南極磷蝦油微膠囊的制備

趙鑫鵬，陳京美，王松，苗鈞魁，劉小芳，高華，趙憲勇，冷凱良，*

（1.青島大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)系，山東青島266021；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071）

南極磷蝦油微膠囊的制備

趙鑫鵬1，2，陳京美1，2，王松2，苗鈞魁2，劉小芳2，高華1，趙憲勇2，冷凱良2，*

（1.青島大學(xué)藥學(xué)院藥物化學(xué)系，山東青島266021；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，山東青島266071）

以海藻酸鈉與殼聚糖為壁材，采用銳孔法制備南極磷蝦油微膠囊。以南極磷蝦油微膠囊的包埋率作為指標(biāo)，選取海藻酸鈉溶液濃度、殼聚糖溶液濃度、氯化鈣溶液濃度和芯壁質(zhì)量比4個因素，采用四因素三水平正交試驗確定最佳微膠囊化工藝。結(jié)果得到最佳工藝參數(shù)：海藻酸鈉溶液濃度為1%，殼聚糖溶液濃度為0.5%，氯化鈣溶液濃度為3%，芯壁質(zhì)量比為1∶1，包埋率可達86.45%。

南極磷蝦油；微膠囊；銳孔法

南極磷蝦油是從南極磷蝦（Euphausia superba）中提取的脂質(zhì)，主要成分包括：甘油酯、磷脂、蝦青素、甾醇等；其中磷脂含量可達20.4%～32.7%，極性非磷脂含量占64%～77%，甘油三酯占1.0%～3.2%［1］。同時南極磷蝦油中含有天然的抗氧化劑蝦青素，含量可達100 mg/kg～300 mg/kg［2］；南極磷蝦油中還含有豐富的ω-3系列多不飽和脂肪酸（DHA、EPA），且以磷脂形式存在［3-4］。因此，磷蝦油有著較好的保健功效，具有很大的開發(fā)潛力和廣闊的市場前景。但不飽和脂肪酸極易氧化變質(zhì)，造成磷蝦油品質(zhì)下降，使其開發(fā)受到了限制。

為了南極磷蝦油的開發(fā)和利用，可采用微膠囊化技術(shù)將磷蝦油制備成微膠囊。微膠囊化技術(shù)即將磷蝦油包封在5 μm～200 μm的小膠囊中，形成球狀或者卵狀［5］。使磷蝦油由油狀物轉(zhuǎn)化為粉末狀，既可保護磷蝦油不被氧化，又方便運輸和貯存，同時可以掩蔽令人不愉快的氣味或味道。目前，國內(nèi)制備微膠囊的方法主要有復(fù)合凝聚法［6-8］、銳孔法［9-11］、噴霧干燥法［12-13］等。其中復(fù)合凝聚法在制備過程中需要加入一定的化學(xué)交聯(lián)劑，對芯材品質(zhì)有影響。而噴霧干燥法在制備過程中瞬間溫度可達200℃，對芯材品質(zhì)也有一定影響，而銳孔法相較其他制備方法，反應(yīng)條件溫和，操作簡單。本研究選取海藻酸鈉和殼聚糖為包封壁材，使用銳孔法制備微膠囊，操作簡單可行，對南極磷蝦油綜合利用具有一定的指導(dǎo)意義，可為工業(yè)化生產(chǎn)工藝提供理論參考。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

南極磷蝦油（從南極磷蝦粉提取精制）：黃海水產(chǎn)研究所；海藻酸鈉：青島聚大洋有限公司；殼聚糖（脫乙酰度80%～95%）、氯化鈣：上海國藥集團化學(xué)試劑有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2儀器與設(shè)備

