黑果枸杞花青素微膠囊的穩(wěn)定性及靶向釋放特性

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(1.青海大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院,青海西寧 810016;2.青海大學(xué)省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,青海西寧 810016)

青海黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr)為茄科枸杞屬多年生灌木[1],主要生長在我國西北地區(qū)的沙漠地帶,是一種特有的食藥植物資源[2]。黑果枸杞是花青素含量最高的野生植物,有“花青素之王”的美稱[3]。其不僅可以用作食品著色劑,還具有抗氧化、抗疲勞、預(yù)防癌癥、抗心血管疾病等生物活性,成為近年來研究與開發(fā)的熱點(diǎn)[4]。然而黑果枸杞花青素在水相體系中極其不穩(wěn)定,成為現(xiàn)在相關(guān)液態(tài)產(chǎn)品開發(fā)的難題。

微膠囊技術(shù)(Microencapsulation)是微量物質(zhì)包裹在聚合物薄膜中的技術(shù),是一種儲(chǔ)存固體、液體、氣體的微型包裝技術(shù)[5]。開始于20世紀(jì)30年代,現(xiàn)已非常成熟。傳統(tǒng)的微膠囊制備方法從原理上大致可分為物理方法、化學(xué)方法和物理化學(xué)方法三類[6-10]。其中比較典型的是乳液擴(kuò)散法[11]、液滴聚結(jié)法[12]、層自組裝法[13]、復(fù)凝聚法[14-15]等。傳統(tǒng)的微膠囊包埋壁材已經(jīng)不能很好地滿足生產(chǎn)的需要,隨著研究者對(duì)新型包埋材料不斷深入的研究,多糖及低聚糖被作為新的運(yùn)輸載體,廣泛地運(yùn)用到食品功能成分的包埋運(yùn)輸當(dāng)中[16]。

青海省是青稞和黑枸杞種植大省,特色食品資源豐富,然而由于花青素極其不穩(wěn)定,黑果枸杞相關(guān)產(chǎn)品大都以漿果或固態(tài)產(chǎn)品在市場上出現(xiàn),相關(guān)液態(tài)產(chǎn)品及高端產(chǎn)品很少,不能很好地滿足消費(fèi)者的需求。同時(shí),目前關(guān)于以改性天然大分子多糖為壁材在水相體系下通過自聚集反應(yīng)來包埋花青素的報(bào)道很少,對(duì)黑果枸杞花青素微膠囊在水相體系下的穩(wěn)定性的研究幾乎沒有。據(jù)此,本文以改性青稞β-葡聚糖酯為壁材,黑果枸杞花青素為芯材,制備黑果枸杞花青素微膠囊水溶液,研究了溫度、循環(huán)凍融、光照和紫外光照對(duì)黑果枸杞花青素微膠囊在水相中穩(wěn)定性的影響,并進(jìn)一步對(duì)其在體外模擬胃腸液中的穩(wěn)定性和靶向釋放特性進(jìn)行了研究,旨在對(duì)黑果枸杞花青素液態(tài)產(chǎn)品及相關(guān)高端產(chǎn)品的開發(fā)和應(yīng)用提供參考依據(jù),解決黑果枸杞花青素液態(tài)產(chǎn)品開發(fā)的局限性。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

黑果枸杞花青素粉末(純度≥20%) 青?？翟幱觅Y源開發(fā)有限公司;青稞β-葡聚糖(純度≥70%) 杭州眾芝康菇生物技術(shù)有限公司;2-辛烯基琥珀酸酐(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥95%) 北京百靈威科技有限公司;透析袋(MD44-14,Union carbide Co,Seadrift,Tx,美國) 截留重均分子質(zhì)量為14000 g/mol;胃蛋白酶(Trypsin>250 NFU/mg)、胰蛋白酶(3000～3500 NFU/g) 江蘇銳陽生物科技有限公司;結(jié)晶乙酸鈉(AR,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99%)、氫氧化鈉(AR,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥96.0%) 天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠;無水乙醇(AR,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.7%)、鹽酸(36.0%～38.0%)及氯化鉀(AR,質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.5%) 天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

