龍海濤，畢陽(yáng)，張慧秀，孫艷，牛紅艷，蒲陸梅,2*

1(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)2(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)資源化學(xué)與應(yīng)用研究所，甘肅 蘭州，730070) 3(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)

冷凍干燥制備番茄紅素微膠囊及其緩釋性能研究

龍海濤1,2,3，畢陽(yáng)3，張慧秀1，孫艷3，牛紅艷1，蒲陸梅1,2*

1(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)2(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)業(yè)資源化學(xué)與應(yīng)用研究所，甘肅 蘭州，730070) 3(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，甘肅 蘭州，730070)

為了提高番茄紅素的穩(wěn)定性，以酯化微孔淀粉、麥芽糊精、明膠、蔗糖及VC為復(fù)合壁材，番茄紅素為芯材，通過(guò)冷凍干燥的方法制備了番茄紅素微膠囊，并對(duì)制備的番茄紅素微膠囊緩釋性能進(jìn)行了研究。研究表明：采用酯化微孔淀粉、麥芽糊精、明膠、蔗糖及VC為復(fù)合壁材，其質(zhì)量比為1∶0.67∶0.56∶0.22∶0.44，包合溫度為50 ℃，包合時(shí)間為0.5 h，芯材和壁材的質(zhì)量比為10∶90時(shí)制得的微膠囊包封率高達(dá)91.78%，微膠囊經(jīng)掃描電鏡表征得表面光滑且呈球形，直徑在10 μm左右；制備的番茄紅素微膠囊具有良好的腸溶性，體外釋放研究表明其釋放數(shù)據(jù)符合Higuchi擴(kuò)散模型，說(shuō)明番茄紅素微膠囊體外釋放符合菲克擴(kuò)散機(jī)理。

番茄紅素；酯化微孔淀粉；微膠囊；緩釋

微膠囊化技術(shù)是使用天然的或者合成的高分子材料將固體、液體甚至是氣體的微小顆粒包裹在直徑為1～500 μm的半透性或密封囊膜的技術(shù)。微膠囊化技術(shù)主要有噴霧干燥、冷凍干燥、凝聚法等，其中冷凍干燥在食品及醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，主要用于熱敏性物質(zhì)的干燥。近年來(lái)部分學(xué)者采用不同的壁材通過(guò)冷凍干燥的方式制備了楊桃多酚[1]、α-亞麻酸油[2]、長(zhǎng)雙歧桿菌[3]、α-淀粉酶[4]等微膠囊。番茄紅素微膠囊大多采用噴霧干燥[5-6]法，而采用冷凍干燥方法制備番茄紅素微膠囊鮮有報(bào)道。其次，微膠囊采用的壁材目前主要以阿拉伯膠、明膠、麥芽糊精等為主，上述壁材價(jià)格較高。而采用辛烯基琥珀酸酯化微孔淀粉不僅價(jià)格便宜，黏度較低，而且其自身是優(yōu)良的乳化劑，便于形成較高包埋率的微膠囊。因此擬采用酯化微孔淀粉、麥芽糊精等為壁材，番茄紅素為芯材，冷凍干燥制備番茄紅素微膠囊，進(jìn)而研究微膠囊在模擬體液中的緩釋性能。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

番茄紅素(純度90%)，上海源葉生物科技有限公司；乙酸乙酯(分析純)，天津市福晨化學(xué)試劑廠；酯化微孔淀粉，實(shí)驗(yàn)室自制；體積分?jǐn)?shù)95%乙醇(分析純)，天津市福晨化學(xué)試劑廠；丙酮(分析純)，北京化工廠；吐溫80，麥克林試劑公司；石油醚，天津市福晨化學(xué)試劑廠，分析純；胃蛋白酶，沃德賽斯生物公司；胰蛋白酶，沃德賽斯生物公司。

