羊棲菜多酚微膠囊的制備及穩(wěn)定性評價

◎ 胡順強(qiáng)，鄭恩萍，趙婷雪，任詩雅，李 楊，楊海龍

（溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 溫州 325035）

羊棲菜多酚有極高的食藥用價值，如具有抗氧化、抗菌、抗炎癥等多種生理活性[1-2]。自然狀態(tài)下的羊棲菜多酚較穩(wěn)定，分離提取后的多酚則易在加工和貯藏的過程中受到各種物理或化學(xué)因素的影響[3-4]，因此提高多酚的穩(wěn)定性，減少其活性損失至關(guān)重要。微膠囊化技術(shù)在保護(hù)活性成分的應(yīng)用方面頗為廣泛[5-6]，常用的壁材有明膠、殼聚糖、阿拉伯膠和海藻酸等，其中海藻酸來自于羊棲菜等褐藻。為更好地保持其穩(wěn)定性，本研究模擬羊棲菜多酚的自然狀態(tài)，選用海藻酸鈉和羊棲菜多糖，并輔以麥芽糊精為壁材，采用噴霧干燥法制備多酚微膠囊，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了羊棲菜多酚微膠囊的制備工藝，并對羊棲菜多酚微膠囊的表觀品質(zhì)和穩(wěn)定性進(jìn)行評價，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)羊棲菜多酚的目的，為后續(xù)羊棲菜多酚產(chǎn)品的開發(fā)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試劑與材料

羊棲菜多酚，超聲提取法制備；羊棲菜多糖，水提醇沉法制備；麥芽糊精，分析純，浙江中星化工試劑有限公司；海藻酸鈉，分析純，浙江中星化工試劑有限公司；福林酚，分析純，上海麥克林生化科技有限公司。

1.2 儀器

MDR5 型噴霧干燥器，無錫市現(xiàn)代噴霧干燥設(shè)備有限公司；HH-4A 數(shù)顯恒溫水浴鍋，金壇市杰瑞爾電器有限公司；TU-1950 紫外可見分光光度計，北京普析通用儀器責(zé)任有限公司；NS1001L2K 高壓均質(zhì)機(jī)，GEA Niro 公司。

1.3 羊棲菜多酚微膠囊制作工藝流程

（1）基本條件。將配好的多酚提取物溶于適量溫水中，將1%海藻酸鈉、1%羊棲菜多糖和15%麥芽糊精混合，配成200 mL 混合液，取上步配好的原料濃縮液，進(jìn)行噴霧干燥生產(chǎn)，條件設(shè)為進(jìn)風(fēng)溫度155 ℃，出口溫度70 ℃、進(jìn)料流速10 mL·min-1。

（2）工藝流程。羊棲菜多酚粗提物→加入壁材→高壓均質(zhì)→噴霧干燥→羊棲菜多酚微膠囊。

1.3.1 工藝參數(shù)優(yōu)化

考察不同濃度的羊棲菜多糖（1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%）、麥芽糊精濃度（15%、25%、35%、45%和55%）和海藻酸鈉濃度（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%）這3 個因素對羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行正交優(yōu)化。

1.3.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計

選用L9(34)正交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計，根據(jù)海藻酸鈉濃度、麥芽糊精濃度和羊棲菜多糖濃度3 個單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選擇適宜的水平條件，以微膠囊的包埋率為響應(yīng)值，設(shè)計3因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.4 羊棲菜多酚微膠囊表觀品質(zhì)及穩(wěn)定性

1.4.1 羊棲菜多酚微膠囊表觀特征

采用感官評定微膠囊的色澤、氣味等特征。

1.4.2 紅外光譜分析

分別在微膠囊粉末、海藻酸鈉、麥芽糊精和羊棲菜多糖中加入100 mg 溴化鉀（105 ℃烘干），研磨均勻后壓片，使用傅立葉紅外光譜儀進(jìn)行掃描并進(jìn)行紅外光譜分析。掃描范圍為4 000 ～500 cm-1，光譜分辨率為1 cm-1，掃描次數(shù)為16 次。