STP FA1004電子天平 諸暨市超澤衡器設(shè)備有限公司;HH-6電熱恒溫水槽 上海比朗儀器有限公司;UV-2600紫外可見分光光度計(jì) 島津企業(yè)管理有限公司;H/T16MM臺(tái)式高速離心機(jī) 湖南赫西儀器裝備有限公司;PHSJ-3F pH計(jì) 上海雷磁;CJJ78-1磁力加熱攪拌器 金壇市晨陽電子儀器廠。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 改性青稞β-葡聚糖酯的制備 參考劉嘉等改性方法,稍作修改[16]。準(zhǔn)確稱取0.7 g青稞β-葡聚糖,分散于100 mL蒸餾水中,在80 ℃水浴條件下攪拌1 h,使青稞β-葡聚糖全部溶解。將青稞β-葡聚糖水溶液置于4 ℃冰箱冷卻,最后于離心機(jī)中在3000 r/min條件下離心10 min。棄去沉淀,收集青稞β-葡聚糖溶液備用。在100 mL青稞β-葡聚糖溶液中加入0.5 mL 2-辛烯基琥珀酸酐(2-OSA),在 55 ℃水浴條件下,加熱反應(yīng)5 h,并使用3%(w/v)的氫氧化鈉溶液調(diào)整反應(yīng)液的pH,使pH保持在8～10之間。加熱反應(yīng)完畢后,將反應(yīng)液冷卻至室溫,持續(xù)攪拌1 h。最終在反應(yīng)液中滴加2 mol/L鹽酸溶液使pH保持在6.5左右,置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中,60 ℃下濃縮,最后收集濃縮液并加入3倍體積的異丙醇,在60 ℃下醇沉,最后置于4 ℃冰箱中靜置12 h。待醇沉完成后,離心(3000 r/min,10 min),收集沉淀物并加熱使其充分溶解于蒸餾水中,然后移至透析袋中(截留分子質(zhì)量為14000 g/mol),分別用自來水和蒸餾水各透析24 h。最后將透析后的溶液置于真空冷凍干燥機(jī)中干燥,制得改性青稞β-葡聚糖酯。

1.2.2 黑果枸杞花青素微膠囊的制備

1.2.2.1 包埋原理 經(jīng)疏水化改性的青稞β-葡聚糖在其長鏈上引入了疏水的烷基和親水的羧基,制備出的改性青稞β-葡聚糖酯具有兩親性。在水相體系中,兩親性青稞β-葡聚糖酯的疏水基團(tuán)通過疏水相互作用積聚而形成數(shù)量眾多的疏水微區(qū),進(jìn)一步包埋花青素,而親水的多糖鏈則依靠氨鍵等作用力與水分子相互作用構(gòu)成顆粒的外殼結(jié)構(gòu),在水相體系下發(fā)生自聚集反應(yīng)形成納米級(jí)水凝膠。

1.2.2.2 制備方法 將改性青稞β-葡聚糖酯(100 mg)溶解于40 mL蒸餾水中,并沸水浴2 min,使其全部溶解。待溶液冷卻后補(bǔ)充至原體積(40 mL)。將20 mg黑果枸杞花青素加入改性青稞β-葡聚糖酯溶液中,將此溶液在磁力攪拌器輸出功率為450 W時(shí)室溫下攪拌2 h,制得改性青稞β-葡聚糖酯花青素微膠囊溶液。

1.2.3 黑果枸杞花青素微膠囊的熱降解動(dòng)力學(xué)研究 食品中絕大部分成分的降解反應(yīng)的模型基本都符合零級(jí)和一級(jí)降解模型[17-18],根據(jù)相關(guān)模型擬合熱降解曲線,計(jì)算反應(yīng)級(jí)數(shù)、降解半衰期、反應(yīng)常數(shù)k以及反應(yīng)活化能Ea。

1.2.4 黑果枸杞花青素微膠囊穩(wěn)定性的研究 分別配制pH3.5和pH6.5 體系條件下的黑果枸杞花青素微膠囊溶液和只含花青素的溶液,用來做熱穩(wěn)定性、凍融穩(wěn)定性和光照穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)。以只含花青素的溶液為空白對(duì)照,最后用pH試差法計(jì)算溶液中花青素的含量,計(jì)算花青素的保留率。

熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn):分別取等量的樣品溶液裝入具塞試管中,分別在40、60、80 ℃下恒溫水浴連續(xù)加熱2、4、6、7 h。

凍融穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn):分別將樣品溶液按照在-18 ℃下冷凍2 h,而后在25 ℃下解凍2 h為一次凍融循環(huán),重復(fù)三次循環(huán)。

光照穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn):在室內(nèi)散射光下,分別將樣品溶液置于三角瓶中常溫儲(chǔ)藏2、3、4、5、10 d;在紫外光實(shí)驗(yàn)中,分別將樣品溶液置于平皿中,置于紫外光(25 kW)下照射1、2、3、4 h。

1.2.5 黑果枸杞花青素微膠囊的穩(wěn)定性及靶向釋放特性研究

1.2.5.1 模擬胃液(SGF)的配制 準(zhǔn)確稱取1.0 g NaCl,1.6 g胃蛋白酶,量取3.5 mL 37% HCl,并用濃鹽酸調(diào)節(jié)pH1.2,用蒸餾水定容至500 mL[16]。

1.2.5.2 模擬腸液(SIF)的配制 準(zhǔn)確稱取3.4 g KH2PO4溶于250 mL蒸餾水中,振蕩使之溶解。并加入0.2 mol/L NaOH 95 mL和200 mL蒸溜水,加胰酶5.0 g,混勻,用0.2 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)pH為7.5±0.1,用蒸餾水定容至500 mL[16]。

1.2.5.3 黑果枸杞花青素微膠囊體外模擬胃腸中花青素穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 將花青素微膠囊溶液和模擬胃腸液按照1∶4的比例混合(共25 mL),對(duì)照樣品為花青素未包埋溶液,同樣按照1∶4的比例與模擬胃腸液混合(共25 mL)。然后再將此混合液體置于恒溫振蕩器中,并設(shè)置搖床轉(zhuǎn)速為120 r/min以及溫度為37 ℃。SGF分別在10、20、30、40、60、90 min處取出樣品1 mL,并補(bǔ)充1 mL SGF溶液,測定其花青素的含量,計(jì)算保留率;SIF分別在10、30 min,1、2、4、6 h處取出樣品1 mL,并補(bǔ)充1 mL SIF溶液,測定其花青素的含量,計(jì)算保留率。

1.2.5.4 黑果枸杞花青素微膠囊體外模擬胃腸靶向釋放特性實(shí)驗(yàn) 配制100 mL的花青素微膠囊溶液,吸取5 mL加入到試管中,并按照SGF和SIF中鹽離子比例添加相應(yīng)的NaCl和KH2PO4。待混合均勻后,轉(zhuǎn)移至透析袋中。將透析袋移至50 mL模擬胃腸液中,然后再將此混合液體在恒溫振蕩器中,并設(shè)置搖床轉(zhuǎn)速為120 r/min以及溫度為37 ℃。

SGF分別在15、30、45、60、90 min處各取出1 mL樣品透析袋外液測定其中花青素含量,再補(bǔ)充加入1 mL SGF,測定其花青素的含量。

SIF分別在15、30 min,1、2、4 h處各取出1 mL樣品透析袋外液測定其中花青素含量,再補(bǔ)充加入1 mL SIF,測定其花青素的含量。

根據(jù)下式計(jì)算在胃腸液中的釋放率,對(duì)比研究包埋花青素及未包埋花青素在模擬胃腸環(huán)境中的釋放率。

釋放率(%)=(胃/腸液模擬液中釋放的花青素量)/起初加入的花青素量×100

式(1)

1.2.6 花青素含量及保留率的測定

1.2.6.1 花青素含量的測定 采用pH示差法[19-20],以矢車菊素-3-葡萄糖苷作為花色苷標(biāo)準(zhǔn)品,測定波長為535 nm,測得的總花色苷含量以矢車菊素-3-葡萄糖苷含量表示。取樣品待測液1 mL,加入到20 mL的比色管中,用pH4.5的NaAc-Hac緩沖溶液和pH1.0的KCl-HCl緩沖溶液分別定容至刻度,搖勻,在避光的條件下平衡90 min,轉(zhuǎn)入光路長為1 cm的比色皿中,以緩沖溶液做空白對(duì)照,分別在535 nm和700 nm處測定其吸光度。

