月見草油微膠囊的制備及微觀結構分析

石 燕，李如一，王 輝，李 倩，李德俊，涂宗財,2

（1.南昌大學食品學院，食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.江西師范大學 功能有機小分子教育部重點實驗室，江西 南昌 330022）

月見草油微膠囊的制備及微觀結構分析

石 燕1，李如一1，王 輝1，李 倩1，李德俊1，涂宗財1,2

（1.南昌大學食品學院，食品科學與技術國家重點實驗室，江西 南昌 330047；2.江西師范大學 功能有機小分子教育部重點實驗室，江西 南昌 330022）

采用4 種不同的配方通過噴霧干燥技術制備月見草油微膠囊，并對4 種配方制備的月見草油微膠囊的表面油含量、包埋率、粒徑及表面結構進行分析。結果表明：以變性淀粉和麥芽糊精為壁材制備的月見草油微膠囊表面油含量低，包埋率好，粒徑小，顆粒圓，微膠囊表面平整光滑。選用以變性淀粉和麥芽糊精為壁材制備的月見草油微膠囊進行脂肪酸組分及含量的測定，發(fā)現(xiàn)微膠囊化對月見草油的主要功能性成分亞油酸和γ-亞麻油酸的含量基本沒有影響。用N-甲基靛紅酸酐標記此配方中的麥芽糊精，通過激光共聚焦掃描顯微鏡進行斷層掃描觀察微膠囊的內部結構，發(fā)現(xiàn)微膠囊呈球形，單核結構，麥芽糊精在微膠囊壁中均勻分布。

月見草油；微膠囊；性質；脂肪酸；微觀結構

月見草作為油料作物，其種子中富含γ-亞麻油酸（γ-linolenic acid，GLA），被廣泛用作營養(yǎng)和藥用補充劑，具有重要的生物活性[1]。月見草種子的含油率為20%～30%，其中γ-亞麻油酸的含量為7%～10%。γ-亞麻油酸在結構上屬于特殊的ω-6系列必需脂肪酸，它是類花生酸的前體物質，并對白細胞三烯的合成具有抑制作用[2]，研究發(fā)現(xiàn)，γ-亞麻油酸對風濕性關節(jié)炎、過敏性濕疹、心血管疾病、乳房疼痛和經(jīng)前期綜合征均有一定的治療作用[3-4]。

近年來對月見草油的研究越來越多，主要集中在月見草油的提取純化及其功能特性。如Cervera等[5]從月見草油中分離純化出兩種結構性C18不飽和脂肪酸，Montserrat-de la Paz等[6]發(fā)現(xiàn)月見草油能改善纖維肌肉疼痛綜合征。月見草油具有良好的功能特性，但月見草油本身為液體，無法直接添加入普通食品及配方食品中，使得γ-亞麻油酸的功能特性不能被很好地利用，且月見草油中含大量的多不飽和脂肪酸，極易氧化變質，保質期短[7]。為解決此問題，常采用噴霧干燥技術對月見草油進行微膠囊化，使液態(tài)的月見草油變?yōu)楣虘B(tài)粉末。高媛媛[8]、熊華[9]等對月見草油微膠囊的制備進行了研究；周德紅等[7]對月見草油微膠囊粉末油脂在貯存過程中過氧化值的變化進行了研究。但均未研究微膠囊化前后月見草油脂肪酸組分的變化及月見草油微膠囊的內部結構。

目前，微膠囊微觀結構的研究方法主要是環(huán)境掃描電鏡，但其具有一定的缺陷，如：環(huán)境掃描電鏡易得到微膠囊的表面結構，但對微膠囊內部結構的觀察需進行切面處理，會對微膠囊造成一定的損傷[10]。采用激光共聚焦掃描顯微鏡（confocal laser scanning microscope，CLSM）可對樣品進行無損傷內部結構的觀察，并且利用熒光標記技術對樣品中的不同組分進行標記，可清楚地觀察到不同組分在樣品中的分布情況[11-12]。

