抗氧化型壁材包埋番茄紅素微膠囊的研究

林蔚婷， 賈承勝， 夏書(shū)芹， 張曉鳴， 馮 骉

（江南大學(xué) 食品學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122）

番茄紅素是類(lèi)胡蘿卜素中的一種，主要存在于成熟的紅色的水果蔬菜中，如草莓、胡蘿卜和西瓜等[1]?，F(xiàn)在越來(lái)越多的研究者開(kāi)始關(guān)注番茄紅素的生理功能。很多研究表明，番茄紅素除了可以作為維生素A的前體，它還具有多種生理功能，其中包括慢性疾病的預(yù)防[2]，以及抗氧化活性，如淬滅單線(xiàn)態(tài)氧、清除自由基等[3]，且近年來(lái)越來(lái)越多的研究指明，在所有類(lèi)胡蘿卜素中番茄紅素清除單線(xiàn)態(tài)氧的能力最強(qiáng)。因此，番茄紅素的商業(yè)價(jià)值越來(lái)越受到人們的重視。番茄紅素抗氧化活性的能力歸因于其在同一平面上具有很多的共軛雙鍵結(jié)構(gòu)[4]，但正是由于這種不飽和雙鍵存在，導(dǎo)致番茄紅素易被氧化分解，在儲(chǔ)存和加工過(guò)程中對(duì)光、氧、熱和酸等十分敏感[5]。同時(shí)，由于番茄紅素是脂溶性的物質(zhì)，在水中溶解性較差[6]，因此極大的限制了番茄紅素在食品產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。

微膠囊技術(shù)有助于芯材成分理化穩(wěn)定性和溶解度的提高。隨著微膠囊技術(shù)的不斷發(fā)展，抗氧化微膠囊壁材的研究也越來(lái)越多，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有一定的抗氧化性能。作者以低聚木糖和乳清分離蛋白的美拉德產(chǎn)物為新型抗氧化微膠囊壁材包埋番茄紅素，采用噴霧干燥技術(shù)制備番茄紅素微膠囊，并對(duì)微膠囊化效果的工藝進(jìn)行探究。以乳清蛋白為原料制成的膜透明、柔軟、有彈性，且濕度較低時(shí)，能較好的阻隔氧氣等氣體[7]。由于乳清分離蛋白具有較多的親水基團(tuán)，因此其成膜的機(jī)械強(qiáng)度較低，水汽的阻隔性能也較差[8]。而低聚木糖可以與蛋白質(zhì)發(fā)生糖接枝反應(yīng)，使乳清分離蛋白的交聯(lián)情況得到改進(jìn)，從而提高乳清分離蛋白膜的機(jī)械強(qiáng)度及阻隔性能。值得一提的是，對(duì)于低能量的低聚木糖，除了可以降低血清中膽固醇和甘油三酯的含量，還由于其低熱值和不易被人體直接吸收的特殊功能性，可適合于糖尿病患者。因此，開(kāi)發(fā)和利用低能量糖和乳清分離蛋白的糖基化產(chǎn)物為壁材包埋番茄紅素可以拓寬番茄紅素微膠囊的應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 主要試劑及儀器

