蝦青素微膠囊化及其穩(wěn)定性的研究進展

付力丹，劉頔，趙曉燕，*，畢玉平，王興軍

（1.濟南大學酒店管理學院食品科學與營養(yǎng)系，山東濟南250022；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究中心，山東濟南250100）

蝦青素微膠囊化及其穩(wěn)定性的研究進展

付力丹1，劉頔1，趙曉燕1，*，畢玉平2，王興軍2

（1.濟南大學酒店管理學院食品科學與營養(yǎng)系，山東濟南250022；2.山東省農(nóng)業(yè)科學院生物技術研究中心，山東濟南250100）

天然蝦青素作為一種新型的天然抗氧化劑，其抗氧化能力約為VE的550倍，在許多領域有著廣闊的應用價值，如食品、醫(yī)藥等。因蝦青素結構中存在較多共軛雙鍵，故易受外界環(huán)境的影響而發(fā)生降解氧化。針對蝦青素這一特性，主要探討噴霧干燥過程中壁材及干燥溫度等因素對蝦青素微膠囊包埋效果的影響，并分析了蝦青素微膠囊在貯存過程中對外界環(huán)境因素的耐受情況；同時對蝦青素微膠囊現(xiàn)階段在食品領域中的應用現(xiàn)狀進行了總結，為日后蝦青素產(chǎn)品的開發(fā)及廣泛應用提供新思路。

蝦青素；微膠囊；噴霧干燥；穩(wěn)定性；應用

蝦青素是類胡蘿卜素的含氧衍生物之一，也是其合成的最高級別產(chǎn)物，屬于酮式類胡蘿卜素，抗氧化活性高出同類別的β-胡蘿卜素10倍左右，是自然界中最具潛力的抗氧化色素?，F(xiàn)有的臨床試驗表明，蝦青素能夠有效清除體內自由基，同時促進抗體的生成，提高動物體免疫力[1]，不僅可以抗炎抗癌[2]，防止紫外線輻射[3]，還可以預防心血管[4]、神經(jīng)系統(tǒng)[5]等方面的疾病，在食品、保健品、醫(yī)藥等行業(yè)均具有可觀的實用價值和應用前景。

國內外已有較多文獻報道了蝦青素的提取與純化方法，部分已相當成熟，但由于蝦青素自身的弱極性分子結構中含有較多共軛雙鍵，導致其穩(wěn)定性及水溶性較差，使得現(xiàn)階段蝦青素的市場可投放領域受到了限制[6]。為了解決上述問題，已有許多研究者開始嘗試利用微膠囊技術對蝦青素進行包埋處理。本文主要對影響蝦青素微膠囊包埋效果的主要因素進行了總結和分析，為今后對蝦青素在微膠囊領域的深入研究提供借鑒。

1 微膠囊技術

微膠囊技術是一種用來保護被包裹物料，并對其原有化學性質不產(chǎn)生影響的新技術。主要通過含有高

分子聚合物的囊壁將常溫下性質不穩(wěn)定的固體、液體或氣體包埋封存，從而達到隔絕外界光、氧等因素的目的。

1936年，美國某公司首次利用石蠟作為壁材實現(xiàn)了魚肝油的微膠囊化，自此微膠囊技術開始走入人們的視野。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，噴霧干燥、界面聚合、離心銳孔等方法也被相繼應用到微膠囊技術中。隨著該技術的日趨成熟，其應用的領域也越來越廣泛，如食品、醫(yī)藥、化工等。常見的微膠囊制備的方法及特征如表1所示。

表1 常見的微膠囊制備方法Tab le1 Preparationm ethodsofm icrocapsule

2 芯壁材對蝦青素微膠囊包埋效果的影響

微膠囊包括芯材和壁材兩個部分，在食品工業(yè)中，由于產(chǎn)品食用的安全性以及用途的特殊性，通常要求壁材必須選用安全性較高（即無味、無毒且不與芯材發(fā)生反應等）的物質[14]。

2.1 壁材成分配比對蝦青素微膠囊包埋效果的影響

食品微膠囊中的壁材一般選用易溶于水且具有良好緩釋性的天然高分子材料以及半合成高分子材料，如水溶性膠類、淀粉、蛋白類、糖類、纖維素類、脂類等[15]。常見的壁材及其特點總結如表2所示。