本實驗選用不同配方通過噴霧干燥技術制備月見草油微膠囊粉末，對微膠囊化前后月見草油中的脂肪酸組分及含量進行分析，觀察功能性脂肪酸如亞油酸、γ-亞麻油酸等在微膠囊化前后的變化情況；并以N-甲基靛紅酸酐為熒光探針標記月見草油微膠囊的壁材麥芽糊精，通過激光共聚焦顯微鏡對月見草油微膠囊的內部結構進行分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

變性淀粉（starch octenylsuccinate，OSA） 實驗室自制；酪朊酸鈉（casein sodium，CAS） 美國Sigma公司；乳清蛋白（whey protein，WP） 鄭州明瑞化工產(chǎn)品有限公司；阿拉伯膠（gum arabic，GA） 天津海濱捷成化工有限公司；麥芽糊精（maltodextrin，MD）西王集團；月見草油 天津寶信國際油脂生物工程有限公司；石油醚、無水乙醇、正己烷（均為分析純） 天津市大茂化學試劑廠；鹽酸（分析純） 西隴化工股份有限公司。

1.2 儀器與設備

Nicomp 380 ZLS 美國PPS公司；Quanta200F環(huán)境掃描顯微鏡 美國FEI公司；蔡司710激光掃描共聚焦顯微鏡 德國Zeiss公司；6890N型氣相色譜儀（配FID檢測器） 美國安捷倫公司；GYB60-6S高壓均質機 上海東華均質機有限公司；MDR.P-5型噴霧干燥機 無錫市現(xiàn)代噴霧干燥設備有限公司；DGG-9140電熱鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器器有限公司；SBH-II循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿有限公司；V-1001旋轉蒸發(fā)儀 上海愛郎儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 月見草油微膠囊制備

按照配方（表1）制備月見草油微膠囊。工藝流程為：壁材溶于60 ℃蒸餾水→加入已溶有乳化劑的月見草油→高壓均質（壓強30 MPa，溫度60 ℃，均質2 次）噴霧干燥（進風溫度180 ℃，出風溫度90～95 ℃，進料速率15 r/min）→月見草油微膠囊。

表1 制備月見草油微膠囊的基本配方Table1 Basic formulation for microencapusulation of evening primrose oil %

1.3.2 表面油含量和包埋率的測定[13]

稱取月見草油微膠囊2 g（精確到0.000 1 g，m0）于錐形瓶中，用 40 mL石油醚浸提 1 min后，用漏斗過濾，再用25 mL石油醚洗滌濾渣，過濾。用烘干至恒質量的平底燒瓶（m1，g）收集濾液，并旋蒸回收濾液中的石油醚，105 ℃烘干至恒質量（m2，g）。分別按公式（1）和（2）計算表面油含量和包埋率。

1.3.3 粒度的測定

將月見草油微膠囊溶于40 ℃溫水中使其形成乳狀液，采用激光粒度儀進行濕法測定。

1.3.4 月見草油及其微膠囊中脂肪酸的組成及含量測定[14]

月見草油微膠囊中油脂的提取采用超聲波振蕩破壁提油。稱取5 g左右的微膠囊置于150 mL錐形瓶中，加入50 mL石油醚，超聲振蕩30 min，過濾，再用20 mL的石油醚洗滌濾渣兩次，最后將濾液50 ℃旋蒸回收石油醚得到油脂。

月見草油甲酯化：取2 mg月見草油，溶解于1.5 mL正己烷中，加入40 μL乙酸甲酯混勻，加入100 μL 0.5 mol/L甲醇鈉甲醇溶液混勻，室溫反應20 min，置于-20 ℃冰箱10 min后取出加入60 μL草酸，離心以去除沉淀，上清液使用無水硫酸鈉進行過濾以吸附水分，用氣相色譜對濾液進行分析。

色譜條件：C P-S i l 8 8熔融石英毛細管柱（100 m×0.25 mm，0.25 μm）；FID溫度：250 ℃，進樣口溫度：250 ℃；程序升溫：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；載氣：N2，流速：1.8 mL/min；壓力：2.4 kPa；進樣量：1.0 μL；不分流。通過樣品圖譜與脂肪酸甲酯標準圖譜對照，采用面積歸一化法確定脂肪酸的相對含量。