乳清分離蛋白：山東禹王有限公司產(chǎn)品；番茄紅素：中國(guó)華北制藥廠產(chǎn)品；低聚木糖：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。Ultra-turrax T25型高速分散器：德國(guó)Janke＆Kukel公司產(chǎn)品；JHG-Q54-P60型高壓均質(zhì)機(jī)：上海張堰輕工機(jī)械廠產(chǎn)品；B-191型實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)：瑞典Buchi公司產(chǎn)品；Mastersizer 2000型激光粒度分析儀：英國(guó)Malvern公司產(chǎn)品；722型紫外一可見(jiàn)分光光度計(jì)：上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋：江蘇金壇市榮華儀器制造有限公司產(chǎn)品；JB300-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌器：上海標(biāo)本模型廠產(chǎn)品；SDTA851e TGA熱分析儀：瑞典梅特勒-拖利多儀器有限公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乳清分離蛋白-低聚木糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的制備 稱(chēng)取一定量的乳清分離蛋白（WPI）、低聚木糖分別溶于一定量的去離子水中。采用水浴加熱至一定溫度，使蛋白質(zhì)完全溶解，將低聚木糖溶液完全分散到蛋白質(zhì)溶液中，攪拌混合均勻，得到蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的溶液，再用NaOH溶液調(diào)pH至堿性。然后轉(zhuǎn)移至具塞燒瓶中，在一定的溫度下加熱反應(yīng)一定的時(shí)間，反應(yīng)結(jié)束后在冰水浴中迅速冷卻至室溫或更低溫度以終止反應(yīng)，制備得到乳清分離蛋白與低聚木糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物（MRPs）。

1.2.2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)·OH清除能力的測(cè)定分別配制不同濃度梯度的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物溶液。在試管中加入1 mL 2.5 mmol/L的鄰二氮菲溶液，再按順序加入pH為7.4的PBS 2 mL和去離子水1 mL，振蕩混勻后加入2.5 mmol/L的硫酸亞鐵水溶液1 mL，充分混合均勻后加入1 mL的20 mmol/L過(guò)氧化氫水溶液，在37℃恒溫水浴中反應(yīng)，60 min后在536 nm下測(cè) 其吸光度，得到損傷管的吸光度A1。未損傷管以1 mL的去離子水代替損傷管中的過(guò)氧化氫水溶液，得到未損傷管，測(cè)吸光度A0。按損傷管的配制方法操作，并以1 mL樣品代替損傷管中的去離子水，得到樣品管，測(cè)得吸光度A2。由公式（1）計(jì)算·OH 清除率（I）：

1.2.3 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)DPPH·清除能力的測(cè)定分別配制不同濃度梯度的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物溶液。向試管中分別加入2 mL用無(wú)水乙醇配制的0.1 mmol/L的DPPH·溶液和2 mL美拉德反應(yīng)產(chǎn)物溶液，混合均勻后，在室溫下放置30 min后在517 nm處測(cè)得吸光度Aa，同時(shí)測(cè)定2 mL DPPH·溶液和2 mL無(wú)水乙醇混合后的吸光度Ab，以及2 mL美拉德反應(yīng)產(chǎn)物溶液和2 mL無(wú)水乙醇混勻后的吸光度Ac[9]。由公式（2）計(jì)算清除率（I）：

1.2.4 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制 稱(chēng)取一定質(zhì)量的番茄紅素溶于乙酸乙酯中，用超聲促溶，再對(duì)溶液進(jìn)行紫外—可見(jiàn)掃描，得番茄紅素最大吸收峰為474 nm，再根據(jù)GB/T 14251-1993的方法制備標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。準(zhǔn)確稱(chēng)取番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)品0.002 5 g，用乙酸乙酯將其溶解并定容到50 mL，搖勻。再分別吸取0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0，9.0，10.0 mL 置于50 mL棕色容量瓶中，用乙酸乙酯定容。在474 nm處測(cè)定吸光值（參比溶液為乙酸乙酯），以吸光值（A474）為縱坐標(biāo)，番茄紅素質(zhì)量濃度（μg/mL）為橫坐標(biāo)繪制番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

1.2.5 番茄紅素微膠囊的制備 用噴霧干燥法制備番茄紅素微膠囊，噴霧干燥工藝參數(shù)為：進(jìn)料溫度55℃，進(jìn)風(fēng)溫度190℃，出風(fēng)溫度90℃，噴霧壓力180 kPa。