1.2 儀器與設(shè)備

722型分光光度計(jì)，上海新茂儀器有限公司；恒溫水浴鍋，北京科偉永興儀器有限公司；RE-2000B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；JJ-1懸掛式攪拌器，常州國(guó)華電器有限公司；DS-2510超聲波振蕩儀，上海奧譜勒儀器有限公司；FD-1A-50冷凍干燥機(jī)，上海爭(zhēng)巧科學(xué)儀器有限公司；JSM-5600LV掃描電子顯微鏡，日本電子光學(xué)公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 番茄紅素微膠囊制備工藝流程

取適量壁材于錐形瓶，加入蒸餾水，在70 ℃下糊化30 min。而后降溫至一定溫度，取適量芯材溶解于乙酸乙酯中，用恒壓漏斗將番茄紅素溶液緩慢加入到壁材中，并加入適量乳化劑吐溫80，攪拌一定時(shí)間后均質(zhì)乳化，將乳狀液在-40 ℃下冷凍干燥48 h得到橙色的粉末狀番茄紅素微膠囊產(chǎn)品。

1.3.2 番茄紅素微膠囊包封率測(cè)定

1.3.2.1 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線

參照劉玉梅等[7]的方法繪制番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.2.2 番茄紅素微膠囊中番茄紅素含量色測(cè)定

將一定質(zhì)量的番茄紅素微膠囊置于錐形瓶中，而后加入適量水，再用萃取劑V(石油醚)∶V(丙酮)=1∶1的混合液萃取其中的番茄紅素，并輔以超聲振動(dòng)，水相無(wú)色時(shí)，合并有機(jī)相，旋轉(zhuǎn)蒸干并用乙酸乙酯溶解萃取出的番茄紅素，測(cè)其吸光度，對(duì)照番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出番茄紅素的含量。

1.3.2.3 微膠囊表面番茄紅素含量的測(cè)定

將一定質(zhì)量的番茄紅素微膠囊置于錐形瓶中，而后加入適量石油醚，振蕩1 min，抽濾，將不溶物加入石油醚反復(fù)提取至萃取液無(wú)色，合并石油醚，旋轉(zhuǎn)蒸干并用乙酸乙酯溶解，測(cè)其吸光度，對(duì)照番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出番茄紅素的含量。

1.3.2.4 番茄紅素微膠囊包封率

微膠囊化包封率的高低決定了微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量的高低，是評(píng)價(jià)微膠囊質(zhì)量的核心指標(biāo)[8]。微膠囊包封率高表明芯材暴露于外表面的少，產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定，延長(zhǎng)了產(chǎn)品的貨架期。

(1)

1.3.3 番茄紅素微膠囊制備的工藝優(yōu)化

從壁材選擇、芯材加入方式、包合時(shí)間、包合溫度、芯材與壁材質(zhì)量比、固形物含量等因素進(jìn)行試驗(yàn)，在單因素的基礎(chǔ)上，以包合時(shí)間、包合溫度、芯材與壁材質(zhì)量比為因素進(jìn)行3因素3水平的正交優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，其因素水平表見表1。

表1 番茄紅素微膠囊優(yōu)化正交因素水平表

1.3.4 番茄紅素微膠囊的形貌分析

取少量番茄紅素樣品噴金后置于掃描電鏡(SEM)下觀察其形貌。

1.3.5 番茄紅素微膠囊的緩釋性能

模擬胃液配制：用量筒量取HCl 8.2 mL，轉(zhuǎn)移至500 mL的容量瓶中，而后加水稀釋至400 mL，再稱取胃蛋白酶5 g，加少量水溶解后，轉(zhuǎn)移至500 mL的容量瓶中，用蒸餾水定容，儲(chǔ)存于4 ℃條件下備用，所得溶液即為模擬胃液[9]。

模擬腸液配制：分析天平稱取磷酸二氫鉀(KH2PO4)3.4 g，加少量水使其溶解，而后轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中，再稱取胰蛋白酶5 g加適量水溶解，也轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中，最后用稀的NaOH調(diào)節(jié)容量瓶中溶液pH值至6.8，用蒸餾水定容，儲(chǔ)存于4 ℃條件下備用，所得溶液即為模擬腸液[10]。

