚糖，鸡腿菇多糖质量分数为 2.0 % 的条件下，分别考察氯化钙质量分数（1.0 %、2.0 %、3.0 %、4.0 %、5.0 %、6.0 %），海藻酸钠质量分数（1 %、1.4 %、1.8 %、2.2 %、2.6 %、3.0 %），壳聚糖质量分数（0.4 %、0.8 %、1.2 %、1.6 %、2.0 %、2.4 %），鸡腿菇多糖质量分数（0.5 %、1.0 %、1.5 %、2.0%、2.5 %、3.0 %）对鸡腿菇多糖微胶囊包埋率的影响。

1.2.4 均匀设计试验[11]

在单因素试验的基础上，以鸡腿菇多糖微胶囊包埋率为考察指标，确定了因素水平，即采用壳聚糖质量分数、海藻酸钠质量分数、鸡腿菇多糖质量分数3个主要因素，按3 因素 5 水平均匀设计，并用DPS V7.05 软件优化设计得到U10(53) 均匀设计方案[12]，确定较优化的提取工艺，均匀设计如表1所示。

表1 均匀设计试验因素水平 U(5)

Table 1 Factors and levels of U(5) uniform design

实验号X1：聚糖的质量分数/%X2：海藻酸钠的质量分数/% X3：鸡腿菇多糖质量分数/% 1251 2411 3333 4214 5525 6542 7122 8333 9145 10454

1.2.5 鸡腿菇多糖微胶囊结构表征

1.2.5.1 微胶囊的微观结构

采用 Hitachi S-3400N 扫描电子显微镜（SEM）观察鸡腿菇多糖微胶囊的结构和表观形态，将样品撒在样品台上的导电胶上，并将多余的粉末吹去，在真空条件下对样品喷金，进行SEM观察。

1.2.5.2 微胶囊的热重分析

称取样品 5～10 mg 均匀铺满 DSC 铝盒中，以空白铝盒为对照，以10 ℃/min 的速率从 30 ℃加热至 500 ℃，在氮气的保护下，采用热重分析仪 TG 记录加热过程中的图谱。

2 结果与讨论

2.1 鸡腿菇多糖微胶囊的制备工艺优化

2.1.1 单因素试验分析

2.1.1.1 氯化钙质量分数对微胶囊包埋率的影响

从图 1 可知，鸡腿菇多糖微胶囊的包埋率随着氯化钙的质量分数增高而呈下降趋势。氯化钙质量分数较低时虽然包埋率较高，但因固化效果较差，微胶囊柔软，含水量大，机械强度差，烘干后成扁平状；氯化钙质量分数较高则使微胶囊表面残留大量的氯化钙，壁膜强度增大，微胶囊之间彼此易粘连，经烘干后，微胶囊表面有裂缝。综合微胶囊包埋率和成型性考察，取氯化钙质量分数为3%时，微胶囊的包埋率较高可达到85.14 %，微胶囊成型性好且有弹性。

图1 氯化钙质量分数对微胶囊包埋率的影响

2.1.1.2 壳聚糖质量分数对微胶囊包埋率的影响

从图 2 可知，鸡腿菇多糖微胶囊的包埋率先随壳聚糖的质量分数的上升而上升，当壳聚糖的质量分数为1.6 % 时，包埋率最大为 87.61 %，随着壳聚糖的质量分数的上升而包埋率下降。适合的壳聚糖与海藻酸钠在溶液中能形成聚电解质半透膜，从而限制了多糖从微胶囊内部向溶液扩散，提高了微胶囊的包埋率；而壳聚糖浓度过高，则使溶液粘度增大，微胶囊成型性变差，包埋率下降。因此，壳聚糖质量分数为1.6% 较适宜。

图2 壳聚糖质量分数对微胶囊包埋率的影响

2.1.1.3 海藻酸钠质量分数对微胶囊包埋率的影响

从图 3 可知，鸡腿菇多糖微胶囊的包埋率随着海藻酸钠质量分数的上升而逐渐上升，当海藻酸钠质量分数超过 2.2 % 时，鸡腿菇多糖微胶囊的包埋率则呈下降的趋势。海藻酸钠的质量分数较低时，微胶囊成型较差，海藻酸钠的质量分数过高，则溶液粘度增大，溶液不易从针头挤出，且挤出后易拖尾，不易形成球形。因此，海藻酸钠适宜的质量分数为 2.2 %。

图3 海藻酸钠质量分数对微胶囊包埋率的影响

2.1.1.4 鸡腿菇多糖质量分数对微胶囊包埋率的影响

从图 4 可知，微胶囊包埋率与鸡腿菇多糖质量分数呈正比关系。鸡腿菇多糖质量分数增高，增加了溶液中多糖的浓度，从而提高了微胶囊的载物量，提高了包埋率，当多糖质量分数达到 2.0 %时，包埋率增加不明显，并且高浓度的多糖影响了溶液的粘度，从而影响微胶囊的成型性。考虑节约芯材用量以及成型性问题，选择鸡腿菇多糖质量分数为1.6 %较为适宜。

图4 鸡腿菇多糖质量分数对微胶囊包埋率的影响

2.1.2 均匀设计试验分析

根据U10(53) 均匀设计方案，按表 1 设计的条件对鸡腿菇多糖进行微胶囊制备工艺优化，得出鸡腿菇多糖微胶囊包埋率结果如表 2 所示。

表2 U(5) 均匀设计试验结果

Table 2 Result of U(5) uniform design

实验号壳聚糖的质量分数/%海藻酸钠的质量分数/%鸡腿菇多糖质量分数/%微胶囊包埋率/% 11.23.01.084.9 22.01.41.084.3 31.62.22.088.6 41.21.42.586.5 52.41.83.087.5 62.42.61.585.6 70.81.81.586.2 81.62.22.088.8 90.82.63.087.1 102.03.02.587.5

