響應(yīng)面法優(yōu)化蝦青素微膠囊制備工藝

胡婷婷，王 茵，吳成業(yè),

（1.福建農(nóng)林大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350002；2.福建省水產(chǎn)研究所，福建 廈門 361013）

蝦青素是一種油溶性色素，有抑制腫瘤發(fā)生、增強(qiáng)免疫力、預(yù)防心血管疾病等多方面的生理功能[1-2]，在食品添加劑、水產(chǎn)養(yǎng)殖、化妝品、保健品和醫(yī)藥工業(yè)方面有廣闊的應(yīng)用前景[3]。它是一種非常強(qiáng)的抗氧化劑，其結(jié)構(gòu)中含有一個(gè)長的共軛不飽和雙鍵，很容易受光、熱、氧等的作用而破壞[4-5]。因此，天然蝦青素水溶性差且易被氧化，限制了其應(yīng)用。采用微膠囊技術(shù)進(jìn)行包埋處理，可將芯材與周圍環(huán)境隔開，有效地保護(hù)天然蝦青素的分子結(jié)構(gòu)，提高其穩(wěn)定性[6]。

噴霧干燥法是微膠囊技術(shù)中最為廣泛應(yīng)用的方法，其工藝簡單、成本低，且物料操作溫度較低，適合熱敏性物質(zhì)的微膠囊化生產(chǎn)[7]。噴霧干燥微膠囊技術(shù)的主要影響因素有：壁材的選擇與芯壁比、乳化工藝、進(jìn)風(fēng)溫度和霧化器進(jìn)料速率等[8]。作為包埋材料的壁材是影響微膠囊特性的重要因素，應(yīng)具有高度溶解性、溶液黏度較低、優(yōu)良的乳化性、成膜性和易干燥等特性[9]。環(huán)糊精在食品中廣泛應(yīng)用于：防揮發(fā)、抗氧化、防光照和熱分解、保護(hù)色素等[10]，其中，羥丙基-β-環(huán)糊精（hydroxypropyl-β-cyclodextrin，HP-β-CD）是β-環(huán)糊精的醚化衍生物，水溶性大大提高，并且具有更高的安全性，使其可以與很多親油性分子形成主客體復(fù)合物，近年來在食品、化工、制藥有廣泛地研究和應(yīng)用[11]。路亞鵬等[12]采用研磨法制備蝦青素-HP-β-CD包合物，發(fā)現(xiàn)包合后蝦青素的穩(wěn)定性有顯著提高。袁超[13]采用溶液法制備蝦青素-HP-β-CD復(fù)合物，可將蝦青素的熱分解溫度至少提高40 ℃，且在常溫環(huán)境中保持穩(wěn)定。目前，涉及β-環(huán)糊精微膠囊的制備方法主要是水溶液沉淀析出法和冷凍干燥法等[14]，很少有采用噴霧干燥法制備β-環(huán)糊精/蝦青素微膠囊的研究技術(shù)報(bào)道。

本研究以分離提純后的蝦青素為芯材，HP-β-CD為主要壁材，麥芽糊精為填充劑，并加入一定比例的蔗糖酯作為乳化劑，探討了采用噴霧干燥法制備蝦青素微膠囊的生產(chǎn)工藝，并通過響應(yīng)面法優(yōu)化蝦青素微膠囊化技術(shù)條件，制備出包埋率高、穩(wěn)定性好的蝦青素微膠囊化產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

蝦青素 從南美白對蝦的蝦殼中用乙醇提取得到，經(jīng)大孔樹脂純化后冷凍干燥備用。

蝦青素標(biāo)品 德國Dr.Ehrenstorfer公司；HP-β-CD山東智源生物科技有限公司；麥芽糊精（DE 16-20）山東西王生化科技有限公司；辛烯基琥珀酸淀粉酯（HICAP100） 廣州華匯生物實(shí)業(yè)有限公司；阿拉伯膠、明膠、HLB 9蔗糖酯 河南金潤食品添加劑有限公司；正己烷、石油醚、丙酮等試劑均為市售分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SY6000小型高速噴霧干燥儀 上海世遠(yuǎn)生物設(shè)備工程有限公司；高速膠體磨 深圳市雷通實(shí)業(yè)有限公司；NDJ8S旋轉(zhuǎn)式黏度測定儀 上海平軒科學(xué)儀器有限公司；IKA磁力攪拌器 上海夏夷實(shí)業(yè)有限公司；BS124S電子分析天平、水分測定儀 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；DKB-501A超級恒溫水槽 上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；756P紫外-可見分光光度計(jì) 上海光譜儀器有限公司；5804R離心機(jī) 德國Eppendorf公司。

