莧菜紅色素微膠囊的制備、表征及穩(wěn)定性研究

周丹紅，王耀，王大山，劉煥，王紅艷（宿州學院化學化工學院，安徽宿州234000）

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莧菜紅色素微膠囊的制備、表征及穩(wěn)定性研究

周丹紅，王耀，王大山，劉煥，王紅艷
（宿州學院化學化工學院，安徽宿州234000）

用莧菜紅色素作為芯材，使用阿拉伯膠、β-環(huán)糊精、蔗糖（1∶1∶1）作為復(fù)合壁材，壁材和芯材的質(zhì)量比為6∶1，乳化劑為吐溫80，固化劑為乙醇，制得莧菜紅色素的微膠囊.對制得的微膠囊進行表征以及穩(wěn)定性研究.莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊的紅外光譜特征峰類似、紫外光譜特征峰相近，表明官能團相同.經(jīng)過掃描電鏡觀察莧菜紅色素呈片狀晶體，莧菜紅色素微膠囊呈圓形，直徑僅為27.9μm.所得產(chǎn)品水分較低，對光和熱的穩(wěn)定性好，表明莧菜紅色素微膠囊化是保存莧菜紅色素的一種較好的方法，能延長莧菜紅色素的保存時間.

莧菜紅色素；微膠囊；制備；表征；穩(wěn)定性

0引言

莧菜是一種常見的一年生的蔬菜［1］，莧菜中含有的紅色素無毒，對視力、心血管疾病有好處，還具有抗癌、緩解潰瘍、延緩衰老等藥用功能［2，3］.莧菜紅色素對光、熱敏感，為了提高其對光照、溫度的穩(wěn)定性，可對莧菜紅色素進行微膠囊化處理.

微膠囊技術(shù)又稱為包埋技術(shù)，是將氣態(tài)物質(zhì)、液態(tài)物質(zhì)和固態(tài)物質(zhì)經(jīng)過某種方式混合，包裹于細小、密封的囊狀物里面［4］.微膠囊可以降低環(huán)境的影響，改變?nèi)芙庑裕诼癫缓玫奈兜?，延長駐存的時間［5，6］.用紅外光譜儀、紫外-可見分光光度計和掃描電鏡對莧菜紅色素及微膠囊進行表征，經(jīng)過微膠囊化后的莧菜紅色素不但可以保持其本身具有的理化性質(zhì)，而且還加強了對溫度、光照作用條件下的穩(wěn)定性［7-9］.

1實驗部分

1.1材料和試劑

1.1.1實驗材料

莧菜紅色素（AR）.

1.1.2實驗試劑

β-環(huán)糊精、蔗糖、阿拉伯膠、吐溫80、乙醇（均為AR）；

氯化鋅溶液、氯化銅溶液（均為實驗室配制）.

1.2儀器

實驗儀器見表1.

1.3實驗步驟

1.3.1壁材的選擇

選擇容易成膜、沒有毒害、滿足國家食品工業(yè)安全衛(wèi)生標準的物質(zhì)作為壁材［10］.阿拉伯膠容易成膜，β-環(huán)糊精親水性非常好，且有較好的熱穩(wěn)定性，蔗糖溶解性好且容易得到，這些物質(zhì)都安全無毒.

表1　實驗儀器

1.3.2微膠囊的制備

以阿拉伯膠、β-環(huán)糊精、蔗糖為混合壁材，用水溶解后均勻混合（β-環(huán)糊精溶于熱水），然后加入少量的乳化劑吐溫80.用莧菜紅色素作芯材，將莧菜紅色素溶于丙三醇溶液（丙三醇溶液用無水乙醇稀釋），芯材和壁材混合后置于恒溫（35℃）磁力攪拌器上充分攪拌（約30min）均勻后加入少量的凝固劑乙醇，靜置.等到成乳狀后用高速分散均質(zhì)機進行均質(zhì)15min左右，然后用超聲波細胞粉碎機在1200W下超聲5min，靜置24 h后放在臺式高速離心機中離心0.5 h，倒掉上層清液，取出沉淀放在真空干燥箱中烘0.5 h，即可制得莧菜紅色素微膠囊.