1.2.6 番茄紅素微膠囊制備工藝參數(shù)的優(yōu)化 以接枝程度（DG）、褐變程度、微膠囊化效率和產(chǎn)率為指標(biāo)，采用單因素實(shí)驗(yàn)研究乳清分離蛋白與低聚木糖的質(zhì)量比、反應(yīng)時(shí)間、pH值以及均質(zhì)壓力對(duì)番茄紅素微膠囊制備的影響，確定微膠囊制備工藝參數(shù)。

1.2.7 接枝度計(jì)算 采用鄰苯二甲醛（OPA）法計(jì)算接枝度，其中OPA試劑要現(xiàn)配現(xiàn)用。準(zhǔn)確稱(chēng)取40.0 mg的OPA，用1.0 mL甲醇溶解，溶解完全后加入2.5 mL 20%的十二烷基硫酸鈉，25.0 mL 0.1 mol/L硼砂，100 μL β-巰基乙醇，最后再用蒸餾水定容到50 mL。測(cè)定時(shí)，取4.0 mL OPA試劑于試管中，加入200 μL樣品，混合均勻后在35℃水浴中反應(yīng)2 min，最后在340 nm下測(cè)吸光值A(chǔ)340，空白樣的配制為向4.0 mL OPA試劑中加入200 μL水。以賴(lài)氨酸為標(biāo)準(zhǔn)物作標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，利用曲線(xiàn)回歸方程計(jì)算出樣品中自由氨基的濃度C[10-11]。

接枝度計(jì)算按公式（3）：

式中，C0為未反應(yīng)時(shí)溶液中自由氨基的濃度，mol/L；Ct為反應(yīng)t小時(shí)后溶液中自由氨基的濃度，mol/L。

1.2.8 WPI-糖美拉德反應(yīng)褐變程度的測(cè)定 取1.0 mL反應(yīng)物加入5.0 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%SDS稀釋液，以稀釋液作空白，在420 nm下測(cè)定吸光值A(chǔ)420，以吸光度大小來(lái)反映美拉德反應(yīng)的褐變程度[11-12]。

1.2.9 乳狀液穩(wěn)定性的測(cè)定 在美拉德反應(yīng)物溶液中加入番茄紅素溶液，高速分散器分散2 min（18 000 r/min），高壓均質(zhì)兩次（均質(zhì)壓力為 40 MPa），制得乳狀液。采用Mastersizer 2000激光粒度分析儀測(cè)定新制備的乳狀液及25℃靜置24 h后的乳狀液的粒徑分布和平均粒徑dm。

1.2.10 微膠囊化產(chǎn)率與效率的測(cè)定

1）微膠囊產(chǎn)品中番茄紅素含量的測(cè)定[12]稱(chēng)量20 mg微膠囊產(chǎn)品于燒杯中，加一定量去離子水形成均勻的分散相后，再加入乙酸乙酯，對(duì)樣液進(jìn)行超聲10 min，使有機(jī)相充分萃取出番茄紅素，反復(fù)數(shù)次至水相變?yōu)闊o(wú)色，合并有機(jī)相，并加適量無(wú)水硫酸鈉干燥，有機(jī)相用乙酸乙酯定容到50 mL，在474 nm處測(cè)吸光值，代入番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的回歸方程中計(jì)算出番茄紅素質(zhì)量濃度。

2）微膠囊表面番茄紅素質(zhì)量濃度的測(cè)定[13]稱(chēng)20 mg樣品于離心管中，加15 mL乙酸乙酯，劇烈震蕩 1 min，離心 5 min（3 000 r/min），分離上清液與沉淀物，取沉淀物復(fù)溶于乙酸乙酯中多次提取至上清液無(wú)色，將上清液合并后定容至50 mL，474 nm處測(cè)吸光值，代入番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的回歸方程中計(jì)算出番茄紅素質(zhì)量濃度。

1.2.11 番茄紅素微膠囊的表面結(jié)構(gòu)的觀察 取少量樣品用雙面膠粘于樣品臺(tái)上，噴金后將其放入QUANTA-200型掃描電子顯微鏡（SEM）樣品腔內(nèi)觀察微膠囊的外形結(jié)構(gòu)。加速電壓為20 kV，放大倍數(shù)分別為600和2 000倍。