1.3 方法

1.3.1 蝦青素微膠囊的制備工藝

壁材、水和乳化劑、芯材→均質(zhì)乳化→乳液噴霧干燥→微膠囊產(chǎn)品

避光，將蝦青素溶于食用酒精中，加入一定量的乳化劑（蔗糖酯）制成芯材溶液，加入事先溶解好的HP-β-CD等壁材溶液，磁力攪拌均勻，得到的混合液經(jīng)膠體磨均質(zhì)乳化，在一定條件下進(jìn)行噴霧干燥，制成蝦青素微膠囊。

1.3.2 蝦青素標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用丙酮-石油醚（體積比為1∶1）溶液溶解蝦青素，通過紫外-可見光分光光度計(jì)在400～600 nm波長范圍內(nèi)掃描，吸收圖譜顯示在477 nm波長處有明顯的吸收峰。配制不同質(zhì)量濃度蝦青素標(biāo)品溶液，分別為0.5、1.0、2.0、3.5、5.0、7.5、10.0 μg/mL。得到回歸方程y=0.300 6x－0.052 1（y為吸光度，x為蝦青素質(zhì)量濃度），R2=0.991 2。

1.3.3 微膠囊化的效果評定

微膠囊化效率和微膠囊化產(chǎn)率是評定微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量非常重要的兩個(gè)指標(biāo)。微膠囊化效率，又稱包埋率，反映的是蝦青素的被包埋程度；微膠囊化產(chǎn)率，反映的是蝦青素微膠囊制備過程中蝦青素的保留率[15]。

微膠囊中蝦青素質(zhì)量濃度的測定[16]：準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品加水20 mL形成均一體系，準(zhǔn)確移取5 mL至100 mL離心管內(nèi)，加入混合溶劑丙酮-石油醚溶液（體積比為1∶1）反復(fù)提取至下層無色，有機(jī)相合并放于錐形瓶內(nèi)，將錐形瓶置水浴上蒸干，復(fù)溶于丙酮-石油醚（體積比為1∶1）溶液，定容至10 mL，于477 nm波長處比色測定，對照標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算蝦青素質(zhì)量濃度。

微膠囊表面蝦青素質(zhì)量濃度的測定[16]：準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品于100 mL離心管中，加入20 mL正己烷，劇烈振蕩1 min，7 000 r/min，25 ℃，離心10 min，取上清液放于錐形瓶內(nèi)，將錐形瓶置水浴上蒸干，復(fù)溶于丙酮-石油醚溶液（體積比為1∶1），定容至10 mL，于477 nm波長處進(jìn)行比色測定，對照標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算蝦青素質(zhì)量濃度。

1.3.4 乳化液穩(wěn)定性的測定

量取100 mL已均質(zhì)完全的乳狀液置于100 mL具塞試管中，40 ℃水浴中放置24 h，記錄游離水層體積V/mL[17]。

1.3.5 乳化液黏度的測定

在25 ℃的條件下使用旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)對乳狀液進(jìn)行黏度測定，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后記錄黏度值[17]。

1.4 膠囊制備工藝優(yōu)化

1.4.1 壁材的選擇

確定壁材總量為80 g，選取HP-β-CD、辛烯基琥珀酸淀粉酯（HI-CAP100）、麥芽糊精、明膠、阿拉伯膠5 種壁材，HI-CAP100與HP-β-CD、HI-CAP100與麥芽糊精、HP-β-CD與麥芽糊精、HP-β-CD與明膠、HP-β-CD與阿拉伯膠均按質(zhì)量比3∶1的比例進(jìn)行復(fù)配，其中蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%、蔗糖酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%（均以壁材總量計(jì)），加入蒸餾水使壁材質(zhì)量濃度為0.20 g/mL，噴霧時(shí)調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃、進(jìn)樣量6 mL/min，以乳液穩(wěn)定性、黏度、微膠囊包埋率等為指標(biāo)評價(jià)復(fù)配效果，綜合確定最佳微膠囊壁材。

