不同干燥方式下葉蛋白-辣椒素微膠囊理化特性研究

秦慶雨 李宇宇 李文虎 高 冰 韓魯佳 劉 賢

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 北京 100083)

0 引言

近年來(lái)，世界辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速[1]，但辣椒葉作為副產(chǎn)品利用率卻十分低下，長(zhǎng)期作為農(nóng)業(yè)廢棄物被掩埋和焚燒，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染與資源浪費(fèi)[2]。辣椒葉中粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～31%，氨基酸組成基本符合FAO/WHO推薦值，經(jīng)分離純化后可成為重要資源。但提純后的蛋白質(zhì)不穩(wěn)定，需冷凍貯藏，生產(chǎn)成本大幅增加[3]。辣椒素(Capsaicin，Cap)作為辣椒果實(shí)中主要辛辣成分，具有抗氧化、抑菌、鎮(zhèn)痛等多種生物活性[4]，但其屬于熱不穩(wěn)定性酰胺類化合物，易揮發(fā)且具有刺激性味道，限制了其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。因此，探究辣椒葉蛋白和辣椒素的加工應(yīng)用是辣椒產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)題。

微膠囊技術(shù)是食品加工領(lǐng)域的重要手段，因具有保護(hù)不穩(wěn)定性成分、降低揮發(fā)性等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用[6-7]。文獻(xiàn)[8]采用噴霧干燥法，以明膠為壁材，通過(guò)優(yōu)化高壓均質(zhì)及混合剪切工藝得出穩(wěn)定性強(qiáng)、包埋率高的β-胡蘿卜素包埋產(chǎn)品，顯著提高了其熱穩(wěn)定性；文獻(xiàn)[9]以乳清蛋白、麥芽糊精及阿拉伯膠為組合壁材，采用真空冷凍干燥法實(shí)現(xiàn)南瓜籽油封裝，探究了壁材的相互協(xié)同作用對(duì)水包油乳液流變性及微膠囊理化特性的影響；文獻(xiàn)[10]以大豆分離蛋白和海藻酸鈉為復(fù)合壁材，采用復(fù)凝聚法對(duì)紫蘇油進(jìn)行包埋，優(yōu)化出最佳工藝參數(shù)，顯著提升了紫蘇油的儲(chǔ)存便捷性；文獻(xiàn)[11]以大豆分離蛋白和磷脂酰膽堿為壁材，采用超聲技術(shù)制備納米乳液，并通過(guò)噴霧、真空冷凍及微波干燥法制備微膠囊，發(fā)現(xiàn)噴霧干燥法制備的魚油微膠囊產(chǎn)品性能更優(yōu)。

蛋白質(zhì)為天然高分子壁材，是制備微膠囊的優(yōu)選材料[12-13]，采用葉蛋白包埋辣椒素，不僅解決了辣椒葉蛋白資源浪費(fèi)問(wèn)題，同時(shí)也可彌補(bǔ)辣椒素的不穩(wěn)定性缺陷。但將葉蛋白與辣椒素結(jié)合制備微膠囊技術(shù)目前還鮮有報(bào)道。由于辣椒素的溶解性低、熱敏性強(qiáng)，不適合復(fù)凝聚和微波干燥法包埋，因此，本文以辣椒素為芯材，辣椒葉蛋白為壁材，分別采用噴霧和真空冷凍干燥法制備葉蛋白-辣椒素微膠囊，用作天然生物抑菌保鮮劑。并利用掃描電鏡、X射線衍射、傅里葉變換紅外光譜、熱重分析、粒徑分析及高效液相色譜等技術(shù)手段對(duì)微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、化學(xué)鍵、熱穩(wěn)定性、粒徑及包埋率的變化情況進(jìn)行綜合分析，探究干燥方式對(duì)微膠囊微觀結(jié)構(gòu)與性能的影響機(jī)理，確定最佳包埋工藝方法。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