1.3.5 環(huán)境掃描電鏡觀察微膠囊形態(tài)

取少量月見草油微膠囊撒在黏有導電膠帶的樣品臺上，并去除多余的微膠囊，放于環(huán)境掃描電鏡的樣品室中，選擇放大倍數(shù)3 000×對樣品進行表面結構的觀察。

1.3.6 激光共聚焦顯微鏡觀察微膠囊的結構

以N-甲基靛紅酸酐標記的麥芽糊精為原料制備的月見草油微膠囊。將此月見草油微膠囊樣品平鋪于載玻片上，在405 nm激發(fā)波長下觀察月見草油微膠囊的內部結構。

2 結果與分析

2.1 不同壁材制備月見草油微膠囊的性質分析

高品質的微膠囊應該具有表面油含量低和包埋率高的特點，這樣壁材才能對油脂起到良好的保護作用[15]，可通過測定月見草油微膠囊的性質來考察不同壁材對油脂的保護效果。由包埋率的計算公式可知，微膠囊表面油的含量與其包埋率呈負相關。由表2可知，OSA-MD（組別1）復合壁材制備的樣品表面油含量最低，包埋率最高，可達85.60%；而OSA-MD-WP（組別3）和OSA-MD-GA（組別4）兩種復合壁材制備的微膠囊表面油含量較高，包埋率均在60%以下。這可能是由于WP和GA具有增稠的作用，使得復合壁材體系的黏度增大，在乳狀液霧化時液滴會受到高壓的作用，被剪切成細小的液滴，破壞了乳狀液的穩(wěn)定性使被包埋的油脂重新暴露，造成微膠囊的表面油含量增加[16]。對比4 種樣品的粒徑和分散系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，以OSA-MD為壁材制備的樣品粒徑和分散系數(shù)最小。其余3 種樣品在粒徑上均無顯著差異（P＞0.05），在分散系數(shù)上以OSA-MD-WP為壁材制備的微膠囊分散系數(shù)最大，其余2 種樣品無顯著性差異（P＞0.05）。乳狀液的粒徑大小和穩(wěn)定性對微膠囊的包埋率具有重要的影響，粒徑小、分散系數(shù)小，說明乳狀液的穩(wěn)定性好，顆粒均一，其微膠囊表面油含量低[17-18]。

表2 不同壁材制備月見草油微膠囊的性質比較Table2 Comparison of characteristics of microencapusulated evening primrose oil with different wall materials

2.2 微膠囊化前后月見草油脂肪酸組分的分析

以OSA-MD為壁材制備月見草油微膠囊，對微膠囊化前后月見草油的脂肪酸組分及相對含量進行比較（圖1、表3）發(fā)現(xiàn)，微膠囊化后的月見草油脂肪酸組分中多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）的相對含量略有下降，單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）的相對含量基本不變，而飽和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）的相對含量略有上升。月見草油中的主要功能性成分，亞油酸和γ-亞麻油酸的含量變化不大。這是由于微膠囊的壁材在噴霧干燥過程中能對油脂起到很好的保護作用，可以有效地防止不飽和脂肪酸在高溫條件下的氧化[19]。同時，由表3可知，月見草油中含量最多的多不飽和脂肪酸是亞油酸，其含量高達50%以上，亞油酸為人體必需脂肪酸，不能在人體內合成，只能通過外界食物攝取，亞油酸具有降低膽固醇和血脂、改善高血壓和人體微循環(huán)、預防心肌梗死等的作用[20]。綜上所述，通過噴霧干燥制備月見草油微膠囊，對月見草油中脂肪酸組分及相對含量影響不大，能較好地保持月見草油本身良好的功能性質。

圖1 微膠囊化前后月見草油脂肪酸圖譜與標準圖譜的對照Fig.1 Comparison of evening primrose oil fatty acids before and after spray drying

表3 微膠囊化前后月見草油脂肪酸的相對含量Table3 Relative amounts of fatty acids in evening primrose oil before and after spray drying

2.3 微膠囊的微觀形態(tài)分析

圖2 4 種復合壁材制備月見草油微膠囊的表面結構（3 000×）Fig.2 Outer structure of microencapsuled evening primrose oil with different wall materials （3 000×）