1.4.2 單因素試驗(yàn)

以1.3.1節(jié)中獲得的蝦青素微膠囊最佳壁材為原料，選取壁材比例（HP-β-CD與麥芽糊精質(zhì)量比分別為1∶1、2∶1、3∶1、4∶1），壁材質(zhì)量濃度（0.15、0.20、0.25、0.30g/mL），蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1%、1.5%、2%、2.5%、3%），蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)（2%、3%、4%、5%、6%），噴霧進(jìn)風(fēng)溫度（150、160、170、180、190 ℃）作為試驗(yàn)因素，綜合分析各個(gè)因素對乳液穩(wěn)定性、黏度和微膠囊產(chǎn)率、包埋率、產(chǎn)品含水量等的影響。

1.4.3 響應(yīng)面法優(yōu)化蝦青素微膠囊工藝試驗(yàn)

為確定蝦青素微膠囊的最佳工藝條件，在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)，選取壁材比例（HP-β-CD∶麥芽糊精）（A）、壁材質(zhì)量濃度（B）、蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）3 個(gè)對響應(yīng)值（包埋率）有顯著性影響的因子作為試驗(yàn)因素，以包埋率（Y）作為輸出指標(biāo)。將單因素選出來的最佳值定位0水平，因素水平編碼表如表1所示。

1.4.4 數(shù)據(jù)分析

單因素試驗(yàn)數(shù)據(jù)應(yīng)用SPSS 17.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行分析。響應(yīng)面試驗(yàn)的數(shù)據(jù)通過Design-Expert 8.0.6分析軟件進(jìn)行回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壁材復(fù)配制備蝦青素微膠囊的包埋效果比較

壁材的組成決定了微膠囊產(chǎn)品的一些重要性能，如溶解性、流動(dòng)性、緩釋性等[18]。合適的壁材是微膠囊化處理的關(guān)鍵，常用的壁材主要有碳水化合物類（變性淀粉、環(huán)糊精、麥芽糊精等）、親水膠體類（阿拉伯膠、黃原膠等）、蛋白質(zhì)類（明膠、大豆分離蛋白等）[19]。在實(shí)際應(yīng)用中，單一的壁材無法達(dá)到理想的包埋效果，因此，一般選擇2 種及以上的壁材復(fù)配[20]。本實(shí)驗(yàn)選擇這3 類中具有代表性的物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，包埋效果如表2所示。數(shù)據(jù)顯示，不同壁材的復(fù)配對微膠囊包埋率造成直接影響，選用HP-β-CD與麥芽糊精壁材復(fù)配制備得到的微膠囊包埋率最高，HI-CAP100與HP-β-CD壁材復(fù)配制備的微膠囊包埋率次之，HP-β-CD與明膠、HP-β-CD與阿拉伯膠復(fù)配的效果差。這是因?yàn)镠P-β-CD與麥芽糊精復(fù)配的乳液穩(wěn)定性最高（100%）且黏度最低（6.3 mPa·s），微膠囊品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵就是噴霧前能否形成穩(wěn)定的乳化體系[21]，穩(wěn)定性好保證了芯材均勻的分散在壁材中，使得微膠囊包埋率高；黏度低說明其具有良好的流動(dòng)性，這樣才有利于噴霧干燥的順利進(jìn)行。HP-β-CD與明膠協(xié)調(diào)性不好，乳狀液的穩(wěn)定性僅為33%，且黏度過高，導(dǎo)致微膠囊包埋率低。HP-β-CD易溶于水且在高濃度時(shí)具有較低的黏度，符合微膠囊壁材“高濃低黏”的性質(zhì)。綜上所述，選擇HP-β-CD和麥芽糊精復(fù)配作為制備蝦青素微膠囊的壁材。

表2 幾種壁材復(fù)配的包埋效果比較Table 2 Comparison of microencapsulation efficiency with different proportions of HP-β-CD to maltodextrin

2.2 蝦青素微膠囊化工藝的單因素試驗(yàn)

2.2.1 壁材成分配比對微膠囊包埋效果的影響

表3 壁材成分配比對蝦青素微膠囊包埋效果的影響Table 3 Effect of proportion of HP-β-CD to maltodextrin on microencapsulation efficiency