番茄紅素在模擬腸液及胃液中的標(biāo)準(zhǔn)曲線：以模擬腸液及胃液為空白對(duì)照，在200～800 nm進(jìn)行紫外掃描，以確定番茄紅素在釋放介質(zhì)中的特征吸收波長(zhǎng)。以相應(yīng)的釋放介質(zhì)作為空白，在模擬胃液中分別選取番茄紅素濃度在0.2～1.2 μg/mL的6個(gè)樣品，在模擬腸液中分別選取番茄紅素濃度在0.2～1.2 μg/mL的6個(gè)樣品，分別在最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。以番茄紅素濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，線性回歸得到番茄紅素在腸液及胃液中的標(biāo)準(zhǔn)曲線用以測(cè)定釋放率。

番茄紅素微膠囊緩釋性能測(cè)定：精密稱取冷凍干燥方式制備的微膠囊10 mg各7份，分別置于100 mL具塞試管中，每個(gè)試管分別加入50 mL釋放介質(zhì)(即人工腸液和人工胃液)，加塞密封。將各試管置于恒溫振蕩器，在37 ℃下振蕩釋放。每隔2 h從每個(gè)具塞試管中取出5 mL液體以測(cè)定從微膠囊中釋放出來(lái)的番茄紅素含量，并同時(shí)往具塞試管中補(bǔ)充釋放介質(zhì)以位置體積不變。所取樣品離心分離，以排除部分微膠囊微粒的干擾，離心后取上清液測(cè)定其吸光度，利用番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線換算出質(zhì)量濃度，利用式(2)計(jì)算累積釋放率[11]。

(2)

式中：ρ，測(cè)定時(shí)刻溶液中番茄紅素的濃度，μg/mL；V，某時(shí)刻混合溶液體積，mL；m，初時(shí)加入番茄紅素微膠囊中番茄紅素總含量，μg。

番茄紅素微膠囊緩釋動(dòng)力學(xué)以常見表2中的動(dòng)力學(xué)模型對(duì)番茄紅素微膠囊14h內(nèi)釋放性能進(jìn)行模擬，探討最佳的釋放模型。

表2 數(shù)學(xué)擬合模型

注：Q為累計(jì)釋放率，Q∞為完全釋放量，t為累計(jì)釋放時(shí)間，a，b分別為方程的截距及斜率。

1.3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

本實(shí)驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均為重復(fù)3次平行實(shí)驗(yàn)，并將其所得的數(shù)據(jù)分析后求其平均值所得。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線

以番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，相應(yīng)溶液的吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(圖1)，線性擬合方程為y=0.230 7x-0.015 5，R2=0.999 7。表明番茄紅素質(zhì)量濃度與吸光度存在良好的線性關(guān)系，該曲線適合于測(cè)定番茄紅素的含量，曲線適用的番茄紅素溶液含量在0.5～2.5 μg/mL。

圖1 番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.1 Standard curve of lycopene