1.4.3 穩(wěn)定性

（1）貯藏穩(wěn)定性。取羊棲菜多酚干粉和羊棲菜多酚微膠囊分別在4 ℃條件下保存6 d，每隔1 d 取少量，測定多酚保留率。

（2）光穩(wěn)定性。取羊棲菜多酚干粉和羊棲菜多酚微膠囊分別置于不同光照條件下，每隔1 d 取少量，測定多酚保留率。

1.5 羊棲菜多酚微膠囊表面多酚、總多酚與包埋率的測定

多酚含量測定采用福林酚法，具體操作步驟如下。取0.5 mL 樣品于試管中，加入2.5 mL 福林酚溶液，搖動均勻，避光反應(yīng)時間為6 min。后加入2 mL 7.5%的Na2CO3溶液，搖動均勻后，避光，室溫下放置 90 min 后，在波長765 nm 條件下測定其吸光度并記錄，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線算出多酚含量。

（1）羊棲菜多酚微膠囊表面多酚含量。準(zhǔn)確稱取0.2 g 羊棲菜多酚微膠囊，用5 mL 無水乙醇充分沖洗，4 000 r·min-1離心3 min。計算表面多酚含量（A）。

（2）羊棲菜多酚微膠囊總多酚含量。準(zhǔn)確稱取 0.2 g 羊棲菜多酚微膠囊，加水1 mL，于研缽中充分研磨，并以無水乙醇定容至5 mL，超聲提取5 min。計算總多酚含量（B）。

（3）羊棲菜多酚微膠囊包埋率。根據(jù)得到的表面多酚含量（A）及總多酚含量（B），包埋率=（B-A）/B×100%。

1.6 數(shù)據(jù)處理與分析

根據(jù)上述正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重復(fù)3 次，得到的結(jié)果用GraphPad Prism8 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析并作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 海藻酸鈉濃度對羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響

由圖1 可知，當(dāng)海藻酸鈉質(zhì)量濃度在較小范圍時，增加海藻酸鈉的濃度，包埋率顯著增加 （p＜0.05），當(dāng)海藻酸鈉為2.0%時，多酚微膠囊包埋率為77.57%，而當(dāng)海藻酸鈉濃度大于2.0%后，包埋率降低。這可能是由于海藻酸鈉濃度較小時，溶液的黏稠度低，成膜性較差，所以制得的微膠囊包裹性不強(qiáng)，包埋率較低。隨著海藻酸鈉濃度的增加至2.5%以上時，溶液黏稠度過大，難噴出，故而包埋率降低[7]。

圖1 海藻酸鈉濃度對羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響圖

2.1.2 麥芽糊精添加量對羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響

由圖2 可知，隨著麥芽糊精濃度的升高，多酚包埋率上升，表明低濃度的麥芽糊精在噴霧干燥過程中對羊棲菜多酚的封閉性不好，微膠囊囊壁未完全成型，使得包埋率較低。提高麥芽糊精濃度，則顯著（p＜0.05）促進(jìn)了包埋的形成，使的包埋率增加，在糊精濃度為35%時包埋率達(dá)到最大值，為78.78%，繼續(xù)增大麥芽糊精的濃度，包埋率逐漸減小，這可能是由于過高濃度的糊精會導(dǎo)致均質(zhì)化不完全，成膜效果差，微膠囊壁成型不佳，包埋率降低。2.1.3 羊棲菜多糖添加量對羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響

圖2 麥芽糊精濃度對羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響圖

由圖3 可知，當(dāng)羊棲菜多糖濃度為 1.0% ～2.0%時，微膠囊多酚包埋率顯著提升（p＜0.05）。羊棲菜多糖濃度較小，影響聚電解質(zhì)的形成，使包埋率較低，在羊棲菜多糖濃度為2.0%時，微膠囊包埋率達(dá)到最大值，為79.09%。隨著羊棲菜多糖濃度的增加，其正負(fù)電荷的吸引達(dá)到飽和，繼續(xù)增大羊棲菜多糖濃度，包埋率逐漸減小。