羊角椒植株鮮葉(濕基含水率72%)，河北省雞澤縣；辣椒素(純度97%)、氫氧化鈉(分析純)，麥克林生化科技有限公司；濃鹽酸(分析純)，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；甲醇、四氫呋喃，美國(guó)賽默飛世爾科技公司；所有試驗(yàn)用水均為去離子水。

PHG-9132A型恒溫干燥箱，上海精宏試驗(yàn)設(shè)備有限公司；Retsch ZM200型粉碎機(jī)，德國(guó)萊馳公司；SK8210HP型超聲波清洗器，上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司；MS-H-S10型磁力攪拌器，北京大龍興創(chuàng)試驗(yàn)儀器股份公司；ALPHA 1-2 LD plus型真空冷凍干燥機(jī)，德國(guó)Marin Christ公司；SD-06AG型噴霧干燥機(jī)，英國(guó)Labplant公司；SU3500型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡，日本HITACH公司；D8 Advance型X射線衍射儀，德國(guó)Bruker公司；Spectrum 400型傅里葉變換紅外光譜儀，美國(guó)PerkinElmer公司；SDT Q600型熱重分析儀，美國(guó)TA公司；Marstersizer 3000型激光粒度儀，英國(guó)馬爾文儀器有限公司；Waters e2695型高效液相色譜儀、Waters 2489型紫外-可見分光光度檢測(cè)器，英國(guó)Waters公司。

1.2 葉蛋白提取

參照文獻(xiàn)[14]的超聲預(yù)處理堿融酸沉法提取辣椒葉蛋白，略有改動(dòng)。取適量辣椒鮮葉于60℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥至質(zhì)量恒定，經(jīng)粉碎過(guò)40目篩得到辣椒葉粉。準(zhǔn)確稱取12.5 g辣椒葉粉于錐形瓶?jī)?nèi)，以液料比20 mL/g加入250 mL濃度為0.1 mol/L的NaOH溶液，攪拌混勻后置于超聲波清洗器內(nèi)以功率500 W超聲處理15 min，保證水浴溫度為35℃，取出后置于磁力攪拌器上，35℃恒溫?cái)嚢?.5 h以達(dá)到充分堿提，然后將混合溶液置入離心機(jī)內(nèi)，在轉(zhuǎn)速4 000 r/min下離心15 min，收集上清液，用濃度為0.1 mol/L的HCl溶液不斷調(diào)節(jié)上清液pH值，至出現(xiàn)絮狀沉淀，4 000 r/min下離心30 min，棄去上清液，收集沉淀置于真空冷凍干燥機(jī)內(nèi)在壓力0.1 MPa、溫度-42℃條件下凍干，收集凍干后的葉蛋白粉末，置于-80℃冰箱內(nèi)冷藏待用。

1.3 葉蛋白-辣椒素微膠囊制備

根據(jù)前期研究經(jīng)驗(yàn)，壁材濃度過(guò)高，容易導(dǎo)致噴霧干燥過(guò)程進(jìn)料管及噴頭堵塞；芯材濃度過(guò)高容易造成辣椒素溶解率低、包埋不徹底及加工過(guò)程刺激性氣味強(qiáng)烈現(xiàn)象。故考慮實(shí)際應(yīng)用及前期預(yù)試驗(yàn)的工藝條件，所用芯壁質(zhì)量比為1∶4，壁材質(zhì)量濃度為0.06 g/mL，參照文獻(xiàn)[15]的方法制備葉蛋白辣椒素微膠囊，略有改動(dòng)。首先準(zhǔn)確稱取6 g葉蛋白粉末，溶于50 mL超純水中。由于辣椒素不溶于水，其溶于有機(jī)溶劑和氫氧化鈉溶液，故稱取1.5 g辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品(純度97%)溶于50 mL濃度為0.1 mol/L的NaOH溶液，45℃恒溫水浴狀態(tài)下超聲處理20 min促進(jìn)溶解。將辣椒素溶液加入到蛋白質(zhì)溶液中，45℃恒溫水浴2 h并不斷攪拌，形成粗乳液，利用均質(zhì)機(jī)以轉(zhuǎn)速10 000 r/min常壓均質(zhì)5 min得到葉蛋白-辣椒素乳狀液，將乳狀液經(jīng)噴霧干燥和真空冷凍干燥處理后即可得到微膠囊。

