復(fù)合凝聚法制備枸杞玉米黃質(zhì)納米膠囊及其性質(zhì)研究

張嘉穎,林 鑫,樊 威,丁 寧,雷雨晴,張冀凡,孫愛東

(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,林業(yè)食品加工與安全北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100083)

枸杞(LyciumbarbarumL.)為茄科灌木植物,全世界共80多種,我國(guó)有7個(gè)種和3個(gè)變種,主產(chǎn)于西北和北部地區(qū)[1-2]。寧夏枸杞(LyciumbarbarumL.)在中國(guó)栽培面積最大,含有豐富的枸杞多糖、甜菜堿、類胡蘿卜素等物質(zhì),具有抗氧化、抗癌、降血脂、降壓等功效,廣泛應(yīng)用于“明目、清肝、補(bǔ)氣”[3]。其中,玉米黃質(zhì)是主要的黃斑色素,能夠預(yù)防某些退行性和營(yíng)養(yǎng)缺乏性疾病、增強(qiáng)視覺功能,如老年性黃斑變性(age-related macular degeneration,AMD)、白內(nèi)障等[4-5]。此外,有報(bào)道稱玉米黃質(zhì)在維持人類認(rèn)知功能上起到突出作用[6]。玉米黃質(zhì)無法在人體內(nèi)合成,因此需要從膳食中補(bǔ)充,膳食來源主要有玉米、橙紅色水果、枸杞、綠葉蔬菜、雞蛋黃等[7]。研究表明,枸杞中的玉米黃質(zhì)含量高達(dá)38.2 mg/100 g鮮重,主要以玉米黃質(zhì)二棕櫚酸酯形式存在[8-9]。玉米黃質(zhì)的穩(wěn)定性和水溶性差,易受溫度、光照、食品添加劑等因素影響發(fā)生氧化分解,限制了其在食品工業(yè)上的應(yīng)用。

納米膠囊技術(shù)是利用天然或合成的高分子材料,將目標(biāo)物進(jìn)行納米級(jí)包裹,形成密封性囊壁及流動(dòng)性良好的微小粒子的一種包封技術(shù)。它能夠保護(hù)芯材物質(zhì)抵御外界不良因素的影響,并顯著改善其存在狀態(tài),提高芯材的穩(wěn)定性和水溶性,實(shí)現(xiàn)芯材的控釋、緩釋性[10]。目前應(yīng)用于食品工業(yè)的納米膠囊技術(shù)有流化床法、噴霧干燥法、復(fù)合凝聚法、界面聚合法等。其中,復(fù)合凝聚法是利用帶有相反電荷的大分子物質(zhì)之間發(fā)生靜電相互作用生成復(fù)聚物、包裹芯材從而形成納米膠囊,具有操作條件溫和、耐熱性及耐濕性好、負(fù)載能力高等優(yōu)點(diǎn)[11]。明膠和羧甲基纖維素鈉(sodium carboxymethyl cellulose,CMC)是兩種天然、無毒、水溶性好、可生物降解的生物大分子,廣泛應(yīng)用于食品和制藥行業(yè)[12]。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)玉米黃質(zhì)的相關(guān)研究主要集中于提取、純化、結(jié)構(gòu)鑒定、功能性質(zhì)等方面[13],以明膠和CMC作為壁材進(jìn)行復(fù)合凝聚反應(yīng)制備枸杞玉米黃質(zhì)納米膠囊尚未見報(bào)道。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TG酶)能催化蛋白質(zhì)中賴氨酸的ε-氨基與谷氨酰胺提供的γ-酰胺基結(jié)合,發(fā)生?；D(zhuǎn)移反應(yīng),引發(fā)共價(jià)交聯(lián)[14]。通過該反應(yīng),蛋白質(zhì)分子之間可以形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),從而提高蛋白質(zhì)的凝膠性[15]。因此,本研究選擇TG酶作為固化劑,以提高明膠分子之間的空間位阻效應(yīng),提高納米膠囊的穩(wěn)定性。