2.2 壁材對(duì)番茄紅素微膠囊效率的影響

微膠囊化的壁材對(duì)于微膠囊產(chǎn)品的微膠囊效率及產(chǎn)品形態(tài)具有重要的作用，為此壁材的選擇是首要考慮的問(wèn)題。常用的壁材有明膠、麥芽糊精以及變性淀粉等[12]，其中明膠有突出的成膜性及乳化性，但是其流動(dòng)性較差以及黏度較大的問(wèn)題，限制了其在微膠囊壁材中的應(yīng)用，所以明膠常與其他壁材復(fù)配來(lái)進(jìn)行微膠囊化；糊精無(wú)甜味，不易吸水，黏度低，水溶性好，但囊壁疏松、成膜性差，在微膠囊化過(guò)程中添加糊精可以有效地提高物料的固形物含量，且糊精來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜。微孔酯化淀粉即具有良好的乳化性能，同時(shí)還具備良好的與脂類芯材相容的特性，能夠有效提高微膠囊效率[13]。此外蔗糖作為添加劑可以提高壁材成膜的強(qiáng)度，因此選擇了4種壁材：(1)酯化微孔淀粉，(2)酯化微孔淀粉+麥芽糊精(質(zhì)量比為1∶2)，(3)酯化微孔淀粉+麥芽糊精+明膠(質(zhì)量比為1∶0.67∶0.56)，(4)酯化微孔淀粉+麥芽糊精+明膠+蔗糖+VC(質(zhì)量比為1∶0.67∶0.56∶0.22∶0.44)；其中配方(1)中壁材質(zhì)量濃度為0.10 g/mL，芯材與壁材的質(zhì)量比為1∶10，配方(2)中壁材質(zhì)量濃度為0.20 g/mL，芯材與壁材的質(zhì)量比為1∶10，配方(3)中壁材質(zhì)量濃度為0.25 g/mL，芯材與壁材的質(zhì)量比為1∶10，配方(4)中壁材質(zhì)量濃度為0.25 g/mL，芯材與壁材的質(zhì)量比為1∶10，通過(guò)冷凍干燥方式制備微膠囊。

由圖2可知，以微膠囊化包封率為指標(biāo)，在其他條件相同的情況下，最佳壁材選擇是(4)，即酯化微孔淀粉+麥芽糊精+明膠+蔗糖+VC。分析其原因在于明膠具有良好的成膜性，酯化微孔淀粉及麥芽糊精有效提高了固形物含量，蔗糖增加了微膠囊的成膜性，VC對(duì)于微膠囊的穩(wěn)定性有著較大的提升作用，因此配方(4)制備的微膠囊包封率達(dá)到了最高。

圖2 壁材對(duì)番茄紅素微膠囊包封率的影響Fig.2 Effect of wall material types on lycopene microencapsulation

2.3 芯材的加入方式對(duì)微膠囊制備的影響

由圖3可知，第一種添加方式，番茄紅素直接添加到壁材溶液中，番茄紅素分散性較差，存在著番茄紅素顆粒聚集的現(xiàn)象。第二種添加方式，番茄紅素溶解于乙酸乙酯溶液中加入的方式，番茄紅素在壁材溶液中均勻分散，得到了比較穩(wěn)定的乳狀液。因此采用第二種加入方式。

(a)番茄紅素直接加入;(b)番茄紅素溶解于乙酸乙酯中加入圖3 番茄紅素不同加入方式制得的乳液顯微鏡圖片F(xiàn)ig.3 The microscope pictures with different adding lycopene method

2.4 單因素變量對(duì)于冷凍干燥微膠囊的影響

2.4.1 溫度的影響

由圖4可知，隨著溫度的增加，微膠囊包封率在60 ℃時(shí)最高，隨后呈下降趨勢(shì)。所以最適溫度為60 ℃。這是由于溫度低時(shí)，壁材的流動(dòng)性變差，導(dǎo)致微膠囊化效率下降。溫度過(guò)高，番茄紅素異構(gòu)化及降解，導(dǎo)致微膠囊化效率降低[14]。尤其是溫度較高時(shí)，在包埋時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，分散芯材所用的乙酸乙酯由于沸點(diǎn)比較低，容易發(fā)生沖料事故，這在工業(yè)化應(yīng)用當(dāng)中非常危險(xiǎn)，因此我們選擇溫度50、60、70 ℃這3個(gè)水平進(jìn)行后續(xù)的工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

圖4 溫度對(duì)番茄紅素微膠囊包封率的影響Fig.4 Effect of temperatureon lycopene microencapsulation

