殼聚糖甘油二酯微乳液的制備、表征及穩(wěn)定性研究

錢 宇，汪慧超，薛秀恒

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶與食品科技學(xué)院，安徽省農(nóng)產(chǎn)品加工工程實驗室，合肥230036)

油脂化學(xué)

殼聚糖甘油二酯微乳液的制備、表征及穩(wěn)定性研究

錢 宇，汪慧超，薛秀恒

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 茶與食品科技學(xué)院，安徽省農(nóng)產(chǎn)品加工工程實驗室，合肥230036)

以殼聚糖為壁材制備殼聚糖甘油二酯微乳液，在單因素試驗基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面試驗優(yōu)化制備條件，并對殼聚糖甘油二酯微乳液的表面性質(zhì)與溫度穩(wěn)定性、貯藏穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性進行了研究。結(jié)果表明，殼聚糖甘油二酯微乳液最佳制備工藝條件為：殼聚糖質(zhì)量濃度3.44 mg/mL，三聚磷酸鈉(TPP)質(zhì)量濃度1.5 mg/mL，殼聚糖與1,3-甘油二酯乳脂質(zhì)量比1∶2.79，殼聚糖溶液與TPP溶液體積比2∶1。在最佳制備工藝條件下，所制備的殼聚糖甘油二酯微乳液包埋率為66.53%，粒子分布均勻，粒徑可達93.7 nm；殼聚糖甘油二酯微乳液有明顯的殼核結(jié)構(gòu)；殼聚糖甘油二酯微乳液在20～70 ℃的范圍內(nèi)有相對較好的穩(wěn)定性，最佳貯藏溫度為4℃，且包被很好地延緩了1,3-甘油二酯乳脂的氧化。

殼聚糖；甘油二酯；微乳液；溫度穩(wěn)定性；貯藏穩(wěn)定性；氧化穩(wěn)定性

甘油二酯具有兩種不同的異構(gòu)體，分別是 1,2-甘油二酯和1,3-甘油二酯。在普通油脂的生理代謝中，主要以1,2-甘油二酯的形式存在?，F(xiàn)有研究顯示，1,3-甘油二酯具有一定的功能性，主要體現(xiàn)在降低血脂、緩解糖尿病、降低食欲等方面。在美國，1,3-甘油二酯作為食品材料已經(jīng)通過FDA的許可，在日本，1,3-甘油二酯也被允許作為烹調(diào)用油進行食用[1-5]。

但是甘油二酯極易被氧化，存放過程中容易使其活性降低。因此，利用包被、微膠囊、微乳化等技術(shù)對其進行處理，可以避免活性下降，提高其生物利用價值[6-8]。目前，可用作微乳液包被的壁材有很多種，其中殼聚糖是自然界唯一帶陽離子的天然活性多糖，來源豐富、天然無毒、生物相容性好，與其他合成高分子材料有著不可比擬的優(yōu)勢。且殼聚糖與人體細胞有良好的親和性，無排斥反應(yīng)[9-13]。

本研究采用帶正電荷的殼聚糖為壁材，對 1,3-甘油二酯乳脂進行包被處理，并對所制備的殼聚糖甘油二酯微乳液的表面性質(zhì)與溫度穩(wěn)定性、貯藏穩(wěn)定性、氧化穩(wěn)定性進行了研究，以期為甘油二酯的深加工奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

低相對分子質(zhì)量殼聚糖，浙江金殼藥業(yè)有限公司；乙酸(分析純)；吐溫-80(分析純)；三聚磷酸鈉(TPP)；二氯甲烷(分析純)；1,3-甘油二酯乳脂，實驗室自制；正己烷(色譜純)，異丙醇(色譜純)，亞甲基藍。

JA2103電子天平；DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；HH-S恒溫水浴鍋；HG303-3恒溫培養(yǎng)箱；1525系列高效液相色譜儀，美國Waters公司；2414示差折光檢測器，美國Waters公司；Zeta電位及納米粒度測定儀，英國Malvern公司；OXITEST油脂氧化分析儀，意大利VELP公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 殼聚糖甘油二酯微乳液的制備

參照Calvo等[14]和Hosseini等[15]制備殼聚糖納米粒的方法并做改進，利用離子交聯(lián)原理結(jié)合O/W 乳液的方法制備殼聚糖甘油二酯微乳液。稱取一定量的殼聚糖(CS)，用1%醋酸溶液在20 ℃條件下過夜攪拌，得殼聚糖溶液，向其中加入1%吐溫-80(HLB 15.9)，60 ℃加熱2 h。稱取一定量的1,3-甘油二酯乳脂(DG)，溶于2 mL二氯甲烷，得油相，將其緩慢逐滴加到水相的CS溶液中，20℃溫和攪拌30 min，得O/W乳液。再向其中逐滴加入TPP溶液，于20 ℃溫和攪拌30 min，即得殼聚糖甘油二酯微乳液。