1.4 乳狀液噴霧干燥

將所得乳狀液在進(jìn)料速度8 mL/min、進(jìn)風(fēng)溫度140℃、出風(fēng)溫度105℃條件下噴霧干燥，即可得到辣椒素包合物，具體方法見文獻(xiàn)[16]。

1.5 乳狀液冷凍干燥

將所得乳狀液裝入玻璃培養(yǎng)皿中，乳液厚度不超過(guò)1 cm，用保鮮膜封住，放入-80℃冰箱中預(yù)冷凍12 h，采用真空冷凍干燥機(jī)，在壓力0.1 MPa、溫度-42℃條件下真空冷凍干燥24 h[17]，即可得到辣椒素微膠囊。

1.6 葉蛋白-辣椒素微膠囊微觀結(jié)構(gòu)表征分析

1.6.1掃描電子顯微鏡分析

微膠囊的結(jié)構(gòu)特征影響著其理化性質(zhì)，而掃描電子顯微鏡是研究微膠囊表面結(jié)構(gòu)最常用的有效工具。故采用掃描電子顯微鏡觀察葉蛋白-辣椒素微膠囊粉末的表面微觀形態(tài)，在樣品臺(tái)上貼一層導(dǎo)電雙面膠，使樣品均勻分布在導(dǎo)電膠上，然后用洗耳球輕輕吹去多余粉末，放入離子濺射儀中在真空條件下進(jìn)行噴金處理，將樣品臺(tái)固定于載物臺(tái)上，在加速電壓15 kV、放大倍數(shù)1 000的條件下進(jìn)行觀察并拍照。

1.6.2X射線衍射分析

X射線衍射法是測(cè)定生物大分子結(jié)構(gòu)的經(jīng)典方法，因具有操作便捷、精度高、無(wú)損檢測(cè)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。粉末狀的物料分為晶型結(jié)構(gòu)、半晶型結(jié)構(gòu)及非晶型結(jié)構(gòu)，當(dāng)X射線照射長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序的非晶型結(jié)構(gòu)時(shí)，不存在明顯的衍射光柵，呈現(xiàn)出類似饅頭峰的衍射線條。蛋白質(zhì)和辣椒素的晶體結(jié)構(gòu)不同，因此，X射線衍射法可以用來(lái)研究葉蛋白-辣椒素微膠囊樣品的結(jié)構(gòu)與包埋完整性。故參考文獻(xiàn)[18]略有改動(dòng)，采用X射線衍射儀分析樣品的結(jié)晶度差異性，其中特征衍射線為Cu靶(Kα射線，波長(zhǎng)1.540 56 nm)、管壓為36 kV、電流為20 mA、測(cè)量角度2θ為5°～80°、步長(zhǎng)為0.02°、掃描頻率為2(°)/min，利用MDI-Jade 6.0 軟件對(duì)X射線衍射圖譜進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

1.6.3傅里葉變換紅外光譜分析

紅外光譜技術(shù)是生物高分子結(jié)構(gòu)分析的有力工具，可對(duì)物料官能團(tuán)及化學(xué)鍵進(jìn)行表征。故采用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)樣品進(jìn)行官能團(tuán)特征分析，參照文獻(xiàn)[19]略有改動(dòng)，將光譜級(jí)溴化鉀和待測(cè)樣品分別經(jīng)瑪瑙研缽充分研磨后，以質(zhì)量比1∶100混勻，稱取150 mg混合試樣，采用壓片機(jī)在壓制壓力40 MPa條件下保壓1.5 min，制成透明薄片。檢測(cè)時(shí)，選用空白溴化鉀片作為對(duì)照，紅外分析掃描范圍為400～4 000 cm-1，掃描次數(shù)為32次，分辨率為4 cm-1。