2.4.2 時(shí)間的影響

由圖5可知，隨著包合時(shí)間的增加，微膠囊包封率在1.0 h時(shí)最高，隨后呈下降趨勢(shì)，所以最適包合時(shí)間為1.0 h。分析其原因是由于包合時(shí)間短，首先使得芯材與壁材混合不夠充分，部分番茄紅素未被包埋，其次時(shí)間過(guò)短乙酸乙酯沒有進(jìn)行充分的揮發(fā)，使得芯材無(wú)法從溶劑中析出而形成微膠囊，故而包封率低。但是包合時(shí)間越長(zhǎng)，從圖5可以看出微膠囊包封率略微有所下降，分析其原因在于較長(zhǎng)的時(shí)間，芯材的液滴直徑變小，表面能變高，油滴有趨于聚合的趨勢(shì)，導(dǎo)致包封率下降[15]。

圖5 時(shí)間對(duì)番茄紅素微膠囊包封率的影響Fig.5 Effect of time on lycopene microencapsulation

2.4.3 芯材與壁材質(zhì)量比的影響

由圖6可知，隨芯材與壁材質(zhì)量比的增大，包封率先增大后減小，在15%時(shí)包封率最大。芯材與壁材質(zhì)量比越低，說(shuō)明芯材少而壁材多，多余的壁材聚集于微環(huán)境，對(duì)芯材的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和微膠囊網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成不利[16]，故包封率隨之降低。隨著芯材與壁材質(zhì)量比增大，包封率也隨之提高，當(dāng)芯材與壁材質(zhì)量比增加到一定程度時(shí)，較少的壁材難以將番茄紅素完全包埋，故影響了包封率使之反而降低。

圖6 芯材和壁材質(zhì)量比對(duì)番茄紅素微膠囊效率的影響Fig.6 Effect of core material to wall material on lycopene microencapsulation

2.5 番茄紅素微膠囊最佳條件的確定

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過(guò)溫度、包合時(shí)間、芯材與壁材質(zhì)量比3個(gè)主要因素，進(jìn)行3因素3水平的正交設(shè)計(jì)(表1)，以確定制備番茄紅素微膠囊的最佳條件。

表3 番茄紅素微膠囊化工藝優(yōu)化正交設(shè)計(jì)和結(jié)果

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析

注： *表示影響顯著。

由表3可知，因素A包合溫度極差為5.44，因素B包合時(shí)間極差為2.01，因素C芯材與壁材質(zhì)量比極差為20.03，因此對(duì)番茄紅素微膠囊包封率的影響力度為C>A>B，最佳組合為A1B1C1，即每個(gè)因素的最佳水平為：包合溫度為50 ℃，包合時(shí)間為0.5 h，芯材和壁材的質(zhì)量比為10%。由表4可以看出，當(dāng)置信水平α=0.05時(shí)，由于FC>F0.05，說(shuō)明芯材與壁材質(zhì)量比對(duì)微膠囊包封率影響顯著，包合溫度及包合時(shí)間對(duì)微膠囊包封率影響不顯著。

在上述正交優(yōu)化的最佳條件下，冷凍干燥制備的微膠囊其包封率高達(dá)91.78%，與舒鉑[17]等人以明膠和蔗糖為復(fù)合壁材，噴霧干燥制備的番茄紅素微膠囊包封率為83.89%具有更高的包封率。此外，采用酯化微孔淀粉與傳統(tǒng)的壁材相比由于酯化微孔淀粉經(jīng)過(guò)了水解，具有更小的粘度，允許制備工藝中固形物含量較高，如BORRMANN[18]等人使用酯化淀粉為壁材，噴霧干燥制備了百香果的微膠囊，其固形物含量只有10%。且與傳統(tǒng)的噴霧干燥制備工藝相比較，由于噴霧干燥中存在物料在干燥塔中黏塔現(xiàn)象，造成微膠囊產(chǎn)率的損失，而冷凍干燥不存在這種現(xiàn)象。最后，由于在冷凍干燥過(guò)程中，沒有高溫的加熱，會(huì)減少番茄紅素在制備過(guò)程中的損失。綜上所述，用冷凍干燥制備番茄紅素微膠囊是較好的一種方法。