式(2)

式中,A=[(A535 nm-A700 nm)pH1.0-(A535 nm-A700 nm)pH4.5];Mw=449.2 g/mol(花色苷分子量);DF=待測液稀釋倍數(shù);ε=26 900 L/mol·cm(矢車菊素-3-葡萄糖苷的摩爾消光系數(shù));V=取樣液體積(mL);L=光路長度(cm)。

1.2.6.2 花青素保留率的測定 將微膠囊溶液于12000 r/min條件下高速離心60 min,使微球充分沉降,分別收集上清液與下部微膠囊沉淀,用乙醇(70%)溶液溶出微膠囊沉淀中的花青素,分別測上清液中花青素和沉淀中花青素的含量,計(jì)算花青素的總量并計(jì)算保留率。以花青素保留率為微膠囊化后花青素穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)指標(biāo),其中花青素保留率的計(jì)算公式為:

式(3)

式中:Y:花青素保留率(%);M:起始加入花青素的質(zhì)量(g);M1:離心上清液中花青素的含量(g);M2:沉淀中花青素的含量(g)。

1.3數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次,取其平均值,采用Excel和Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1黑果枸杞花青素微膠囊熱降解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)

2.1.1 反應(yīng)級(jí)數(shù)(n)確定 為了排除因傳熱引起的誤差,分別以40、60、80 ℃條件下花青素水浴后2 h的含量為起始值,以花青素含量保留率對(duì)數(shù)的負(fù)值-ln(ρ1/ρ0)(ρ0為開始加熱時(shí)黑果枸杞花青素的含量,ρ1為經(jīng)過時(shí)間t后黑果枸杞花青素的含量)對(duì)加熱時(shí)間t作圖,分別進(jìn)行線性回歸,得回歸方程和決定系數(shù),如圖1、圖2所示。

圖1 pH3.5體系下包埋花青素(A)與未包埋花青素(B)在不同溫度下加熱時(shí)間與-ln(ρ1/ρ0)的關(guān)系Fig.1 Relationship between heating time and -ln(ρ1/ρ0)at different temperature about encapsulated anthocyanins(A)and non encapsulated anthocyanins(B)in the pH3.5 system

圖2 pH6.5體系下包埋花青素(A)與未包埋花青素(B)在不同溫度下加熱時(shí)間與-ln(ρ1/ρ0)的關(guān)系Fig.2 Relationship between heating time and -ln(ρ1/ρ0)at different temperature about encapsulated anthocyanins(A) and non encapsulated anthocyanins(B)in the pH6.5 system

由圖1、圖2可知,-ln(ρ1/ρ0)和t成明顯線性關(guān)系,包埋黑果枸杞花青素在pH3.5體系下40、60、80 ℃條件下決定系數(shù)R2分別為0.9545、0.9629、0.9888;未包埋黑果枸杞花青素在pH3.5體系下40、60、80 ℃條件下決定系數(shù)R2分別為0.9836、0.9531、0.975;包埋黑果枸杞花青素在pH6.5體系下40、60、80 ℃條件下決定系數(shù)R2分別為0.9665、0.9566、0.9737;未包埋黑果枸杞花青素在pH6.5體系下40、60、80 ℃條件下決定系數(shù)R2分別為0.9913、0.9745、0.9848。由公式lnρ1=-k×t+lnρ0可知其反應(yīng)級(jí)數(shù)均為1,即黑果枸杞花青素的熱降解符合一級(jí)反應(yīng)模型。

2.1.2 黑果枸杞花青素?zé)峤到鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)的確定 由公式lnρ1=-k×t+lnρ0及圖1、圖2可知,花青素保留率對(duì)數(shù)的負(fù)值-ln(ρt/ρ0)對(duì)加熱時(shí)間t作圖所得直線的斜率即為該溫度時(shí)的熱降解反應(yīng)常數(shù)k。根據(jù)不同溫度時(shí)的k值,以lnk對(duì) 1/T作線性回歸,由公式k=k0exp(-Ea/RT)可得,直線的斜率為-Ea/R,截距為lnk0,由直線的斜率和截距即可求出活化能Ea和方程常數(shù)k0,具體參數(shù)如表1和表2所示。

