藍(lán)莓花青素微膠囊的制備及在卷煙中的應(yīng)用

王學(xué)瑛，王子迎，汪甜莉，吳林生，沈章軍，徐德聰*

(1.安徽皖南煙葉有限責(zé)任公司，安徽 宣城 242000；2.合肥師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，安徽 合肥 230601)

藍(lán)莓(VacciniumSpp)果實(shí)中含有豐富的花青素，具有抗氧化、促進(jìn)視紅素再合成、提高免疫力、抗心血管疾病、抗衰老等多種生理活性功能[1-3]，在食品、化妝品、藥品等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。近年來，利用含有花青素的植物提取物對卷煙進(jìn)行減害降焦、提升卷煙的抽吸品質(zhì)等方面取得重要研究進(jìn)展[4-6]。劉思奎等[7]將葡萄籽花青素加入到煙絲中經(jīng)感官評定，發(fā)現(xiàn)能有效降低卷煙樣品刺激性、增加透發(fā)性及掩蓋雜氣，并能較好地強(qiáng)化藥草香風(fēng)格特征、提升辛甜和果香香韻、提高香韻的層次感。伍錦鳴等[8]研究表明藍(lán)莓花青素也能明顯增加煙氣甜潤感及煙香清晰度、減小煙氣的刺激性、強(qiáng)化果香香韻、提升膏香與甜香香韻，對煙草香氣香型及香韻表達(dá)具有促進(jìn)作用。但目前多數(shù)尚處于研究層面，一些未能解決的關(guān)鍵技術(shù)問題導(dǎo)致真正應(yīng)用于卷煙生產(chǎn)的還很少。其中一個(gè)重要因素就是花青素很容易和周圍的環(huán)境因子發(fā)生作用，從而導(dǎo)致其化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變[9]，不穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)會(huì)嚴(yán)重影響其生理活性的發(fā)揮，甚至有可能會(huì)導(dǎo)致其活性消失，所以通常要密封、避光保存，這樣大大限制了花青素在卷煙中的應(yīng)用。因此，如何提高花青素的穩(wěn)定性，是能否將花青素真正應(yīng)用到卷煙實(shí)際生產(chǎn)中的關(guān)鍵問題。

微膠囊技術(shù)是指使用成膜材料將具有功能活性的芯材物質(zhì)包埋其中，阻止芯材受光和熱等外界環(huán)境因素的影響，可以在很大程度上提高芯材的穩(wěn)定性、擴(kuò)展芯材的應(yīng)用范圍并控制芯材釋放的一種技術(shù)[10]。目前微膠囊技術(shù)發(fā)展迅速，其制備方法多樣[11]，天然壁材也多種多樣[12]，針對不同的芯材，需要選擇適當(dāng)?shù)谋诓暮吞接懞线m的制備工藝。將花青素合適的微膠囊化也許可提升其在卷煙領(lǐng)域中的使用價(jià)值。目前，微膠囊技術(shù)應(yīng)用在卷煙的加香過程中，如將薄荷醇等香料微膠囊化加入卷煙中已大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化[13]，但利用生物活性物質(zhì)微膠囊來改變卷煙的化學(xué)成分，如利用藍(lán)莓花青素微膠囊來提高卷煙品質(zhì)，還較少見研究報(bào)道。

本研究以藍(lán)莓花青素為芯材，經(jīng)不同前處理方法獲得的殼聚糖、三聚磷酸鈉和海藻酸鈉為壁材，采用復(fù)凝聚-真空冷凍干燥技術(shù)建立高效包埋花青素的微膠囊化體系，通過觀察花青素微膠囊的物理特征、微觀形貌特征并對其進(jìn)行性質(zhì)測定，建立最佳花青素微膠囊制備工藝，再將其添加至卷煙中，對卷煙進(jìn)行感官評價(jià)，判定其是否對卷煙品質(zhì)有明顯改善作用，旨在為藍(lán)莓花青素在卷煙加香減害中的選用提供參考，達(dá)到有效改善卷煙品質(zhì)的目標(biāo)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器設(shè)備