2.6 冷凍微膠囊SEM表征

為了對(duì)比復(fù)合壁材與酯化微孔淀粉在制備番茄紅素微膠囊上形貌上的區(qū)別，按照正交優(yōu)化的最佳試驗(yàn)條件制備了2組番茄紅素微膠囊，其中一組壁材選用酯化微孔淀粉，另外一組選擇了復(fù)合壁材，即酯化微孔淀粉+麥芽糊精+明膠+蔗糖+VC(質(zhì)量比為1∶0.67∶0.56∶0.22∶0.44)，由圖7可以看出，大部分微膠囊直徑在10 μm左右，采用酯化微孔淀粉為壁材的微膠囊表面凹陷較深，而用復(fù)合壁材的微膠囊呈圓球形，表面有細(xì)微的孔洞，沒有明顯的裂縫，因此具有較高的包封率。

圖7 番茄紅素微膠囊的SEM表征Fig.7 Scanning electron microscope micrograph of lycopene microcapsle

采用微孔酯化淀粉為壁材觀察到較大的凹陷，分析其原因在于在冷凍干燥過(guò)程中酯化微孔淀粉的抗變形能力較復(fù)合壁材弱，且持水能力差，因此在冷凍干燥過(guò)程中，出現(xiàn)較大的收縮，導(dǎo)致表面凹陷。由于復(fù)合壁材中的蔗糖具有提高膜強(qiáng)度的能力，其加入明顯能夠改善微膠囊的形態(tài)，從圖中可以看出復(fù)合基壁材的微膠囊呈圓球形，且表面較為光滑，微膠囊上面存在的細(xì)微孔洞是在冷凍干燥過(guò)程中細(xì)小的冰晶結(jié)構(gòu)對(duì)其表面結(jié)構(gòu)造成的破壞。微膠囊的緩釋作用主要決定于囊壁的完整性、密封性, 因此推測(cè)所制備的微膠囊具有良好的緩釋性能[19]。

2.7 番茄紅素微膠囊緩釋動(dòng)力學(xué)研究

2.7.1 模擬腸液及胃液中番茄紅素標(biāo)準(zhǔn)曲線

經(jīng)過(guò)紫外掃描，番茄紅素在腸液中最佳吸收波長(zhǎng)為314 nm，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.191 7x-0.031 2，R2=0.999 6,在胃液中的最佳吸收波長(zhǎng)為251 nm，對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=0.976 9x-0.0974 7，R2=0.999 8。

2.7.2 番茄紅素微膠囊體外釋放

由圖8可知，番茄紅素微膠囊在腸液中的釋放率明顯高于在胃液中的釋放率，分析其原因在于壁材采用了明膠等物質(zhì)，腸液為中偏堿性的環(huán)境，在此環(huán)境中，胰蛋白酶作用于明膠，將明膠中的堿性氨基酸的羧基段肽鍵剪切，然后作用于糊精及酯化淀粉上，造成了壁材的破裂，使得芯材番茄紅素能夠釋放出來(lái)。而胃液中的胃蛋白酶對(duì)于該復(fù)合壁材的剪切能力有限。所以同樣緩釋14 h，胃液中冷凍微膠囊的累計(jì)緩釋率為38%，而在腸液中冷凍微膠囊的累計(jì)緩釋率高達(dá)82%。說(shuō)明番茄紅素微膠囊在體外釋放主要發(fā)生于腸道中。此外，番茄紅素微膠囊緩釋過(guò)程中沒有觀察到突釋現(xiàn)象，主要是由于番茄紅素在溶液中溶解度較低，其溶解速度是向外擴(kuò)散的控制因素。

圖8 番茄紅素微膠囊體外釋放Fig.8 In vitro release of lycopene microcapsule

2.7.3 番茄紅素微膠囊體外釋放動(dòng)力學(xué)

