雞腿菇多糖微膠囊的制備工藝研究

張 梅

雞腿菇多糖微膠囊的制備工藝研究

張 梅

（閩江學院海洋學院化工系，福建，福州 350108）

在單因素試驗基礎上，以微膠囊包埋率為考察指標，采用 U10(53) 進行均勻試驗設計，對雞腿菇多糖微膠囊的制備工藝進行優(yōu)化。試驗結果通過二次多項式逐步回歸分析，對雞腿菇多糖微膠囊包埋率影響最大的因素是雞腿菇多糖的質量分數(shù)，制備工藝優(yōu)化方案為：殼聚糖的質量分數(shù)為 1.6 %，海藻酸鈉的質量分數(shù)為 2.2 %，雞腿菇多糖的質量分數(shù)為 2.0 %。應用優(yōu)化得到的制備工藝進行驗證試驗，并將得到的微膠囊進行結構表征，表明微膠囊包埋率較高，成型性良好，熱穩(wěn)定性能得到改善。

雞腿菇；多糖；微膠囊；均勻設計

雞腿菇（），又名毛頭鬼傘、雞腿蘑，是一種藥食兩用的大型真菌，其菇體肉質細膩、味道鮮美、色香味俱全，經(jīng)常食用有助于增進人體食欲、促進消化、增強人體的免疫力，具有極高的食用價值[1-2]。雞腿菇同時還具有多種生物功能的藥用價值，現(xiàn)代研究也表明雞腿菇具有益脾胃、助消化、降血糖、抗氧化、抑腫瘤、抗真菌等功效[3-4]。因此，雞腿菇成為集“天然、營養(yǎng)、保健”三種功能為一體的珍稀食用菌之一，倍受廣大消費者的喜愛，是一種極具開發(fā)潛力、并有廣泛應用前景的食用菌。

目前有關雞腿菇的提取分離技術、營養(yǎng)價值、藥理等研究報道較多。許女等[5]對雞腿菇多糖的分離純化、理化性質及抗氧化活性作了較為系統(tǒng)的研究。鄒莉等[6]對雞腿菇營養(yǎng)成分作了較為全面的研究。但雞腿菇的開發(fā)仍然是以粗加工為主，精細加工、深加工產品研究不多，特別是方便食用的營養(yǎng)保健和藥品幾乎為零。而微膠囊化技術能最大限度地保護被包埋材料原有的性能和生物活性，改善物質的物理性質，提高其穩(wěn)定性，延長食品的貯存期等，在食品領域有著廣泛的用途[7]。本研究以殼聚糖和海藻酸鈉為壁材，將芯材雞腿菇多糖物質包埋，從而保護了微膠囊內的物質活性，提高其穩(wěn)定性[8]，并對其制備工藝進行優(yōu)化，旨在為雞腿菇多糖深加工開發(fā)提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 儀器與材料

UVmini-1204 紫外-可見分光光度計，島津企業(yè)管理（中國）有限公司；S-3400N 掃描電子顯微鏡，日本日立高新技術公司；DZF 6021 真空干燥箱，上海-恒科學儀器有限公司；TG 209 F3 熱重分析儀，耐馳科學儀器商貿（上海）有限公司；HJ-4A 數(shù)顯多頭磁力加熱攪拌器，常州市金壇區(qū)西城新瑞儀器廠。

雞腿菇多糖粗提取物（70%），西安秋禾生物科技有限公司；殼聚糖、海藻酸鈉分析純，上海邁坤化工有限公司；氯化鈣、苯酚等均為分析純，濃硫酸（98%）、冰醋酸（99%），均為福建華瑞化工有限公司。