表1 pH3.5體系下未包埋花青素與包埋花青素的熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 1 Kinetic parameters of thermal degradation of encapsulated anthocyanins and non encapsulated anthocyanins in pH3.5 system

表2 pH6.5體系下未包埋花青素與包埋花青素的熱降解動(dòng)力學(xué)參數(shù)Table 2 Kinetic parameters of thermal degradation of encapsulated anthocyanins and non encapsulated anthocyanins in pH6.5 system

2.1.3 黑果枸杞花青素?zé)崽幚磉^程中含量變化的預(yù)測模型 根據(jù)黑果枸杞花青素在加熱過程中含量的變化,由公式lnρ1=-kt+lnρ0、k=k0exp(-Ea/RT)可得:lnρ1-lnρ0=-kt=-k0exp(-Ea/RT)×t 則:t=(lnρ0-lnρ1)/(k0×exp(-Ea/RT)),將活化能Ea=30.5 kJ/mol、反應(yīng)常數(shù)k0=0.436×103、R=8.314 J/(mol·K)帶入可得:

pH3.5體系未包埋花青素?zé)峤到獾念A(yù)測模型為:t=(lnρ0-lnρ1)/(436×exp(-3668.5/T));

pH3.5體系包埋花青素?zé)峤到獾念A(yù)測模型為:t=(lnρ0-lnρ1)/(1685×exp(-4173.6/T));

pH6.5體系未包埋花青素?zé)峤到獾念A(yù)測模型為:t=(lnρ0-lnρ1)/(27945×exp(-4077.4/T));

pH6.5體系包埋花青素?zé)峤到獾念A(yù)測模型為:t=(lnρ0-lnρ1)/(315×exp(-2670.1/T));

2.1.4 動(dòng)力學(xué)模型的驗(yàn)證 應(yīng)用動(dòng)力學(xué)模型分別預(yù)測在80 ℃條件下兩體系下未包埋花青素和包埋花青素的半衰期,分別為13.33、17.75 h;5.4、9.95 h。將定量的pH3.5體系未包埋黑果枸杞花青素溶液和包埋在以上溫度條件下保存,在第13.33 h和第17.75 h 測定其花青素保留率,分別為52.29%、49.76%;pH6.5體系在第5.4 h和第9.95 h測定其花青素保留率,分別為53.2%、48.9%,接近初始值的一半,表明動(dòng)力學(xué)降解方程和實(shí)際觀測結(jié)果較好,即所得動(dòng)力學(xué)模型有效。

2.2黑果枸杞花青素微膠囊穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

2.2.1 黑果枸杞花青素微膠囊耐熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

2.2.1.1 40 ℃加熱條件下黑果枸杞花青素耐熱穩(wěn)定性 40 ℃加熱條件下,加熱不同時(shí)間后,pH3.5和6.5兩個(gè)體系下果枸杞花青素微膠囊溶液與未包埋的空白溶液中花青素的保留率見圖3。

圖3 溫度對(duì)水相體系中黑果枸杞花青素保留率的影響Fig.3 Effect of temperature on anthocyanin retention rate of Lycium ruthenicum Murr in aqueous system

由圖3可知,隨著加熱時(shí)間的延長,在pH3.5的體系下,黑果枸杞花青素的降解沒有明顯的變化,在加熱7 h后,花青素微膠囊溶液和花青素空白(未包埋)溶液中花青素的保留率分別為94.1%、88.9%。這可能是因?yàn)樵诘蜏亍⒌蚿H下花青素非常穩(wěn)定的原因。在pH6.5的體系下,花青素的降解速度比較快,加熱7 h后,花青素的保留率分別為45.6%、40.3%。但在pH3.5和6.5兩體系下,花青素微膠囊溶液中花青素的保留率要高于空白溶液(未包埋)中花青素的保留率,但效果不明顯(p>0.05)。較低溫條件下花青素的降解速率比較緩慢可能是造成花青素微膠囊后對(duì)其的穩(wěn)定性的保護(hù)效果不明顯的原因。

