響應(yīng)面法優(yōu)化銳孔法制備大米抗氧化肽微膠囊工藝

陳 麗，張 喻,*，譚亦成，林親錄

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

響應(yīng)面法優(yōu)化銳孔法制備大米抗氧化肽微膠囊工藝

陳 麗1，張 喻1,*，譚亦成1，林親錄2

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與生物技術(shù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.中南林業(yè)科技大學(xué) 稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

為提高大米抗氧化肽的穩(wěn)定性，以海藻酸鈉為壁材，采用銳孔法對(duì)大米抗氧化肽進(jìn)行微膠囊化。以包埋率為考察指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用響應(yīng)面分析法對(duì)芯材與壁材質(zhì)量比、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、包埋溫度、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)工藝條件進(jìn)行分析和優(yōu)化，并對(duì)所制備的微膠囊進(jìn)行了存放實(shí)驗(yàn)和電鏡掃描。響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表明：制備大米抗氧化肽微膠囊的最佳工藝條件為芯材與壁材質(zhì)量比0.3∶1、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.4%、包埋溫度50 ℃、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.8%、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.26%，經(jīng)驗(yàn)證，在上述最優(yōu)條件下制備的微膠囊包埋率為81.24%，與模型預(yù)測(cè)值81.75%相比，相對(duì)誤差僅為0.6%。存放實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微膠囊中抗氧化肽的穩(wěn)定性明顯提高；掃描電鏡結(jié)果顯示微膠囊表面形態(tài)結(jié)構(gòu)完整。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明微膠囊化是保護(hù)抗氧化肽活性的一種較好方法，可為大米抗氧化肽微膠囊的實(shí)際生產(chǎn)提供參考。

銳孔法；大米抗氧化肽；微膠囊；包埋率

抗氧化肽能有效地清除體內(nèi)過(guò)剩的活性氧自由基，具有抑制延緩脂質(zhì)氧化、保護(hù)人體組織器官免受自由基侵害的作用，在食品、制藥和化妝品行業(yè)中具有極大的潛在利用價(jià)值[1]。大米蛋白質(zhì)通過(guò)水解作用得到的抗氧化肽因具有分子質(zhì)量小、安全性高、抗氧化性強(qiáng)和易被吸收等特點(diǎn)而成為研究熱點(diǎn)。但目前大米抗氧化肽的相關(guān)研究主要集中在制備、分離純化并分析氨基酸的組成、肽序等方面[2-4]。和其他功能性多肽一樣，大米抗氧化肽穩(wěn)定性差，易受氧氣、溫度、濕度等環(huán)境因素的影響而變性，并且大米抗氧化肽易被胃中的胃酸和胃蛋白酶水解失活，使它的應(yīng)用受到限制。因此，如何提高大米抗氧化肽的穩(wěn)定性，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

微膠囊技術(shù)是利用天然的或者合成的高分子材料對(duì)固體、液體或氣體等核心物質(zhì)進(jìn)行包埋的技術(shù)[5]。通過(guò)微膠囊技術(shù)可達(dá)到保護(hù)芯材免受環(huán)境影響、掩蓋不良口感和難聞氣味及控制釋放的目的[6-8]。而微膠囊的壁材是決定微膠囊性能的關(guān)鍵因素之一[6]。海藻酸鈉具有生物相容性良好、天然、無(wú)毒、可生物降解、廉價(jià)易得等特點(diǎn)，且海藻酸鈉成膠機(jī)制簡(jiǎn)單，與鈣離子在室溫條件下即可生成具有“蛋盒”結(jié)構(gòu)的海藻酸鈣凝膠[9]。此外，海藻酸鈉在酸性介質(zhì)中幾乎不溶脹而能在堿性介質(zhì)中溶脹，可用來(lái)保護(hù)芯材免受胃酸和胃蛋白酶的影響[10]，在口服緩釋制劑中具有良好的應(yīng)用前景。