在實際應用中，由于單一壁材很難達到微膠囊理想的包埋狀態(tài)，故生產(chǎn)中常利用兩種或兩種以上壁材混合后產(chǎn)生的協(xié)同效應對目的物進行包埋處理，例如黃原膠和瓜爾豆膠以一定比例混合后可增加體系黏度[20]，海藻糖或葡萄糖等小分子糖可與淀粉類等大分子壁材復配后起到補充包埋作用[21]。

表2 食品微膠囊中常見的壁材Table2 The classification of commonm icrocapsulewallmaterial in food industry

在關于蝦青素微膠囊包埋的研究中，也有不少學者在嘗試不同壁材的復配，以期達到蝦青素的最佳包埋效果。Shen等[22]將酪蛋白酸鈉分別與可溶性玉米纖維和乳清蛋白混合配比，對蝦青素進行了微膠囊包埋實驗，結果證實采用兩種方案所制得的蝦青素微膠囊品質優(yōu)良且均取得90%以上的良好的收率。另外，Pu等[23]也分別采用不同成分的壁材包埋含有蝦青素的油劑，并從中篩選出最佳的壁材復配方案，得到84.84%的較理想產(chǎn)率，但由于實驗中部分膠囊表面殘留少量芯材油劑，常溫下貯存時易氧化酸敗，影響產(chǎn)品品質。

2.2 壁材復配比例對蝦青素微膠囊包埋效果的影響

最優(yōu)的壁材復配比例能夠在微膠囊包埋的過程中形成穩(wěn)定的乳化液體系，為達到最佳的包埋效果提供有力保障。Yu等[24]曾在噴霧干燥微膠囊的實驗中證實，復合壁材比例能夠影響微膠囊體系中乳狀液的黏稠度及穩(wěn)定性，并與之呈一定線性關系。例如當麥芽糊精分別與明膠、大豆蛋白、酪蛋白酸鹽復配時，乳化液體系的穩(wěn)定性因受壁材比例大小的影響，隨麥芽糊精與蛋白質比例的增加而降低。

因此有研究利用乳清蛋白、阿拉伯膠以及麥芽糊精等作為壁材，分別組合后對蝦青素進行包埋處理，并探討了不同壁材組合在不同梯度比例時蝦青素微膠囊產(chǎn)率及效率的變化，最終確定當阿拉伯膠與乳清蛋白在比例為1∶3時包埋效果最佳[25]。

目前，針對蝦青素微膠囊壁材種類的文獻報道較多，但由于所選用的壁材性質不同，實驗所得到的壁材復配比例也隨成分的變化而略有差異。因此，篩選合適的壁材種類及比例對于蝦青素的微膠囊包埋具有非常重要的意義。

2.3 芯壁材比對蝦青素包埋效果的影響

在微膠囊包埋實驗中，芯材與壁材的混合比例可以決定微膠囊囊壁的形成，影響產(chǎn)品質量，因而通常也作為實驗篩選條件之一。胡婷婷等[26]在蝦青素微膠囊包埋的實驗中，對芯壁材比例進行了5個梯度的篩選，并發(fā)現(xiàn)在逐漸增加蝦青素含量的過程中，測得微膠囊包埋率及產(chǎn)率的變化整體呈先增后降的趨勢。有研究認為產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因是由于噴霧干燥時微膠囊中芯材含量較少，體系黏度較大，造成微膠囊外壁形成速度較慢且易堆積過厚，所得產(chǎn)品包封率不高且品質不佳[27]；另外，Laohasongkram等[28]證實，若體系中芯材濃度過飽和，可能會造成由于壁材含量不足而難以包覆芯材的現(xiàn)象，使得囊壁厚度以及致密度受到影響。厚度降低易產(chǎn)生裂紋或發(fā)生破裂，致密度不高易導致芯材透過結構相對疏松的囊壁到達壁外，兩種結果均可使包埋效果大打折扣。

3 噴霧干燥過程對蝦青素微膠囊包埋效果的影響

一般來說，微膠囊化過程可大致分為制備含芯壁材的乳狀液以及微膠囊的成膜處理兩個部分。在噴霧干燥法中，微膠囊的成膜質量主要取決于均質霧化壓力的大小和進出風溫度的高低。