1.2.12 微膠囊化番茄紅素保留率的測(cè)定 分別取0.1 g樣品放入培養(yǎng)皿中，蓋上蓋子，并置于4℃和25℃下儲(chǔ)存。每隔相同時(shí)間測(cè)定樣品中的番茄紅素質(zhì)量濃度，計(jì)算保留率[13-14]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)使用SPSS軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

以分光光度法所得吸光值（A）對(duì)濃度（C）進(jìn)行線(xiàn)性回歸，番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)見(jiàn)圖1，回歸方程為：A=0.047 2C+0.002 8（R2=0.998 9）。

圖1 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)Fig.1 Standard colorimetry curve of lycopene

2.2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的抗氧化性

制備美拉德反應(yīng)產(chǎn)物，其反應(yīng)條件為蛋白質(zhì)與糖的配比1∶2，反應(yīng)溫度90℃，反應(yīng)時(shí)間3 h，反應(yīng)體系pH 10。

2.2.1 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)·OH的清除能力 羥基自由基（·OH）清除率是反映物質(zhì)抗氧化能力的主要指標(biāo)之一。

圖2 MRPs對(duì)·OH的清除率Fig.2 Scavenging effect of MRPs on·OH

從圖2可以看出，MRPs對(duì)·OH具有顯著清除能力（P＜0.05），且抗氧化活性與MRPs質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈正比，隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，其清除·OH的能力逐漸增強(qiáng)。MRPs具有抗氧化活性可能是因?yàn)樗粌H是一種氫供體，也是一種金屬螯合劑，可與Fe2+螯合，所以MRPs能夠發(fā)揮較強(qiáng)的抗氧化作用[14]。

2.2.2 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)DPPH·的清除能力DPPH·在乙醇溶液中呈紫色，若溶液中含有自由基清除劑，則DPPH·的單電子會(huì)與自由基清除劑配對(duì)，配對(duì)后DPPH·濃度減小，溶液顏色變淺，相應(yīng)的在517 nm處的吸光度也變小。乳清分離蛋白與低聚木糖反應(yīng)得到的MRPs對(duì)DPPH·的清除作用如圖3所示。

圖3 MRPs對(duì)DPPH·的清除率Fig.3 Scavenging effect of MRPs on DPPH·

從圖3可知，且清除率隨MRPs質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)，且當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)6%時(shí)，MRPs具有對(duì)DPPH·的顯著清除能力（P＜0.05）?？赡苁怯捎诿览路磻?yīng)會(huì)生產(chǎn)類(lèi)黑精，而類(lèi)黑精結(jié)構(gòu)中的短肽的支鏈氨基酸具有抗氧化活性，同時(shí)，美拉德反應(yīng)除了產(chǎn)生類(lèi)黑精，還會(huì)生成一些具有一定抗氧化活性的還原酮類(lèi)物質(zhì)以及雜環(huán)類(lèi)化合物[14]。

2.3 番茄紅素微膠囊制備工藝參數(shù)的選擇

2.3.1 蛋白質(zhì)與糖質(zhì)量比例 以乳清分離蛋白與低聚木糖的MRPs作為壁材包埋番茄紅素，固定芯壁比為質(zhì)量比1∶6，反應(yīng)溫度為90℃，反應(yīng)時(shí)間為3 h，通過(guò)改變蛋白和糖的比例測(cè)得MRPs的接枝度和褐變程度，以及其微膠囊化效率和產(chǎn)率。蛋白質(zhì)與低聚木糖不同配比對(duì)MRPs的接枝度和褐變程度的影響以及對(duì)微膠囊效率、產(chǎn)率的影響如圖4和圖5。