1.3.3莧菜紅色素微膠囊工藝流程

圖1　制備莧菜紅色素微膠囊的工藝流程圖

1.3.4微膠囊產(chǎn)率和效率的測定

1.3.4.1繪制莧菜紅色素標準曲線

1.3.4.2微膠囊莧菜紅色素總含量的測定

稱取一定的莧菜紅色素微膠囊，加入適量的水在50℃恒溫的磁力攪拌器內(nèi)溶解，待完全溶解后，定容，測定吸光度，代入標準曲線得出莧菜紅色素微膠囊的濃度，進而得出其含量.

1.3.4.3微膠囊表面莧菜紅色素含量的測定

稱取一定的莧菜紅色素微膠囊，用蒸餾水洗滌微膠囊表面4-5次，每次約4mL，將濾液定容，測定其吸光度，代入標準曲線得到莧菜紅色素微膠囊的濃度，進而得出其含量.

1.3.5莧菜紅色素微膠囊的理化性質(zhì)指標

1.3.5.1微膠囊的感官評價：色澤、氣味、狀態(tài)

實驗所得的試劑擱置于自然光照射處，背景使用白色，仔細辨別制備的微膠囊的狀態(tài)、顏色、氣味.

1.3.5.2微膠囊水分的測定

準確稱取3份相同質(zhì)量的莧菜紅色素膠囊，放入100℃烘箱中烘至恒重，采用重量法測定其含水量，求平均數(shù).

1.3.5.3微膠囊密度的測定

在帶有刻度的量筒中加入適量的莧菜紅色素微膠囊，再根據(jù)微膠囊的質(zhì)量和體積比得出莧菜紅色素微膠囊的密度.

1.4莧菜紅色素微膠囊的表征

用紫外-可見分光光度計、紅外光譜儀和掃描電子顯微鏡對莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊進行表征.

1.5穩(wěn)定性研究

分別對莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊在溫度、光照作用條件下進行穩(wěn)定性研究.

2結(jié)果和討論

2.1莧菜紅色素標準曲線的繪制

根據(jù)相關(guān)文獻［10］可得到莧菜紅色素標準曲線（圖2）.

圖2　莧菜紅色素標準曲線

莧菜紅色素標準曲線A=0.022 56C+0.020 3，將測得的吸光度值代入求出濃度，進而求出其含量.

2.2壁材的選擇

表2　不同壁材的實驗結(jié)果

表3　不同壁材微膠囊的產(chǎn)率和效率

由表3可知，選擇阿拉伯膠、β-環(huán)糊精和蔗糖（1∶1∶1）作為混合壁材其微膠囊產(chǎn)率和效率都達到最高，分別為82.36%和55.39%，選擇這個混合壁材效果最好.

2.4莧菜紅色素微膠囊的理化性質(zhì)指標

2.4.1莧菜紅色素微膠囊的外形分析

制得的莧菜紅色素微膠囊為淡粉色、無味的粉末狀固體，表面光滑細膩.

2.4.2莧菜紅色素微膠囊的物理特征

表4　莧菜紅色素微膠囊的含水量和密度

由表4可知莧菜紅色素微膠囊含水量僅為4.31%，含水量很少，可以保存很長時間，有利于儲存.

2.5莧菜紅色素及莧菜紅色素微膠囊的表征

2.5.1紫外吸收光譜特征峰的對比實驗

取適量的莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊，用蒸餾水溶解，用水作參比，去除背景，分別測量莧菜紅色素溶液和莧菜紅色素微膠囊溶液在300-700nm處的紫外吸收波長范圍.

圖3　莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊的紫外吸收波長

由圖3可知，在400-700nm的波長范圍內(nèi)，莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊均在520nm左右處有一個最大吸收峰，這也表明莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊有相同或相似的官能團.