本試驗(yàn)以寧夏枸杞提取的玉米黃質(zhì)為芯材,葵花籽油作為芯材溶劑溶解玉米黃質(zhì),明膠和CMC為壁材,TG酶作為固化劑,采用復(fù)合凝聚法制備枸杞玉米黃質(zhì)納米膠囊,優(yōu)化其制備工藝,并進(jìn)行形態(tài)觀察、粒徑分布、X-射線衍射分析及貯藏穩(wěn)定性分析,探究玉米黃質(zhì)納米膠囊的性質(zhì)表征及穩(wěn)定性,旨在提高玉米黃質(zhì)的穩(wěn)定性和水溶性。為其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

寧夏枸杞凍干粉 寧夏森淼科技集團(tuán)股份有限公司,-20 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?明膠 食品級(jí),河南尚宏生物科技有限公司;羧甲基纖維素鈉 食品級(jí),上海阿拉丁生化科技有限公司;葵花籽油 分析純,北京謹(jǐn)明生物科技有限公司;Span 80 分析純,上海麥克林生化科技有限公司;Tween 80 分析純,北京索萊寶科技有限公司;谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TG酶,200 U/g,生物試劑純度)/玉米黃質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品(≥85%,HPLC純) 上海源葉生物科技有限公司;石油醚、山梨酸鉀、苯甲酸鈉 分析純,福晨(天津)化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇、冰醋酸、氯化鈉、氫氧化鈉 分析純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

KQ3200DE數(shù)控超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司;FA25高剪切分散乳化機(jī) 上海弗魯克流體機(jī)械制造有限公司;HH-1-6數(shù)顯恒溫水浴鍋 金壇市成輝儀器廠;85-2數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;AL104電子天平 梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司;Mastersize 3000激光粒度分析儀 英國(guó)MaLvern公司;PHSJ-3F pH計(jì) 上海精密科學(xué)儀器有限公司;RV10旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國(guó)IKA公司;3H20RI高速冷凍離心機(jī) 湖南赫西儀器裝備有限公司;FD-1PF冷凍干燥機(jī) 北京德天佑科技發(fā)展有限公司;DM2500生物顯微鏡 德國(guó)徠卡公司;UV-6100紫外-可見分光光度計(jì) 上海元析儀器有限公司;銳影X-射線衍射儀 荷蘭帕納科公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 枸杞玉米黃質(zhì)的提取 參考康保珊等[16],吳有鋒等[17]的方法并略作改動(dòng),采用超聲波輔助法提取枸杞玉米黃質(zhì)。準(zhǔn)確稱取一定質(zhì)量的寧夏枸杞凍干粉,采用無水乙醇-石油醚(3∶7,V/V)作為提取溶劑,在超聲功率100 W、液料比20∶1 mL/g、提取溫度59 ℃的條件下提取26 min,6500 r/min離心10 min,取上清液在50 ℃下旋蒸濃縮除去溶劑,冷凍干燥得玉米黃質(zhì)油膏備用。

1.2.2 工藝流程 參考呂怡[10]的方法并稍作修改。以玉米黃質(zhì)油膏為芯材,葵花籽油作為芯材溶劑溶解玉米黃質(zhì)油膏,明膠和CMC作為壁材,配制一定濃度的明膠-CMC溶液(w∶w=9∶1),加入芯材和乳化劑,使用高速剪切分散機(jī)將混合溶液在19000 r/min下乳化3 min。處理后的溶液置于磁力攪拌器上,45 ℃下加熱攪拌,逐滴加入10%醋酸溶液調(diào)節(jié)pH至4.50后繼續(xù)反應(yīng)30 min。隨后,冰浴冷卻至15 ℃以下并保持30 min,用10% NaOH調(diào)節(jié)pH至6.0,加入固化劑TG酶室溫下固化3 h,得到均一穩(wěn)定的玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液。

1.2.3 枸杞玉米黃質(zhì)納米膠囊制備工藝的優(yōu)化

1.2.3.1 芯材溶劑濃度的選擇 玉米黃質(zhì)是一種脂溶性的萜類化合物,不溶于水,易溶于乙醚、石油醚等有機(jī)溶劑[18]?？紤]到玉米黃質(zhì)的溶解性和穩(wěn)定性等因素,選取粘度小、凝固點(diǎn)低、顏色透明、對(duì)食品的風(fēng)味影響較小的葵花籽油作為芯材溶劑。首先,探究納米膠囊中芯材溶劑的最佳濃度。在壁材濃度0.5%、乳化劑濃度0.5%(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w),固化劑濃度20 U/g明膠條件下,以粒徑、多分散指數(shù)(polydispersity index,PDI)及Zeta電位為指標(biāo),考察不同芯材溶劑濃度(0.10%、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%,w/v)對(duì)納米膠囊的影響,選擇最佳芯材溶劑濃度。