1.6.4熱重分析

熱重分析儀可用于測(cè)定樣品的熱解溫度和速率，評(píng)價(jià)不同物質(zhì)的熱穩(wěn)定性，且不同的熱降解階段可以通過(guò)微商熱重曲線的顯著峰值來(lái)區(qū)分。因此，熱重法是探明干燥方式對(duì)葉蛋白-辣椒素微膠囊熱穩(wěn)定性影響的重要手段，故采用熱重分析儀對(duì)樣品進(jìn)行熱解特性試驗(yàn)。參照文獻(xiàn)[20]略有改動(dòng)，將待測(cè)樣品經(jīng)充分研磨后，稱取5～6 mg于坩堝中，進(jìn)行熱重分析(TGA)，其中氮?dú)饬魉贋?00 mL/min，升溫速率為10℃/min，升溫范圍為30～700℃。

1.6.5微膠囊的粒度分布

通過(guò)激光粒度儀對(duì)微膠囊粒度分布進(jìn)行測(cè)定。參照文獻(xiàn)[21]的方法，并略有改動(dòng)。使用超純水為分散劑，取適量樣品溶解，設(shè)置儀器壓力為0.15 MPa，材料折射率為1.47，水分散劑折射率為1.33，吸收率為0.1，泵轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，將微膠囊載體溶液逐滴加入到分散劑中，直至遮光度達(dá)到適宜測(cè)定范圍，測(cè)定樣品的粒度分布，每組樣品進(jìn)行3次重復(fù)測(cè)定。

1.6.6微膠囊包埋率測(cè)定

包埋率的測(cè)定需先分別測(cè)量微膠囊總辣椒素含量和微膠囊表面辣椒素含量，總辣椒素含量可依據(jù)GB/T 21266—2007測(cè)定，所用分離柱為SunFire C18柱(5 μm，4.6×250 mm)，柱溫為30℃，檢測(cè)波長(zhǎng)為280 nm，流動(dòng)相為甲醇和水(體積比80∶20)，流量為0.8 mL/min，進(jìn)樣量為10 μL。在上述確定的色譜條件下進(jìn)行含量分析，峰面積與辣椒素質(zhì)量濃度呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=7 087.3X-9 047.7，R2=0.999 2。

微膠囊表面辣椒素含量測(cè)定參照文獻(xiàn)[22]方法，并略有改動(dòng)。首先準(zhǔn)確稱取0.02 g微膠囊樣品，溶解于25 mL色譜級(jí)甲醇中，充分搖勻振蕩1 min，然后在5 000 r/min下離心5 min，取1 mL上清液于5 mL容量瓶?jī)?nèi)，用甲醇定容，經(jīng)濾膜過(guò)濾后進(jìn)行色譜分析，色譜分析條件同上。

微膠囊的包埋率計(jì)算公式為[8]

式中α——微膠囊表面辣椒素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

β——微膠囊總辣椒素質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

1.7 統(tǒng)計(jì)分析

采用SigmaPlot 14.0對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行處理；所有試驗(yàn)均為3次重復(fù)試驗(yàn)，采用SPSS 18.0軟件對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 干燥方式對(duì)物料微觀結(jié)構(gòu)的影響