2.5.2紅外光譜特征峰的對比實驗

取一定量的莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊，分別與光譜純溴化鉀充分混合均勻（比例1∶50）后再研磨成更細的粉末，用壓片機把它們壓成薄片，接著分別用鹵鎢燈烘烤20 min左右，然后放在紅外光譜儀的樣品架上，分別測定莧菜紅色素及莧菜紅色素微膠囊的紅外光譜特征峰.

圖4　莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊的紅外光譜特征峰

由圖4可知莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊的紅外光譜特征頻率相近，表明微膠囊化并沒有破壞莧菜紅色素的結(jié)構(gòu).莧菜紅色素為對磺基萘偶氮的鈉鹽，紅外譜圖在3 500 cm-1處有強的吸收峰，這個寬的吸收峰對應(yīng)于芳環(huán)上的羥基伸縮振動峰，由于這些羥基形成了氫鍵締合，該吸收峰的波數(shù)向低頻移動且波形變寬，2 928 cm-1處的吸收峰是由芳環(huán)中亞甲基的伸縮振動引起的，1 670 cm-1、1 567 cm-1、1 412 cm-1則對應(yīng)芳環(huán)的骨架振動.1 206 cm-1、1 052 cm-1處的一系列強吸收峰對應(yīng)著羰環(huán)中碳氧鍵的伸縮振動.

2.5.3掃描電鏡表面形態(tài)分析

將莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊分別均勻分散地粘附于導(dǎo)電膠上，再吹掃去多余的樣品，并在所粘附的樣品表面噴金，用掃描電鏡觀察并表征其形貌特征，見圖5和圖6.

圖5　莧菜紅色素在EMS下的形貌

圖6　莧菜紅色素微膠囊在EMS下的形貌

由圖5可知莧菜紅色素呈片狀晶體，由圖6可知莧菜紅色素微膠囊呈圓形，直徑為27.9 μm.莧菜紅色素微膠囊表面更光滑，莧菜紅色素被包裹在其中.

2.6莧菜紅色素微膠囊穩(wěn)定性的研究分析

2.6.1莧菜紅色素和微膠囊在不同溫度條件下的對比實驗

取莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊各7份，然后分別置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的避光條件下，6 h后測定其各自的吸光度值，算出莧菜紅色素及微膠囊在不同溫度下的保留率.

圖7　莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊在不同溫度下的保留率

由圖7可知，隨著溫度不斷升高，莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊的保留率越來越低，在30℃時莧菜紅色素的保留率為97.89%，莧菜紅色素微膠囊的保留率為99.78%，在80℃時莧菜紅色素的保留率為9.32%，莧菜紅色素微膠囊的保留率為54.18%，可以明顯地看出微膠囊化的莧菜紅色素在同等條件下保留率要高很多.可是隨著溫度不斷升高，保留率降低得越來越明顯，因此溫度太高會導(dǎo)致莧菜紅色素流失，莧菜紅色素微膠囊應(yīng)放在溫度較低的環(huán)境中，可以長時間貯藏.

2.6.2在光照條件下的對比實驗

取2個燒杯，分別將莧菜紅色素晶體和莧菜紅色素微膠囊溶于水，測量各自的吸光度，根據(jù)標準曲線得到各自的濃度C1和C2.將2個待測樣品置于同等的光照條件下，每隔2 h測量1次，得到的濃度分別為C3和C4；C5和C6；C7和C8；C9和C10，然后求出各自的保留率.

圖8　莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊在光照下的保留率

由圖8可知隨著光照時間的推移，莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊的量越來越少，光照2 h后莧菜紅色素的保留率為98.83%，莧菜紅色素微膠囊的保留率為99.76%，光照10 h后莧菜紅色素的保留率為17.45%，莧菜紅色素微膠囊的保留率為75.32%，可見微膠囊化的莧菜紅色素相對于未經(jīng)過微膠囊化的莧菜紅色素的流失要少很多，可以長時間貯藏.因此微膠囊化后更加穩(wěn)定，但要避免光的直接照射，應(yīng)放在陰涼的地方保存.