1.2.3.2 玉米黃質(zhì)濃度的選擇 在上述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步確定玉米黃質(zhì)濃度對(duì)納米膠囊的影響。將含有玉米黃質(zhì)的葵花籽油在60 ℃下加熱3 h,促進(jìn)溶解。在壁材濃度0.5%、芯材溶劑濃度0.5%、乳化劑濃度0.5%(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w)、固化劑濃度20 U/g明膠條件下,以粒徑、PDI及Zeta電位為指標(biāo),考察不同玉米黃質(zhì)濃度(10、15、20、25、30 mg/mL芯材溶劑)對(duì)納米膠囊的影響,選擇最佳玉米黃質(zhì)濃度。

1.2.3.3 壁材濃度的選擇 在芯材溶劑濃度0.5%、玉米黃質(zhì)濃度15 mg/mL芯材溶劑、乳化劑濃度0.5%(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w)、固化劑濃度20 U/g明膠條件下,以粒徑、PDI及Zeta電位為指標(biāo),考察不同壁材濃度(0.25%、0.50%、0.75%、1.00%、1.25%,w/v)對(duì)納米膠囊的影響,選擇最佳壁材濃度。

1.2.3.4 乳化劑組成的選擇 當(dāng)壁材溶液和油相芯材經(jīng)高速分散時(shí),水油界面上較強(qiáng)的界面能會(huì)加速油滴的聚集,添加乳化劑可有效降低水油界面的表面張力,提高穩(wěn)定性。Tween 80和Span 80分別是O/W型和W/O型乳化劑,首先考察不同乳化劑組成對(duì)納米膠囊的影響。在壁材濃度0.5%、芯材溶劑濃度0.5%、玉米黃質(zhì)濃度15 mg/mL芯材溶劑、乳化劑濃度0.5%、固化劑濃度20 U/g明膠條件下,以粒徑、PDI及Zeta電位為指標(biāo),考察不同乳化劑組成(Tween 80∶Span 80=0∶1、1∶3、1∶1、3∶1,w/w)對(duì)納米膠囊的影響,選擇最佳乳化劑組成。

1.2.3.5 乳化劑濃度的選擇 在壁材濃度0.5%、芯材溶劑濃度0.5%、玉米黃質(zhì)濃度15 mg/mL芯材溶劑、乳化劑(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w)、固化劑濃度20 U/g明膠條件下,以粒徑、PDI及Zeta電位為指標(biāo),考察不同乳化劑濃度(0.2%、0.3%、0.4%、0.5%、0.6%,w/v)對(duì)納米膠囊的影響,選擇最佳乳化劑濃度。

1.2.3.6 固化劑濃度的選擇 在壁材濃度0.5%、芯材溶劑濃度0.5%、玉米黃質(zhì)濃度15 mg/mL芯材溶劑、乳化劑濃度0.5%(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w)條件下,以粒徑、PDI及Zeta電位為指標(biāo),考察不同固化劑濃度(10、15、20、25、30 U/g明膠)對(duì)納米膠囊的影響,選擇最佳固化劑濃度。

1.2.4 包埋率的測(cè)定 參考胡琳琳[19]的方法,利用分光光度法測(cè)定并按照公式(1)計(jì)算玉米黃質(zhì)納米膠囊的包埋率。

式(1)

游離玉米黃質(zhì)含量的測(cè)定:取4 mL玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液,加入4 mL石油醚,恒溫振蕩,8000 r/min、4 ℃離心10 min后,取上清液于450 nm下測(cè)定吸光值,計(jì)算游離玉米黃質(zhì)濃度。

樣品中玉米黃質(zhì)總量的測(cè)定:取4 mL玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液,加入4 mL石油醚,混合均勻后超聲處理20 min,8000 r/min、4 ℃離心10 min后,取上清液于450 nm下測(cè)定吸光值,計(jì)算樣品中玉米黃質(zhì)總濃度。