從表3可以看出，HP-β-CD與麥芽糊精以一定的比例混合，其乳液穩(wěn)定性都達(dá)到100%。乳液黏度隨HP-β-CD比例的增加先減小，在3∶1時(shí)達(dá)到最小值6.3 mPa·s后略有增加。不同HP-β-CD與麥芽糊精的配比，對微膠囊包埋率影響顯著，包埋率隨著HP-β-CD比例的增大呈先上升后下降的趨勢，當(dāng)HP-β-CD與麥芽糊精比例在3∶1時(shí)，包埋率達(dá)到最大值94.12%，這是由于環(huán)糊精具有包合作用，當(dāng)增大到4∶1時(shí)，包埋率降低了9.07%，這可能跟乳液黏度增加有一定的關(guān)系。綜上所述，HP-β-CD與麥芽糊精壁材比例在3∶1時(shí)乳液黏度最低且包埋率最高，因此選擇壁材比例3∶1左右為宜。

2.2.2 壁材質(zhì)量濃度對微膠囊包埋效果的影響

表4數(shù)據(jù)顯示，不同壁材質(zhì)量濃度下獲得的乳液穩(wěn)定性均達(dá)到100%，乳液黏度隨壁材質(zhì)量濃度的增加呈上升趨勢，不同的壁材質(zhì)量濃度，對微膠囊包埋率影響顯著，在一定范圍內(nèi)包埋率隨壁材質(zhì)量濃度的增加先上升后下降，當(dāng)壁材質(zhì)量濃度為0.20 g/mL時(shí)，包埋率最高，達(dá)94.76%。由于壁材質(zhì)量濃度適當(dāng)增加，乳狀液黏度相應(yīng)增加，一方面減少液滴在干燥過程中內(nèi)部的漩渦流動(dòng)，表面固化速度加快[15]；另一方面，有利于蝦青素與壁材的接觸，在噴霧過程時(shí)液滴中壁材更容易成膜，且相對減少芯材向囊壁表面的擴(kuò)散遷移，有利于包埋率的提高。但當(dāng)壁材質(zhì)量濃度過大時(shí)，乳液黏度大，噴霧過程中水分蒸發(fā)速度受到影響，液滴表面脫水太慢，粒子易于黏附聚結(jié)，噴霧時(shí)易于出現(xiàn)黏壁現(xiàn)象，影響微膠囊化產(chǎn)率。綜上所述，當(dāng)壁材質(zhì)量濃度在0.20 g/mL 時(shí)，包埋率高且乳液黏度較低，適合噴霧，因此選擇壁材質(zhì)量濃度在0.20 g/mL左右。

表4 壁材質(zhì)量濃度對蝦青素微膠囊包埋效果的影響Table 4 Effect of wall material concentration on microencapsulation efficiency

2.2.3 蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對微膠囊包埋效果的影響

表5 蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對蝦青素微膠囊包埋效果的影響Table 5 Effect of sucrose ester concentration on microencapsulation efficiency

由表5可以看出，不同蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)制得的乳液穩(wěn)定性好均達(dá)到100%，乳液黏度隨著蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加呈上升趨勢。蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對微膠囊包埋率影響顯著，包埋率隨蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加先上升后下降，當(dāng)蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)，包埋率最大，達(dá)98.61%。這可能是因?yàn)樽鳛槿榛瘎┑恼崽酋ズ啃∮?.0%時(shí)，在油-水界面吸附較少，界面膜強(qiáng)度較差，在噴霧過程中，高溫致使水分快速蒸發(fā)，易引起乳狀液性質(zhì)的改變，而隨著蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，提高了乳狀液在噴霧過程中的穩(wěn)定性，包埋率隨之相應(yīng)的增加。但當(dāng)蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)3%時(shí)，體系黏度較高，不利于噴霧干燥過程中的閃蒸脫水，囊壁不能快速形成，從而導(dǎo)致包埋率有所下降。綜上所述，當(dāng)蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.0%時(shí)，包埋率高、乳液黏度低且乳液穩(wěn)定性好，適合噴霧，故選擇蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%左右為宜。