FJ200-SH數(shù)顯高速分散均質(zhì)機：上海標(biāo)本模型廠；FD-1B-50冷凍干燥機：上海比朗儀器有限公司。

1.3微膠囊制備工藝路線

取殼聚糖與氯化鈣混合水溶液置于燒杯中，磁力攪拌；取海藻酸鈉水溶液與精制南極磷蝦油混合，加入乳化劑（吐溫80與司盤80質(zhì)量比為4∶1），高速均質(zhì)（10 000 r/min），形成乳化液，將上述乳化液，以銳孔勻速連續(xù)滴入殼聚糖-氯化鈣水溶液中，靜置，水洗，過濾除去溶液后冷凍干燥。

1.4微膠囊制備工藝參數(shù)的優(yōu)化

分別對乳化劑用量，海藻酸鈉溶液濃度，氯化鈣溶液濃度，殼聚糖溶液濃度濃度，芯壁質(zhì)量比5個因素進行單因素試驗；再選取海藻酸鈉溶液濃度、氯化鈣溶液濃度、殼聚糖溶液濃度濃度、芯壁質(zhì)量比4個因素，作三水平的正交試驗，優(yōu)化微膠囊制備工藝。

1.5微膠囊化評價方法

采用包埋率這一指標(biāo)對南極磷蝦油微膠囊化效果進行評價，公式如下：

總油提取方法［14］：采用堿性乙醚法測定。

表面油提取方法：精確稱取質(zhì)量M（約1 g～2 g）的微膠囊產(chǎn)品，用30 mL乙醚準確浸提1min后，立即抽濾，用20 mL乙醚洗滌濾渣，收集濾液，將濾液真空濃縮即得到表面油，其質(zhì)量記做m（g）。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1乳化劑用量對包埋率的影響

南極磷蝦油微膠囊包埋過程中確定海藻酸鈉溶液濃度為1%、殼聚糖溶液濃度為1%、氯化鈣溶液濃度為1%、芯壁質(zhì)量比為1∶1的條件下，分別考察乳化劑用量為0.5%、1%、1.5%、2%時對包埋率的影響。

圖1　乳化劑添加量對包埋率的影響Fig.1　Effect of emulsifier content on encapsulation efficiencies

從圖1可知，包埋率隨著乳化劑添加量的增加先上升后下降，乳化劑含量為1.5%時，包埋率最高，但乳化劑用量繼續(xù)增加，包埋率出現(xiàn)下降，這是因為乳化劑用量過大，致使乳化液過于黏稠，均質(zhì)效果欠佳，且會影響微膠囊的風(fēng)味，增大成本。故適當(dāng)增大乳化劑用量，利于均質(zhì)，且乳化液均勻。最終選取乳化劑用量為1.5%。

2.1.2海藻酸鈉溶液最佳濃度的確定

南極磷蝦油微膠囊包埋過程中確定殼聚糖溶液濃度為1%、氯化鈣溶液濃度為1%、芯壁質(zhì)量比為1∶1的條件下，分別考察海藻酸鈉溶液濃度為0.5%、1%、2%、3%時，對微膠囊產(chǎn)品的影響。結(jié)果見表1。

表1　海藻酸鈉溶液濃度對微膠囊的影響Table 1　Effect of concentration of sodium alginate on microcapsules properties

由表1可知，適當(dāng)增大海藻酸鈉溶液的濃度可以提高微膠囊的包埋率，因為隨著海藻酸鈉溶液濃度的增大，黏度上升，可將蝦油包裹在其中，乳化效果好。若海藻酸鈉溶液濃度過低，影響乳化效果，導(dǎo)致包埋率下降；但海藻酸鈉溶液濃度過高，導(dǎo)致黏度過大，不利于乳化均質(zhì)，且難以形成均勻的乳液滴，增加成本且對后續(xù)操作產(chǎn)生影響。故選取1%～2%的海藻酸鈉溶液濃度為佳。

2.1.3氯化鈣溶液最佳濃度的確定

南極磷蝦油微膠囊包埋過程中確定海藻酸鈉溶液濃度為1%、殼聚糖溶液濃度為1%、芯壁質(zhì)量比為1∶1的條件下，分別考察氯化鈣溶液濃度為0.5%、1%、2%、3%、5%時，對微膠囊產(chǎn)品的影響。結(jié)果見表2。

