一種天然維生素E微囊的制備及其性能表征

孫 昱, 吳 文 忠,, 李 延 志, 陳 劍 彬, 張 春 枝

( 1.大連工業(yè)大學(xué) 生物工程學(xué)院, 遼寧 大連 116034;2.大連醫(yī)諾生物有限公司, 遼寧 大連 116600 )

0 引 言

維生素E又名生育酚或產(chǎn)妊酚,是一種重要的抗氧化劑,也是一種強(qiáng)自由基清除劑。它能夠保護(hù)機(jī)體細(xì)胞的完整性,加強(qiáng)體內(nèi)的免疫反應(yīng),防止心血管疾病,保護(hù)肝臟；還能美化皮膚、抗衰老等[1]。但維生素E為脂溶性維生素,通常狀況下對(duì)酸、熱較穩(wěn)定,但遇堿、遇氧或紫外等條件下都能快速被氧化破壞。同時(shí)由于其不溶于水,因此很難廣泛應(yīng)用于食品、藥品、化妝品等行業(yè)中。

當(dāng)前解決這一問(wèn)題比較成熟的方法是通過(guò)微囊化技術(shù)[2-3]將維生素E包裹到特定的水溶性壁材中,避免維生素E與外界接觸,從而增強(qiáng)了穩(wěn)定性與水溶性,便于保存,因此也大大擴(kuò)展了維生素E的應(yīng)用范圍。目前國(guó)內(nèi)對(duì)微囊化天然維生素E的研究報(bào)道已經(jīng)有很多,而且也比較深入,包埋率能夠達(dá)到90%以上,但是大多數(shù)的研究都是對(duì)天然維E微囊化的工藝技術(shù)[4]進(jìn)行的探討,而對(duì)高包埋率的微囊成品進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)的報(bào)道并不是很多。

本研究選擇合適的壁材[5]及乳化劑[6-7]將天然維生素E微囊化,并將噴霧干燥[8-9]制得的微囊產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)鑒定,最終得到高質(zhì)量的微膠囊產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材 料

90%天然高純度維生素E,純膠(GUM 2000),變性淀粉Hi-cap100,蔗糖,吐溫80，吐溫20，單甘脂(HMS)，蔗糖酯(S1170,S1570)，高壓均質(zhì)機(jī),噴霧干燥塔，高效液相色譜儀,粒度檢測(cè)儀,掃描電子顯微鏡。

1.2 方 法

1.2.1 工 藝

1.2.2 維生素E微囊粉的制備

將壁材和乳化劑按比例加入到一定量的水中并在60 ℃水浴中充分溶解；天然維E同時(shí)加熱到60 ℃后再加到水相中,攪拌20 min后均質(zhì)(40 MPa,2次),制得乳液；將乳液進(jìn)行噴霧干燥得到維E的微囊粉。

1.2.3 微囊粉表面油與總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的測(cè)定

表面油:將一定質(zhì)量的微囊粉用10倍體積的石油醚洗脫,洗脫液過(guò)濾于烘至恒重并稱重后的燒杯中,加熱(105 ℃)將石油醚烘干,并稱重。通過(guò)計(jì)算質(zhì)量差來(lái)計(jì)算表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

總油:將一定質(zhì)量的微囊粉用鹽酸與水的混合液水浴加熱充分反應(yīng)，使微囊完全打開(kāi),再用石油醚將油洗脫出來(lái)置于一烘至恒重并稱重的燒杯中,加熱烘干石油醚并稱重,計(jì)算微膠囊的總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

w1=(m2-m1)/m

式中,w1為樣品表面油或總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)；m為試樣的質(zhì)量；m1為烘干的燒杯的質(zhì)量；m2為烘干石油醚后燒杯與油的總質(zhì)量。

1.2.4 包埋率及含水量的測(cè)定

包埋率:利用以上方法測(cè)定產(chǎn)品總油之后利用下面公式進(jìn)行包埋率的計(jì)算。

w2=(m2-m1)/m3

式中,w2為包埋率；m3為乳液中加入的總油質(zhì)量。

含水量測(cè)定:精確稱量一定質(zhì)量的微囊粉,平鋪于烘干至恒重并稱重后的表面皿中于105 ℃下烘3 h并稱重,計(jì)算微囊粉的含水量。

w3=(m5-m4)/m6

式中,w3為樣品含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)；m6為試樣的質(zhì)量；m4為烘干的表面皿的質(zhì)量；m5為烘干水分后皿與粉的總質(zhì)量。

1.2.5 感官評(píng)價(jià)

