黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的研究

唐璐，李延輝，薛曉麗

（1.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院食品工程學(xué)院，吉林吉林132101；2.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春130118；3.吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院實驗中心，吉林吉林132101）

黑果花楸是黑果腺肋花楸 [Aronia melanocarpa（Michx.）Elliott]的俗稱，系薔薇科多年生落葉灌木[1]。果實及其提取物對心臟病和高血壓等心腦血管疾病具有特殊療效，被廣泛應(yīng)用于歐美國家的醫(yī)藥和功能性食品工業(yè)[2-6]。成熟的果實色深，富含花色苷、多酚、類黃酮等營養(yǎng)成分，其中花色苷含量達(dá)到酚類化合物25%左右[7-8]，高于黃酮和酚酸的含量[9]。微膠囊是一種能包埋和保護(hù)某些物質(zhì)的具有聚合物壁殼的半透性或密封的微型“容器”或“包裝物[10-12]。微膠囊技術(shù)可以增加芯材穩(wěn)定性，控制芯材釋放[13]。目前，國內(nèi)外食品工業(yè)中微膠囊應(yīng)用廣泛，對香精香料進(jìn)行微膠囊化是為了保護(hù)原材料，在食品中已出現(xiàn)粉末油脂，例如方便湯料、冷食品、糕點(diǎn)等已取得較多成果[14-16]。

本研究采用噴霧干燥法制備黑果腺肋花楸花色苷微膠囊，以花色苷包埋率為指標(biāo)，壁材選擇、壁芯質(zhì)量比、入口溫度、進(jìn)料量為影響因素進(jìn)行單因素試驗研究，并在單因素基礎(chǔ)上進(jìn)行正交試驗，得出最佳工藝條件。以期為其花色苷微膠囊表征和穩(wěn)定性的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與設(shè)備

LC-20AD 高效液相色譜儀：日本島津儀器有限公司；R-210 旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、B-290 瑞士步琪噴霧干燥器：瑞士步琪儀器有限公司；HH-S4 恒溫水浴鍋：山東博科科學(xué)儀器有限；AL204 電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；SHJ-1AB 磁力攪拌水浴鍋：常州金壇良友儀器有限公司；5430R 離心機(jī)：深圳市科力易翔儀器設(shè)備有限；XL-30 掃描電子顯微鏡：荷蘭Philips-FEI儀器有限公司。

1.2 材料與試劑

黑果花楸鮮果：遼寧富康源黑果花楸科技開發(fā)有限公司。矢車菊素-3-半乳糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-阿拉伯糖苷對照品：上海回程生物科技有限公司；甲醇（色譜純）、乙腈（色譜純）：長沙科寧興業(yè)生物科技有限公司；磷酸、乙醇、檸檬酸三鈉、檸檬酸均為分析純：天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；麥芽糊精、殼聚糖、β-環(huán)糊精：北京奧博星生物技術(shù)有限責(zé)任公司；海藻酸鈉、阿拉伯樹膠粉：天津市永大化學(xué)試劑有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程及花色苷制備

工藝流程：壁材水溶液→加入芯材（按一定比例）→磁力攪拌→噴霧干燥→微膠囊成品→計算包埋率。

黑果腺肋花楸花色苷制備：黑果腺肋花楸花色苷由乙醇浸提，并經(jīng)XAD-7 大孔樹脂純化后得到。

1.3.2 噴霧干燥單因素試驗

以花色苷包埋率為指標(biāo)，壁材選擇、芯壁質(zhì)量比、入口溫度、進(jìn)料量為影響因素進(jìn)行單因素試驗。

1.3.2.1 壁材選擇對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

以芯壁質(zhì)量比2 ∶8、入口溫度120 ℃、進(jìn)料量15 mL/min，壁材分別是阿拉伯膠、麥芽糊精、阿拉伯膠/麥芽糊精（2 ∶3，質(zhì)量比）、阿拉伯膠/β-環(huán)糊精（2 ∶3，質(zhì)量比）、阿拉伯膠/殼聚糖（2 ∶3，質(zhì)量比）條件下進(jìn)行噴霧干燥，計算包埋率。

1.3.2.2 芯壁質(zhì)量比對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

以阿拉伯膠/麥芽糊精（2 ∶3，質(zhì)量比）為壁材、入口溫度 120 ℃、進(jìn)料量 15 mL/min，芯壁質(zhì)量比 1 ∶9、2 ∶8、3 ∶7、4 ∶6、5 ∶5 條件下進(jìn)行噴霧干燥，計算包埋率。

1.3.2.3 入口溫度對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

以阿拉伯膠/麥芽糊精（2 ∶3，質(zhì)量比）為壁材、芯壁質(zhì)量比2 ∶8、進(jìn)料量15 mL/min，入口溫度分別為100、110、120、130、140 ℃條件下進(jìn)行噴霧干燥，計算包埋率。