圖4 蛋白質(zhì)與低聚木糖不同配比對(duì)MRPs的接枝度和褐變程度的影響Fig.4 Effect of different WPI：xyloligosaccharides mass ratios on DG and browning of MRPs

從圖4中可以看出，底物質(zhì)量配比對(duì)接枝度的影響比較顯著（P＜0.05），當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)用量一定時(shí)，隨著糖質(zhì)量的提高，反應(yīng)物分子之間碰撞的幾率大大增加，從而提高了蛋白質(zhì)自由氨基和糖分子還原末端的羰基之間的接觸幾率，促進(jìn)反應(yīng)的發(fā)生。但是，當(dāng)糖含量繼續(xù)增加，一方面因?yàn)榈鞍踪|(zhì)分子和糖分子之間本身具有一定的空間位阻作用，阻隔了分子之間的碰撞，使反應(yīng)受阻；另一方面，溶液的性質(zhì)，如黏性增加也會(huì)阻礙分子之間的接觸，因此，適當(dāng)?shù)牡孜锱浔燃饶茉黾臃磻?yīng)的速率，又能降低副反應(yīng)的發(fā)生。由圖4可知接枝度隨著乳清分離蛋白與低聚木糖的質(zhì)量比呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，當(dāng)?shù)孜锱浔葹?∶2時(shí)，接枝度達(dá)到最大，且褐變指數(shù)在0.5左右，褐變程度相對(duì)最小。

同時(shí)，從圖5可以看出，底物配比對(duì)包埋效率和包埋產(chǎn)率的影響顯著（P＜0.05），包埋效率隨著低聚木糖的用量的增加而增加，但是當(dāng)配比達(dá)到1∶3時(shí)，包埋產(chǎn)率大幅減少。這是因?yàn)椋谌闋钜褐?，具有表面活性的乳清分離蛋白分子是完全吸附在油水界面上，在噴霧干燥的過(guò)程中，由于水分的瞬間蒸發(fā)，部分蛋白膜失去水分而導(dǎo)致整體膜的不均衡收縮，并最終造成膜穩(wěn)定性的下降。當(dāng)糖分子存在時(shí)，含有羥基的糖分子可以共價(jià)接入蛋白質(zhì)分子中代替蒸發(fā)的水分子，使蛋白膜保持類(lèi)似水合態(tài)時(shí)的穩(wěn)定性，減輕膜的損壞[15]。此外，糖分子的增加能增加乳狀液中固形物的含量，促使在噴霧干燥過(guò)程中小分子顆粒能夠迅速固化[16]，使油相分子滲出膜表面幾率大為減少，從而提高產(chǎn)品效率。但是，當(dāng)糖含量過(guò)高時(shí)，雖然產(chǎn)品效率好，但乳狀液噴霧干燥粘壁較為厲害，從而導(dǎo)致干燥這一步損失較大，產(chǎn)率下降。因此，乳清分離蛋白與低聚木糖的配比選擇為 1∶2 為宜。

圖5 蛋白質(zhì)與低聚木糖質(zhì)量比對(duì)微膠囊的效率和產(chǎn)率的影響Fig.5 Effect of different WPI：xyloligosaccharides mass ratios on EE and EY

2.3.2 加熱時(shí)間 以乳清分離蛋白與低聚木糖的MRPs作為壁材包埋番茄紅素，固定芯壁質(zhì)量比為1∶6，蛋白質(zhì)與糖的質(zhì)量比例為 1∶2，采用不同反應(yīng)時(shí)間制備番茄紅素微膠囊壁材。反應(yīng)時(shí)間對(duì)MRPs的接枝度和褐變程度的影響以及對(duì)微膠囊效率、產(chǎn)率的影響如圖6和圖7所示。

圖6 反應(yīng)時(shí)間對(duì)MRPs的接枝度和褐變程度的影響Fig.6 Effect of different heating time on DG and browning of MRPs