3.1 均質壓力及均質次數(shù)對蝦青素包埋效果的影響

均質壓力影響霧化效果，霧化效果決定微膠囊反應面積。因此有研究認為，噴霧干燥實驗中均質壓力的大小與微膠囊包封率在一定范圍內存在正相關關系[29]。黃文哲等[30]在對蝦青素的包埋實驗中也曾證實，在升高均質壓力的過程中，蝦青素的微膠囊效果也逐漸達到最佳，并在50MPa時得到最高的產(chǎn)率及效率，分別為98.08%和30.6%。其主要原因是由于在高壓均質的過程中，伴隨著均質壓力的上升，霧化的乳液液滴能夠得到進一步細化，反應面積相應增大，包埋更加均勻。同時，乳液的細化也有利于干燥時膠囊內水分的迅速蒸發(fā)，防止黏壁現(xiàn)象的發(fā)生[31]。

高壓均質次數(shù)的增加可以提高乳化液的穩(wěn)定性，但同時也能夠導致體系溫度升高，使分散在乳化液中的蝦青素受熱發(fā)生降解，影響微膠囊品質[27]。

3.2 進出風溫度對蝦青素微膠囊包埋效果的影響

在噴霧干燥過程中，進出風溫度的高低往往對芯

材的保留率以及微膠囊囊壁的形成產(chǎn)生一定的影響。Raposo等[32]在蝦青素微膠囊化的研究中證實，在出風溫度相同的情況下，若降低進風溫度，會導致微膠囊體系中滯留水分而發(fā)生粘壁現(xiàn)象，對囊壁的致密性產(chǎn)生影響。但若進風溫度過高，不僅會使體系內分子運動加快，加速蝦青素的降解，還可能使微膠囊囊壁表面出現(xiàn)裂紋或小凹坑，造成包埋效果不佳。

此外，出風溫度的適當升高有助于微膠囊內水分的蒸發(fā)，加速微膠囊成型，提高芯材的保留率，反之亦然。黃立新等[33]認為，若出風溫度過低，霧化后的液滴在高溫后易提前形成壁殼，導致微膠囊顆粒內仍存在水分，在減速干燥階段易積聚蒸汽，造成囊壁漲裂或水分含量過高而影響產(chǎn)品質量。另一方面，若出風溫度過高，產(chǎn)品由于長時間受熱易發(fā)生降解，而微膠囊顆粒在高溫處理后亦不能及時形成壁殼，產(chǎn)生黏壁現(xiàn)象，影響產(chǎn)品品質。因此選擇合適的進出風溫度，可以使壁材盡快轉變成玻璃態(tài)，從而減少芯材的損失，達到包埋的最佳效果[34]。

4 貯存條件對蝦青素微膠囊穩(wěn)定性的影響

微膠囊技術能夠顯著改善物質的穩(wěn)定性，其應用對于延長產(chǎn)品的貯存時間具有非常重要的意義。

此前，已有研究證明色素微膠囊相對于其單體來說具有較優(yōu)良的穩(wěn)定性。例如韓寧等[35]在β-胡蘿卜素晶體與其微膠囊的對比實驗中，驗證了在不同貯存環(huán)境（溫度、氧氣、光照、濕度）中兩者的穩(wěn)定性，結果顯示β-胡蘿卜素微膠囊的保留率在不同條件下均高于其晶體，表明微膠囊化可以改善β-胡蘿卜素在不同環(huán)境下的降解情況。

蝦青素與β-胡蘿卜素性質相似，由于微膠囊壁材分子覆蓋于蝦青素顆粒表面，一定程度上避免了外界環(huán)境對其的影響。胡婷婷[36]將蝦青素微膠囊以及蝦青素晶體分別置于不同光照、溫度以及氧氣的條件下進行了為期28 d的貯存實驗，并測定其保留率。結果表明，盡管二者在相同環(huán)境下均發(fā)生了降解，但前者的保留率均在70%以上，遠高于后者。因此，以微膠囊技術包埋蝦青素，能夠顯著減緩蝦青素的降解，很大程度上的解決蝦青素由于自身性質而無法得到有效開發(fā)的難題，對其在各個領域的發(fā)展起了十分重要的推動作用。

5 蝦青素微膠囊在食品工業(yè)中的應用現(xiàn)狀

隨著對微膠囊研究的不斷深入，越來越多的活性物質通過微膠囊技術實現(xiàn)了多領域應用，在滿足市場需求的同時也豐富了產(chǎn)品種類。蝦青素作為新興的抗氧化劑，其微膠囊產(chǎn)品在食品行業(yè)中的應用也逐漸受到人們的廣泛關注。

