虾青素微胶囊的工艺进程

◇海南热带海洋学院理学院 王 雨 孙宏元 张文丽 杨 倩 刘 敏 苏小倩

虾青素的结构中存在不稳定的双键，使其容易受到光、热、氧气的影响而分解。虾青素微胶囊不仅解决上述问题，还能提升虾青素的稳定性和水溶性，使虾青素的利用率得到改善。虾青素微胶囊最常使用的方法是喷雾干燥法。通过囊材的选择、囊心物与囊材比例、均质压力与次数、喷雾干燥的进出口温度等工艺参数的优化，可以实现至少90%以上的虾青素包封率。喷雾干燥法制备虾青素微囊，会明显减少虾青素的氧化降解，提高虾青素稳定性近8倍。使用这种方法制备的纳米粒具有操作简单，处理时间短，对设备要求不高，可连续大量生产的优点。

虾青素素有“超级Ve”之称，是目前发现抗氧化能力最强的物质，其抗氧化活性是维生素E的500倍，绿茶多酚的550倍，维生素C的6000倍，葡萄籽的60多倍，具有较大的研究前景，受到研究者的喜爱。但虾青素的结构不稳定，其微溶于油脂，难溶于水，在一些应用领域受到限制。

目前，虾青素发展的限制因素主要是虾青素稳定性、水溶性差、生物利用率低。在国内，截止目前为止仅有湖北一家公司拥有虾青素保健食品生产批号，对于虾青素在医药、保健品、食品方面的研发需进一步提高。因此，综述了近年来喷雾干燥法制备虾青素微胶囊的研究现状，对其不足及应用前景进行了探讨。

1 微胶囊

微胶囊组成如下所示。

微胶囊主要分为两部分：壁材、芯材。在微胶囊中被壁材包裹着的芯材起主要作用。对于芯材的选择是通过其在不同的用途而决定的。壁材可以选择多种高分子材料，但不是随意选择来包埋芯材的，而是要考虑芯材的物理特性[1]与其本身的特性。一般遵循一种规则，芯材与壁材不选用同种亲性的物质，芯材是亲油性物质壁材会选择亲水性物质。在研究虾青素微胶囊化选择壁材多选择纯胶[2]、阿拉伯胶、麦芽糊精、酪蛋白等材料。这些壁材可以达到食品级安全，对于人体具有的伤害可忽略，具有易成膜、粘度大、毒性小等优点。

2 喷雾干燥法

喷雾干燥法制备微胶囊过程如下所示。

制备微胶囊的方法有多种，使用最广泛的方法是喷雾干燥法，通过此方法形成干燥的微胶囊本质上是通过脱水或者是脱溶剂的方法使壁材形成球形包裹着芯材。喷雾干燥法的主要过程首先是将芯材与壁材经过高压均质形成均匀的混合物，然后通过热气流使乳化剂被蒸发，经过干燥最后形成微胶囊。此过程只需要在机器中就可以进行，效率比较高[3]。喷雾干燥法制备微胶囊一般情况下分为三个步骤[4,5]：

（1）配制一定比例的芯材与壁材溶液。

（2）制备性质稳定的乳化液。

（3）喷雾干燥形成微胶囊。

3 喷雾干燥法制备虾青素的影响因素

在制备虾青素微胶囊的过程中主要考虑因素有壁材种类、芯材浓度、芯材与壁材比例、乳化剂种类与配比、进料温度、进风口与出风口温度、高压均质压力与次数、干燥的气流流速。

3.1 喷雾干燥法微胶囊壁材的选择

制备的微胶囊的优劣与壁材的选择有密切地关系，对于微胶囊的制备我们要考虑其溶解性、稳定性、流动性、对于芯材释放速度、制备方法等方面，首先要考虑壁材的选择。

（1）微胶囊壁材的特点。

微胶囊壁材需具有几种特点[6]：①壁材具有较低的粘度以及良好的流动性，可以增加实验过程中的可操控性；②良好的溶解性；③易形成壁，可以完全包裹着芯材；④能够形成稳定的乳化体系；⑤无毒，符合卫生标准，易干燥。