不同干燥方式下辣椒素微膠囊粉末掃描電鏡圖如圖1所示。由圖1可知，辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品原樣與真空冷凍干燥處理后的表面微觀結(jié)構(gòu)差異不大，噴霧干燥處理后葉蛋白表面有褶皺和凹陷現(xiàn)象。這與噴霧干燥的霧化過(guò)程相關(guān)，霧化器將蛋白溶液分散成小液滴與熱空氣接觸，物料水分迅速蒸發(fā)，表面張力急劇增加，因而形成凹陷的不規(guī)則表面[23]。而噴霧干燥處理后的乳狀液，其辣椒素被完全包裹在葉蛋白內(nèi)部，故微膠囊呈球狀結(jié)構(gòu)。真空冷凍干燥處理后的微膠囊表面呈現(xiàn)大小不一的片狀化結(jié)構(gòu)，這一結(jié)果與文獻(xiàn)[24]對(duì)姜黃素微膠囊的研究結(jié)果一致。這是由于真空冷凍干燥條件下乳液在預(yù)凍過(guò)程中會(huì)形成冰晶體，破壞原有結(jié)構(gòu)，在分子間作用力下，更易導(dǎo)致溶質(zhì)聚合，因而辣椒素微膠囊呈現(xiàn)大片層結(jié)構(gòu)。由此可知，干燥方式對(duì)辣椒素微膠囊的表面微觀形態(tài)影響顯著。相比而言，球狀結(jié)構(gòu)包覆芯材不僅能夠減小辣椒素的揮發(fā)速率，還可達(dá)到緩釋殺菌功效。

圖1 不同干燥工藝下辣椒素、葉蛋白及其微膠囊的掃描電鏡圖Fig.1 SEM images of capsaicin, leaf protein and microcapsules under different drying processes

2.2 干燥方式對(duì)物料晶體結(jié)構(gòu)的影響

由圖2可知，辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品在10°～30°范圍內(nèi)出現(xiàn)大量的2θ衍射峰，這是其晶體結(jié)構(gòu)的典型特征[25]。經(jīng)超純水溶解和均質(zhì)后凍干得到的辣椒素粉末其衍射峰強(qiáng)度有所減弱，并且衍射峰的位置發(fā)生少許移動(dòng)，這是由于經(jīng)溶解均質(zhì)后辣椒素粉末粒徑變小且凍干過(guò)程自由水形成冰晶，破壞了其原有的晶體結(jié)構(gòu)。葉蛋白原樣和噴霧干燥處理后具有相似的X射線衍射圖譜，在2θ=20°附近都呈現(xiàn)出彌散的寬峰，這表明兩種蛋白粉末均未形成晶體結(jié)構(gòu)，與文獻(xiàn)[26]對(duì)大豆分離蛋白粉的研究結(jié)果一致。經(jīng)噴霧干燥得到的微膠囊在圖中也呈現(xiàn)出彌散衍射峰特征，為明顯的非晶型結(jié)構(gòu)，這表明辣椒素被完全裝載到葉蛋白中，而不是物理混合到葉蛋白中，證明微膠囊制備成功。雖然晶型結(jié)構(gòu)比非晶型結(jié)構(gòu)在儲(chǔ)存時(shí)更加穩(wěn)定，但由于制備出的微膠囊為粉末狀，非晶型結(jié)構(gòu)的粉末在低含水率保存時(shí)具有更好的溶解性，這為后續(xù)微膠囊的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。經(jīng)真空冷凍干燥得到的微膠囊在呈現(xiàn)彌散衍射峰的同時(shí)在11.7°和23.6°兩處具備尖峰，這是辣椒素的衍射峰，其原因是真空冷凍干燥工藝下，隨溫度降低辣椒素溶解性下降，容易析出，且冰晶在真空冷凍干燥時(shí)升華后留下孔道，故辣椒素不能完整包埋，而噴霧干燥條件下微膠囊呈典型球狀結(jié)構(gòu)，芯材包埋效果好，故不存在這一現(xiàn)象。

圖2 不同干燥工藝下辣椒素、葉蛋白及其微膠囊的X射線衍射圖譜Fig.2 X-ray profiles of capsaicin, leaf protein and microcapsules under different drying processes

2.3 不同干燥方式下物料紅外光譜分析

圖3 不同干燥工藝下辣椒素、葉蛋白及其微膠囊的紅外光譜圖Fig.3 FTIR spectra of capsaicin, leaf protein and microcapsules under different drying processes

2.4 干燥方式對(duì)物料熱穩(wěn)定性的影響

圖4 不同干燥工藝下辣椒素、葉蛋白及其微膠囊的熱重分析曲線Fig.4 TGA curves of capsaicin, leaf protein and microcapsules under different drying processes