3結(jié)論

采用阿拉伯膠、β-環(huán)糊精、蔗糖（1∶1∶1）為復(fù)合壁材制備的莧菜紅色素微膠囊的產(chǎn)率和效率都達到最好，制成的莧菜紅色素微膠囊的含水量也非常低，有利于長時間儲存.對莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊表征后得知其有相同的特征峰或者類似的官能團，微膠囊化后的莧菜紅色素呈圓形，直徑僅為27.9 μm，表面更加光滑細膩.同時對莧菜紅色素和莧菜紅色素微膠囊進行溫度、光照等條件下的對比實驗，結(jié)果表明，莧菜紅色素微膠囊比莧菜紅色素要穩(wěn)定很多，貯存時間更長久.

［1］張萃明.莧菜天然紅色素的的提取與研究［J］.食品工業(yè)科技，2001，（5）：13-15.

［2］張瑞，邢軍，朱思屹，等.紅莧菜天然色素的提取及其穩(wěn)定性［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2013，39（1）：208-214.

［3］趙海軍，汪朝陽，侯曉娜，等.天然紅色素的提取研究進展［J］.廣州化學，2008，9（3）：33-39.

［4］陳文偉，賈振寶，黃光榮，等.茶綠色素微膠囊化研究［J］.食品與機械，2009，（5）：42-45.

［5］馬云標，朱科學，周惠明.維生素E微膠囊的理化性質(zhì)表征［J］.中國油脂，2010，35（1）：55-59.

［6］呂曉玲，齊浩，陳澤芳，等.甜菜紅色素微膠囊化的研究［J］.食品工業(yè)科技，2012，（8）：314-317.

［7］徐清艷.La/B共摻雜TiO2光催化降解莧菜紅的研究［J］.化學工程與設(shè)備，2014，（11）：20-24.

［8］李風飛，褚延偉，張衛(wèi)明.貯存溫度辣椒紅色素色價的影響［J］.中國食品添加劑，2014，（3）：69-72.

［9］王懷宗.莧菜紅色素的微波萃取及穩(wěn)定性研究［J］.溫州大學學報，2008，29（3）：33-36.

［10］周丹紅，蔡紅，徐基貴，等.番茄紅素微膠囊的制備及性質(zhì)研究［J］.包裝與食品機械，2008，（5）：28-36.

（責任編輯王穎莉）

Studies on Amaranth Red Pigment and its Preparation，Characterization and Stability of M icrocapsule

ZHOU Dan-hong，WANG Yao，WANG Da-shan，LIU Huan，WANG Hong-yan
（School of Chemistry Chemical Engineering，Suzhou University，Suzhou，Anhui 234000，China）

This paper deals with the preparation of microcapsules of amaranth red pigment:using Arabic gum，beta cyclic dextrin，sucrose（1∶1∶1）as mixed wall material，amaranth red pigment as the core material，wall material and core material quality 6∶1，emulsifier tween 80，ethyl alcohol as curing agent.Then，the characterization and stability of microcapsule are studied.IR characteristic peaks and ultraviolet spectrum characteristic peak of amaranth red pigment and its microcapsule are similar，showing that the functional groups are same.Through scanning electron microscopic，amaranth red pigment is flake crystal，its microcapsule is circular，and the diameter is only 27.9 μm.The lower moisture shows a better stability for light and heat.The microencapsulated amaranth red pigment is a better way to store amaranth red pigment and can prolong the storage time of amaranth red pigment.

amaranth red pigment；microcapsule；preparation；characterization；stability

TS255.1

A

1673-1972（2016）03-0019-07

2015-03-16

安徽省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目（AH201410379071；AH201410379063）；宿州學院科研項目（2014yyb09）；宿州學院大學生科研項目（KYLXLKYB15-02）；宿州學院科研平臺開放課題（KYLXLKYB15-02）

周丹紅（1969-），女，安徽宿州人，副教授，主要從事天然產(chǎn)物的提取及應(yīng)用研究.