制備微膠囊的常用方法有噴霧干燥法[11]、銳孔法[12]、分子包埋法[13]、復(fù)凝聚法[14]、界面聚合法[15]等。其中銳孔法因技術(shù)裝置簡(jiǎn)單、投資少，且能制備出形態(tài)較為均一的微球而尤為受到重視[16]，已有研究采用銳孔法對(duì)獼猴桃油[17]、還原型谷胱甘肽[18]、葡萄籽原花青素[19]和紅棗色素[20]等物質(zhì)進(jìn)行微膠囊化，但采用銳孔法制備大米抗氧化肽微膠囊的研究在國(guó)內(nèi)外鮮見(jiàn)報(bào)道。

本實(shí)驗(yàn)以海藻酸鈉為壁材、CaCl2為凝固劑，采用銳孔-凝固浴法對(duì)大米抗氧化肽進(jìn)行微膠囊包埋。以包埋率為主要考察指標(biāo)，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用響應(yīng)面分析法優(yōu)化制備工藝參數(shù)，并對(duì)所得抗氧化肽微膠囊進(jìn)行了存放實(shí)驗(yàn)和電鏡掃描，以期得到包埋率高且穩(wěn)定性好的微膠囊產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海藻酸鈉（食品級(jí)） 青島奧福隆生物科技有限公司；蔗糖脂肪酸酯（食品級(jí)） 河南天博食品添加劑有限公司；無(wú)水CaCl2（分析純） 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；SephadexG-25凝膠 上海江萊生物科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

HH-8數(shù)顯恒溫水浴鍋、SHZ-82水浴恒溫振蕩器 上海浦東物理光學(xué)儀器廠；JJ-1精密增力電動(dòng)攪拌器 金壇市城西春蘭實(shí)驗(yàn)儀器廠；紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì) 北京萊伯泰科儀器有限公司；注射器（針頭孔徑為0.5 mm） 圣光醫(yī)用制品有限公司；JSM-6380LV掃描電子顯微鏡 日本電子株式會(huì)社。

1.3 方法

1.3.1 大米抗氧化肽的制備

參照文獻(xiàn)[21]的方法，實(shí)驗(yàn)室自制，所得大米抗氧化肽粗品經(jīng)SephadexG-25凝膠分離純化，收集抗氧化活性最高的組分，冷凍干燥后于-20 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 大米抗氧化肽微膠囊的制備

1.3.2.1 壁材溶液的配制

精確稱取一定質(zhì)量的海藻酸鈉，加入蒸餾水充分?jǐn)嚢?，待其溶解后，?0～60 ℃恒溫條件下靜置過(guò)夜，使海藻酸鈉完全吸水溶脹后備用[17-18]。

1.3.2.2 芯材和壁材混合液的配制

在一定溫度條件下，向壁材溶液中按一定比例加入大米抗氧化肽和促進(jìn)致密微膠囊膜形成的蔗糖脂肪酸酯，攪拌30 min并保溫備用。

1.3.2.3 凝固液的配制

配制不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的CaCl2溶液，冷卻到室溫，備用。

1.3.2.4 造粒

保持離液面15 cm的高度，用注射器將芯材和壁材混合液緩慢滴入凝固液中，形成微膠囊[22]。

1.3.2.5 固化、干燥

將微膠囊室溫?cái)嚢韫袒?0 min，分離出微膠囊，用清水洗去微膠囊表面殘留的CaCl2，置于40 ℃烘箱干燥，即得微膠囊產(chǎn)品。

1.3.3 包埋率與載藥量的測(cè)定

1.3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

精確稱取抗氧化肽600 mg于100 mL容量瓶中，用按文獻(xiàn)[23]配制的人工模擬胃液溶解并定容，振蕩搖勻后分別精確移取0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、l0 mL于50 mL容量瓶中，用模擬胃液定容，280 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A[24]。以吸光度A對(duì)質(zhì)量濃度C作線性回歸。