1.2 方法

1.2.1 雞腿菇多糖微膠囊的制備

采用銳孔法[9]制備。稱取一定量的殼聚糖溶解于 50 mL的1.0 % 的醋酸溶液中，然后加入一定量的氯化鈣，攪拌溶解，使其溶液呈透明膠質狀態(tài)，得到殼聚糖氯化鈣混合溶液。將一定量的海藻酸鈉溶于雞腿菇多糖溶液。取用帶 7 號針頭的 5 mL 注射器取含雞腿菇多糖的海藻酸鈉溶液 4 mL，緩慢滴加至殼聚糖氯化鈣混合溶液中，攪拌0.5 h，靜置，過濾，取 2.5 mL 去離子水洗滌微膠囊 2 次，于40℃中進行真空干燥，濾液待測。

1.2.2 雞腿菇多糖微膠囊包埋率的測定

采用苯酚—硫酸比色法[10]，測定雞腿菇多糖含量。以葡萄糖為對照品，485 nm 波長處的吸光度為縱坐標，總糖質量濃度為橫坐標，繪制葡萄糖標準曲線，得到回歸方程=13.956+ 0.0824，2 = 0.9904，表明總糖質量濃度在0.01～0.08 mg/m L 范圍為內，線性關系良好。雞腿菇多糖微膠囊包埋率可通過測定雞腿菇多糖初始溶液和制備微膠囊濾液中的多糖質量，并通過下列公式計算得到。

包埋率=（雞腿菇多糖初始含量-濾液中雞腿菇多糖含量）*100% / 雞腿菇多糖初始含量

1.2.3 單因素試驗

以雞腿菇多糖微膠囊包埋率為指標，在質量分數(shù)為3.0 % 氯化鈣，質量分數(shù)為 2.2 % 海藻酸鈉，質量分數(shù)為1.6 % 殼聚糖，雞腿菇多糖質量分數(shù)為 2.0 % 的條件下，分別考察氯化鈣質量分數(shù)（1.0 %、2.0 %、3.0 %、4.0 %、5.0 %、6.0 %），海藻酸鈉質量分數(shù)（1 %、1.4 %、1.8 %、2.2 %、2.6 %、3.0 %），殼聚糖質量分數(shù)（0.4 %、0.8 %、1.2 %、1.6 %、2.0 %、2.4 %），雞腿菇多糖質量分數(shù)（0.5 %、1.0 %、1.5 %、2.0%、2.5 %、3.0 %）對雞腿菇多糖微膠囊包埋率的影響。

1.2.4 均勻設計試驗[11]

在單因素試驗的基礎上，以雞腿菇多糖微膠囊包埋率為考察指標，確定了因素水平，即采用殼聚糖質量分數(shù)、海藻酸鈉質量分數(shù)、雞腿菇多糖質量分數(shù)3個主要因素，按3 因素 5 水平均勻設計，并用DPS V7.05 軟件優(yōu)化設計得到U10(53) 均勻設計方案[12]，確定較優(yōu)化的提取工藝，均勻設計如表1所示。

表1 均勻設計試驗因素水平 U(5)

Table 1 Factors and levels of U(5) uniform design

實驗號X1：聚糖的質量分數(shù)/%X2：海藻酸鈉的質量分數(shù)/% X3：雞腿菇多糖質量分數(shù)/% 1251 2411 3333 4214 5525 6542 7122 8333 9145 10454

1.2.5 雞腿菇多糖微膠囊結構表征

1.2.5.1 微膠囊的微觀結構

采用 Hitachi S-3400N 掃描電子顯微鏡（SEM）觀察雞腿菇多糖微膠囊的結構和表觀形態(tài)，將樣品撒在樣品臺上的導電膠上，并將多余的粉末吹去，在真空條件下對樣品噴金，進行SEM觀察。

1.2.5.2 微膠囊的熱重分析

稱取樣品 5～10 mg 均勻鋪滿 DSC 鋁盒中，以空白鋁盒為對照，以10 ℃/min 的速率從 30 ℃加熱至 500 ℃，在氮氣的保護下，采用熱重分析儀 TG 記錄加熱過程中的圖譜。