表2　氯化鈣溶液濃度對微膠囊的影響Table 2　Effect of concentration of CaCl2on microcapsules properties

由表2可知，增大鈣離子濃度，可以加速海藻酸鈉凝膠珠的形成，減少蝦油的暴露時間，但如果鈣離子濃度過高，會導(dǎo)致殼聚糖包膜難以形成，影響包埋率。且微膠囊的質(zhì)地，也與鈣離子濃度有關(guān)，鈣離子濃度越大，微膠囊越硬，且壁材較厚。

2.1.4殼聚糖溶液最佳濃度的確定

南極磷蝦油微膠囊包埋過程中確定海藻酸鈉溶液濃度為1%、氯化鈣溶液濃度為1%、芯壁質(zhì)量比為1∶1的條件下，分別考察殼聚糖溶液濃度為0.5%、1%、1.5%、2%、3%時，對微膠囊包埋率的影響。結(jié)果見圖2。

圖2　殼聚糖溶液濃度對包埋率的影響Fig.2　Effect of chitosan concentration on encapsulation efficiencies

由圖2可知，增大殼聚糖溶液濃度，微膠囊包埋率先上升后下降。分析可能的原因是：殼聚糖在溶液中顯正電，可以與顯負電的海藻酸鈉產(chǎn)生靜電作用，從而影響了海藻酸鈉與鈣離子形成凝膠珠，使微膠囊成形時間變長，導(dǎo)致包埋率下降。

2.1.5芯壁質(zhì)量比的確定

南極磷蝦油微膠囊包埋過程中確定海藻酸鈉溶液濃度為1%、殼聚糖溶液濃度為1%、氯化鈣溶液濃度為1%的條件下，分別考察芯壁質(zhì)量比為1∶2、1∶1、2∶1、2.5∶1、3∶1時，對微膠囊包埋率的影響。結(jié)果見圖3。

圖3　芯壁質(zhì)量比對包埋率的影響Fig.3　Effect of core/wall mass ratio on encapsulation efficiencies

由圖3可知，芯壁質(zhì)量比的改變會影響包埋率，隨著芯材的增加，包封率下降，微膠囊表面滲油較為明顯。芯材含量的多少從側(cè)面顯示了微膠囊的承載能力［15］，即微膠囊所能包埋蝦油的能力。當(dāng)芯材含量過少時，壁材過厚，造成壁材浪費；當(dāng)芯材含量過多時，壁材難以包裹完全，導(dǎo)致表面油過多，包埋率較差，所以選取芯壁質(zhì)量比1∶1、2∶1為佳。

2.2南極磷蝦油微膠囊制備工藝的優(yōu)化

結(jié)合上述單因素試驗。選取海藻酸鈉溶液濃度，殼聚糖溶液濃度，氯化鈣溶液濃度，芯壁質(zhì)量比這4個因素，采取四因素三水平進行正交試驗，以微膠囊的包埋率作為參考指標(biāo)，分析試驗結(jié)果，得到最佳南極磷蝦油制備工藝。正交設(shè)計見表3。

表3　正交試驗因素水平表Table 3　Factors and levels of orthogonal test

正交試驗結(jié)果及方差分析見表4和表5。

由表4可知，南極磷蝦油微膠囊最佳工藝參數(shù)為A2B1C3D2，即海藻酸鈉溶液濃度1%，殼聚糖溶液濃度0.5%，氯化鈣溶液濃度3%，芯壁質(zhì)量比1∶1。由方差分析可得影響南極磷蝦油微膠囊包埋率的工藝條件的主次順序依次為：海藻酸鈉溶液濃度＞芯壁質(zhì)量比＞殼聚糖溶液濃度＞氯化鈣溶液濃度。從正交試驗結(jié)果及方差分析可以看出，海藻酸鈉溶液濃度對微膠囊包埋率的影響程度最大，因為海藻酸鈉溶液濃度的改變影響了均質(zhì)與乳化效果，與單因素試驗結(jié)果相符合；芯壁質(zhì)量比與氯化鈣溶液濃度對微膠囊包埋率的影響程度居中，適當(dāng)?shù)靥岣咝静暮颗c鈣離子濃度，有利于微膠囊的形成；而殼聚糖溶液濃度對微膠囊包埋率的影響程度最小，使用較少的殼聚糖便可達到較好的包埋效果，也符合單因素試驗結(jié)果。