圖6表明，隨加熱時(shí)間增加，接枝度也逐漸增加，加熱時(shí)間對(duì)接枝度的影響顯著（P＜0.05），當(dāng)加熱時(shí)間超過(guò)3 h后，接枝度的增加速度放緩，加熱時(shí)間對(duì)接枝度的影響不顯著（P＞0.05）。而隨著時(shí)間的增加，褐變指數(shù)一直逐漸增加，但當(dāng)時(shí)間增加到3 h后，隨著時(shí)間的增加褐變指數(shù)呈現(xiàn)急劇增大的趨勢(shì)，加熱時(shí)間對(duì)褐變指數(shù)的影響顯著（P＜0.05）。這是由于，剛開(kāi)始加熱時(shí)，乳清分離蛋白的氨基沒(méi)有全部暴露出來(lái)，持續(xù)加熱，蛋白質(zhì)球狀分子結(jié)構(gòu)部分伸展開(kāi)來(lái)，提高了多糖與蛋白質(zhì)的結(jié)合幾率，接枝度隨之增加。但是繼續(xù)加熱，不僅會(huì)對(duì)蛋白質(zhì)分子的一些賴(lài)氨酸造成破壞，同時(shí)，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的持續(xù)展開(kāi)造成蛋白質(zhì)緊密結(jié)構(gòu)破壞，蛋白質(zhì)分子間相互作用增大，易形成凝聚和沉淀，接枝反應(yīng)受阻。

圖7表明，加熱時(shí)間對(duì)包埋效率和包埋產(chǎn)率有著顯著的影響（P＜0.05），在加熱初期，微膠囊包埋效率隨加熱時(shí)間的增加而增大，當(dāng)加熱時(shí)間達(dá)到3 h時(shí)，包埋產(chǎn)率最大，達(dá)到81.08%，此時(shí)的微膠囊化效率也很高，為82.04%。這一現(xiàn)象可能與乳狀液穩(wěn)定性有關(guān)。美拉德反應(yīng)能夠促使蛋白伸展并與碳水化合物結(jié)合。隨著加熱時(shí)間的延長(zhǎng)，與蛋白結(jié)合的碳水化合物分子的量也增加，從而破壞了蛋白原來(lái)的緊密結(jié)構(gòu)，促進(jìn)形成了一定的空間位阻，增強(qiáng)了乳狀液的保護(hù)層的厚度，提高了乳狀液的穩(wěn)定性。當(dāng)繼續(xù)加熱的時(shí)候，美拉德反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生一些小分子物質(zhì)，這些小分子物質(zhì)不能很好的吸附在油水界面，從而破壞了乳狀液的穩(wěn)定性，而乳狀液的穩(wěn)定性對(duì)包埋效率和包埋產(chǎn)率都至關(guān)重要。因此，綜合考慮，加熱時(shí)間為3 h最適。

2.3.3 反應(yīng)pH值 美拉德反應(yīng)中的許多反應(yīng)都是酸堿催化，因此pH是重要的影響因素之一，控制其他條件不變，測(cè)定不同反應(yīng)物濃度的pH，考察其對(duì)包埋效果的影響。不同pH值對(duì)MRPs的接枝度和褐變程度的影響以及對(duì)微膠囊效率、產(chǎn)率的影響見(jiàn)圖8和圖9。

從圖8可以看出，pH值對(duì)接枝程度與褐變指數(shù)的影響顯著（P＜0.05），兩者都隨著pH的增大而增大。大部分美拉德反應(yīng)都是堿催化反應(yīng)，因?yàn)榘被岱肿蛹扔兴嵝曰鶊F(tuán)-COOH，又有堿性基團(tuán)-NH2，在堿性介質(zhì)中主要以反應(yīng)性較強(qiáng)的陰離子形式存在，此時(shí)容易發(fā)生美拉德反應(yīng)，但是過(guò)堿的環(huán)境會(huì)破壞蛋白質(zhì)的一級(jí)結(jié)構(gòu)，造成如脫氨、脫羧和肽鍵斷裂等變化，從而導(dǎo)致氨基酸發(fā)生“胱賴(lài)反應(yīng)”而變成有毒的化合物，反而對(duì)接枝反應(yīng)不利[17]，因此一般美拉德反應(yīng)僅限于pH 3～10。