2 結果與討論

2.1 雞腿菇多糖微膠囊的制備工藝優(yōu)化

2.1.1 單因素試驗分析

2.1.1.1 氯化鈣質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

從圖 1 可知，雞腿菇多糖微膠囊的包埋率隨著氯化鈣的質量分數(shù)增高而呈下降趨勢。氯化鈣質量分數(shù)較低時雖然包埋率較高，但因固化效果較差，微膠囊柔軟，含水量大，機械強度差，烘干后成扁平狀；氯化鈣質量分數(shù)較高則使微膠囊表面殘留大量的氯化鈣，壁膜強度增大，微膠囊之間彼此易粘連，經(jīng)烘干后，微膠囊表面有裂縫。綜合微膠囊包埋率和成型性考察，取氯化鈣質量分數(shù)為3%時，微膠囊的包埋率較高可達到85.14 %，微膠囊成型性好且有彈性。

圖1 氯化鈣質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

2.1.1.2 殼聚糖質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

從圖 2 可知，雞腿菇多糖微膠囊的包埋率先隨殼聚糖的質量分數(shù)的上升而上升，當殼聚糖的質量分數(shù)為1.6 % 時，包埋率最大為 87.61 %，隨著殼聚糖的質量分數(shù)的上升而包埋率下降。適合的殼聚糖與海藻酸鈉在溶液中能形成聚電解質半透膜，從而限制了多糖從微膠囊內部向溶液擴散，提高了微膠囊的包埋率；而殼聚糖濃度過高，則使溶液粘度增大，微膠囊成型性變差，包埋率下降。因此，殼聚糖質量分數(shù)為1.6% 較適宜。

圖2 殼聚糖質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

2.1.1.3 海藻酸鈉質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

從圖 3 可知，雞腿菇多糖微膠囊的包埋率隨著海藻酸鈉質量分數(shù)的上升而逐漸上升，當海藻酸鈉質量分數(shù)超過 2.2 % 時，雞腿菇多糖微膠囊的包埋率則呈下降的趨勢。海藻酸鈉的質量分數(shù)較低時，微膠囊成型較差，海藻酸鈉的質量分數(shù)過高，則溶液粘度增大，溶液不易從針頭擠出，且擠出后易拖尾，不易形成球形。因此，海藻酸鈉適宜的質量分數(shù)為 2.2 %。

圖3 海藻酸鈉質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

2.1.1.4 雞腿菇多糖質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

從圖 4 可知，微膠囊包埋率與雞腿菇多糖質量分數(shù)呈正比關系。雞腿菇多糖質量分數(shù)增高，增加了溶液中多糖的濃度，從而提高了微膠囊的載物量，提高了包埋率，當多糖質量分數(shù)達到 2.0 %時，包埋率增加不明顯，并且高濃度的多糖影響了溶液的粘度，從而影響微膠囊的成型性?？紤]節(jié)約芯材用量以及成型性問題，選擇雞腿菇多糖質量分數(shù)為1.6 %較為適宜。

圖4 雞腿菇多糖質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響

2.1.2 均勻設計試驗分析

根據(jù)U10(53) 均勻設計方案，按表 1 設計的條件對雞腿菇多糖進行微膠囊制備工藝優(yōu)化，得出雞腿菇多糖微膠囊包埋率結果如表 2 所示。

表2 U(5) 均勻設計試驗結果

Table 2 Result of U(5) uniform design

實驗號殼聚糖的質量分數(shù)/%海藻酸鈉的質量分數(shù)/%雞腿菇多糖質量分數(shù)/%微膠囊包埋率/% 11.23.01.084.9 22.01.41.084.3 31.62.22.088.6 41.21.42.586.5 52.41.83.087.5 62.42.61.585.6 70.81.81.586.2 81.62.22.088.8 90.82.63.087.1 102.03.02.587.5