藍(lán)莓：安徽徽王食品有限公司；煙絲：安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司；所有試劑均為食品級。主要儀器設(shè)備信息見表1。

表1 主要儀器設(shè)備

1.2 方法

1.2.1 藍(lán)莓花青素提取

將藍(lán)莓凍果用酸化食用酒精浸提、抽濾、離心，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮得到藍(lán)莓花青素浸膏。

1.2.2 花青素微膠囊制備

在1 %的殼聚糖溶液中加入吐溫-80和蔗糖酯SE-5，40℃水浴攪拌、乳化，再加入花青素浸膏(花青素與殼聚糖的質(zhì)量比為10：1)，攪拌均勻后用均質(zhì)機(jī)均質(zhì)乳化，得到的藍(lán)莓花青素+殼聚糖乳化液用霧化器噴入海藻酸鈉(0.5%)-多聚磷酸鈉(2%)溶液中得到微膠囊溶液，15000r/min離心10min，再冷凍干燥48h以上得到花青素微膠囊成品。具體工藝如下：

工藝1

工藝3

1.2.3 花青素微膠囊的性質(zhì)測定

1.2.3.1 包埋率測定

修改楊君等[14]釋放包埋花青素方法，采用示差法[15]測定包埋花青素的含量，計(jì)算包埋率。

包埋率=(包埋花青素含量/總花青素含量)×100%。

1.2.3.2 粒徑和粒度分布測定

取少量微膠囊，設(shè)置檢測溫度為25℃，用Mastersizer 2000激光粒度儀測定其粒徑大小和粒度分布。

1.2.3.3 微觀結(jié)構(gòu)測試

利用S-4800型掃描電子顯微鏡觀察其形貌特征。

1.2.4 微膠囊在卷煙上應(yīng)用評價(jià)

1.2.4.1 保潤性能測定

分別在煙絲上噴加微膠囊、花青素和蒸餾水(對照)，用差量法判定其保潤性。

1.2.4.2 卷煙噴加花青素微膠囊后的感官評定

參照葉榮飛等[16]的方法將花青素微膠囊噴加到煙絲上，處理后供人品吸。分別從香氣特性、煙氣特性和舒適感特性三大方面進(jìn)行評價(jià)。

選取0.95g±0.02g質(zhì)量范圍內(nèi)的煙支共30支作為試驗(yàn)樣品，選定10人為卷煙感官檢驗(yàn)員，每人3支，按照表2進(jìn)行評價(jià)，得分按平均值計(jì)算。設(shè)定對照組各指標(biāo)均為0，處理組記分分為五檔：+10、+5、0、-5、-10(其中“+”“-”表示處理組和對照組相比較其各指標(biāo)的變化方向：“+”表示指標(biāo)質(zhì)量有所提高，“-”表示指標(biāo)質(zhì)量有所下降，+10表示提高效果明顯，+5表示提高效果一般，“0”表示指標(biāo)差異不明顯，-5表示降低效果一般，-10表示降低效果明顯)。

表2 卷煙產(chǎn)品感官評價(jià)表(樣表)

2 結(jié)果與討論

2.1 藍(lán)莓花青素微膠囊表觀特征

不同工藝制備的藍(lán)莓花青素微膠囊表觀特征如表3，工藝1用醋酸酸化殼聚糖，導(dǎo)致微膠囊有明顯刺鼻的醋酸味。工藝2用檸檬酸代替醋酸來酸化殼聚糖，完全消除了刺鼻的醋酸味，但工藝1和2的微膠囊成品顆粒較大且有部分粘塊，因此在工藝2的基礎(chǔ)上將微膠囊沉淀凍干之前先用純水進(jìn)行洗滌和離心形成工藝3。結(jié)果表明，與工藝1和2相比，工藝3獲得的微膠囊成品顆粒相對細(xì)小且均勻分散，呈現(xiàn)深酒紅色且有淡淡果香，同時(shí)也表明藍(lán)莓花青素微膠囊干燥前的洗滌是一個(gè)很關(guān)鍵的必需步驟。因此，將工藝3作為藍(lán)莓花青素微膠囊的最佳制備工藝，后續(xù)相關(guān)測定及應(yīng)用都是基于工藝3獲得的產(chǎn)品，其實(shí)物圖如圖1。