圖9 反應(yīng)體系pH值對(duì)微膠囊的效率和產(chǎn)率的影響Fig.9 Effect of different pH on EE and EY

圖9表明，隨著pH值的增加，包埋效率也隨之增加，當(dāng)pH值為10時(shí)，包埋效率達(dá)到最高值90.43%，同時(shí)也獲得了較高的包埋產(chǎn)率，但是，當(dāng)pH繼續(xù)增加，包埋效率則有所減少，在pH為10時(shí)，pH值對(duì)包埋效率具有顯著影響（P＜0.05）。其原因可能與靜電斥力的作用有關(guān)。由于pH值的增加，介質(zhì)逐漸成為堿性，多肽鏈的凈電荷也逐漸增加，從而提高了分子之間的靜電相互作用力，導(dǎo)致了擴(kuò)散雙電層和溶液界面的增厚。這種現(xiàn)象有利于膠束的形成，相應(yīng)的提高了乳化活性，促進(jìn)微膠囊的形成。

2.3.4 均質(zhì)壓力 提高均質(zhì)壓力是為了減小芯材的粒度，使芯材與壁材充分混合，同時(shí)也能使乳狀液液滴的粒徑減小，形成穩(wěn)定的乳狀液。不同均質(zhì)壓力對(duì)乳狀液的平均粒徑及微膠囊包埋效果的影響如表1所示。

從表1可以得到，隨著乳狀液均質(zhì)壓力的增加，乳狀液平均粒徑也逐漸減少，均質(zhì)壓力對(duì)粒徑的影響顯著（P＜0.05），在均質(zhì)壓力為 40 MPa時(shí)，乳狀液平均粒徑為1.31 μm，同時(shí)番茄紅素微膠囊的包埋效率和包埋產(chǎn)率也都隨著均質(zhì)壓力的增加而增加（有顯著影響P＜0.05），并在40 MPa時(shí)達(dá)到最高值，分別為94.11%和86.28%。但是，當(dāng)均質(zhì)壓力進(jìn)一步提高到50 MPa時(shí)，乳狀液的平均粒徑開(kāi)始增大，微膠囊的包埋效率和產(chǎn)率也隨之減少。這是因?yàn)?，?dāng)增加均質(zhì)壓力時(shí)，壓力越高，越有利于乳狀液形成較小而均勻的液滴，一方面較小的液滴能增加噴霧干燥過(guò)程中質(zhì)量傳遞以及水分蒸發(fā)的速率，防止液滴內(nèi)部物質(zhì)移向液滴表面[18]；另一方面，乳狀液液滴越小，乳狀液越均勻，液滴發(fā)生凝聚的可能性越低，有利于乳狀液的穩(wěn)定性。但是，當(dāng)均質(zhì)壓力過(guò)高時(shí)，使得乳狀液液滴過(guò)小，過(guò)小的液滴表面積大，表面自由能大，液滴極不穩(wěn)定，有自動(dòng)縮小表面積向穩(wěn)定狀態(tài)方向發(fā)展的趨勢(shì)，即小液滴重新合并變大，這不利于乳狀液的穩(wěn)定性，并會(huì)最終導(dǎo)致包埋效果降低。

表1 均質(zhì)壓力對(duì)乳狀液的平均粒徑以及微膠囊包埋效果的影響Table 1 Effect of homogenization pressure on mean particle diameter and EE