1.3.3.2 包埋率與載藥量的計(jì)算

精密稱取干燥的微囊100 mg，置100 mL具塞錐形瓶中，加入0.5 mol/L的檸檬酸鈉溶液50 mL，于40 ℃、50 r/min振搖6 h，5 000 r/min離心l0 min，取上清液l mL稀釋至10 mL。按1.3.1節(jié)方法制備不添加芯材的空白微囊，同樣方法處理后得到的上清液作為對(duì)照，于280 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度A，用回歸方程求出質(zhì)量濃度，按式（1）、（2）分別計(jì)算微膠囊包埋率和多肽質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

單因素試驗(yàn)在芯材與壁材質(zhì)量比0.3∶1、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%、包埋溫度50 ℃、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%的基礎(chǔ)上，相應(yīng)變換某因素的水平：芯材與壁材質(zhì)量比選擇0.1∶1、0.2∶1、0.3∶1、0.4∶1、0.5∶1；海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%；包埋溫度選擇40、45、50、55、60 ℃；CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%；蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%。按1.3.1節(jié)的方法制備大米抗氧化肽微膠囊，考察各因素對(duì)微膠囊包埋率的影響。

1.3.5 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為探求大米抗氧化肽微膠囊的最佳制備工藝條件，在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)方差分析選取對(duì)微膠囊包埋率影響顯著的因素進(jìn)行了響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)[25]。以芯材與壁材質(zhì)量比、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為自變量，以包埋率為響應(yīng)值設(shè)計(jì)四因素三水平響應(yīng)面試驗(yàn)，并采用Design-Expert軟件進(jìn)行回歸模型分析。試驗(yàn)因素水平編碼如表1所示。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素及編碼水平Table 1 Coded levels for factors used in response surface design

1.3.6 大米抗氧化肽微膠囊的存放實(shí)驗(yàn)

稱取1 g大米抗氧化肽，以及按多肽含量計(jì)算含有相同質(zhì)量抗氧化肽的微膠囊，分別用透明塑料自封袋包裝后，于常溫（（25±5）℃）條件下存放30 d，每隔5 d取樣1 次，參照文獻(xiàn)[21]方法測(cè)定大米抗氧化肽對(duì)1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基和羥自由基的清除率。

1.3.7 微膠囊產(chǎn)品表面形態(tài)的觀察

將微膠囊產(chǎn)品置于105 ℃烘箱中干燥至質(zhì)量恒定，在紅外燈下用導(dǎo)電膠將樣品固定在樣品臺(tái)上，噴金后用掃描電鏡觀察微膠囊產(chǎn)品的表面結(jié)構(gòu)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS 19.0和Design-Expert 8.0，利用Microsoft Excel 2007和Design-Expert 8.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 芯材與壁材質(zhì)量比對(duì)微膠囊包埋率的影響

圖1 芯材與壁材質(zhì)量比對(duì)包埋率的影響Fig.1 Effect of mass ratio of core to coating on microencapsulation efficiency

從圖1可以看出，當(dāng)芯材與壁材質(zhì)量比不超過(guò)0.3∶1時(shí)，包埋率隨芯材與壁材質(zhì)量比的增加而增加；當(dāng)芯材與壁材質(zhì)量比大于0.3∶1時(shí)，包埋率下降。這可能是因?yàn)楹Ｔ逅徕}的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的包埋能力有限[26]，達(dá)到最大包埋量后，繼續(xù)增加芯材會(huì)導(dǎo)致芯材無(wú)法被壁材完全包埋，包埋率受到影響。初步確定芯材與壁材質(zhì)量比為0.3∶1。

2.1.2 海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響

圖2 海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋率的影響Fig.2 Effect of sodium alginate concentration on microencapsulation efficiency

由圖2可知，海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.5%～1.0%范圍內(nèi)，微膠囊包埋率逐漸上升；在1.0%～2.0%時(shí)，包埋率上升趨勢(shì)緩慢；在2.0%～2.5%時(shí)，包埋率反而下降。因?yàn)楫?dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，其不能與CaCl2充分反應(yīng)，形成的微囊膜較薄，易破損，導(dǎo)致微膠囊包埋率較低；而當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，其溶液黏度增加，不利于抗氧化肽與其充分混合，從而微膠囊包埋率降低[27-28]。