微膠囊的熱穩(wěn)定性決定了微膠囊的緩釋特性，故探究不同干燥方式下微膠囊熱穩(wěn)定性對(duì)其工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。不同樣品的TG和DTG曲線如圖4所示。由圖4可知，除辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品外，其余樣品在60℃左右由于水分的汽化，樣品質(zhì)量分?jǐn)?shù)均呈先下降后平穩(wěn)趨勢(shì)，500℃以上的殘余質(zhì)量歸因于原料熱降解產(chǎn)生的無(wú)機(jī)化合物[26]。其中辣椒素標(biāo)準(zhǔn)品是單一組成，故其熱降解過(guò)程并不復(fù)雜，只在216～370℃呈現(xiàn)一段熱重曲線，最大失重速率發(fā)生在315℃附近，這是由于辣椒素是熱不穩(wěn)定的酰胺類化合物，在較高溫度下具有揮發(fā)性，導(dǎo)致其迅速失重，故質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅5.63%。經(jīng)真空冷凍干燥處理后的辣椒素粉末熱穩(wěn)定性降低，最大失重速率發(fā)生在260℃，這是由于其微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，粒徑變小，相同質(zhì)量辣椒素粉末表面積大幅增加，更易揮發(fā)。葉蛋白粉末在130～500℃迅速降解，樣品質(zhì)量大幅下降，這與蛋白質(zhì)的碳化過(guò)程相對(duì)應(yīng)[30]。噴霧干燥處理后的葉蛋白熱穩(wěn)定性有所增加，最大失重速率峰被延長(zhǎng)至250℃，這是由于噴霧干燥處理后，葉蛋白微觀結(jié)構(gòu)呈球狀，結(jié)構(gòu)致密，發(fā)生相轉(zhuǎn)變所需溫度和能量較高。不同干燥方式下微膠囊熱穩(wěn)定性均有所提高，具有較強(qiáng)的耐熱性，表明微膠囊化處理后可提高辣椒素的熱穩(wěn)定性。同時(shí)由圖4可知，噴霧干燥處理得到的微膠囊熱穩(wěn)定更高，具有優(yōu)異性，且葉蛋白的熱穩(wěn)定性低于辣椒素，隨溫度增加，葉蛋白先降解，保證了辣椒素的成功釋放，故葉蛋白作為壁材包埋辣椒素生產(chǎn)微膠囊這一方法可行。

2.5 干燥方式對(duì)物料粒徑分布的影響

微膠囊的粒徑及其分布狀態(tài)是微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)的重要參數(shù)，粒徑越小，越易于包埋物的釋放[31]。不同干燥工藝下微膠囊體積平均粒徑如表1(表中D10表示粒徑小于該值的顆粒占10%，D50表示粒徑小于該值的顆粒占50%，D90表示粒徑小于該值的顆粒占90%)所示，由表1可知，冷凍干燥辣椒素、噴霧干燥葉蛋白相較辣椒素、葉蛋白體積平均粒徑降低，這是由于均質(zhì)過(guò)程中剪切力和湍流能夠顯著降低樣品的粒徑[32]。噴霧干燥工藝相比冷凍干燥工藝所得樣品D90變化顯著，其原因是在噴霧干燥過(guò)程中，物料需經(jīng)霧化處理，液滴粒徑較小，故所得樣品粒徑小。

表1 不同干燥工藝下辣椒素、葉蛋白及其微膠囊的平均粒徑Tab.1 Average particle size of capsaicin, leaf protein and microcapsules under different drying processes μm

圖5 不同干燥工藝下辣椒素、葉蛋白及其微膠囊的粒徑分布圖Fig.5 Particle size distribution of capsaicin, leaf protein and microcapsules under different drying processes