由于番茄紅素微膠囊在胃液中釋放率較低，而在腸液中釋放率較高，因此選擇番茄紅素在腸道中的釋放為研究對(duì)象并探討其緩釋模型。采用線性回歸法，分別對(duì)番茄紅素微囊體外釋放按照零級(jí)、一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程及Higuchi方程進(jìn)行模型擬合，擬合結(jié)果見表5。由表5可見，對(duì)于冷凍干燥制備的微膠囊，Higuchi擬合其相關(guān)系數(shù)R2=0.996 06，擬合度最高，說(shuō)明番茄紅素微膠囊在模擬腸液中的釋放符合Fick擴(kuò)散，即以骨架溶蝕為主的釋放機(jī)理。這與壁材中的使用明膠密切相關(guān)，胰蛋白酶不僅可以切斷明膠主鏈上的肽鍵，而且對(duì)于明膠側(cè)鏈氨基所形成的酰胺鍵也具有反應(yīng)活性，導(dǎo)致明膠的溶蝕[20]。

表5 模擬腸液中體外釋放行為的模型模擬結(jié)果及相關(guān)參數(shù)

3 結(jié)論

以酯化微孔淀粉、麥芽糊精、明膠、蔗糖及VC為復(fù)合壁材，番茄紅素為芯材，通過(guò)冷凍干燥的方法制備了番茄紅素微膠囊；通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了制備番茄紅素微膠囊的工藝條件；在溫度50 ℃、包合時(shí)間0.5 h、芯材與壁材質(zhì)量比為10%，制得微膠囊包封率高達(dá)91.78%。微膠囊經(jīng)掃描電鏡表征為表面光滑且呈球形，直徑在10 μm左右；微膠囊具有良好的腸溶性，體外釋放符合Higuchi擴(kuò)散模型，符合菲克擴(kuò)散機(jī)理。

[1] SANGEETA S,NIKHIL KUMAR M,CHARULATA M. Optimisation of phenolic extraction from Averrhoacarambolapomace by response surface methodology and its microencapsulation by spray and freeze drying[J]. Food Chemistry,2015,171(6): 144-152.

[2] NAIK A,MEDA V,LELE S S. Freeze drying for microencapsulation of alpha-linolenic acid rich oil: A functional ingredient fromLepidiumsativumseeds[J]. European Journal of Lipid Science and Technology,2014,116(7): 837-846.

[3] AMINE K M,CHAMPAGNE C P,SALMIERI S,et al. Effect of palmitoylated alginate microencapsulation on viability of Bifidobacteriumlongum during freeze-drying[J]. Lwt-Food Science and Technology,2014,56(1): 111-117.

[4] AMID M,MANAP Y,ZOHDI N K. Microencapsulation of purified amylase enzyme from pitaya (Hylocereuspolyrhizus) peel in arabic gum-chitosan using freeze drying[J]. Molecules,2014,19(3): 371-3 743.

[5] 邱偉芬,李敏,汪海峰,等. 正交試驗(yàn)優(yōu)化番茄紅素微膠囊化工藝[J]. 食品科學(xué),2012,33(10):45-50.

[6] 時(shí)慧,敬思群,縱偉,等. 均勻設(shè)計(jì)和正交設(shè)計(jì)法優(yōu)化番茄紅素微膠囊制備工藝[J]. 食品工業(yè)科技,2014,35(5):238-243.

[7] 劉玉梅,劉奎鈁,劉罡. 番茄紅素油樹脂中番茄紅素的分析方法的研究[J]. 食品工業(yè)科技,2004,25(12): 127-129.

[8] SPADA J C,NOREA C P Z ,MARCZAK L D F. Study on the stability of β-carotene microencapsulated with pinh?o (Araucariaangustifoliaseeds) starch[J]. Carbohydrate Polmers,2012,89(4): 1 166-1 173.

[9] MCCLEMENTS D J,DECKER E A,PARK Y,et al. Designing food structure to control stability,digestion,release and absorption of lipophilic food components[J]. Food Biophysics,2008,3(2): 219-228.