使用環(huán)境掃描電鏡可以清晰地觀察微膠囊的結構，進而更加直觀地了解不同壁材制備微膠囊的表面結構及其包埋效果。由圖2可知，4 種壁材制備的月見草油微膠囊均為球形，但以OSA-MD為壁材制備的微膠囊最圓（圖2a），且表面平整光滑。以OSA-MD-CAS為壁材制備的微膠囊表面粗糙（圖2b），且有皺褶；以OSA-MD-WP為壁材制備的微膠囊表面凹陷較多（圖2c）；以OSA-MD-GA為壁材制備的微膠囊表面同樣存在皺褶且有孔洞（圖2d）。這是因為噴霧干燥時，壁材由于水分的蒸發(fā)快速固化，因此在冷卻過程中無法平復凹陷和皺褶，嚴重時會形成孔洞[21-22]。且微膠囊表面存在孔洞會導致微膠囊油脂的損失，進而影響其包埋率[23]。4 種配方制備的月見草油微膠囊的表觀形態(tài)與其表面油含量和包埋率的測定結果一致，以OSA-MD為壁材制備的月見草油微膠囊表面最平整光滑，其表面油含量最低，包埋率最好。

由圖3a可知，經(jīng)N-甲基靛紅酸酐標記的麥芽糊精，在CLSM中發(fā)出藍色熒光。微膠囊呈球形，為單核結構，這與同樣以碳水化合物為壁材包埋寶石魚油所得到的微膠囊進行切面處理經(jīng)環(huán)境掃描電鏡觀察得到的結構一致[24]。由圖3b可知，微膠囊壁材集中區(qū)域（2 μm和 10 μm處）熒光強度比較均勻，說明麥芽糊精均勻地分布于微膠囊的壁材上，芯材中不含有麥芽糊精。麥芽糊精本身無乳化性，但它的高濃度水溶液具有較低的黏度，因此麥芽糊精在壁材中主要起填充和增加強度的作用[25]。這使得麥芽糊精可以在整個微膠囊壁上均勻分布。

圖3 激光共聚焦顯微鏡觀察N-甲基靛紅酸酐標記的月見草油微膠囊結構Fig.3 CLSM image of microcapsuled evening primrose oil with N-Methylisatoic anhydride-labeled wall material

3 結 論

選用4 種復合壁材對月見草油進行包埋制備微膠囊，并對月見草油微膠囊的性質及微觀結構進行研究。發(fā)現(xiàn)以OSA-MD為壁材制備的月見草油微膠囊表面油含量最低，包埋率最好；以OSA-MD-CAS為壁材制備的微膠囊的次之，以OSA-MD-WP和OSA-MD-GA為壁材制備的微膠囊較差。并且以OSA-MD為壁材制備的微膠囊乳狀液粒徑小、分散系數(shù)小，說明以OSA-MD為壁材制備的月見草油微膠囊的乳狀液穩(wěn)定性好，粒徑均一。選用以OSA-MD為壁材制備的微膠囊進行脂肪酸組分及含量的測定，結果發(fā)現(xiàn)：微膠囊化前后月見草油中主要功能性成分，多不飽和脂肪酸亞油酸和γ-亞麻油酸的含量基本沒有變化。通過環(huán)境掃描電鏡對月見草油微膠囊表面結構進行觀察發(fā)現(xiàn)4 種復合壁材制備的微膠囊均為球形，且以OSA-MD為壁材制備的微膠囊結構最好，表面平整光滑，無皺褶，無孔洞，其余3 種壁材制備的微膠囊表面均存在缺陷。以N-甲基靛紅酸酐標記月見草油微膠囊壁材中的主要成分麥芽糊精，經(jīng)CLSM進行斷層掃描觀察到微膠囊為單核結構，麥芽糊精在整個微膠囊壁上均勻分布。

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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

國家自然科學基金地區(qū)科學基金項目（31360390）

石燕（1964—），女，教授，博士，研究方向為微膠囊技術在食品中的應用。E-mail：shiyan@ncu.edu.cn