2.2.4 蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對微膠囊包埋效果的影響

由表6可看出，蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對乳液穩(wěn)定性無顯著影響，都達(dá)到100%，而微膠囊產(chǎn)率和包埋率隨著蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加均呈先上升后下降的趨勢，均在添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%時(shí)達(dá)到最大值，分別為98.64%、62.32%。微膠囊產(chǎn)品在保證較高包埋率的情況下都期望得到較高的含油量，當(dāng)蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%、3%、4%時(shí)，對微膠囊包埋率影響無顯著性差異，而繼續(xù)增加蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)包埋率則有顯著的下降，這會(huì)造成蝦青素的浪費(fèi)，故選擇蝦青素的添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%為最佳工藝參數(shù)。

表6 蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對蝦青素微膠囊包埋效果的影響Table 6 Effect of astaxanthin concentration on microencapsulation efficiency

2.2.5 噴霧進(jìn)風(fēng)溫度對微膠囊包埋效果的影響

表7 噴霧進(jìn)風(fēng)溫度對蝦青素微膠囊包埋效果的影響Table 7 Effect of spray air inlet temperature on microencapsulation efficiency

由表7可以看出，隨著噴霧進(jìn)風(fēng)溫度的升高，微膠囊產(chǎn)品的水分含量隨之降低，包埋率和產(chǎn)率均呈先上升后下降的趨勢。當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度為170 ℃時(shí)，微膠囊的包埋率和產(chǎn)率均達(dá)到最大值97.28%、71.13%。這是因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)溫度較低時(shí)，微膠囊中水分蒸發(fā)不完全，水分含量高，隨著噴霧進(jìn)風(fēng)溫度的增加，蝦青素的穩(wěn)定性隨之減弱，且水分蒸發(fā)過度，囊壁容易出現(xiàn)裂紋[22]，使芯材與外界接觸的機(jī)會(huì)增加，導(dǎo)致微膠囊產(chǎn)率降低，穩(wěn)定性不佳。綜合考慮微膠囊的含水率、產(chǎn)率及包埋率，選擇噴霧溫度在170 ℃適合。

2.3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 試驗(yàn)結(jié)果與方差分析

采用Box-Behnken設(shè)計(jì)響應(yīng)面法優(yōu)化噴霧干燥制備蝦青素微膠囊的工藝條件，在噴霧進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃、進(jìn)樣量6 mL/min的條件下，以蝦青素包埋率為響應(yīng)值，對壁材比例、壁材質(zhì)量濃度及蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)這3 個(gè)影響因子進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果如表8所示。

通過回歸分析，得到各個(gè)因素與蝦青素微膠囊包埋率之間的多元二次回歸編碼模型方程：Y=95.63－1.31A＋0.97B＋1.10C－0.07AB－1.41AC－1.67BC－5.26A2－3.06B2－3.63C2。從編碼方程一次項(xiàng)回歸系數(shù)絕對值的大小可以得到各影響因子對響應(yīng)值的影響程度依次為：壁材比例（A）＞蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）＞壁材質(zhì)量濃度（B）。

表8 響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案與試驗(yàn)結(jié)果Table 8 The response surface designs with experimental results

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果建立得到蝦青素微膠囊的包埋率Y與A、B、C的二次回歸實(shí)際模型方程為：Y=－73.57＋24.85A＋6.46B＋65.16C－0.013AB＋2.83AC－0.67BC－5.26A2－0.122B2－14.53C2。為檢驗(yàn)方程的有效性，進(jìn)一步對其進(jìn)行方差分析及模型分析，結(jié)果見表9。

表9 回歸模型的方差分析表Table 9 ANOVA for the regression model

表10 模型數(shù)據(jù)分析Table 10 Statistical parameters of the regression model

在本實(shí)驗(yàn)中，模型顯著性檢驗(yàn)P＜0.01，表明該模型具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中一次項(xiàng)A、B、C與二次項(xiàng)A2、B2、C2及交互項(xiàng)AC、BC對蝦青素微膠囊包埋率的影響極其顯著（P＜0.01）；經(jīng)失擬項(xiàng)檢驗(yàn)，P值為0.200 4＞0.05，表明失擬項(xiàng)不顯著，回歸方程與實(shí)驗(yàn)擬合程度好；校正系數(shù)為0.981 9＞0.80，變異系數(shù)（CV）為0.59%，說明該模型只有1.81%的變異不能由該模型解釋?？梢娔Ｐ蛿M合程度好，可用來對蝦青素微膠囊工藝過程進(jìn)行初步分析和預(yù)測。