将表 2 中均匀设计试验结果输入 DPS 分析软件进行二次多项式逐步回归分析，得到回归方程：= 80.1745455 + 1.7690909091X+ 2.7602272727X－0.27651515152X*X－0.3655303030X*X。相关系数= 0.9080，决定系数2= 0.8245，剩余标准差= 0.8369，值= 5.8743，显著性水平值= 0.0395，回归方程在= 0.05 水平上有显著性意义。从回归方程和方差分析表明，鸡腿菇多糖的质量分数对微胶囊包埋率的影响最大，海藻酸钠的质量分数和壳聚糖的质量分数对其影响相对较小。从均匀设计试验结果确定最优制备方案：壳聚糖的质量分数为 1.6 %，海藻酸钠的质量分数为 2.2 %，鸡腿菇多糖的质量分数为 2.0 %。

根据优选出的最佳的鸡腿菇多糖微胶囊制备工艺，平行试验 3 份，观察微胶囊成型情况，并测定包埋率为（88.85 ± 0.43）%，试验验证结果与理论预测结果基本接近，表明工艺优化结果可靠，该制备工艺条件可行、稳定、适用。

2.2 鸡腿菇多糖微胶囊结构表征

2.2.1 微胶囊的微观结构

从图 5-A 可知，鸡腿菇多糖微胶囊的形状基本为球状，结构比较紧密，微胶囊颗粒表面有微小裂痕，但无孔洞，成型效果良好。图 5-B 和图 5-C 为微胶囊截面形貌，截面结构紧实，光滑平整、纹理清晰，微胶囊内部芯材和壁材各物质结合良好。

图5 鸡腿菇多糖微胶囊的扫描电镜图

2.2.2 微胶囊的热重分析

图 6-A 和图6-B 分别为鸡腿菇多糖提取物及其制备的微胶囊的热重分析图，从图6可知，物质在开始阶段失重主要为小分子物质和水分的失重，反应温度升高后，大分子有机物开始分解，物质总重理迅速下降，但两种物质变化的温度有所差别。鸡腿菇多糖提取物和微胶囊在温度达到 120 ℃ 时，失重率分别为3.4 4% 和 7.64 %，80 ～ 120 ℃主要为失水阶段，但微胶囊失水率比多糖提取物高，可能是因为微胶囊干燥不彻底，含水量较高的原因。鸡腿菇多糖提取物在温度为220 ～ 330 ℃范围时，失重速率较快，失重率从12.54 % 降到61.94 %，温度达到500 ℃ 时，残留量只为23.98 %。而微胶囊在温度为230 ～ 300℃范围时，失重速率较快，失重率从12.74 % 降到40.11 %，温度达到500 ℃时，残留量为44.23 %。由此可见，微胶囊大分子开始降解的温度要高于未包埋的多糖提取物的温度，这可能是因为微胶囊的壁材材料起到保护芯材物质的作用，使外界温度对其影响降低。因此，鸡腿菇多糖提取物微胶囊的热稳定性能要优于未包埋的鸡腿菇多糖提取物质。

3 小结

本试验是在单因素试验的结果上，按 3 因素 5 水平进行均匀设计鸡腿菇多糖微胶囊制备工艺试验，并用 DPS 软件进行优化得到U10(53) 均匀设计方案。试验结果表明按均匀设计安排微胶囊制备条件，明显减少了多因素试验的试验次数。二次多项式逐步回归分析表明，对鸡腿菇多糖微胶囊包埋率影响最大的因素是鸡腿菇多糖的质量分数，海藻酸钠的质量分数和壳聚糖的质量分数对其影响相对较小。从均匀设计试验结果确定微胶囊最优制备方案：壳聚糖的质量分数为 1.6 %，海藻酸钠的质量分数为 2.2 %，鸡腿菇多糖的质量分数为 2.0 %。

运用优化条件进行试验验证，微胶囊包埋率结果与理论预测结果基本接近，对制备所得的微胶囊进行 SEM 和 TG 表征分析，显示微胶囊为球状，成型性良好，热稳定性能得到改善，表明经均匀设计优化的微胶囊制备工艺可靠、简便、效果好。

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PREPARATION OFPOLYSACCHARIDE MICROCAPSULE

ZHANG Mei

（Department of Chemical Engineering, Ocean College, Minjiang University, Fuzhou, Fujian 350108, China）

On the basis of single factor experiment, taking the embedding rate of microcapsules as the index, the preparation technology ofpolysaccharide microcapsules was optimized by the U10(53) uniform design. The results showed that the mass fraction of C.polysaccharide was the most important factor affecting the embedding rate by quadratic polynomial stepwise regression analysis. The optimum conditions for the preparation technology were as follows: the mass fraction of chitosan 1.6%, the mass fraction of sodium alginate 2.2 % and the mass fraction of C.polysaccharide 2.0%. The optimized preparation technology was used for validation test, and the structure of the microcapsules was characterized. The results showed that the microcapsules had high embedding rates, good formability and improved thermal stability.

polysaccharide; microcapsule; uniform design

TQ610.4

A

10.3669/j.issn.1674-8085.2021.05.005

1674-8085（2021）05-0019-05

2020-12-20；

2021-03-06

福建省自然科学基金项目(2018J01434)；福州市科技局计划项目(2019-G-54)；国家级大学生创新创业训练计划项目(201910395002)

张 梅(1978-)，女，福建永安人，副教授，博士，主要从事天然产物化学研究(E-mail：zhangmei11@163.com).