將表 2 中均勻設計試驗結果輸入 DPS 分析軟件進行二次多項式逐步回歸分析，得到回歸方程：= 80.1745455 + 1.7690909091X+ 2.7602272727X－0.27651515152X*X－0.3655303030X*X。相關系數(shù)= 0.9080，決定系數(shù)2= 0.8245，剩余標準差= 0.8369，值= 5.8743，顯著性水平值= 0.0395，回歸方程在= 0.05 水平上有顯著性意義。從回歸方程和方差分析表明，雞腿菇多糖的質量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響最大，海藻酸鈉的質量分數(shù)和殼聚糖的質量分數(shù)對其影響相對較小。從均勻設計試驗結果確定最優(yōu)制備方案：殼聚糖的質量分數(shù)為 1.6 %，海藻酸鈉的質量分數(shù)為 2.2 %，雞腿菇多糖的質量分數(shù)為 2.0 %。

根據(jù)優(yōu)選出的最佳的雞腿菇多糖微膠囊制備工藝，平行試驗 3 份，觀察微膠囊成型情況，并測定包埋率為（88.85 ± 0.43）%，試驗驗證結果與理論預測結果基本接近，表明工藝優(yōu)化結果可靠，該制備工藝條件可行、穩(wěn)定、適用。

2.2 雞腿菇多糖微膠囊結構表征

2.2.1 微膠囊的微觀結構

從圖 5-A 可知，雞腿菇多糖微膠囊的形狀基本為球狀，結構比較緊密，微膠囊顆粒表面有微小裂痕，但無孔洞，成型效果良好。圖 5-B 和圖 5-C 為微膠囊截面形貌，截面結構緊實，光滑平整、紋理清晰，微膠囊內部芯材和壁材各物質結合良好。

圖5 雞腿菇多糖微膠囊的掃描電鏡圖

2.2.2 微膠囊的熱重分析

圖 6-A 和圖6-B 分別為雞腿菇多糖提取物及其制備的微膠囊的熱重分析圖，從圖6可知，物質在開始階段失重主要為小分子物質和水分的失重，反應溫度升高后，大分子有機物開始分解，物質總重理迅速下降，但兩種物質變化的溫度有所差別。雞腿菇多糖提取物和微膠囊在溫度達到 120 ℃ 時，失重率分別為3.4 4% 和 7.64 %，80 ～ 120 ℃主要為失水階段，但微膠囊失水率比多糖提取物高，可能是因為微膠囊干燥不徹底，含水量較高的原因。雞腿菇多糖提取物在溫度為220 ～ 330 ℃范圍時，失重速率較快，失重率從12.54 % 降到61.94 %，溫度達到500 ℃ 時，殘留量只為23.98 %。而微膠囊在溫度為230 ～ 300℃范圍時，失重速率較快，失重率從12.74 % 降到40.11 %，溫度達到500 ℃時，殘留量為44.23 %。由此可見，微膠囊大分子開始降解的溫度要高于未包埋的多糖提取物的溫度，這可能是因為微膠囊的壁材材料起到保護芯材物質的作用，使外界溫度對其影響降低。因此，雞腿菇多糖提取物微膠囊的熱穩(wěn)定性能要優(yōu)于未包埋的雞腿菇多糖提取物質。

3 小結

本試驗是在單因素試驗的結果上，按 3 因素 5 水平進行均勻設計雞腿菇多糖微膠囊制備工藝試驗，并用 DPS 軟件進行優(yōu)化得到U10(53) 均勻設計方案。試驗結果表明按均勻設計安排微膠囊制備條件，明顯減少了多因素試驗的試驗次數(shù)。二次多項式逐步回歸分析表明，對雞腿菇多糖微膠囊包埋率影響最大的因素是雞腿菇多糖的質量分數(shù)，海藻酸鈉的質量分數(shù)和殼聚糖的質量分數(shù)對其影響相對較小。從均勻設計試驗結果確定微膠囊最優(yōu)制備方案：殼聚糖的質量分數(shù)為 1.6 %，海藻酸鈉的質量分數(shù)為 2.2 %，雞腿菇多糖的質量分數(shù)為 2.0 %。

運用優(yōu)化條件進行試驗驗證，微膠囊包埋率結果與理論預測結果基本接近，對制備所得的微膠囊進行 SEM 和 TG 表征分析，顯示微膠囊為球狀，成型性良好，熱穩(wěn)定性能得到改善，表明經(jīng)均勻設計優(yōu)化的微膠囊制備工藝可靠、簡便、效果好。

[1] 許女,張?zhí)煺?陳旭峰,等. 雞腿菇子實體多糖的分離純化、理化性質及抗氧化活性[J]. 生物工程學報, 2017, 33(5): 808-816.