海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)還影響微膠囊的機(jī)械強(qiáng)度、成球難易及微膠囊的形狀[18]。試驗(yàn)過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)，海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1.5%時(shí)，微球干燥后有塌陷現(xiàn)象；海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%時(shí)則難以通過(guò)銳孔，造粒困難，甚至出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象。因此，海藻酸鈉的適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.5%左右。

2.1.3 包埋溫度對(duì)微膠囊包埋率的影響

圖3 包埋溫度對(duì)包埋率的影響Fig.3 Effect of embedding temperature on microencapsulation efficiency

圖3表明，包埋溫度為50 ℃時(shí)，微膠囊包埋率最高。這是因?yàn)闇囟鹊蜁r(shí)海藻酸鈉黏度大，不利于銳孔造粒。隨著溫度升高，海藻酸鈉分子間鏈段纏結(jié)得到一定舒展，更容易與Ca2+結(jié)合成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但溫度過(guò)高，海藻酸鈉分子中的α-1,4-L-古羅糖醛酸（G段）與β-1,4-D-甘露糖醛酸（M段）的結(jié)構(gòu)單元容易分開(kāi)，不易與鈣離子形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，凝膠性能變差[29]。方差分析結(jié)果表明操作溫度對(duì)包埋率影響不顯著（P＞0.05），同時(shí)考慮到溫度過(guò)高易造成大米抗氧化肽失活，最終確定包埋溫度為50 ℃，在響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)中不再將操作溫度列為試驗(yàn)因素。

2.1.4 CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響

圖4 CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋率的影響Fig.4 Effect of calcium chloride concentration on microencapsulation efficiency

從圖4可知，CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)在1.0%～1.5%范圍內(nèi)，微膠囊包埋率逐漸上升；在1.5%～2.0%時(shí)，包埋率上升趨勢(shì)趨于平衡；在2.0%～3.0%時(shí)，包埋率反而下降。因?yàn)槟桃褐械腃aCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)越低，海藻酸鈉與Ca2+交聯(lián)越不完全，所形成的海藻酸鈣微球的皮層越薄，強(qiáng)度差，影響包埋率；而CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高時(shí)，外層迅速凝固，在內(nèi)層固化前形成致密的皮層，阻礙了凝固劑向內(nèi)層的繼續(xù)擴(kuò)散和內(nèi)層的充分固化，同樣不利于微球強(qiáng)度的提高[30]。

CaCl2還影響微膠囊的外形和顏色[31]。試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于2.0%時(shí)，海藻酸鈣微球形成速度慢，且有黏連現(xiàn)象。質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于2.0%時(shí)，成品有澀味，色澤較深。初步確定CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的適宜水平為2.0%。

2.1.5 蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊包埋率的影響

圖5 蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)包埋率的影響Fig.5 Effect of sucrose fatty acid ester concentration on microencapsulation efficiency

圖5顯示，微膠囊包埋率在蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%時(shí)達(dá)到最大，隨后開(kāi)始下降。這可能是因?yàn)檎崽侵舅狨ベ|(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)，它不僅可以通過(guò)范德華力、疏水鍵、靜電力、氫鍵和大米抗氧化肽形成脂-多肽復(fù)合物，還可以填充在海藻酸鈉的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中[32]，使形成的微膠囊膜致密，可更好地包住芯材。而質(zhì)量分?jǐn)?shù)過(guò)高的蔗糖脂肪酸酯進(jìn)入到海藻酸鈉分子鏈的間隙后，會(huì)使海藻酸鈉分子鏈間的空隙增大，鏈間作用力減小[33]，導(dǎo)致形成的微膠囊膜強(qiáng)度減弱，包埋率下降。初步確定蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.25%。

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Box-Behnken Experimental design and results

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)影響微膠囊包埋率的4 個(gè)主要因素（芯材與壁材質(zhì)量比、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)）進(jìn)行了Box-Behnken響應(yīng)面優(yōu)化。Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

利用Design-Expert 8.0軟件對(duì)表2數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到響應(yīng)值包埋率（Y）對(duì)芯材與壁材質(zhì)量比（A）、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)（B）、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)（C）和蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)（D）的二次多項(xiàng)式回歸模型：