不同干燥工藝下微膠囊粒徑分布如圖5所示。由圖5可知，不同處理方式下的物料粒徑基本呈正態(tài)分布并且較為狹窄，說(shuō)明所得樣品粒徑較為均勻，分散性良好。但噴霧干燥葉蛋白樣品呈現(xiàn)出多個(gè)峰，這可能與物料表面的靜電作用有關(guān)，致使顆粒間發(fā)生相互聚集，這與微觀結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果相一致，同時(shí)干燥過(guò)程中溫度較高，易導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，所得蛋白粉末易粘連結(jié)塊，故噴霧干燥所得蛋白粉末相比微膠囊粉末體積平均粒徑大，粒徑分布不均。

2.6 干燥方式對(duì)微膠囊包埋率的影響

不同干燥方式下微膠囊包埋率如表2所示。由表2可知，噴霧干燥所制備的微膠囊包埋率高達(dá)90.38%，相較真空冷凍干燥高4.95個(gè)百分點(diǎn)，且表面辣椒素含量最低，這是由于在噴霧干燥過(guò)程中，乳液霧化成小液滴，內(nèi)層芯材被外表面水相包裹，外層水相遇高溫氣流迅速揮發(fā)形成一層保護(hù)膜，且葉蛋白具有較好的成膜性對(duì)其微膠囊結(jié)構(gòu)的形成有促進(jìn)作用，故其表面芯材含量降低，包埋率升高。而對(duì)于真空冷凍干燥，預(yù)冷凍過(guò)程易使乳液內(nèi)部水分形成冰晶，破壞了乳液經(jīng)均質(zhì)過(guò)程在芯材外層形成的液態(tài)膜，且隨干燥進(jìn)行，冰晶不斷升華，表面結(jié)構(gòu)遭到破壞呈現(xiàn)酥松多孔狀，致使局部芯材暴露，表面辣椒素含量增加，包埋率下降[33]。噴霧干燥法獲得微膠囊總辣椒素含量相較真空冷凍干燥略降低，這是由噴霧干燥過(guò)程中，為降低物料損失率，減緩粉末掛壁現(xiàn)象，設(shè)置的流速較低，溶液經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間靜置，辣椒素部分沉淀析出所致。

表2 不同干燥工藝下葉蛋白-辣椒素微膠囊的包埋率Tab.2 Entrapment efficiency of leaf protein-capsaicin microcapsules under different drying processes %

3 結(jié)論

(1)以辣椒葉蛋白為壁材，辣椒素為芯材，探究不同干燥方式對(duì)葉蛋白、辣椒素及其微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)和理化特性變化規(guī)律。利用掃描電子顯微鏡對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)觀察可知，噴霧干燥法制得的微膠囊微觀形貌呈完整球狀結(jié)構(gòu)，而真空冷凍干燥下的微膠囊呈現(xiàn)形狀不一的片狀化結(jié)構(gòu)。X射線衍射分析表明，不同干燥方式下微膠囊粉末均呈彌散衍射型特征峰，無(wú)晶體結(jié)構(gòu)，說(shuō)明辣椒素被成功膠囊化。

(2)傅里葉變換紅外光譜分析表明不同干燥方式下微膠囊制備過(guò)程均未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，辣椒素被成功包埋。熱重分析結(jié)果表明不同干燥方式制備的微膠囊熱穩(wěn)定性均有所提高，且葉蛋白的熱穩(wěn)定性低于辣椒素，可保證應(yīng)用過(guò)程中辣椒素的成功釋放。粒徑分析結(jié)果表明不同處理方式下的物料粒徑分布均勻，基本呈正態(tài)分布且較為狹窄。

(3)高效液相色譜分析表明噴霧干燥法和真空冷凍干燥法所得微膠囊包埋率分別為90.38%、85.43%，但噴霧干燥法所得微膠囊粒徑更小，易于活性成分的釋放，且熱穩(wěn)定性高于真空冷凍干燥法，綜合效果最佳，具有作為一種新型天然生物抑菌保鮮劑應(yīng)用到食品領(lǐng)域的潛力。