（2）微胶囊壁材的分类。

壁材被分为三大类碳水化合物类、蛋白质类、亲水胶体，碳水化合物类具有低粘度高溶解性的特点，但是乳化能力不佳，成膜会比较困难，比如淀粉、环糊精、麦芽糊精等。一般会选择和乳化能力比较强的蛋白质类复配[7]。胶体类是能够溶解于水中，并且可以水化粘稠的大分子物质[8]，如阿拉伯胶、果胶等，近年来又陆续出现一些新的胶体类型，如葫芦巴胶[9]、刺愧豆胶[10]。蛋白质类具有优良的乳化能力，可以达到稳定的乳状液，如乳清蛋白、明胶、酪蛋白等。

黄文哲[11]通过实验证明以纯胶为主要壁材微胶囊化虾青素可以增加其稳定性与包埋率。其用纯胶与麦芽糊精比例为1:1时作为虾青素壁材，微胶囊产率和效率都相对较高。张艳萍等[12]也通过实验将纯胶与阿拉伯胶作为虾青素微胶囊壁材比较了它们的优缺点，表明纯胶比阿拉伯胶更适合作为壁材。

3.2 不同乳化剂对制备虾青素颗粒的效果

由于虾青素的特性选择乳化剂也需要选择具有特定性质，虾青素是水包油体系因此应选择亲水型乳化剂。黄文哲[13]得出实验结论使用单一的乳化剂对于乳状液的稳定性达不到比较好的效果，选用不同的乳化剂复配对于虾青素的稳定性具有比较好的效果，同时对于虾青素微胶囊产率和效率也有不同影响。

3.3 乳化剂含量对制备虾青素颗粒的影响

乳化剂会快速到达在水油界面，乳化剂含量过低，在水油界面分布的乳化剂不足，使界面的强度较差，进而影响虾青素乳状液稳定性。乳化剂含量提高，对于虾青素微胶囊的稳定性会增加、效率会提高，不过并不是乳化剂含量越多越好，而是有一个比较适合的含量值，不过经过试验得到，乳化剂含量不断升高对于微胶囊化的效率影响并不太大。

3.4 喷雾进风温度的影响

采用喷雾干燥法制备虾青素微胶囊进风温度会比出风温度高，因为进风温度较低时微胶囊中的水分蒸发不充分，不易形成微胶囊，使壁材充分包埋芯材。随着进风温度的不断提高微胶囊的包埋率会先上升后下降，有一个最佳进风温度[14]。经过查阅文献得到最佳进风温度的范围在1500℃～1900℃。当进风温度过高时水分蒸发严重微胶囊会出现裂纹[15]，从而使微胶囊产率与稳定性下降。

3.5 喷雾出风温度的影响

出风温度较高会使壁材更加完整的包裹芯材，使芯材充分被使用，提高利用率。出风温度提高可以使形成的虾青素微胶囊水分含量降低，提高制备微胶囊产品的产率。出风温度过高会使微胶囊开裂，使里面包裹的虾青素暴露出来，影响其稳定性。温度低又容易产生粘壁现象。

3.6 均质压力与均质次数

均质压力的增加对虾青素微胶囊的产率起到促进作用，黄文哲在实验中选择均质压力为30MPa、40MPa、50MPa、60MPa，得到微胶囊的产率与效率在50MPa的均质压力下比较高。均质次数的选择对于微胶囊的形成也有一定的影响，将壁材与芯材混合不停搅拌，制成粗乳，在高压他、下分别均质3、4、5个循环，然后测定不同均质次数下的乳剂粒径，韩卿卿[16]通过相同实验得到高压均质4次效果较好。

4 结语

对于虾青素微胶囊用喷雾干燥法制备得到一些总结：优化制备工艺参数可以制备稳定性良好、利用率高的虾青素微胶囊。选用合适的壁材可以更加完整的包裹虾青素乳化液。使用喷雾干燥法，热干燥制备出的虾青素微胶囊可以达到颗粒粒径较小使虾青素的水溶性得到改善，复溶时间较短。选择合适的乳化剂、增稠剂、均质压力、均质次数对于虾青素制备产率具有较大的影响。