Y=81.47+0.082A+0.34B-1.10C+0.62D+0.34AB+ 2.54AC-3.15AD+2.96BC-0.79BD+0.58CD-22.74A2-4.10B2-1.63C2-1.82D2

表3 響應(yīng)面回歸方程方差分析Table 3 ANOVA for the response surface quadratic model

由表3可知，所得的回歸方程極顯著（P＜0.000 1），且失擬檢驗(yàn)不顯著（P=0.192 1＞0.05），說(shuō)明此回歸模型理想，用方程擬合4 個(gè)因素與包埋率之間的關(guān)系是可行的。決定系數(shù)R2=0.982 1，說(shuō)明包埋率的實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間有較好的擬合度。綜合以上分析可知：該模型與實(shí)際情況擬合較好，可用于預(yù)測(cè)包埋率的變化情況。

從對(duì)包埋率的影響來(lái)看，一次項(xiàng)C（CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)）與D（蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)）對(duì)包埋率影響極顯著，一次項(xiàng)A（芯材與壁材質(zhì)量比）與B（海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)）對(duì)包埋率沒(méi)有顯著影響，影響順序?yàn)镃＞D＞B＞A；二次項(xiàng)A2、B2、C2和D2對(duì)結(jié)果影響極顯著；交互項(xiàng)AC、AD和BC對(duì)結(jié)果影響極顯著，BD影響顯著，而AB和CD則無(wú)顯著影響。

此外，對(duì)影響微膠囊包埋率顯著因素（P＜0.01）之間的交互作用進(jìn)行考察，并繪制如圖6所示的響應(yīng)面圖。

從圖6a可看出，芯材與壁材質(zhì)量比不變，隨著CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，微膠囊包埋率呈先增后減趨勢(shì)，在1.9%～2.1%達(dá)到最大值；隨著芯材與壁材質(zhì)量比的增加，微膠囊包埋率呈先增加后下降的趨勢(shì)，最適范圍在0.25∶1～0.3∶1。在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的條件范圍內(nèi)，兩者交互作用表現(xiàn)為微膠囊包埋率的增加。

如圖6b所示，當(dāng)蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低或較高時(shí)，隨著芯材與壁材質(zhì)量比的增加，微膠囊的包埋率均呈先升高后下降的趨勢(shì)，在0.25∶1～0.3∶1達(dá)到最適值，但蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低時(shí)的增幅比較高時(shí)的增幅大。在蔗糖脂肪酸酯添加量過(guò)多的情況下，阻礙了海藻酸鈉與CaCl2的交聯(lián)反應(yīng)，所以增加反應(yīng)體系中的芯材含量對(duì)提高包埋率的作用影響較小。從響應(yīng)面圖中包埋率出現(xiàn)的最大值區(qū)域來(lái)看，適當(dāng)?shù)靥岣咝静呐c壁材質(zhì)量比和蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于包埋率的增加。

圖6c表明，當(dāng)CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，隨著海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，微膠囊包埋率呈相應(yīng)增加趨勢(shì)，在1.4%～1.6%達(dá)到最適值；隨著CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，包埋率呈先增加后下降的趨勢(shì)，最適值在1.7%～1.9%。在微球成型這個(gè)反應(yīng)體系中，海藻酸鈉和CaCl2是造粒成功的關(guān)鍵因素，提高海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)所起到的增加包埋率的作用要高于提高CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)所起到的作用。當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)和CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的過(guò)高或者過(guò)低時(shí)，都會(huì)導(dǎo)致微膠囊包埋率的降低，這與吳彩娥等[17]研究結(jié)果是一致的。

圖6 試驗(yàn)因素交互作用的響應(yīng)面圖Fig.6 Response surface plot showing interactive effects of experimental conditions on microencapsulation efficiency