1.3.2.4 進(jìn)料量對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

以阿拉伯膠/麥芽糊精（2 ∶3，質(zhì)量比）為壁材、芯壁質(zhì)量比2 ∶8、入口溫度120 ℃、進(jìn)料量分別為9、12、15、18、21 mL/min 條件下進(jìn)行噴霧干燥，計算包埋率。

1.3.3 正交試驗優(yōu)化花色苷微膠囊

以芯壁質(zhì)量比、入口溫度、進(jìn)料量為影響因素，花色苷微膠囊包埋率為指標(biāo)，選擇L9（33）正交試驗對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，因素水平表見表1。

表1 因素水平表Table 1 Factors and levels table

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

矢車菊素-3-半乳糖苷、矢車菊素-3-葡萄糖苷、矢車菊素-3-阿拉伯糖苷分別配制成2.475、4.950、9.900、14.850、19.800 μg/mL，過 0.22 μm 濾膜，注入高效液相色譜 （high performance liquid chromatography，HPLC）儀，以濃度為x 軸，峰面積為y 軸繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。所得半乳糖苷線性方程為y=40 827.83x-12 152，R2=0.999 1；葡萄糖苷線性方程y=97 979.62x-185 967.2，R2=0.9990；阿拉伯糖苷線性方程y=44 659.91x+970 54.07，R2=0.998 1。

1.3.5 花色苷微膠囊包埋率公式

微膠囊產(chǎn)品表面花色苷含量測定：稱取1.00 g 微膠囊花色苷，用體積分?jǐn)?shù)95%的乙醇溶解，使微膠囊表面的花色苷完全溶解在溶液中，收集濾液定容至10 mL，用高效液相色譜測花色苷含量[17-18]。

微膠囊產(chǎn)品中總花色苷含量的測定：稱取1.00 g微膠囊，pH 值為3.0 的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液溶解，收集濾液定容至10 mL，用高效液相色譜測花色苷含量[17-18]。

1.3.6 黑果腺肋花楸花色苷微膠囊的的表征

用電鏡掃面觀察黑果腺肋花楸花色苷微膠囊表面結(jié)構(gòu)。

1.3.7 微膠囊化前后花色苷穩(wěn)定性研究

對光照考察：取適量微膠囊化前后的黑果腺肋花楸花色苷溶液，在室溫25 ℃條件下，每隔1 h 測其花色苷含量，計算保存率[19]。對不同溫度的考察：取適量微膠囊化前后的黑果腺肋花楸花色苷溶液，在25、40、50、60、70、80、90 ℃條件下，2 h 后稱取一定量各樣品溶液測定其在花色苷含量，計算保存率。保存率的計算公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果

2.1.1 壁材選擇對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

壁材選擇對花色苷微膠囊化的影響結(jié)果見圖1。

圖1 壁材對花色苷微膠囊化的影響Fig.1 Effect of wall material on anthocyanin microencapsulation

由圖 1 可知，以阿拉伯膠/麥芽糊精（2 ∶3，質(zhì)量比）為壁材包埋率最高，阿拉伯膠是一種親水性膠體[20-21]，安全性較高、水溶性好和黏度較低，當(dāng)阿拉伯膠與麥芽糊精進(jìn)行復(fù)配時，能改善乳化性，提高膜的通透性[20-21]，提高包埋率。

2.1.2 芯壁質(zhì)量比對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

芯壁質(zhì)量比對花色苷微膠囊化的影響結(jié)果見圖2。

由圖2 可知，芯壁質(zhì)量比2 ∶8 包埋率最高，芯壁質(zhì)量比越大超過了壁材的包埋限度，會使包埋率降低，芯壁質(zhì)量比越小，相應(yīng)花色苷含量也會變小，壁材過多會使黏度增加，導(dǎo)致粘壁，不會全部噴霧干燥，因此芯壁質(zhì)量比2 ∶8 最適宜。

2.1.3 入口溫度對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

入口溫度對花色苷微膠囊化的影響結(jié)果見圖3。

圖2 芯壁質(zhì)量比對花色苷微膠囊化的影響Fig.2 Effect of core wall mass ratio on anthocyanin microencapsulation

圖3 入口溫度對花色苷微膠囊化的影響Fig.3 Effect of inlet temperature on anthocyanin microencapsulation

由圖3 可知，入口溫度120 ℃時包埋效果最好，溫度越高，芯材會分解；溫度過低，微膠囊成膜速率會降低，不能全部成微膠囊。因此入口溫度120 ℃是包埋率最高。

2.1.4 進(jìn)料量對黑果腺肋花楸花色苷微膠囊化的影響

進(jìn)料量對花色苷微膠囊化的影響結(jié)果見圖4。

圖4 進(jìn)料量對花色苷微膠囊化的影響Fig.4 Effect of feed amount on anthocyanin microencapsulation