表4　正交試驗與結(jié)果Table 4　Result of orthogonal test

表5　正交試驗方差分析Table 5　Analysis variance of orthogonal test

2.3驗證試驗

通過上述正交試驗分析得到最佳微膠囊制備工藝進行驗證實驗，制備得到南極磷蝦油微膠囊，產(chǎn)品包埋率可達86.45%。微膠囊產(chǎn)品呈顆粒狀，顆粒大小均一，色澤呈鮮紅，略有蝦腥味，無其他異味。

3　結(jié)論

以海藻酸鈉、殼聚糖為壁材，采用銳孔法制備南極磷蝦油微膠囊，以微膠囊包埋率為主要指標(biāo)，對海藻酸鈉溶液濃度、殼聚糖溶液濃度、氯化鈣溶液濃度、芯壁質(zhì)量比4個因素進行正交優(yōu)化后得到南極磷蝦油微膠囊化的最佳制備工藝：海藻酸鈉溶液濃度1%，殼聚糖溶液濃度0.5%，氯化鈣溶液濃度3%，芯壁質(zhì)量比1∶1。在此條件下，南極磷蝦油微膠囊包封率可達86.45%。通過正交分析，得到工藝條件的主次順序依次為：海藻酸鈉溶液濃度＞芯壁質(zhì)量比＞殼聚糖溶液濃度＞氯化鈣溶液濃度。最終得到產(chǎn)品呈顆粒狀，顆粒大小均一，色澤呈鮮紅，略有蝦腥味，無其他異味。南極磷蝦油的微膠囊化，使其形成穩(wěn)定的固態(tài)，在方便運輸和貯存的同時，還可防止磷蝦油的酸腐變質(zhì)，提高了南極磷蝦油的應(yīng)用價值，使南極磷蝦油擁有更廣泛的開發(fā)利用前景。

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Preparation of the Antarctic Krill Oil Microcapsules by Piercing Method

ZHAO Xin-peng1，2，CHEN Jing-mei1，2，WANG Song2，MIAO Jun-kui2，LIU Xiao-fang2，GAO Hua1，ZHAO Xian-yong2，LENG Kai-liang2，*
（1.Department of Pharmaceutical Chemistry，School of Pharmacy，Qingdao University，Qingdao 266021，Shandong，China；2.Yellow Sea Fisheries Research Institute，Chinese Academy of Fishery Sciences，Qingdao 266071，Shandong，China）

Microencapsulation of krill oil using sodium alginate and chitosan as wall materials by piercing method.Taking encapsulation efficiency as the main evaluating index，the optimum processing conditions of microencapsulation of krill oil by L9（34）orthogonal test were determined as follows：sodium alginate solution con centration 1%，chitosan solution concentration 0.5%，CaCl2solution 3%，core/wall mass ratio 1∶1，and the encapsulation efficiency was 86.45%.

krill oil；microcapsules；piercing method

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.21.019

青島市應(yīng)用基礎(chǔ)研究自主創(chuàng)新計劃項目（15-9-1-113-jch）；農(nóng)業(yè)部南極海洋生物資源開發(fā)利用項目（2016年度）

趙鑫鵬（1991—），男（漢），碩士研究生，研究方向：生物活性成分的改性及修飾應(yīng)用。

冷凱良，男，碩士生導(dǎo)師，研究員。

2015-12-17