對(duì)回歸方程求一階偏導(dǎo)數(shù)解方程后得A=0.29∶1、B=1.43%、C=1.76%、D=0.26%，即制備大米抗氧化肽微膠囊的最優(yōu)工藝參數(shù)為芯材與壁材質(zhì)量比0.29∶1、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.43%、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.76%、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.26%、包埋溫度50 ℃。為便于操作，選取芯材與壁材質(zhì)量比0.3∶1、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.4%、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.8%、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.26%及包埋溫度50 ℃進(jìn)行3 次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，包埋率平均值為81.24%，與預(yù)測(cè)結(jié)果81.75%基本吻合（相對(duì)誤差約0.6%），表明所建模型準(zhǔn)確、可行。

2.3 大米抗氧化肽微膠囊存放實(shí)驗(yàn)

常溫（（25±5）℃）貯存條件下，微膠囊化前后大米抗氧化肽對(duì)DPPH自由基和羥自由基清除率變化情況見(jiàn)表4。

表4 存放期間大米抗氧化肽對(duì)DPPH自由基和羥自由基清除率變化Table 4 Changes in scavenging capabilities of original and microencapsulated rice antioxidant peptide against DPPH radical and hydroxyl radical during storage

從表4可以看出，在常溫條件下（（25±5）℃）存放時(shí)，未經(jīng)包埋的原料肽對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率下降極顯著（P＜0.01），存放30 d后，其對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率分別由75.66%和36.69%降至36.45%和17.25%，各自下降了39.21%和19.44%；微膠囊化抗氧化肽對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率顯著高于原料肽（P＜0.05），僅下降了2.21%和2.57%。由此可見(jiàn)，微膠囊化處理對(duì)大米抗氧化肽活性起到了很好的保護(hù)作用。

2.4 微膠囊產(chǎn)品的表面形態(tài)

圖7 微膠囊產(chǎn)品干燥前的表面形態(tài)Fig.7 Surface morphology of microcapsule products

圖8 微膠囊產(chǎn)品的掃描電鏡圖Fig.8 Microstructure of microcapsule products

如圖8所示，以海藻酸鈉為壁材、CaCl2為凝固劑制備的大米抗氧化肽微膠囊的形態(tài)呈圓球形，且大小均一，與圖7相比微球無(wú)變形現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)仍較完整，表面沒(méi)有裂縫產(chǎn)生，壁材結(jié)構(gòu)的完整性和致密性較好，表明銳孔法制備的微膠囊對(duì)芯材具有良好的保護(hù)作用。

3 結(jié) 論

1）利用響應(yīng)面設(shè)計(jì)優(yōu)化銳孔法制備大米抗氧化肽微膠囊的工藝條件，建立了制備大米抗氧化肽微膠囊的數(shù)學(xué)模型，得到了合適的工藝條件為：芯材與壁材質(zhì)量比0.3∶1、海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.4%、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.8%、蔗糖脂肪酸酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.26%、包埋溫度50 ℃。在此條件下，所制得微膠囊的包埋率為81.24%，與模型預(yù)測(cè)值81.75%基本吻合，說(shuō)明所建模型準(zhǔn)確可行。2）常溫（（25±5）℃）條件下存放時(shí)，未包埋的大米抗氧化肽對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率下降極顯著（P＜0.01），存放30 d后，其對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率分別下降了39.21%和19.44%，而微膠囊化抗氧化肽對(duì)DPPH自由基和羥自由基的清除率僅下降了2.21%和2.57%，表明微膠囊化是提高抗氧化肽穩(wěn)定性的一種較好方法。3）大米抗氧化肽微膠囊產(chǎn)品的掃描電鏡結(jié)果顯示，微膠囊產(chǎn)品的表面結(jié)構(gòu)均保持完整，形態(tài)較均一，無(wú)裂痕、空洞和破裂現(xiàn)象產(chǎn)生，表明壁材對(duì)芯材起到了保護(hù)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張暉, 唐文婷, 王立, 等. 抗氧化肽的構(gòu)效關(guān)系研究進(jìn)展[J]. 食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào), 2013, 31(7): 673-679.

[2] 張君慧, 張暉, 王興國(guó), 等. 大米蛋白酶解制備抗氧化肽的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè), 2008, 34(5): 71-75.