對(duì)微囊粉的氣味、色澤、流動(dòng)性等進(jìn)行感官評(píng)價(jià)。

1.2.6 冷水分散性評(píng)價(jià)

稱取1 g樣品倒入250 mL三角瓶中,加入100 mL水,搖勻后靜置30 min,觀察其溶解狀況。

1.2.7 高效液相測(cè)定含量

色譜柱,C18柱；檢測(cè)波長(zhǎng),300 nm；流動(dòng)相,甲醇；體積流量,1.0 mL/min。

精確稱取一定量微囊樣品于容量瓶中,加入部分甲醇后超聲溶解30 min后,再用甲醇定容,過(guò)濾。進(jìn)樣20 μL,進(jìn)行色譜測(cè)定。

1.2.8 復(fù)水乳液的粒徑檢測(cè)

將一定質(zhì)量的微囊粉充分溶于水中,并按一定的濃度梯度稀釋成所需要濃度的乳液,于粒度儀進(jìn)行粒徑檢測(cè)。

1.2.9 微囊粉表面結(jié)構(gòu)觀察

通過(guò)掃描電子顯微鏡對(duì)微膠囊的表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 微膠囊壁材的選擇

選取3種不同的壁材分別與蔗糖進(jìn)行組合,如表1所示，對(duì)噴霧干燥后成品的包埋率進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果表明以純膠與蔗糖為壁材效果最好。

表1 壁材的選擇

2.2 乳化劑的選擇

不同的芯材應(yīng)選擇與其相適合的HLB(親水親油平衡值)以及化學(xué)性質(zhì)的乳化劑,因此選取了幾種不同的乳化劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如表2所示，最終確定選擇蔗糖酯S1570(HLB 15)效果最好。

2.3 天然維E微囊化工藝條件的確定

分別從壁材組成比例、乳化劑加入量、高壓均質(zhì)壓力、噴霧干燥條件4個(gè)方面對(duì)維E微囊化的工藝參數(shù)進(jìn)行選擇,最終確定工藝條件。

2.3.1 最佳壁材比例的選擇

對(duì)壁材的組分比例進(jìn)行選擇，由表3可見(jiàn)，當(dāng)純膠與蔗糖的質(zhì)量比1∶1和3∶2時(shí),產(chǎn)品表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)較高；當(dāng)二者質(zhì)量比為2∶1時(shí)表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低；而質(zhì)量比4∶1時(shí)表面油相對(duì)2∶1時(shí)又略有升高,因此最終可以確定選擇壁材組成比例為2∶1時(shí)最佳。

表3 不同壁材組分的比例對(duì)微膠囊表面油的影響

2.3.2 最佳乳化劑添加量的選擇

理論上講乳化劑使用量越大相對(duì)乳化效果越好,但是使用量太大會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品不穩(wěn)定。所以在相同乳化效果的條件下,乳化劑用量越少越好。對(duì)乳化劑的用量進(jìn)行選擇見(jiàn)表4。

表4 不同乳化劑加入量對(duì)微膠囊表面油的影響

從表4可以看出,選擇不同乳化劑的加入量最終得到產(chǎn)品的表面油差別不大,同時(shí)也沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì),因此選擇常用的乳化劑加入量即0.5%為宜。

2.3.3 高壓均質(zhì)壓力的確定

在制備乳液的過(guò)程中,為了使油相與水相能夠均一的混合,形成穩(wěn)定的乳液,往往要使用高壓均質(zhì)機(jī)進(jìn)行高壓均質(zhì),但是均質(zhì)壓力的高低會(huì)對(duì)乳液的穩(wěn)定性造成一定的影響。表5中所示,當(dāng)均質(zhì)壓力為30與35 MPa時(shí),經(jīng)離心后(2 000 r/min,5 min)觀察乳液上層明顯有分層現(xiàn)象,當(dāng)壓力達(dá)到40 MPa以后,即40、45、50 MPa時(shí),乳液分層現(xiàn)象不明顯,因此均質(zhì)壓力選擇為常用的40～45 MPa即可。

表5 不同均質(zhì)壓力對(duì)乳液的影響

2.3.4 噴霧干燥條件的選擇

噴霧干燥進(jìn)風(fēng)口溫度影響微膠囊干燥的速度,從而影響成囊的穩(wěn)定性。溫度太高導(dǎo)致微囊失水過(guò)快,影響微囊表面的成膜性；溫度太低會(huì)使微囊干燥緩慢,最終使產(chǎn)品含水量較高,流動(dòng)性較差等。出風(fēng)口溫度對(duì)微囊成型也有一定影響,本實(shí)驗(yàn)采用常用出風(fēng)溫度80 ℃。具體結(jié)果見(jiàn)表6。