1.2.5 枸杞玉米黃質(zhì)納米膠囊性質(zhì)表征的測(cè)定

1.2.5.1 形態(tài)觀察 吸取少量納米膠囊溶液置于載玻片上,蓋上蓋玻片后置于DM2500生物顯微鏡上觀察形態(tài),并選擇合適的視野攝像留檔,放大倍數(shù)為63倍。

1.2.5.2 粒徑分布、PDI及Zeta電位 吸取少量納米膠囊溶液,以去離子水為分散劑,采用馬爾文激光粒度分析儀測(cè)定納米膠囊的粒徑分布、PDI及Zeta電位。參數(shù)如下:樣品的折光率為1.59,分散劑的折光率為1.33。

1.2.5.3 X-射線衍射分析 參考胡琳琳[19]的方法,分別取玉米黃質(zhì)納米膠囊凍干樣、明膠-CMC復(fù)聚物凍干樣、玉米黃質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品于樣品板上,用玻璃片將其壓平整,采用銳影X射線衍射儀測(cè)定樣品X-射線的強(qiáng)度。方法如下:使用NaI晶體閃爍計(jì)數(shù)器,銅靶CuKα射線(λ=0.154 nm),電壓、電流分別為40 kV、200 mA,掃描范圍為2θ=3～45°,掃描步長(zhǎng)為0.02°,掃描頻率4°/min,狹縫設(shè)置為1/16 mm×1/4 mm×0.75 mm(發(fā)散狹縫DS、防散射狹縫SS、接受狹縫RS)。

1.2.6 貯藏穩(wěn)定性 分別配制玉米黃質(zhì)乳狀液和納米膠囊溶液,以保留率為指標(biāo),考察28 d貯藏期內(nèi)溫度、光照、氧氣和防腐劑對(duì)穩(wěn)定性的影響。保留率計(jì)算方法見公式(2)。玉米黃質(zhì)乳狀液制備流程如下:將用葵花籽油溶解后的玉米黃質(zhì)(15 mg/mL芯材溶劑)、0.5%乳化劑(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w)混合,19000 r/min條件下高速分散3 min,得到乳狀液。

式(2)

1.2.6.1 溫度對(duì)玉米黃質(zhì)納米膠囊穩(wěn)定性的影響 分別取100 mL的玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液和乳狀液,置于4、25、37 ℃環(huán)境中避光封口貯藏28 d。每7 d計(jì)算保留率。

1.2.6.2 光照對(duì)玉米黃質(zhì)納米膠囊穩(wěn)定性的影響 分別取100 mL的玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液和乳狀液,室溫下在自然光或避光環(huán)境中封口放置28 d。每7 d計(jì)算一次保留率。

1.2.6.3 氧氣對(duì)玉米黃質(zhì)納米膠囊穩(wěn)定性的影響 參考胡琳琳[19]的方法并稍作改動(dòng),分別取100 mL的玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液和乳狀液,室溫避光條件下,敞口置于空氣或封口貯藏28 d,每7 d計(jì)算一次保留率。

1.2.6.4 防腐劑對(duì)玉米黃質(zhì)納米膠囊穩(wěn)定性的影響 參考胡琳琳[19]的方法并稍作改動(dòng),分別取100 mL的玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液和乳狀液,加入0.1%的山梨酸鉀或苯甲酸鈉,避光封口于4 ℃冰箱中貯藏28 d。每7 d計(jì)算保留率。

1.3 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米黃質(zhì)納米膠囊制備工藝的優(yōu)化

2.1.1 芯材溶劑濃度的影響 從圖1可以看出,當(dāng)芯材溶劑濃度在0.1%～0.5%范圍內(nèi)時(shí),納米膠囊的粒徑逐漸減小,這是因?yàn)楫?dāng)葵花籽油加入到壁材溶液中時(shí),溶液的流動(dòng)性減弱,粘度發(fā)生變化,使得納米膠囊的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定[10]。當(dāng)芯材溶劑濃度為0.5%時(shí),PDI最小,電位的絕對(duì)值最大,說明該狀態(tài)下的膠囊粒徑分布最穩(wěn)定。當(dāng)濃度由0.5%繼續(xù)增大時(shí),膠囊中心的疏水區(qū)被葵花籽油逐漸填充,粒徑開始增大,且PDI逐漸變大,粒徑均一性下降[19]。因此選擇0.5%作為最佳芯材溶劑濃度。