表3 不同工藝制備的花青素微膠囊物理特征比較

圖1 工藝3制備的花青素微膠囊實(shí)物圖

2.2 藍(lán)莓花青素微膠囊包埋率

包埋率是評價(jià)微膠囊質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)之一，其主要受到壁材種類及配比、芯壁比和干燥方法等因素的影響?？梢杂米魑⒛z囊壁材的物質(zhì)有很多，只要材料的成膜性好，能夠在芯材周圍沉積，并且具有一定的強(qiáng)度與韌性就有可能做壁材[17]，但是應(yīng)用于食品產(chǎn)業(yè)的微膠囊壁材不僅要求乳化能力強(qiáng)、成膜性好、干燥性能好、溶解黏度低，成本低廉，還要符合食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)[18]。殼聚糖和海藻酸鈉因具備食品產(chǎn)業(yè)微膠囊壁材特征而被廣泛應(yīng)用。此外，微膠囊干燥技術(shù)以噴霧干燥和冷凍干燥為主，一般對于熱敏性物質(zhì)的干燥以冷凍干燥為主。因此，本研究以殼聚糖、海藻酸鈉和多聚磷酸鈉為復(fù)合壁材，以吐溫-80和蔗糖酯SE-5為復(fù)配乳化劑，通過復(fù)凝聚-真空冷凍干燥的方法制備藍(lán)莓花青素微膠囊，并在前期大量優(yōu)化實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上采用檸檬酸酸化殼聚糖，水洗微膠囊外表面等優(yōu)化工藝后測得的微膠囊包埋率為76.36%，包埋效果較好。

2.3 藍(lán)莓花青素微膠囊粒徑大小和分布

微膠囊的粒徑大小以及分布狀態(tài)也是微膠囊重要的參數(shù)指標(biāo)[19]，其粒徑一般在1～500μm，變化范圍較寬，工藝條件對其大小及分布影響很大[20]。本研究制備的微膠囊粒徑大小和分布如圖2，其粒徑≤400μm，且大部分處于100μm到300μm之間，其中粒徑為200μm左右的占比最高，為21.770%。微膠囊的粒徑分布呈正態(tài)分布，且分布較窄，說明其穩(wěn)定性較好[21]。

圖2 微膠囊的粒徑大小和分布圖

2.4 藍(lán)莓花青素微膠囊微觀結(jié)構(gòu)

微膠囊的結(jié)構(gòu)形態(tài)特征影響微膠囊的性質(zhì)[22]，如微膠囊顆粒外表面的粗糙或光滑程度與微膠囊的流動(dòng)性密切相關(guān)[23]。采用掃描電子顯微鏡對工藝3獲得的微膠囊進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察，得藍(lán)莓花青素微膠囊表面微觀結(jié)構(gòu)圖(圖3)。圖3A為未完全均勻分散拍攝的圖片，部分區(qū)域微膠囊比較聚集，形成膠囊簇的基本形態(tài)，根據(jù)Cano-Chauca等人的說法[24]，較大的顆粒周圍有較小顆粒的強(qiáng)烈粘附，可能是由于沒有結(jié)晶表面，這是非晶產(chǎn)品的特點(diǎn)。對圖3A進(jìn)行局部放大，可以看到個(gè)別較大顆粒呈球形，這樣可以盡可能多地包埋更大量的芯材，且起到均勻釋放的效果。圖3B為分散拍攝的單個(gè)顆粒圖片，可以明顯看出，本工藝3制備的藍(lán)莓花青素微膠囊顆粒呈現(xiàn)典型規(guī)則的球狀，表面結(jié)構(gòu)完整且具有典型的皺褶以及少量凹陷。微膠囊表面的典型皺褶和凹陷可能是制備方法的問題，即因壁材收縮從而形成凹陷與皺褶[25]，也可能是微膠囊受掃描電子束的影響。Rosenberg等[26]研究指出凹陷是由于干燥過程中水分迅速蒸發(fā)導(dǎo)致，Aguilera和Stanley[27]則指出凹陷的形成是由于球體外表面硬化后收縮，然后在粒子內(nèi)膨脹氣泡所致。