2.2.1.2 60 ℃加熱條件下黑果枸杞花青素耐熱穩(wěn)定性 60 ℃加熱條件下,加熱不同時(shí)間后,pH3.5和6.5兩個(gè)體系下果枸杞花青素微膠囊溶液與未包埋的空白溶液中花青素的保留率見圖4。

圖4 溫度對(duì)水相體系中黑果枸杞花青素保留率的影響Fig.4 Effect of temperature on anthocyanin retention rate of Lycium ruthenicum Murr in aqueous system

由圖4可知,隨著加熱時(shí)間的延長,花青素的保留率逐漸降低。在pH3.5、6.5兩個(gè)體系下,與花青素空白溶液(未包埋)相比,黑枸杞花青素微膠囊溶液經(jīng)過60 ℃熱降解花青素的保留率分別平均提高8.9%、8.1%。說明花青素微膠囊后能夠一定程度的提高其的耐熱穩(wěn)定性。

2.2.1.3 80 ℃加熱條件下黑果枸杞花青素耐熱穩(wěn)定性 80 ℃加熱條件下,加熱不同時(shí)間后,pH3.5和6.5兩個(gè)體系下果枸杞花青素微膠囊溶液與未包埋空白溶液中花青素的保留率見圖5。

圖5 溫度對(duì)水相體系中黑果枸杞花青素保留率的影響Fig.5 Effect of temperature on anthocyanin retention rate of Lycium ruthenicum Murr in aqueous system

由圖5可知,隨著加熱時(shí)間的延長,在pH3.5和pH6.5的體系下,黑果枸杞花青素微膠囊溶液中花青素的保留率明顯高于空白(未包埋)溶液(p<0.05),在pH3.5體系下,加熱7 h后,花青素微膠囊溶液和花青素空白(未包埋)溶液中花青素的保留率分別為82.7%、69.2%,保留率平均提高了13.5%。在pH6.5的體系下,花青素的降解速度比較快,加熱7 h后,花青素微膠囊溶液和花青素空白(未包埋)溶液中花青素的保留率分別為20.4%、7.5%,保留率平均提高了12.9%,說明花青素微膠囊后能夠提高其的耐熱穩(wěn)定性。

以上結(jié)果表明,通過對(duì)花青素微膠囊溶液和花青素空白對(duì)照溶液(未包埋)在不同溫度下加熱處理,隨著溫度的升高,花青素微膠囊后對(duì)花青素的保護(hù)作用越來越明顯。并且在pH3.5體系下,黑果枸杞花青素微膠囊的熱穩(wěn)定性明顯高于pH6.5體系下的,這是因?yàn)樵谒囿w系下,花青素的穩(wěn)定性隨著pH的升高而降低。同時(shí),在pH6.5體系下花青素微膠囊不易形成,結(jié)構(gòu)疏松,導(dǎo)致對(duì)花青素的保護(hù)效果不佳。所以,以改性青稞葡聚糖酯為壁材荷載黑果枸杞花青素可以有效地提高其熱穩(wěn)定性。

2.2.2 黑果枸杞花青素微膠囊凍融穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 黑果枸杞花青素微膠囊凍融穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖6。

圖6 循環(huán)凍融對(duì)水相體系中黑果枸杞花青素保留率的影響Fig.6 Effect of cyclic freezing and thawing on anthocyanin etention rate of Lycium ruthenicum Murr in aqueous system