1.2.2 殼聚糖甘油二酯微乳液的質(zhì)量評價

1.2.2.1 包埋率的測定

通過高效液相色譜法測定甘油二酯乳脂的含量[16]。

表面油的提?。喝≈苽浜玫臍ぞ厶歉视投ノ⑷橐海尤胝和?異丙醇(15∶1)，反復(fù)萃取后合并有機相并定容，用高效液相色譜測定甘油二酯乳脂含量。

總油的提?。簩⒅苽浜玫臍ぞ厶歉视投ノ⑷橐喝橐涸诔暡毎扑閮x中破乳后，加入正己烷-異丙醇(15∶1)，反復(fù)萃取后合并有機相并定容，用高效液相色譜測定甘油二酯乳脂含量。

包埋率按下式計算：

1.2.2.2 粒徑及表面電位的測定

通過Zeta電位及納米粒度測定儀測定。

1.2.3 透射電鏡觀察

將殼聚糖溶液與殼聚糖甘油二酯微乳液分別滴加到銅網(wǎng)上，用1%磷鎢酸負(fù)染色，室溫下自然干燥，然后置于透射電鏡儀上觀察。

1.2.4 穩(wěn)定性試驗

1.2.4.1 溫度穩(wěn)定性

將殼聚糖甘油二酯微乳液置于20、30、40、50、60、70、80、90 ℃的環(huán)境中，分別加熱30 min，室溫靜置12 h，測定甘油二酯乳脂含量，計算包埋率。

1.2.4.2 貯藏穩(wěn)定性

將殼聚糖甘油二酯微乳液置于不同的貯藏溫度(4、25、37 ℃)，30 d內(nèi)每隔5 d測定甘油二酯乳脂含量，計算包埋率。

1.2.4.3 氧化穩(wěn)定性

使用油脂氧化分析儀對殼聚糖甘油二酯微乳液及1,3-甘油二酯乳脂進行分析。壓力為0.6 MPa、溫度為110℃，觀察二者的氧化穩(wěn)定性。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 殼聚糖質(zhì)量濃度的確定

在TPP質(zhì)量濃度1.5 mg/mL、CS與DG質(zhì)量比1∶2、CS溶液與TPP溶液體積比2∶1的條件下，研究殼聚糖質(zhì)量濃度對微乳液包埋率及粒徑的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 殼聚糖質(zhì)量濃度對包埋率及粒徑的影響

從圖1可以看出，隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增加，微乳液的包埋率先增加后減小，而粒徑則先減小后增加。在殼聚糖質(zhì)量濃度為5 mg/mL時，微乳液的包埋率達到最大值。而殼聚糖質(zhì)量濃度為7 mg/mL時，微乳液粒徑達到最小值，但與殼聚糖質(zhì)量濃度為5 mg/mL時的粒徑相差不大。因此，選擇最佳殼聚糖質(zhì)量濃度為5 mg/mL。

2.1.2 TPP質(zhì)量濃度的確定

在殼聚糖質(zhì)量濃度5 mg/mL、CS與DG質(zhì)量比1∶2、CS溶液與TPP溶液體積比2∶1的條件下，研究TPP質(zhì)量濃度對微乳液包埋率及粒徑的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 TPP質(zhì)量濃度對包埋率及粒徑的影響

從圖2可以看出，隨著TPP質(zhì)量濃度的增加，微乳液的包埋率先增加后減小，而粒徑則先減小后增加，在TPP質(zhì)量濃度為1.5 mg/mL時，微乳液的包埋率達到最大值，粒徑達到最小值。因此，選擇最佳TPP質(zhì)量濃度為1.5 mg/mL。

2.1.3 CS與DG質(zhì)量比的確定

在殼聚糖質(zhì)量濃度5 mg/mL、TPP質(zhì)量濃度1.5 mg/mL、CS溶液與TPP溶液體積比2∶1的條件下，研究CS與DG質(zhì)量比對微乳液包埋率及粒徑的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 CS與DG質(zhì)量比對包埋率及粒徑的影響