2.5 藍(lán)莓花青素微膠囊對煙絲的保潤性

對工藝3制備的微膠囊產(chǎn)品進(jìn)行保潤性檢測，由表4可看出，藍(lán)莓花青素和微膠囊均對煙絲有一定的保潤作用，但花青素微膠囊具有更好的保潤效果。這可能是因?yàn)榛ㄇ嗨馗采w在煙絲表面減緩了煙絲的水分揮發(fā)，而進(jìn)行微膠囊化處理后，可以進(jìn)一步有效控制花青素保潤活性成分的散失，達(dá)到更好的保潤效果。此外，微膠囊的糖類復(fù)合壁材也可以鎖住水分，從而延緩水分揮發(fā)，因此糖類是應(yīng)用較廣泛的煙用保潤劑之一[28]。

圖3 微膠囊的電子掃描圖

表4 花青素微膠囊的保潤性能測定結(jié)果

2.6 卷煙噴加微膠囊后的感官評定結(jié)果

由表5的感官評定結(jié)果可知，微膠囊對卷煙香氣特性的影響不明顯，但對其舒適感特性和煙氣特性有一定的改善作用，主要表現(xiàn)在干燥感和刺激性有明顯降低，甜潤度和細(xì)柔度明顯增加。可能原因是花青素微膠囊在煙絲中經(jīng)過高溫灼燒導(dǎo)致其壁材破裂，芯材花青素與卷煙中的某些物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)，從而改善了卷煙的相關(guān)品質(zhì)。這與伍錦鳴等[8]將藍(lán)莓花青素直接在卷煙中應(yīng)用可以明顯使卷煙的濕潤度增加、刺激感降低的結(jié)果類似。但本研究對卷煙香氣特性的影響不明顯，這與伍錦鳴等[8]花青素直接應(yīng)用也能使卷煙香氣有所增加不同，這可能是由于膠囊的壁材成分對花青素香氣有所掩蓋導(dǎo)致。

表5 卷煙產(chǎn)品感官評價(jià)表

3 結(jié)論

以藍(lán)莓花青素為芯材，殼聚糖、海藻酸鈉和多聚磷酸鈉為復(fù)合壁材，采用復(fù)凝聚-真空冷凍干燥技術(shù)，并用檸檬酸酸化殼聚糖，蔗糖酯SE-5和吐溫-80作為乳化劑，水洗微膠囊外表面等優(yōu)化工藝后測得的微膠囊包埋率為76.36%，包埋效果較好；產(chǎn)品呈深酒紅色，具有較好的色澤；微膠囊粒徑≤400μm，且大部分處于100μm到300μm之間，粒徑分布呈正態(tài)分布，且分布較窄，穩(wěn)定性較好；藍(lán)莓花青素微膠囊的掃描電鏡圖顯示微膠囊呈典型規(guī)則的球狀，表面結(jié)構(gòu)完整且具有典型的皺褶以及少量凹陷。加入藍(lán)莓花青素微膠囊的卷煙評吸主要表現(xiàn)在干燥感和刺激性有明顯降低，甜潤度和細(xì)柔度明顯增加，說明其對卷煙舒適感特性和煙氣特性有一定的改善作用，在卷煙產(chǎn)業(yè)中有較好的應(yīng)用前景。