[3] 馬海樂(lè), 劉斌, 李樹(shù)君, 等. 酶法制備大米抗氧化肽的蛋白酶篩選[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2010, 41(11): 119-123.

[4] 王章存, 崔勝文, 袁道強(qiáng), 等. 高壓酶解大米蛋白抗氧化活性及其分子質(zhì)量分布[J]. 中國(guó)糧油學(xué)報(bào), 2013, 28(7): 1-4.

[5] 井樂(lè)剛, 趙新淮. 復(fù)合維生素微膠囊制備中壁材用量及濃度對(duì)成品的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(3): 303-306.

[6] 楊寶玲, 陳燁. 玉米淀粉-辛烯基琥珀酸淀粉酯制備亞麻油微膠囊[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010, 26(7): 364-368.

[7] 皮鈺珍, 劉長(zhǎng)江, 岳喜慶, 等. β-環(huán)糊精鹿胎盤(pán)肽微膠囊的制備[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(4): 69-71.

[8] LI Ranran, ZHANG Xingxiang, SHI Haifeng. Effect of manufacturing parameters on the release profiles of casein-loaded alginate microspheres prepared by emulsification/internal gelation[J]. Journal of Controlled Release, 2011, 152(1): 154-155.

[9] ZHU Aimei, CHEN Jian, LIU Qinglin, et al. Controlled release of berberine hydrochloride from alginate microspheres embedded within carboxymethyl chitosan hydrogels[J]. Journal of Applied Polymer Science, 2011, 120(4): 2374-2380.

[10] 陳超, 楊劍, 朱俊晨, 等. 益生菌微膠囊化壁材與方法的研究進(jìn)展[J].食品工業(yè)科技, 2012, 33(14): 403-407.

[11] DESAI K G, PARK H J. Effect of manufacturing parameters on the characteristics of vitamin C encapsulated tripolyphosphatechitosan microspheres prepared by spray-drying[J]. Journal of Microencapsulation, 2006, 23(1): 91-103.

[12] 楊芙蓮, 劉文彥. 銳孔法制備黃酮類化合物微膠囊及其釋放性的研究[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2013, 29(2): 297-300.

[13] 王順民, 薛正蓮, 余建斌. 山核桃油微膠囊技術(shù)研究[J]. 食品工業(yè)科技, 2012, 33(1): 268-271.

[14] 董志儉, 沈煜, 夏書(shū)芹, 等. 復(fù)合凝聚球狀多核薄荷油微膠囊的耐熱性研究[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(5): 120-123.

[15] 江定心, 徐漢虹, 楊曉云. 植物源農(nóng)藥印楝素微膠囊化工藝及防蟲(chóng)效果[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(2): 205-208.

[16] 劉欣, 郭星堯, 韓亞, 等. 海藻酸鈉為囊材銳孔法制備鐵葉綠酸鈉微囊[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2009, 25(9): 1043-1045.

[17] 吳彩娥, 徐克勇, 李元瑞, 等. 氣流式銳孔法制作彌猴桃油微膠囊的研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(3): 133-136.

[18] 徐麗萍, 姚鵬程. 銳孔法制備玉米胚中還原型谷胱甘肽微膠囊[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 27(1): 47-50.

[19] 丁保淼, 袁武華. 銳孔法制備原花青素微膠囊工藝研究[J]. 食品與機(jī)械, 2012, 28(6): 214-217.

[20] 王麗玲, 候旭杰, 高超. 均勻設(shè)計(jì)優(yōu)化紅棗色素微膠囊化工藝研究[J].食品研究與開(kāi)發(fā), 2012, 33(5): 108-110.

[21] 賈俊強(qiáng), 馬海樂(lè), 曲文娟, 等. 超聲預(yù)處理大米蛋白制備抗氧化肽[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(8): 288-292.

[22] 龐杰, 張甫生, 肖麗霞, 等. 魔芋生物堿的微膠囊化工藝及生防效果試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2003, 19(4): 188-192.