2.3.2 各因素間對蝦青素微膠囊包埋率交互作用的響應(yīng)面分析

根據(jù)回歸方程，對壁材比例、壁材質(zhì)量濃度、進(jìn)風(fēng)溫度3 個(gè)因子的交互作用進(jìn)行分析，分別得到各因素交互作用關(guān)系的響應(yīng)面圖和等高線圖。

圖1 Y=f（A，B）的響應(yīng)面圖與等高線圖Fig.1 Response surface and contour plots of Y =f (A, B)

由圖1可以看出，當(dāng)壁材比例一定時(shí)，隨著壁材質(zhì)量濃度的增大，包埋率增大，隨后逐漸減小。當(dāng)壁材質(zhì)量濃度一定時(shí)，隨著壁材比例的增大，包埋率迅速增大，達(dá)到最大值后又迅速減小。等高線圖接近圓形，說明壁材比例和壁材質(zhì)量濃度的交互作用不顯著。

由圖2可以看出，當(dāng)壁材比例一定時(shí)，隨著蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，包埋率迅速增大，隨后逐漸減小。當(dāng)蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時(shí)，隨著壁材比例的增大，包埋率迅速增大，達(dá)到最大值后又迅速減小。等高線圖呈橢圓形，說明壁材比例和乳液質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交互作用顯著。

圖2 Y=f（A，C）的響應(yīng)面圖與等高線圖Fig.2 Response surface and contour plots of Y =f (A, C)

圖3 Y=f（B，C）的響應(yīng)面圖與等高線圖Fig.3 Response surface and contour plots of Y =f (B, C)

由圖3可以看出，當(dāng)壁材比例一定時(shí)，壁材質(zhì)量濃度和蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)對包埋率的影響有著相同的變化趨勢，包埋率均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。當(dāng)兩者的編碼值均處于中間水平時(shí)，包埋率可以取得最大值。等高線圖呈橢圓形，說明壁材質(zhì)量濃度和蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)的交互作用顯著。

2.3.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過數(shù)學(xué)模型對蝦青素微膠囊的響應(yīng)面分析，得到最優(yōu)工藝參數(shù)，即m（HP-β-CD）∶m（麥芽糊精）=2.89∶1，壁材質(zhì)量濃度為0.206 6 g/mL，蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.05%時(shí)，微膠囊包埋率為95.82%?？紤]到實(shí)際操作的問題，將最佳工藝參數(shù)修改為m（HP-β-CD）∶m（麥芽糊精）=2.9∶1，壁材質(zhì)量濃度為0.21 g/mL，蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)，按照此條件，對預(yù)測值進(jìn)行3次重復(fù)性驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到平均包埋率為95.31%，預(yù)測值與實(shí)際值接近，響應(yīng)面得到的最佳工藝參數(shù)可靠。且在最佳工藝條件下，制備的蝦青素微膠囊溶解度94.82%；在25 ℃有氧避光條件下，晶體蝦青素的降解明顯快于微膠囊蝦青素，28 d后其保留率分別為25%和82%。這說明蝦青素微膠囊化可有效防止蝦青素的降解作用，從而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

3 結(jié) 論

通過單因素試驗(yàn)初步分析蝦青素噴霧干燥微膠囊工藝技術(shù)的條件影響，在此基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)，以蝦青素微膠囊包埋率為響應(yīng)值，以壁材比例、壁材質(zhì)量濃度、蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)3 個(gè)因素為響應(yīng)因子建立二次回歸實(shí)際方程模型。經(jīng)檢驗(yàn)該方程擬合較好，可真實(shí)地反應(yīng)蝦青素微膠囊包埋率變化的動(dòng)態(tài)過程，同時(shí)可預(yù)測其理論值。

依據(jù)二次回歸模型，確定了蝦青素微膠囊化的最佳工藝條件：m（HP-β-CD）∶m（麥芽糊精）=2.9∶1，壁材質(zhì)量濃度0.21 g/mL，蔗糖酯添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%，蝦青素添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)4%，噴霧進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃，在該條件下蝦青素微膠囊包埋率為95.31%。

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