圖1 芯材溶劑濃度對(duì)納米膠囊粒徑、PDI及Zeta電位的影響

2.1.2 玉米黃質(zhì)濃度的影響 由圖2可知,膠囊的粒徑先減小后增大,當(dāng)玉米黃質(zhì)濃度為20 mg/mL芯材溶劑時(shí),粒徑最小,但此時(shí)PDI較大,說明體系不穩(wěn)定。15 mg/mL芯材溶劑時(shí)膠囊的粒徑稍大于20 mg/mL芯材溶劑時(shí)的粒徑,為217 nm,但差異不顯著(P>0.05),且此時(shí)體系的PDI最小,為0.213,說明該狀態(tài)下納米膠囊的粒徑分布最均勻,體系最穩(wěn)定。因此,選擇15 mg/mL芯材溶劑作為最佳玉米黃質(zhì)濃度。

圖2 玉米黃質(zhì)濃度對(duì)納米膠囊粒徑、PDI及Zeta電位的影響

2.1.3 壁材濃度的影響 從圖3可以看出,隨著壁材濃度的增加,粒徑大小呈增長(zhǎng)趨勢(shì),當(dāng)壁材濃度為1.25%時(shí),粒徑增大到2290 nm，變化顯著(P<0.05),達(dá)到微米級(jí),不符合納米膠囊的制備要求。一方面隨著壁材濃度的增加,溶液中大分子的濃度增大,分子間碰撞的幾率增大導(dǎo)致發(fā)生粘連,使膠囊粒徑增大。另一方面,壁材濃度增加可能導(dǎo)致分子構(gòu)象的轉(zhuǎn)變,分子間的靜電斥力減弱,此時(shí)分子間的靜電吸引力和疏水相互作用造成溶液的穩(wěn)定性下降[19]。當(dāng)壁材濃度為0.5%時(shí),粒徑最小,為339.9 nm,此時(shí)電位的絕對(duì)值最大,PDI相對(duì)較小,因此選擇0.5%作為最佳壁材濃度。

圖3 壁材濃度對(duì)納米膠囊粒徑、PDI及Zeta電位的影響

2.1.4 乳化劑組成的影響 由圖4可知,當(dāng)Tween 80∶Span 80=1∶1(w/w)時(shí),納米膠囊的粒徑最小,PDI最小,Zeta電位的絕對(duì)值最大,此時(shí)納米膠囊溶液達(dá)到最理想狀態(tài)。因此選擇Tween 80∶Span 80=1∶1 (w/w)作為最佳乳化劑組成。

圖4 乳化劑組成對(duì)納米膠囊粒徑、PDI及Zeta電位的影響

2.1.5 乳化劑濃度的影響 從圖5可以看出,隨著乳化劑濃度的增加,納米膠囊的粒徑呈下降趨勢(shì),說明乳化劑明顯起到了阻止油滴聚集的作用。但當(dāng)乳化劑濃度為0.6%時(shí),PDI突然變大,電位的絕對(duì)值變小,這可能是由于當(dāng)乳化劑的添加量過大時(shí),粘度增大,溶液中分子間碰撞的幾率增大導(dǎo)致粘連,使膠囊的粒徑增大,穩(wěn)定性下降。當(dāng)乳化劑濃度為0.5%時(shí),納米膠囊的粒徑最小,PDI最小,Zeta電位的絕對(duì)值最大,因此確定0.5%為最佳乳化劑濃度。

圖5 乳化劑濃度對(duì)納米膠囊粒徑、PDI及Zeta電位的影響

圖6 固化劑濃度對(duì)納米膠囊粒徑、PDI及Zeta電位的影響

2.1.6 固化劑濃度的影響 由圖6可知,不同濃度的固化劑對(duì)粒徑的影響具有顯著性差異(P<0.05),當(dāng)固化劑濃度為20 U/g明膠時(shí),納米膠囊的粒徑最小,PDI最小,Zeta電位的絕對(duì)值最大,因此選擇20 U/g明膠作為最佳固化劑濃度。