由圖4 可知，進(jìn)料量15 mL/min 時包埋率最高，進(jìn)料流量較小時，物料受熱時間長，導(dǎo)致在干燥過程中損失較嚴(yán)重，從而影響微膠囊包埋的效率。當(dāng)進(jìn)料流量增大到一定程度時，在霧化器轉(zhuǎn)速不變的情況下，液滴與熱空氣的能量交換達(dá)到平衡[22-23]，此時花色苷微膠囊的包埋率最高。因此，選擇進(jìn)料流量15 mL/min進(jìn)行試驗。

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

2.2.1 優(yōu)化試驗結(jié)果極差分析

花色苷微膠囊包埋正交試驗結(jié)果見表2。

表2 正交試驗優(yōu)化結(jié)果及極差分析Table 2 Orthogonal test optimization results and range analysis

由表2 可知，RA＞RB＞RC，影響的主次順序為芯壁質(zhì)量比、入口溫度、進(jìn)料量，芯壁質(zhì)量比對花色苷微膠囊包埋影響最顯著。根據(jù)K 值分析結(jié)果，最優(yōu)組合為A2B2C2，即芯壁質(zhì)量比 2 ∶8、入口溫度 120 ℃、進(jìn)料量15 mL/min。

2.2.2 優(yōu)化試驗結(jié)果方差分析

正交試驗優(yōu)化結(jié)果及方差分析結(jié)果見表3。

表3 正交試驗優(yōu)化結(jié)果及方差分析Table 3 Orthogonal test optimization results and analysis of variance

續(xù)表3 正交試驗優(yōu)化結(jié)果及方差分析Continue table 3 Orthogonal test optimization results and analysis of variance

表3 是花色苷微膠囊包埋正交試驗的方差分析，由Ⅲ型平方和比較可以看出，對花色苷微膠囊包埋的影響主次順序為A＞B＞C，即芯壁質(zhì)量比＞入口溫度＞進(jìn)料量，該結(jié)果與表2 極差分析一致。驗證試驗：最優(yōu)試驗方案為A2B2C2，不在9 組試驗中，故對其進(jìn)行驗證試驗，A2B2C2與A2B2C3的條件下進(jìn)行3 次獨(dú)立重復(fù)試驗，得到A2B2C2組合包埋率為91.28 %，A2B2C3組合包埋率為90.56%，高于A2B2C3，故選擇A2B2C2為最佳試驗條件。

2.3 黑果腺肋花楸花色苷微膠囊的的表征

黑果腺肋花楸花色苷微膠囊用XL-30 電鏡在電壓10 kV 下掃描，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 花色苷微膠囊電鏡圖Fig.5 Electron micrograph of anthocyanin microcapsules

由圖5 可以看出，黑果腺肋花楸花色苷微膠囊部分呈表面光滑的球形，大多數(shù)呈褶皺或者凹陷的形狀，這是由于噴霧干燥過程中造成的，并沒有出現(xiàn)裂痕，說明微膠囊效果較好。

2.4 微膠囊化前后花色苷穩(wěn)定性研究

2.4.1 光照對花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響

光照對花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響結(jié)果見圖6。

由圖6 可看出，隨著時間延長保存率逐漸下降，而花色苷微膠囊化后保存率變化趨勢線相對較平緩，這是由于囊壁起到保護(hù)，阻絕作用，免受其光照。

2.4.2 溫度對花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響

溫度對花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響結(jié)果見圖7。

由圖7 可看出，隨著溫度增高，花色苷保存率逐漸降低，這是由于花色苷高溫易分解。但微膠囊化后花色苷穩(wěn)定性明顯較緩慢的下降，這是因為是微膠囊化后經(jīng)壁材包裹，微膠囊化可以控制芯材的釋放，免受其外界因素影響，延長產(chǎn)品保存時間。

圖6 光照對花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of light on the stability of anthocyanin microcapsules

圖7 溫度對花色苷微膠囊穩(wěn)定性的影響Fig.7 Effect of temperature on the stability of anthocyanin microcapsules

3 結(jié)論

采用單因素試驗得到最佳工藝為：以阿拉伯膠/麥芽糊精（2 ∶3，質(zhì)量比）為壁材、芯壁質(zhì)量比 2 ∶8、入口溫度120 ℃、進(jìn)料量15 mL/min，結(jié)合正交試驗確定最佳工藝條件為芯壁質(zhì)量比2 ∶8、入口溫度120 ℃、進(jìn)料量15 mL/min，在此條件下花色苷微膠囊包埋率為91.28%。用XL-30 顯微鏡掃描得到表面無裂痕，連續(xù)性較好的花色苷微膠囊。經(jīng)過微膠囊化的花色苷比微膠囊前的花色苷對其光和熱的穩(wěn)定性增強(qiáng)，有利于儲藏并且增加其花色苷利用率，為以后食品開發(fā)提供便利。