[10] MARAMBE H R,SHAND P J,WANASUNDARA P D. Release of angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides from flaxseed (LinumusitatissimumL.) Protein under Simulated Gastrointestinal Digestion[J]. Agricultural and Food Chemistry,2011,59(17): 9 596-9 604.

[11] 王會(huì)娟,李馨儒,黃燕清,等. 番茄紅素微囊的體內(nèi)外藥劑學(xué)行為[J]. 藥學(xué)學(xué)報(bào),2005,40(9): 787-791.

[12] 楊佳,侯占群,賀文浩,等. 微膠囊壁材的分類及其性質(zhì)比較[J]. 食品與發(fā)酵工業(yè),2009,35(5): 122-126.

[13] 李夢(mèng)凡,陶寧萍,俞駿,等. 噴霧干燥法制備微膠囊化羅非魚油研究[J]. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2015,24(4): 617-624.

[14] 王娣,許暉,汪張貴,等. 百里香精油的微膠囊制備及其緩釋性能[J]. 食品科學(xué),2013,34(6): 60-63.

[15] 周正,陳存社. 辛烯基琥珀酸淀粉酯包埋共軛亞油酸工藝的研究[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào),2014,32(4):35-40.

[16] 劉可,段旭. 天然紅花黃色素的微膠囊化研究[J]. 食品工業(yè)科技,2015,36(1):226-234.

[17] 舒鉑,趙亞平,于文利. 以明膠和蔗糖為復(fù)合壁材的番茄紅素微膠囊化研究[J]. 食品工業(yè)科技,2004,35(9):52-58.

[18] BORRMANN D,PIERUCCI A P T R ,LEITE S G F,et al. Microencapsulation of passion fruit (Passiflora) juice with n-octenylsuccinate-derivatised starch using spray-drying[J]. Food and Bioproducts Processing,2013,91(1): 23-27.

[19] 胡洋,劉嘉怡 ,周華俊,等.廣藿香油微膠囊的制備與性能[J]. 高分子材料科學(xué)與工程,2012,28(9):162-170.

[20] 關(guān)蕊,黃雅欽,葛佑勇,等. 胰蛋白酶降解琥珀明膠的研究[J]. 化學(xué)工業(yè)與工程,2005,22(3):206-210.

Microcapsulation of lycopene by freeze-drying method and its slow-release performance

LONG Hai-tao1,2,3， BI Yang3， ZHANG Hui-xiu1， SUN Yan3， NIU Hong-yan1， PU Lu-mei1,2*

1(College of Science,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070，China) 2(Institute of Agricultural Resources Chemistry and Application，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China) 3(College of Food Science and Engineering，Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China)

In order to improve the stability of lycopene,microporous starch esterification,maltodextrin、gelatin、sucrose and Vitamin C were used as wall material,lycopene was the core material. Lycopene microcapsule was prepared by the freeze-drying method. The slow-release properties of lycopene microcapsules were also tested. The results showed that the encapsulation efficiency was 91.78% when the mass ratio of the wall materials of microporous starch esterification/maltodextrin/gelatin/sucrose/VCwas 1∶0.67∶0.56∶0.22∶0.44),embedding temperature 50℃,embedding time of 0.5 h and the mass ratio of the core and wall material of 10%. Microcapsule was characterized by scanning electron microscope. The surface was smooth and spherical,the diameter was about 10 μm; the lycopene release profiles from microcapsule was exhibited enteric property. The release kinetics of which was conform to the Higuchi equation. The releasing mechanism was in line with Fick diffusion.

lycopene; microporous starch esterification; microencapsulation; sustained-release

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201612023

碩士研究生(蒲陸梅教授為通訊作者,E-mail：pulm@gsau.edu.cn)。

甘肅省科研基本業(yè)務(wù)項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：044-01009

2016-03-28，改回日期：2016-06-12