從圖3可以看出，隨著CS與DG質(zhì)量比的增加，微乳液的包埋率呈先增加后減小的趨勢，在CS與DG質(zhì)量比為1∶2時，微乳液的包埋率達到最大值。而隨著CS與DG質(zhì)量比的繼續(xù)增加，微乳液的粒徑逐漸增加，在CS與DG的質(zhì)量比為1∶1及1∶2時，微乳液的粒徑都較小。因此，選擇最佳CS與DG質(zhì)量比為1∶2。

2.1.4 CS溶液與TPP溶液體積比的確定

在殼聚糖質(zhì)量濃度5 mg/mL、TPP質(zhì)量濃度1.5 mg/mL、CS與DG質(zhì)量比1∶2的條件下，研究CS溶液與TPP溶液體積比對微乳液包埋率及粒徑的影響，結(jié)果如圖4所示。

圖4 CS溶液與TPP溶液體積比對包埋率及粒徑的影響

從圖4可以看出，隨著CS溶液與TPP溶液體積比的增加，微乳液的包埋率呈先增加后減小的趨勢，在CS溶液與TPP溶液體積比為2∶1時，微乳液的包埋率達到最大值。隨著CS溶液與TPP溶液體積比的增加，微乳液的粒徑則呈先減小后增加的趨勢，在體積比為1∶1時，微乳液粒徑達最小值，但較2∶1時粒徑相差不大。因此，最佳CS溶液與TPP溶液體積比為2∶1。

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化試驗

固定TPP質(zhì)量濃度為1.5 mg/mL，以殼聚糖質(zhì)量濃度(A)、CS與DG質(zhì)量比(B)、CS溶液與TPP溶液體積比(C)為自變量，殼聚糖甘油二酯微乳液的包埋率(Y)為指標(biāo)，利用響應(yīng)面分析法優(yōu)化制備工藝。響應(yīng)面試驗因素水平編碼見表1，響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果見表2。

表1 響應(yīng)面試驗因素水平編碼

表2 響應(yīng)面試驗設(shè)計及結(jié)果

續(xù)表2

試驗號ABC包埋率/%1100060．701201159．4013-10159．301411047．4415-1-1036．93161-1040．371700060．11

對表2數(shù)據(jù)進行分析，得到響應(yīng)面回歸方程：Y=60.30-2.98A+9.07B-0.60C-4.91AB-0.22AC-1.21BC-4.26A2-8.94B2+0.51C2。

對回歸方程進行方差分析，結(jié)果見表3。

表3 回歸方程方差分析

注:**plt;0.01，表示差異極顯著；*plt;0.05，表示差異顯著。

從表3可以看出，模型的plt;0.000 1，說明該模型極顯著，失擬項p=0.204 9gt;0.05，不顯著，說明該模型能很好地擬合試驗的真實情況，可以用于該工藝優(yōu)化。殼聚糖質(zhì)量濃度和CS與DG質(zhì)量比兩個因素對微乳液的包埋率影響都極顯著，另外殼聚糖質(zhì)量濃度及CS與DG質(zhì)量比的交互作用對微乳液的包埋率影響極顯著，CS與DG質(zhì)量比及CS溶液與TPP溶液體積比的交互作用對微乳液的包埋率影響顯著。

2.3 最佳工藝條件的確定及驗證

根據(jù)模型，殼聚糖甘油二酯微乳液的最佳制備工藝條件為：殼聚糖質(zhì)量濃度3.44 mg/mL，TPP質(zhì)量濃度1.5 mg/mL，殼聚糖與1，3-甘油二酯乳脂的質(zhì)量比1∶2.79，殼聚糖溶液與TPP溶液體積比2∶1。采用上述條件制備殼聚糖甘油二酯微乳液，經(jīng)過3次重復(fù)試驗，制得微乳液包埋率為66.53%。因此，基于響應(yīng)面法得到的工藝條件是可行的，有實用價值。

2.4 殼聚糖甘油二酯微乳液的表面電位

通過Zeta電位及納米粒度測定儀對殼聚糖甘油二酯微乳液進行測定，結(jié)果見表4。

表4 殼聚糖甘油二酯微乳液的Zeta電位及納米粒度

從表4可以看出，殼聚糖甘油二酯微乳液的Zeta電位為19.02 mV，粒徑為93.7 nm。殼聚糖是自然界唯一帶陽離子的天然活性多糖，可以看出殼聚糖包被的甘油二酯微乳液帶正電荷，與人體細胞具有良好的親和性。

2.5 殼聚糖甘油二酯微乳液的透射電鏡觀察(見圖5)