[23] 國(guó)家藥典委員會(huì). 中華人民共和國(guó)藥典: 二部[S]. 2010年版. 北京:中國(guó)醫(yī)藥科技出版社, 2010: 231-232.

[24] 孫月梅, 江連洲, 李佳棟. 乳化-凝膠化法制備大豆功能肽緩釋微囊的研究[J]. 食品科技, 2008, 33(9): 117-120.

[25] ROBERT L M, RICHARD F G, JAMES L H. Statistical design and analysis of experiments[M]. New Jersey: John Wiley and Sons, 2003: 585-586.

[26] 劉楊, 任力, 季培紅, 等. 海藻酸鈉的提純及海藻酸鈣多孔支架的制備[J]. 華南理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 40(7): 142-147.

[27] 李瑞偉, 曾令兵, 張輝, 等. 草魚(yú)出血病細(xì)胞疫苗微囊制備與體外釋放研究[J]. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 22(2): 212-217.

[28] 熊濤, 馮超, 謝明勇. 植物乳桿菌NCU116微膠囊制備工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(1): 152-156.

[29] 包永華, 陸芝娟, 劉莉, 等. 響應(yīng)面設(shè)計(jì)法優(yōu)化海藻酸鈣凝膠珠制備條件[J]. 食品工業(yè), 2012, 33(7): 28-30.

[30] 郭肖青, 朱平, 王新. 海藻纖維的制備及其應(yīng)用[J]. 紡織導(dǎo)報(bào), 2006(7): 45-50.

[31] 杜雙奎, 呂新剛, 于修燭, 等. 銳孔法制作食醋微膠囊[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2009, 35(5): 85-89.

[32] 單成俊, 陳正行. 類脂物質(zhì)對(duì)大米蛋白可食用膜的影響[J]. 食品與生物技術(shù)學(xué)報(bào), 2006, 25(4): 89-92.

[33] 郭錦棠, 張瑾, 殷俊威. 抗菌性海藻酸鈉膜的制備及性能分析[J]. 天津大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)與工程技術(shù)版, 2013, 46(7): 653-658.

Response Surface Methodology for the Optimization of Preparation Process for Rice Antioxidant Peptide Microcapsules by Piercing Method

CHEN Li1, ZHANG Yu1,*, TAN Yi-cheng1, LIN Qin-lu2
(1. Key Laboratory for Food Science and Biotechnology of Hunan Province, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China; 2. National Engineering Laboratory for Rice and By-product Deep Processing, Center South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, China)

Microcapsules of rice antioxidant peptide with enhanced stability were prepared by piercing method using sodium alginate as the wall material. Operating parameters such as mass ratio of core to wall material, sodium alginate concentration, temperature, calcium chloride concentration, and sucrose fatty acid ester concentration were optimized by response surface methodology based on the microencapsulation efficiency of rice antioxidant peptide. The prepared microcapsules were subjected to storage tests and electron microscopic observation. The results showed that the optimal experimental conditions were 0.3:1, 1.4%, 50 ℃, 1.8%, and 0.26% for mass ratio of core to wall material, sodium alginate concentration, temperature, calcium chloride concentration, and sucrose fatty acid ester concentration, respectively. Experiments under these optimal conditions led to a microencapsulation efficiency of 81.24%, showing a relative error of only 0.6% compared to the expected value (81.75%). Storage test revealed that the stability of microencapsulated rice antioxidant peptide was improved obviously. Scanning electron microscopy images showed that the surface morphology and structure of microencapsulated rice antioxidant peptide were intact. Therefore, microencapsulation is a good way to protect the activity of antioxidant peptide. These results could provide references for actual production of rice antioxidant peptide microcapsules.

piercing m ethod; rice antioxidant peptide; microcapsules; microencapsulation efficiency

TS218

A

1002-6630（2014）22-0097-07

10.7506/spkx1002-6630-201422018

2014-03-26

湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目（11B061）；稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（2012KF2002）

陳麗（1987—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：125428107@qq.com

*通信作者：張喻（1972—），女，教授，博士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工。E-mail：skxzhangyu@163.com