從表6可以看出,當(dāng)進(jìn)風(fēng)口溫度為170、180與190 ℃時(shí),產(chǎn)品的表面油都在1%以內(nèi),但170 ℃時(shí)產(chǎn)品含水量稍大,因此最終選定進(jìn)風(fēng)口溫度為180～190 ℃,出風(fēng)口溫度為80 ℃。最終結(jié)果表明產(chǎn)品完全能夠達(dá)到要求,因此沒(méi)有對(duì)出風(fēng)口溫度進(jìn)行進(jìn)一步選擇。

2.4 微囊粉的感官評(píng)價(jià)與冷水分散性

實(shí)驗(yàn)最終制得的微膠囊粉末為微棕色,沒(méi)有特殊氣味,流動(dòng)性良好,并且將粉末復(fù)水后能夠得到均一的乳液,沒(méi)有分層或漂油現(xiàn)象,同時(shí)將復(fù)水后的乳液靜置一個(gè)星期仍保持穩(wěn)定,沒(méi)有明顯的分層或漂油現(xiàn)象。

2.5 微囊粉表面油、包埋率、含水量的測(cè)定

以純膠(GUM 2000)與蔗糖為壁材,蔗糖酯S1570(HLB 15)為乳化劑,經(jīng)噴霧干燥制得的微囊粉產(chǎn)品w(表面油)<1%,w(總油)>35%,w(含水)<1%,包埋率>99%,而用其他乳化劑所制得的微囊粉的表面油都較高,包埋率也相對(duì)較低。

2.6 微囊粉的高效液相分析

由圖1可以清晰地看到3處峰值,其中第1個(gè)峰為δ生育酚,中間的峰為γ生育酚同時(shí)包含β生育酚,最后的小峰為α生育酚。經(jīng)過(guò)多次對(duì)比實(shí)驗(yàn),結(jié)果均十分接近,也沒(méi)有出現(xiàn)雜峰,說(shuō)明經(jīng)過(guò)微囊化后的維生素E穩(wěn)定性良好。同時(shí)可以計(jì)算出包埋率都在99%以上。

圖1 天然維生素E微膠囊高效液相分析

2.7 粒徑檢測(cè)分析

從圖2中可以看出復(fù)水后的乳液粒徑都達(dá)到納米水平,其中峰值出現(xiàn)在430 nm左右,并且比例達(dá)到65%以上,雖然粒徑的跨度稍大,但相對(duì)集中,因此可以判斷復(fù)水后乳液的穩(wěn)定性較好。

圖2 微囊粉復(fù)水乳液的粒徑檢測(cè)

2.8 微囊表面微觀結(jié)構(gòu)

如圖3所示,微囊表面完整、光滑,沒(méi)有凹陷,也沒(méi)有裂縫,基本成圓形,說(shuō)明包埋效果十分理想。

圖3 微膠囊表面電鏡結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 論

通過(guò)選擇幾種不同的壁材與乳化劑進(jìn)行天然維生素E的微囊化實(shí)驗(yàn)比較,得到最佳壁材組合為純膠(GUM 2000)與蔗糖,加入質(zhì)量比為2∶1,最佳乳化劑為蔗糖酯S1570(HLB 15),加入量為0.5%,噴霧干燥進(jìn)風(fēng)口溫度180～190 ℃,出風(fēng)口溫度80 ℃。最終制得的微膠囊粉末經(jīng)檢測(cè)表面油、含水量都在1%以內(nèi),總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)在35%以上,包埋率大于99%。微囊粉的流動(dòng)性等各項(xiàng)指標(biāo)都能夠達(dá)到目標(biāo),適合大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

[1] 許時(shí)嬰,張小鳴,夏書(shū)芹,等. 微膠囊技術(shù)原理與應(yīng)用[M]. 北京:化學(xué)工業(yè)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] 湯化鋼,夏文水,袁生良. 維生素E微囊化研究[J]. 食品與機(jī)械, 2005, 21(1):4-6,9.

[5] 張燕萍,李世勇. 變性淀粉作VE微膠囊壁材的研究[J]. 糧食與飼料工業(yè), 2001(6):36-37.

[6] 邱楠,尹紅,陳志榮. 高分子乳化劑對(duì)VE的微乳化研究[J]. 食品科技, 2008(7):164-166.

[7] 豐雋莉,王正武,俞惠新,等. VE的微乳化研究[J]. 食品與機(jī)械, 2006, 22(5):36-39.

[8] 吳克剛,佘綱哲,柴向華. 油脂噴霧干燥微膠囊化的研究[J]. 食品科學(xué), 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.