圖5 空載的殼聚糖溶液(A)及殼聚糖甘油二酯微乳液(B)的透射電鏡圖

從圖5可以看出，殼聚糖甘油二酯微乳液形狀并不是規(guī)則的球型，空載的殼聚糖溶液平均粒徑50 nm 左右，殼聚糖甘油二酯微乳液的粒徑增加至100 nm左右，且有明顯的殼核結(jié)構(gòu)，表明形成殼聚糖甘油二酯微乳液。

2.6 殼聚糖甘油二酯微乳液的穩(wěn)定性

2.6.1 溫度穩(wěn)定性(見圖6)

圖6 殼聚糖甘油二酯微乳液在不同溫度處理后包埋率的變化

從圖6可以看出，隨著溫度的升高，包埋率呈降低趨勢。且80℃處理使其較之前低溫處理的包埋率有明顯的下降，可見殼聚糖甘油二酯微乳液在20～70℃的范圍內(nèi)有相對較好的穩(wěn)定性。

2.6.2 貯藏穩(wěn)定性(見圖7)

圖7 殼聚糖甘油二酯微乳液在不同貯藏條件下包埋率的變化

從圖7可以看出，隨著貯藏時間的延長，貯藏溫度越高，包埋率下降速率越快。37℃條件下的下降情況最為明顯，25℃次之，4℃的下降速率相對比較平緩。這說明微乳液的貯藏受環(huán)境溫度影響較大，溫度越高，微乳液粒子的壁越容易被損壞。因此，4℃的低溫條件更利于殼聚糖甘油二酯微乳液的貯藏。

2.6.3 氧化穩(wěn)定性(見圖8)

圖8 1,3-甘油二酯乳脂及殼聚糖甘油二酯微乳液的氧化曲線

從圖8可以看出，單純改性的1,3-甘油二酯乳脂氧化速度很快，從開始至10 h左右急劇氧化，在30 h左右氧壓降至0.225 MPa，后趨于穩(wěn)定。而殼聚糖甘油二酯微乳液氧化速度非常緩慢，氧化穩(wěn)定性較高。因此，殼聚糖甘油二酯微乳液能有效減緩1,3-甘油二酯乳脂的氧化。

3 結(jié) 論

殼聚糖甘油二酯微乳液最佳制備工藝條件為：殼聚糖質(zhì)量濃度3.44 mg/mL，TPP質(zhì)量濃度1.5 mg/mL，CS與DG質(zhì)量比1∶2.79，CS溶液與TPP溶液體積比2∶1。在最佳制備工藝條件下，所制備的微乳液包埋率為66.53%，粒子分布均勻，粒徑可達93.7 nm。殼聚糖甘油二酯微乳液有明顯的殼核結(jié)構(gòu)。微乳液在20～70℃的范圍內(nèi)有相對較好的穩(wěn)定性，最佳貯藏溫度為4℃，且包被很好地延緩了1,3-甘油二酯乳脂的氧化。

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Preparation,characterizationandstabilityofchitosandiglyceridemicroemulsion

QIAN Yu, WANG Huichao, XUE Xiuheng

(Anhui Agricultural Products Processing Engineering Laboratory, College of Tea and Food Science and Technology, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China)

The chitosan diglyceride microemulsion was prepared with chitosan as wall material，and the preparation conditions were optimized through single factor experiment and response surface methodology. The surface properties and temperature stability, storage stability and oxidation stability of chitosan diglyceride microemulsion were studied. The results showed that the optimal preparation conditions of chitosan diglyceride microemulsion were obtained as follows: mass concentrations of chitosan and sodium tripolyphosphate were 3.44 mg/mL and 1.5 mg/mL respectively, mass ratio of chitosan to 1,3-diacylglyceride cream 1∶2.79 and volume ratio of chitosan solution to sodium tripolyphosphate solution 2∶1. Under the optimal conditions, the embedding rate was 66.53%, the particle distribution was uniform and the size was 93.7 nm. Chitosan diglyceride microemulsion had obvious core-shell structure. Besides, it had relatively good stability at 20-70 ℃, the best storage temperature was 4 ℃ and the coating could obviously delay the oxidation of 1,3-diacylglyceride cream.

chitosan; diglyceride; microemulsion; temperature stability; storage stability; oxidation stability

TS252.5;O636.1

A

1003-7969(2017)11-0028-05

2017-01-03；

2017-06-20

錢 宇(1994)，女，在讀碩士，研究方向為食品科學(xué)(E-mail)614122694@qq.com。

薛秀恒，副教授，博士(E-mail)xuexiuheng@126.com。