5.1 蝦青素微膠囊與高級保健品

國外對于蝦青素微膠囊產(chǎn)品的研究較早，應用也相對廣泛?，F(xiàn)階段市場中蝦青素的微膠囊產(chǎn)品以營養(yǎng)保健品居多，其產(chǎn)品定位主要集中在抗氧化、延緩衰老、降低血糖、提高免疫力、保護視網(wǎng)膜等方面。例如Eulara的美容膠囊、美國Aquasearch公司的抗血栓膠囊、日本Fancl的“蝦青素30日”增強免疫力營養(yǎng)強化劑等微膠囊產(chǎn)品均含有蝦青素成分。

除片劑以及膠囊類保健品外，利用蝦青素微膠囊制得的保健飲品近年來也逐漸走入市場。很多國家已嘗試將蝦青素微膠囊用于成年人的發(fā)酵液體乳制品、未發(fā)酵液體乳制品、發(fā)酵豆制品和水果飲料中，在保健的同時也能夠豐富蝦青素的產(chǎn)品種類。

5.2 蝦青素微膠囊與食品添加劑

蝦青素微膠囊不僅可以作為營養(yǎng)補充劑應用于保健品中，還可以作為著色劑、抗氧化劑等食品添加劑，用以改善產(chǎn)品感官性狀或保持食品的原有營養(yǎng)成分不受破壞。Bjerkeng等[37]在1995年時就曾證實，蝦青素優(yōu)越的抗氧化性對于鱒魚片能夠起到護色保質的作用。在日本，也有研究利用含有蝦青素油劑的微膠囊，進行蔬菜、海藻以及水果的腌漬，結果均表明蝦青素微膠囊在食品保鮮方面具有顯著效果[38]。

此外，天然蝦青素還具有良好的著色性。有研究發(fā)現(xiàn)，當蝦青素微膠囊作為食品著色劑使用時，隨著添加量的增加，其顯色也由淺及深，呈現(xiàn)出不同的效果?，F(xiàn)今已有很多不同類別的食品利用蝦青素的這一特性對食品進行上色，如應用于人造奶油、冰淇淋、酸奶、果汁、糖果、蛋糕、面條、調味品等，既有良好的著色效果又有顯著的保質作用[38]。

目前，國內利用微膠囊技術包埋色素來提高溶解性和穩(wěn)定性的研究較多，如辣椒紅素、番茄紅素、玉米黃素等，部分色素的微膠囊產(chǎn)品已經(jīng)投入市場并獲得廣泛認可。雖然近年來關于蝦青素微膠囊化的系統(tǒng)性研究開始被重視，但由于受到技術成本以及市場的限制，蝦青素在許多領域的應用仍舊空白，因此開發(fā)潛力巨大。隨著蝦青素的優(yōu)良特性逐漸被人們所熟知，同時結合我國“藥食同源”的傳統(tǒng)理念，利用蝦青素微膠囊開發(fā)功能性食品、化妝品等，將具有非常廣闊的發(fā)展空間以及理想的應用前景。

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Research Progress on M icroencapsulation and Stability of Astaxanthin

FU Li-dan1，LIUDi1，ZHAOXiao-yan1，*，BIYu-ping2，WANGXing-jun2
（1.Departmentof Food Scienceand Nutrition，SchoolofHotelManagement，University of Jinan，Jinan 250022，Shandong，China；2.Biotechnology Research Centre，Shandong Academy ofAgriculturalSciences，Jinan 250100，Shandong，China）

Naturalastaxanthin isa novel powerful antioxidant，whose antioxidant capacity is 550 times higher than Vitamin E.Ithasbeen widely applied in food，pharmaceutical industry.The astaxanthin can be easily degraded by environmental conditionsbecause of itsunsaturated double bonds.This papermainly explored the effectofdifferentconditions in spray drying processon astaxanthinmicrocapsules，such aswallmaterialand drying temperatureetc.Italso analyzed the stability ofastaxanthinmicrocapsulesduring storage.At the same time，the development status of astaxanthinmicrocapsules in food field was summarized，in order to provide a new idea for thewidely exploitation and application ofastaxanthin product in the future.

astaxanthin；microencapsules；spray drying；stability；applications

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.23.046

2015-12-17

國家科技支撐計劃課題（2012BAD33B00）；國家自然科學基金（21406133）

付力丹（1992—），女（漢），研究生，研究方向：天然產(chǎn)物與功能食品開發(fā)。

*通信作者：趙曉燕（1975—），女,副教授，碩士生導師，主要從事食品理論與加工應用及生物粉體技術研究。