苋菜红色素微胶囊的制备、表征及稳定性研究

周丹红，王耀，王大山，刘焕，王红艳（宿州学院化学化工学院，安徽宿州234000）



苋菜红色素微胶囊的制备、表征及稳定性研究

周丹红，王耀，王大山，刘焕，王红艳
（宿州学院化学化工学院，安徽宿州234000）

用苋菜红色素作为芯材，使用阿拉伯胶、β-环糊精、蔗糖（1∶1∶1）作为复合壁材，壁材和芯材的质量比为6∶1，乳化剂为吐温80，固化剂为乙醇，制得苋菜红色素的微胶囊.对制得的微胶囊进行表征以及稳定性研究.苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊的红外光谱特征峰类似、紫外光谱特征峰相近，表明官能团相同.经过扫描电镜观察苋菜红色素呈片状晶体，苋菜红色素微胶囊呈圆形，直径仅为27.9μm.所得产品水分较低，对光和热的稳定性好，表明苋菜红色素微胶囊化是保存苋菜红色素的一种较好的方法，能延长苋菜红色素的保存时间.

苋菜红色素；微胶囊；制备；表征；稳定性

0引言

苋菜是一种常见的一年生的蔬菜［1］，苋菜中含有的红色素无毒，对视力、心血管疾病有好处，还具有抗癌、缓解溃疡、延缓衰老等药用功能［2，3］.苋菜红色素对光、热敏感，为了提高其对光照、温度的稳定性，可对苋菜红色素进行微胶囊化处理.

微胶囊技术又称为包埋技术，是将气态物质、液态物质和固态物质经过某种方式混合，包裹于细小、密封的囊状物里面［4］.微胶囊可以降低环境的影响，改变溶解性，掩埋不好的味道，延长驻存的时间［5，6］.用红外光谱仪、紫外-可见分光光度计和扫描电镜对苋菜红色素及微胶囊进行表征，经过微胶囊化后的苋菜红色素不但可以保持其本身具有的理化性质，而且还加强了对温度、光照作用条件下的稳定性［7-9］.

1实验部分

1.1材料和试剂

1.1.1实验材料

苋菜红色素（AR）.

1.1.2实验试剂

β-环糊精、蔗糖、阿拉伯胶、吐温80、乙醇（均为AR）；

氯化锌溶液、氯化铜溶液（均为实验室配制）.

1.2仪器

实验仪器见表1.

1.3实验步骤

1.3.1壁材的选择

选择容易成膜、没有毒害、满足国家食品工业安全卫生标准的物质作为壁材［10］.阿拉伯胶容易成膜，β-环糊精亲水性非常好，且有较好的热稳定性，蔗糖溶解性好且容易得到，这些物质都安全无毒.

表1　实验仪器

1.3.2微胶囊的制备

以阿拉伯胶、β-环糊精、蔗糖为混合壁材，用水溶解后均匀混合（β-环糊精溶于热水），然后加入少量的乳化剂吐温80.用苋菜红色素作芯材，将苋菜红色素溶于丙三醇溶液（丙三醇溶液用无水乙醇稀释），芯材和壁材混合后置于恒温（35℃）磁力搅拌器上充分搅拌（约30min）均匀后加入少量的凝固剂乙醇，静置.等到成乳状后用高速分散均质机进行均质15min左右，然后用超声波细胞粉碎机在1200W下超声5min，静置24 h后放在台式高速离心机中离心0.5 h，倒掉上层清液，取出沉淀放在真空干燥箱中烘0.5 h，即可制得苋菜红色素微胶囊.

1.3.3苋菜红色素微胶囊工艺流程

图1　制备苋菜红色素微胶囊的工艺流程图

1.3.4微胶囊产率和效率的测定

1.3.4.1绘制苋菜红色素标准曲线

1.3.4.2微胶囊苋菜红色素总含量的测定

称取一定的苋菜红色素微胶囊，加入适量的水在50℃恒温的磁力搅拌器内溶解，待完全溶解后，定容，测定吸光度，代入标准曲线得出苋菜红色素微胶囊的浓度，进而得出其含量.

1.3.4.3微胶囊表面苋菜红色素含量的测定

称取一定的苋菜红色素微胶囊，用蒸馏水洗涤微胶囊表面4-5次，每次约4mL，将滤液定容，测定其吸光度，代入标准曲线得到苋菜红色素微胶囊的浓度，进而得出其含量.

1.3.5苋菜红色素微胶囊的理化性质指标

1.3.5.1微胶囊的感官评价：色泽、气味、状态

实验所得的试剂搁置于自然光照射处，背景使用白色，仔细辨别制备的微胶囊的状态、颜色、气味.

1.3.5.2微胶囊水分的测定

准确称取3份相同质量的苋菜红色素胶囊，放入100℃烘箱中烘至恒重，采用重量法测定其含水量，求平均数.