由圖6可知,在pH3.5體系下,黑果枸杞花青素微膠囊對(duì)花青素的凍融穩(wěn)定性有一定的保護(hù)作用,但效果不顯著(p>0.05)。這可能是因?yàn)楹诠坭交ㄇ嗨刈陨淼膬鋈诜€(wěn)定性較好,在加上在較低pH下黑果枸杞花青素相對(duì)比較穩(wěn)定的原因。在pH6.5體系下,在前兩次的凍融循環(huán)后,改性青稞β-葡聚糖酯對(duì)黑果枸杞花青素的包埋保護(hù)效果分別提高了9.9%、13.2%,在經(jīng)過兩次凍融循環(huán)后微膠囊可能被凍裂,被包埋的花青素溶到水相中,改性青稞β-葡聚糖酯起不到對(duì)花青素的保護(hù)作用,導(dǎo)致后兩次凍融循環(huán)過程中花青素微膠囊溶液中和空白組(未包埋)中的花青素保留率大致相同。所以,改性青稞β-葡聚糖酯可以對(duì)黑果枸杞花青素的凍融穩(wěn)定性起到一定的保護(hù)作用。由圖5和圖6還可以發(fā)現(xiàn),花青素自身有較好的抗凍融能力,其凍融穩(wěn)定性要高于耐熱穩(wěn)定性。

2.2.3 黑果枸杞花青素微膠囊的光照穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 在室溫的條件下,pH為3.5和6.5兩個(gè)體系下果枸杞花青素微膠囊溶液與未包埋空白溶液中花青素的保留率見圖7。

圖7 光照對(duì)水相體系中花青素保留率的影響Fig.7 Effect of light on the retention rate of anthocyanin in aqueous system

由圖7可知,隨著光照時(shí)間的延長,花青素微膠囊對(duì)花青素的保護(hù)作用越明顯(p<0.05)。在pH3.5 和pH6.5體系下,與未包埋花青素相比,在光照第5 d后,花青素微膠囊溶液中花青素的保留率分別提高了3.8%、11.4%,在光照第10 d后,花青素微膠囊溶液中花青素的保留率分別提高了9.3%、18.5%。以上結(jié)果表明,花青素微膠囊后可以有效的提高花青素的光穩(wěn)定性。

2.2.4 黑果枸杞花青素微膠囊的紫外光照射穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn) 在室溫的條件下,pH為3.5和pH6.5兩個(gè)體系下黑果枸杞花青素微膠囊溶液與未包埋空白溶液中花青素在紫外光照射下的保留率見圖8。

圖8 紫外光照對(duì)水相體系中花青素保留率的影響Fig.8 Effect of UV irradiation on anthocyanin retention rate in aqueous system

由圖8可知,隨著紫外光照時(shí)間的延長,花青素微膠囊對(duì)花青素的保護(hù)作用越明顯(p<0.05)。在 pH3.5和6.5體系下,與未包埋花青素相比,在紫外光照4 h后,花青素微膠囊溶液中花青素的保留率分別提高了11.6%、11.1%。以上結(jié)果表明,花青素微膠囊后可以有效地提高花青素的光穩(wěn)定性。

2.2.5 黑果枸杞花青素微膠囊的穩(wěn)定性及靶向釋放特性實(shí)驗(yàn)

2.2.5.1 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬胃液中花青素的穩(wěn)定性 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬胃液中花青素的穩(wěn)定性見圖9。

圖9 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬胃液中花青素的穩(wěn)定性Fig.9 Stability of anthocyanin of Lycium ruthenicum Murr anthocyanin microcapsules in simulated gastric fluid

由圖9可知,花青素在胃液中較穩(wěn)定,降解速度緩慢,這是因?yàn)榛ㄇ嗨卦谳^低的pH下較穩(wěn)定。但是,隨著時(shí)間的延長,60 min時(shí)花青素微膠囊溶液和未包埋花青素溶液中花青素的保留率分別為80.4%、65.6%,保留率提高了14.8%。說明花青素微膠囊后對(duì)其在胃液中的穩(wěn)定性起到了保護(hù)作用。

2.2.5.2 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬腸液中花青素的穩(wěn)定性 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬腸液中花青素的穩(wěn)定性見圖10。

圖10 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬腸液中花青素的穩(wěn)定性Fig.10 Stability of anthocyanin of Lycium ruthenicum Murr anthocyanin microcapsules in Simulated intestinal fluid