因此,可得出制備玉米黃質(zhì)納米膠囊的最佳工藝條件為:芯材溶劑濃度0.5%,玉米黃質(zhì)濃度15 mg/mL芯材溶劑,壁材濃度0.5%,乳化劑濃度0.5%(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w),固化劑濃度20 U/g明膠。此時(shí),包埋率為92.60%±2.91%,包埋效果較好。

2.2 玉米黃質(zhì)納米膠囊的性質(zhì)表征

2.2.1 形態(tài)觀察 在最佳條件下制備的玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液見圖7(a),溶液呈亮黃色,均一穩(wěn)定。圖7(b)為納米膠囊的顯微圖像,可以看出其呈現(xiàn)規(guī)則的球形結(jié)構(gòu),壁材大分子能夠很好地包埋玉米黃質(zhì),說明本研究所采用復(fù)合凝聚法制備玉米黃質(zhì)納米膠囊的方法可行,包埋效果較好。

圖7 玉米黃質(zhì)納米膠囊溶液(a)及顯微圖像(b)

2.2.2 粒徑分布 PDI是用來表征溶液分散程度的指數(shù)—多分散指數(shù)(polydispersity index,PDI),介于0～1之間,數(shù)值越小代表溶液的均一性越好。Zeta電位的絕對(duì)值越大,說明分子之間的靜電斥力越大,粒子的狀態(tài)越穩(wěn)定,若該值過小,粒子會(huì)趨向聚集的狀態(tài)[20]。納米膠囊的粒徑分布見圖8,峰形窄而高,粒徑分布均一,平均粒徑為210.7 nm,PDI為0.063,Zeta電位為-11.5 mV,說明納米膠囊的粒徑較小,且狀態(tài)穩(wěn)定,符合納米膠囊的制備要求。

圖8 玉米黃質(zhì)納米膠囊的粒徑分布

2.2.3 X-射線衍射分析 由圖9可知,玉米黃質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)品分別在衍射角(2θ)11.39°、12.92°、14.57°、15.20°、28.30°、40.47°等處出現(xiàn)尖銳、較強(qiáng)的衍射峰,尤其在衍射角(2θ)=28.30°和40.47°處最強(qiáng),說明玉米黃質(zhì)是以典型的晶體形式存在的,這種晶體形態(tài)使得玉米黃質(zhì)不溶于水[21]。明膠-CMC復(fù)聚物分別在7.80°、20.10°附近有兩個(gè)較弱的寬峰,玉米黃質(zhì)納米膠囊在上述幾處的特征衍射峰消失,在20.10°處呈現(xiàn)和明膠-CMC復(fù)聚物一樣的寬峰,說明玉米黃質(zhì)經(jīng)過復(fù)合凝聚反應(yīng)包埋后以無定形的狀態(tài)存在,水溶性得到改善,從而具有更好的分散性和生物利用率。

圖9 X-射線衍射圖譜

2.3 貯藏穩(wěn)定性

玉米黃質(zhì)在運(yùn)輸貯藏過程中由于外界環(huán)境的影響會(huì)造成損失,因此,本研究以玉米黃質(zhì)乳狀液為對(duì)照組,探究不同因素對(duì)貯藏穩(wěn)定性的影響。

圖10 不同因素對(duì)玉米黃質(zhì)納米膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響

2.3.1 溫度對(duì)貯藏穩(wěn)定性的影響 由圖10(a)可知,貯藏28 d后,相同溫度下玉米黃質(zhì)納米膠囊的保留率均高于乳狀液,說明納米膠囊結(jié)構(gòu)對(duì)玉米黃質(zhì)起到了保護(hù)作用[22]。4與25 ℃條件下,納米膠囊和乳狀液的保留率均高于37 ℃下的保留率。貯藏28 d后,37 ℃下玉米黃質(zhì)乳狀液的保留率僅為57.62%±1.54%。這表明低溫條件更有利于玉米黃質(zhì)的貯存,與王芳等[23]研究結(jié)果相一致。