1.3.5.3微胶囊密度的测定

在带有刻度的量筒中加入适量的苋菜红色素微胶囊，再根据微胶囊的质量和体积比得出苋菜红色素微胶囊的密度.

1.4苋菜红色素微胶囊的表征

用紫外-可见分光光度计、红外光谱仪和扫描电子显微镜对苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊进行表征.

1.5稳定性研究

分别对苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊在温度、光照作用条件下进行稳定性研究.

2结果和讨论

2.1苋菜红色素标准曲线的绘制

根据相关文献［10］可得到苋菜红色素标准曲线（图2）.

图2　苋菜红色素标准曲线

苋菜红色素标准曲线A=0.022 56C+0.020 3，将测得的吸光度值代入求出浓度，进而求出其含量.

2.2壁材的选择

表2　不同壁材的实验结果

表3　不同壁材微胶囊的产率和效率

由表3可知，选择阿拉伯胶、β-环糊精和蔗糖（1∶1∶1）作为混合壁材其微胶囊产率和效率都达到最高，分别为82.36%和55.39%，选择这个混合壁材效果最好.

2.4苋菜红色素微胶囊的理化性质指标

2.4.1苋菜红色素微胶囊的外形分析

制得的苋菜红色素微胶囊为淡粉色、无味的粉末状固体，表面光滑细腻.

2.4.2苋菜红色素微胶囊的物理特征

表4　苋菜红色素微胶囊的含水量和密度

由表4可知苋菜红色素微胶囊含水量仅为4.31%，含水量很少，可以保存很长时间，有利于储存.

2.5苋菜红色素及苋菜红色素微胶囊的表征

2.5.1紫外吸收光谱特征峰的对比实验

取适量的苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊，用蒸馏水溶解，用水作参比，去除背景，分别测量苋菜红色素溶液和苋菜红色素微胶囊溶液在300-700nm处的紫外吸收波长范围.

图3　苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊的紫外吸收波长

由图3可知，在400-700nm的波长范围内，苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊均在520nm左右处有一个最大吸收峰，这也表明苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊有相同或相似的官能团.

2.5.2红外光谱特征峰的对比实验

取一定量的苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊，分别与光谱纯溴化钾充分混合均匀（比例1∶50）后再研磨成更细的粉末，用压片机把它们压成薄片，接着分别用卤钨灯烘烤20 min左右，然后放在红外光谱仪的样品架上，分别测定苋菜红色素及苋菜红色素微胶囊的红外光谱特征峰.

图4　苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊的红外光谱特征峰

由图4可知苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊的红外光谱特征频率相近，表明微胶囊化并没有破坏苋菜红色素的结构.苋菜红色素为对磺基萘偶氮的钠盐，红外谱图在3 500 cm-1处有强的吸收峰，这个宽的吸收峰对应于芳环上的羟基伸缩振动峰，由于这些羟基形成了氢键缔合，该吸收峰的波数向低频移动且波形变宽，2 928 cm-1处的吸收峰是由芳环中亚甲基的伸缩振动引起的，1 670 cm-1、1 567 cm-1、1 412 cm-1则对应芳环的骨架振动.1 206 cm-1、1 052 cm-1处的一系列强吸收峰对应着羰环中碳氧键的伸缩振动.

2.5.3扫描电镜表面形态分析

将苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊分别均匀分散地粘附于导电胶上，再吹扫去多余的样品，并在所粘附的样品表面喷金，用扫描电镜观察并表征其形貌特征，见图5和图6.

图5　苋菜红色素在EMS下的形貌

图6　苋菜红色素微胶囊在EMS下的形貌

由图5可知苋菜红色素呈片状晶体，由图6可知苋菜红色素微胶囊呈圆形，直径为27.9 μm.苋菜红色素微胶囊表面更光滑，苋菜红色素被包裹在其中.

2.6苋菜红色素微胶囊稳定性的研究分析

2.6.1苋菜红色素和微胶囊在不同温度条件下的对比实验

取苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊各7份，然后分别置于20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃的避光条件下，6 h后测定其各自的吸光度值，算出苋菜红色素及微胶囊在不同温度下的保留率.

图7　苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊在不同温度下的保留率

由图7可知，随着温度不断升高，苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊的保留率越来越低，在30℃时苋菜红色素的保留率为97.89%，苋菜红色素微胶囊的保留率为99.78%，在80℃时苋菜红色素的保留率为9.32%，苋菜红色素微胶囊的保留率为54.18%，可以明显地看出微胶囊化的苋菜红色素在同等条件下保留率要高很多.可是随着温度不断升高，保留率降低得越来越明显，因此温度太高会导致苋菜红色素流失，苋菜红色素微胶囊应放在温度较低的环境中，可以长时间贮藏.