圖3 羊棲菜多糖添加量對羊棲菜多酚微膠囊包埋率的影響圖

2.2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)正交因素設(shè)計表1 設(shè)計實(shí)驗(yàn)，以多酚包埋率為考察指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果和方差分析如表2、表3 所示，提取羊棲菜多酚微膠囊包埋率的最佳參數(shù)為A1B3C1，即海藻酸鈉1.5%、麥芽糊精45%、羊棲菜多糖1.5%，此時得率最高。由極差分析可知，3 個因素的極差R依次為海藻酸鈉5.12、麥芽糊精2.34、羊棲菜多糖3.57。這說明影響包埋率的因素排序?yàn)锳（海藻酸鈉濃度）＞C（羊棲菜多糖濃度）＞B（麥芽糊精濃度）。綜上所述，提取條件的最佳參數(shù)是A1B3C1，即海藻酸鈉1.5%、麥芽糊精45%、羊棲菜多糖1.5%，此時羊棲菜多酚微膠囊包埋率較高，為82.77%。

表3 方差分析表

2.3 微膠囊表觀品質(zhì)和穩(wěn)定性

2.3.1 微膠囊表觀品質(zhì)

羊棲菜多酚粗提物的微膠囊的表觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)淺綠色，顏色較為均勻，氣味純正、無異味，且具有羊棲菜獨(dú)有風(fēng)味，流動性較好，易溶于水，含水量較低。

2.3.2 紅外光譜分析

羊棲菜多糖、麥芽糊精、海藻酸鈉和羊棲菜多酚微膠囊的紅外光譜圖如圖4 所示，3 400 cm-1的峰為多酚類物質(zhì)的酚羥基的吸收峰，1 460 ～1 380 cm-1的峰主要為C-H 鍵，1 630 ～1 510 cm-1的峰為苯環(huán)的振動吸收峰，此范圍為多酚類化合物的苯環(huán)吸收峰，而這些特征峰均可在微膠囊的紅外圖譜中觀察到，故羊棲菜多酚已經(jīng)被包埋進(jìn)微膠囊中[8]。

圖4 多酚微膠囊及其壁材紅外特征光譜圖

2.3.3 微膠囊貯藏穩(wěn)定性

圖5 表示未包埋的羊棲菜多酚與噴霧干燥法制備的微膠囊在4 ℃貯藏條件下，隨著時間的延長，總酚含量保留率的變化趨勢。隨著貯藏時間的增加，無論是羊棲菜多酚還是微膠囊的保留率均呈現(xiàn)下降趨勢，在4 d 時，微膠囊化多酚的含量提高，這可能是由于避光條件下，會有部分多酚被氧化，生成醌類等具有發(fā)色基團(tuán)的化合物，對總酚含量的測定產(chǎn)生影響導(dǎo)致結(jié)果偏高。微膠囊化可以提高羊棲菜多酚的穩(wěn)定性，噴霧干燥制備的微膠囊對芯材有較好的保護(hù)作用[9-10]。

圖5 微膠囊的貯藏穩(wěn)定性圖

2.3.4 微膠囊光穩(wěn)定性

在光照條件對羊棲菜多酚微膠囊及羊棲菜多酚中總酚含量的影響隨時間變化趨勢如圖6 所示。在太陽光照條件下微膠囊化制備的羊棲菜多酚微膠囊中總酚含量變化了15%左右，而未經(jīng)微膠囊化的羊棲菜多酚其總酚含量變化更為明顯，接近25%，明顯提升了多酚微膠囊的光穩(wěn)定性[11-13]。

圖6 微膠囊的光穩(wěn)定性圖

3 結(jié)論

本文模擬了自然環(huán)境下多酚的存在形式，以海藻酸鈉、羊棲菜多糖和麥芽糊精為壁材，通過噴霧干燥法制備了羊棲菜多酚微膠囊。以包埋率為指標(biāo)，通過單因素和正交實(shí)驗(yàn)得到最優(yōu)工藝參數(shù)為海藻酸鈉1.5%、麥芽糊精45%、羊棲菜多糖1.5%。制備的多酚微膠囊為淺綠色，無異味，并且具有較好的流動性，紅外光譜圖則表明羊棲菜多酚已經(jīng)包埋進(jìn)微膠囊中，且貯藏穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性均得到了相應(yīng)的提升，延長了羊棲菜多酚貯藏時間，為后續(xù)工業(yè)生產(chǎn)提供了一定的參考價值。