由圖10可知,花青素在腸液中迅速降解,這是因?yàn)榛ㄇ嗨卦诟遬H的環(huán)境中不穩(wěn)定,降解速度加快。在一定的時(shí)間范圍內(nèi),隨著時(shí)間的延長,改性青稞β-葡聚糖酯納米顆粒對(duì)花青素的保護(hù)效果越發(fā)顯著,30 min時(shí)花青素空白溶液中花青素的保留率為52.6%,而花青素微膠囊溶液中花青素的保留率為 69.9%,保留率提高了17.3%,差異顯著(p<0.05)。250 min 后,二者之間沒有顯著的差異(p>0.05),這可能是因?yàn)槲⒛z囊破裂,花青素溶解在腸液中,降解速率加快的原因[21]。所以,當(dāng)花青素荷載到改性青稞β-葡聚糖酯納米顆粒上后,其穩(wěn)定性得到提高。花青素在小腸液中穩(wěn)定性的提高,能夠更好地保證其在人體內(nèi)的吸收利用。

2.2.5.3 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬胃液中花青素的釋放率 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬胃液中的花青素的釋放特性見圖11。

圖11 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬胃液中的花青素的釋放特性Fig.11 Release characteristics of anthocyanin of Lycium ruthenicum Murr anthocyanin microcapsules in simulated gastric fluid

由圖11可知,隨著時(shí)間的延長,花青素在胃液中的釋放率逐漸增加,在90 min時(shí),花青素微膠囊在模擬胃液中花青素的釋放率較低,僅為7.5%,而花青素未包埋溶液中花青素的釋放率為20.7%,由此可知,在胃液中花青素微膠囊對(duì)花青素有顯著的保護(hù)效果(p<0.05)。在胃液中,降低花青素的釋放率,可以有效的降低其降解損失,這有利于人體對(duì)花青素的吸收利用。

2.2.5.4 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬腸液中花青素的釋放率 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬腸液中的花青素的釋放特性見圖12。

圖12 黑果枸杞花青素微膠囊在模擬腸液中的花青素的釋放特性Fig.12 Release characteristics of anthocyanin of Lycium ruthenicum Murr anthocyanin microcapsules in simulated intestinal fluid

由圖12可知,隨著時(shí)間的延長,花青素在腸液中的釋放率逐漸增加,明顯高于胃液中的釋放率。在30 min后,二者之間有顯著的差異(p<0.05),且隨著時(shí)間的延長,花青素微膠囊對(duì)花青素的保護(hù)效果越發(fā)顯著。240 min時(shí)花青素膠囊溶液和花青素未包埋溶液中花青素的釋放率分別為21.9%、27.2%。所以,當(dāng)花青素荷載到改性青稞β-葡聚糖酯納米顆粒上以后,能夠降低花青素的釋放率,提高花青素的穩(wěn)定性,花青素在小腸液中穩(wěn)定性的提高,能夠更好地保證其在人體內(nèi)的吸收利用。

3 結(jié)論

以黑果枸杞花青素微膠囊在水相體系中花青素的保留率為指標(biāo),采用控制變量法研究了環(huán)境因素(溫度、自然光照、紫外光照)對(duì)花青素穩(wěn)定性的影響,確定了花青素的氧化降解規(guī)律;采用體外模擬胃腸液的方法對(duì)花青素微膠囊的穩(wěn)定性和靶向釋放特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:花青素微膠囊的熱降解符合一級(jí)降解動(dòng)力學(xué)模型;花青素在低溫和較低pH條件下較穩(wěn)定,并且花青素微膠囊后對(duì)其的氧化降解具有一定的保護(hù)作用。在穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)中,花青素微膠囊在體外模擬胃液中較穩(wěn)定,60 min后,花青素微膠囊溶液中花青素的保留率為80.4%。在體外模擬腸液中花青素不穩(wěn)定,30 min 以后,花青素微膠囊溶液中花青素的保留率為69.9%,與未包埋花青素溶液相比,保留率分別提高了14.8%、17.3%;在靶向釋放實(shí)驗(yàn)中,在體外模擬胃液中,90 min后,花青素微膠囊溶液和花青素未包埋溶液中花青素的釋放率分別為7.5%,20.7%;在體外模擬腸液中花青素緩慢釋放,240 min后,二者之間花青素的釋放率分別為21.9%、27.2%;花青素微膠囊在胃腸液中穩(wěn)定性的提高,能夠更好地保證花青素在人體內(nèi)的吸收利用。

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