2.6.2在光照条件下的对比实验

取2个烧杯，分别将苋菜红色素晶体和苋菜红色素微胶囊溶于水，测量各自的吸光度，根据标准曲线得到各自的浓度C1和C2.将2个待测样品置于同等的光照条件下，每隔2 h测量1次，得到的浓度分别为C3和C4；C5和C6；C7和C8；C9和C10，然后求出各自的保留率.

图8　苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊在光照下的保留率

由图8可知随着光照时间的推移，苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊的量越来越少，光照2 h后苋菜红色素的保留率为98.83%，苋菜红色素微胶囊的保留率为99.76%，光照10 h后苋菜红色素的保留率为17.45%，苋菜红色素微胶囊的保留率为75.32%，可见微胶囊化的苋菜红色素相对于未经过微胶囊化的苋菜红色素的流失要少很多，可以长时间贮藏.因此微胶囊化后更加稳定，但要避免光的直接照射，应放在阴凉的地方保存.

3结论

采用阿拉伯胶、β-环糊精、蔗糖（1∶1∶1）为复合壁材制备的苋菜红色素微胶囊的产率和效率都达到最好，制成的苋菜红色素微胶囊的含水量也非常低，有利于长时间储存.对苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊表征后得知其有相同的特征峰或者类似的官能团，微胶囊化后的苋菜红色素呈圆形，直径仅为27.9 μm，表面更加光滑细腻.同时对苋菜红色素和苋菜红色素微胶囊进行温度、光照等条件下的对比实验，结果表明，苋菜红色素微胶囊比苋菜红色素要稳定很多，贮存时间更长久.

［1］张萃明.苋菜天然红色素的的提取与研究［J］.食品工业科技，2001，（5）：13-15.

［2］张瑞，邢军，朱思屹，等.红苋菜天然色素的提取及其稳定性［J］.食品与发酵工业，2013，39（1）：208-214.

［3］赵海军，汪朝阳，侯晓娜，等.天然红色素的提取研究进展［J］.广州化学，2008，9（3）：33-39.

［4］陈文伟，贾振宝，黄光荣，等.茶绿色素微胶囊化研究［J］.食品与机械，2009，（5）：42-45.

［5］马云标，朱科学，周惠明.维生素E微胶囊的理化性质表征［J］.中国油脂，2010，35（1）：55-59.

［6］吕晓玲，齐浩，陈泽芳，等.甜菜红色素微胶囊化的研究［J］.食品工业科技，2012，（8）：314-317.

［7］徐清艳.La/B共掺杂TiO2光催化降解苋菜红的研究［J］.化学工程与设备，2014，（11）：20-24.

［8］李风飞，褚延伟，张卫明.贮存温度辣椒红色素色价的影响［J］.中国食品添加剂，2014，（3）：69-72.

［9］王怀宗.苋菜红色素的微波萃取及稳定性研究［J］.温州大学学报，2008，29（3）：33-36.

［10］周丹红，蔡红，徐基贵，等.番茄红素微胶囊的制备及性质研究［J］.包装与食品机械，2008，（5）：28-36.

（责任编辑王颖莉）

Studies on Amaranth Red Pigment and its Preparation，Characterization and Stability of M icrocapsule

ZHOU Dan-hong，WANG Yao，WANG Da-shan，LIU Huan，WANG Hong-yan
（School of Chemistry Chemical Engineering，Suzhou University，Suzhou，Anhui 234000，China）

This paper deals with the preparation of microcapsules of amaranth red pigment:using Arabic gum，beta cyclic dextrin，sucrose（1∶1∶1）as mixed wall material，amaranth red pigment as the core material，wall material and core material quality 6∶1，emulsifier tween 80，ethyl alcohol as curing agent.Then，the characterization and stability of microcapsule are studied.IR characteristic peaks and ultraviolet spectrum characteristic peak of amaranth red pigment and its microcapsule are similar，showing that the functional groups are same.Through scanning electron microscopic，amaranth red pigment is flake crystal，its microcapsule is circular，and the diameter is only 27.9 μm.The lower moisture shows a better stability for light and heat.The microencapsulated amaranth red pigment is a better way to store amaranth red pigment and can prolong the storage time of amaranth red pigment.

amaranth red pigment；microcapsule；preparation；characterization；stability

TS255.1

A

1673-1972（2016）03-0019-07

2015-03-16

安徽省大学生创新创业训练计划项目（AH201410379071；AH201410379063）；宿州学院科研项目（2014yyb09）；宿州学院大学生科研项目（KYLXLKYB15-02）；宿州学院科研平台开放课题（KYLXLKYB15-02）

周丹红（1969-），女，安徽宿州人，副教授，主要从事天然产物的提取及应用研究.