2.3.2 光照對(duì)貯藏穩(wěn)定性的影響 由圖10(b)可知,在避光條件下,玉米黃質(zhì)納米膠囊和乳狀液的保留率都相對(duì)較高,貯藏28 d后,保留率分別為77.06%±3.49%和69.03%±2.90%,說明避光保存可增強(qiáng)其穩(wěn)定性。光照條件下,乳狀液的保留率僅為36.76%±1.64%,而納米膠囊的保留率為47.64%±6.51%,說明納米膠囊化在一定程度上能降低光照對(duì)玉米黃質(zhì)的降解作用,起到保護(hù)作用。這與曹龍奎等[24]的研究結(jié)果一致。

2.3.3 氧氣對(duì)貯藏穩(wěn)定性的影響 從圖10(c)可以看出,貯藏28 d后,玉米黃質(zhì)納米膠囊和乳狀液在無氧條件下的保留率要高于有氧條件下的,且納米膠囊的保留率要高于乳狀液。這是由于壁材物質(zhì)能夠有效阻隔芯材與氧氣接觸,降低氧氣對(duì)玉米黃質(zhì)的氧化作用[25]。研究發(fā)現(xiàn),納米膠囊產(chǎn)品在短時(shí)間內(nèi)與空氣接觸,不會(huì)對(duì)品質(zhì)產(chǎn)生較大的影響,但是,在貯藏過程中,長(zhǎng)時(shí)間暴露于有氧環(huán)境中,壁材受水分活度等的影響,導(dǎo)致通透性增大,芯材與氧氣接觸發(fā)生降解[26]。

2.3.4 防腐劑對(duì)貯藏穩(wěn)定性的影響 由圖10(d)可知,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),納米膠囊的保留率因兩種防腐劑的添加稍有降低,貯藏28 d后,添加山梨酸鉀和苯甲酸鈉的納米膠囊溶液的保留率分別為77.72%±2.83%和78.21%±1.78%。而乳狀液中的玉米黃質(zhì)損失較多,貯藏28 d后保留率僅為67.03%±1.77%和65.54%±2.28%。說明納米膠囊結(jié)構(gòu)對(duì)玉米黃質(zhì)具有一定的保護(hù)作用,這兩種防腐劑可以和玉米黃質(zhì)納米膠囊在體系中共存。由于防腐劑可以阻止微生物的滋生,在更長(zhǎng)的貯藏期內(nèi)可能會(huì)表現(xiàn)出更好的保護(hù)效果,有待進(jìn)行進(jìn)一步的探究[27]。

由此可見,即使在惡劣的外界環(huán)境下,玉米黃質(zhì)納米膠囊仍能保持相對(duì)較高的保留率,遠(yuǎn)高于乳狀液體系,說明納米膠囊結(jié)構(gòu)能夠有效保護(hù)芯材,從而抵抗溫度、光照、氧氣引起的氧化降解。山梨酸鉀和苯甲酸鈉對(duì)納米膠囊的保留率影響較小,二者可與玉米黃質(zhì)納米膠囊在體系中共存。

3 結(jié)論

本研究采用復(fù)合凝聚法制備枸杞玉米黃質(zhì)納米膠囊,優(yōu)化得到的最佳制備工藝為:芯材溶劑濃度0.5%,玉米黃質(zhì)濃度15 mg/mL芯材溶劑,壁材濃度0.5%,乳化劑濃度0.5%(Tween 80∶Span 80=1∶1,w/w),固化劑濃度20 U/g明膠。該條件下包埋率為92.60%±2.91%。顯微觀察顯示納米膠囊呈現(xiàn)規(guī)則的球形結(jié)構(gòu),明膠與CMC對(duì)玉米黃質(zhì)的包埋效果較好。粒徑分布結(jié)果表明,納米膠囊的粒徑較小,僅為210.7 nm,且狀態(tài)穩(wěn)定,符合納米膠囊的制備要求。X-射線衍射分析結(jié)果表明,玉米黃質(zhì)通過復(fù)合凝聚反應(yīng)經(jīng)包埋后以無定形的狀態(tài)存在,水溶性得到改善,從而具有更好的分散性和生物利用率。納米膠囊化能提高玉米黃質(zhì)的貯藏穩(wěn)定性,且低溫、避光、無氧條件有利于玉米黃質(zhì)的貯藏,防腐劑山梨酸鉀和苯甲酸鈉可與玉米黃質(zhì)納米膠囊在體系中共存。