2.4 美拉德反應(yīng)產(chǎn)物制備番茄紅素乳狀液的穩(wěn)定性

乳狀液液滴的平均粒徑隨著儲(chǔ)存時(shí)間的增加變化越緩慢，則乳狀液越穩(wěn)定，越有利于微膠囊產(chǎn)品的包埋效率和產(chǎn)率。貯存24 h的乳狀液穩(wěn)定性如圖10所示。

圖10 乳狀液的穩(wěn)定性Fig.10 Stability of emulsion

由圖10可知，在相同條件下，放置24 h，乳狀液液滴的粒徑分布變化不大，由此表明，乳狀液的乳化穩(wěn)定性好，具有穩(wěn)定番茄紅素乳狀液的能力，有助于提高包埋效果。

2.5 番茄紅素微膠囊的表面結(jié)構(gòu)

SEM圖片能夠顯示微膠囊化番茄紅素的表觀特征。番茄紅素微膠囊的外形結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖11。

由圖11可以看出，微膠囊外觀形態(tài)為圓形，且分散性良好，整個(gè)表面連續(xù)光滑，具有典型凹陷但沒(méi)有裂痕和縫隙，這說(shuō)明有較高的微膠囊化效率。光滑的表面形態(tài)可能是由于碳水化合物的加入形成的。碳水化合物可以與水分子結(jié)合，從而鎖住水分，利用這些水分子填補(bǔ)微膠囊的多余空間，防止表面的皺縮，從而使得微膠囊囊壁更加光滑，均一[18]。典型凹陷的形成與噴霧干燥過(guò)程的霧化有關(guān)，尤其是在冷卻的階段，當(dāng)高速率噴霧時(shí)，熱氣流會(huì)造成微膠囊膨脹；當(dāng)冷卻時(shí)，微膠囊恢復(fù)原狀，之前固化的壁材就皺縮，形成凹陷。

圖11 番茄紅素微膠囊產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)Fig.11 Scanning electron microscope oflycopene microcapsules

2.6 番茄紅素微膠囊的保留率

芯材保留率是衡量微膠囊化番茄紅素貯存穩(wěn)定性的一個(gè)重要指標(biāo)。4℃和25℃儲(chǔ)存時(shí)，番茄紅素保留率隨時(shí)間變化關(guān)系如圖12和圖13所示。

圖12 4℃下產(chǎn)品的穩(wěn)定性Fig.12 Stability of products at 4℃

從圖中可以看出，在4℃和25℃下分別存放番茄紅素微膠囊產(chǎn)品時(shí)，番茄紅素都發(fā)生了不同程度的降解。當(dāng)溫度升高時(shí)，降解反應(yīng)加劇，番茄紅素?fù)p失增加，微膠囊囊芯番茄紅素的降解速率要比囊外的番茄紅素慢很多，在4℃下避光儲(chǔ)存24 d的番茄紅素微膠囊保留率為78.25%遠(yuǎn)大于25℃下避光儲(chǔ)存的保留率（47.91%）。這說(shuō)明，微膠囊壁材對(duì)番茄紅素有著明顯的保護(hù)作用。

圖13 25℃下產(chǎn)品的穩(wěn)定性Fig.13 Stability of products at 25℃

3 結(jié) 語(yǔ)

采用乳清分離蛋白WPI與低能量的低聚木糖糖基化產(chǎn)物作為壁材，蛋白與糖質(zhì)量配比為1∶2，反應(yīng)時(shí)間為3 h，反應(yīng)體系pH值為10，均質(zhì)壓力為40 MPa，噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度為190℃，出風(fēng)溫度為90℃，微膠囊效率可達(dá)到94.11%，產(chǎn)率為86.28%，平均粒徑為1.31 μm，乳狀液穩(wěn)定性良好。在最佳條件下，所得的微膠囊產(chǎn)品在4℃下避光儲(chǔ)存24 d，所得保留率為78.25%，室溫避光儲(chǔ)存24 d，所得保留率為47.91%，微膠囊化后，番茄紅素的穩(wěn)定性得到了較大幅度的提高。

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