[2] Stojkovi? D, Reis FS, Barros L, et al. Nutrients and non-nutrients composition and bioactivity of wild and cultivated Coprinus comatus (O. F. Müll.) Pers[J]. Food Chem Toxicol, 2013, 59: 289-296.

[3] 劉芹,耿雪冉,許瀛引,等. 雞腿菇復合制劑的降血糖作用研究[J]. 西北師范大學學報:自然科學版, 2016, 52(5): 90-94.

[4] Liu YF, Zhao Y, Yang Y, et al. Structural characteristics and hypoglycemic activity of polysaccharides from Coprinus comatus[J]. Bioact Carbohyd Diet Fibre, 2013, 2(2): 164-169.

[5]許女,張?zhí)煺?陳旭峰,等. 雞腿菇子實體多糖的分離純化、理化性質及抗氧化活性[J]. 生物工程學報, 2017,33(5): 808-916.

[6] 鄒莉,馬依莎,孫健,等. 富集黃酮的雞腿菇栽培及營養(yǎng)成分分析[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2020, 46:188-193.

[7]呂沛峰,高彥祥,毛立科,等. 微膠囊技術及其在食品中的應用[J]. 中國食品添加劑, 2017,12: 166-174.

[8] 張曉明,朱良奎,成蕾,等. 殼聚糖/海藻酸鈉/多孔淀粉-茶樹精油微膠囊制備及釋放性能分析[J].分析化學, 2019, 47(6): 862-868.

[9] 吳玲玲,張慜,劉亞萍. 銳孔法制備谷氨酸鈉微膠囊及其緩釋性的研究[J]. 食品與生物技術學報,2019,38(8): 104-111.

[10] 陳文娟. 響應面優(yōu)化超聲輔助提取養(yǎng)心菜多糖的工藝研究[J]. 井岡山大學學報:自然科學版, 2020, 41(2): 48-53.

[11] 沈騰濱,張梅,唐旭艷,等. 基于均勻設計的錦繡杜鵑花色苷提取工藝優(yōu)選[J]. 井岡山大學學報:自然科學版, 2016,37(5): 21-24.

[12] 蔡錦源,孫松,李新海,等. 均勻設計與正交設計聯(lián)用優(yōu)選香菇多糖的微波輔助提取工藝研究[J]. 河南工業(yè)大學學報:自然科學版, 2016,37(1):78-83.

PREPARATION OFPOLYSACCHARIDE MICROCAPSULE

ZHANG Mei

（Department of Chemical Engineering, Ocean College, Minjiang University, Fuzhou, Fujian 350108, China）

On the basis of single factor experiment, taking the embedding rate of microcapsules as the index, the preparation technology ofpolysaccharide microcapsules was optimized by the U10(53) uniform design. The results showed that the mass fraction of C.polysaccharide was the most important factor affecting the embedding rate by quadratic polynomial stepwise regression analysis. The optimum conditions for the preparation technology were as follows: the mass fraction of chitosan 1.6%, the mass fraction of sodium alginate 2.2 % and the mass fraction of C.polysaccharide 2.0%. The optimized preparation technology was used for validation test, and the structure of the microcapsules was characterized. The results showed that the microcapsules had high embedding rates, good formability and improved thermal stability.

polysaccharide; microcapsule; uniform design

TQ610.4

A

10.3669/j.issn.1674-8085.2021.05.005

1674-8085（2021）05-0019-05

2020-12-20；

2021-03-06

福建省自然科學基金項目(2018J01434)；福州市科技局計劃項目(2019-G-54)；國家級大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201910395002)

張 梅(1978-)，女，福建永安人，副教授，博士，主要從事天然產物化學研究(E-mail：zhangmei11@163.com).