不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品颜色、异构体及水分散粒径的影响

张莉华，许新德，*，吕红萍，王胜南，邵 斌，章鹏飞，陈少军（.浙江医药股份有限公司，新昌制药厂，浙江新昌32500；2.浙江医药高等专科学校，浙江宁波3500）

不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品颜色、异构体及水分散粒径的影响

张莉华1，许新德1，*，吕红萍1，王胜南1，邵 斌1，章鹏飞1，陈少军2，*
（1.浙江医药股份有限公司，新昌制药厂，浙江新昌312500；2.浙江医药高等专科学校，浙江宁波315100）

研究了高温熔融-喷雾干燥法（HEMSD）、溶剂-喷雾-淀粉床流化干燥法（SSSFBD）及湿法研磨-喷雾-淀粉床流化干燥法（WGSSFBD）三种制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品颜色、异构体、水分散粒径及微观结构的影响。结果显示，HEMSD、SSSFBD和WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊色调分别为60.73、41.60、33.57，WGSSFBD色调偏红，适合于红色系食品和饮料的着色和营养强化；HEMSD色调偏黄，而SSSFBD色调处于两者之间，更适合于黄色-橙色系食品和饮料的着色和营养强化；HEMSD顺式异构体比例高达21.6%，水分散粒径最大，WGSSFBD顺式异构体比例最小，仅为1.7%；HEMSD制得β-胡萝卜素微胶囊微观结构为圆球形，表面致密、无裂纹，SSSFBD及WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊微观结构类似杨梅状，颗粒粒径比较大。

β-胡萝卜素制品，CIELAB，颜色，顺反异构体，水分散粒径

β-胡萝卜素微胶囊制品是指将稳定性差、生物利用度低、水不溶β-胡萝卜素晶体经过微胶囊技术制备而成的稳定性好、生物利用度高、冷水可分散的产品［1-3］。目前，类胡萝卜素微胶囊的制备方法大致有

三种，即高温熔融-喷雾干燥法（HEMSD）［1］、溶剂-喷雾-淀粉床流化干燥法（SSSFBD）［3］及湿法研磨-喷雾-淀粉床流化干燥法（WGSSFBD）［4-5］，HEMSD是使用油为溶媒溶解类胡萝卜素晶体后制备成油相，然后与淀粉、明胶、蔗糖等制备成的水相混合乳化、均质、高温喷雾干燥制得；SSSFBD是使用溶剂溶解类胡萝卜素晶体制备成油相，然后与水相混合乳化制备乳液，均质、脱气、浓缩后进行低温喷雾-淀粉流化床干燥制得；而WGSSFBD是将类胡萝卜素晶体加入到水相中，然后以一定的流量加入到球磨机进行研磨、浓缩、低温喷雾-淀粉流化床干燥制得。制备方法对类胡萝卜素微胶囊的颜色和异构体组成有明显的影响，如高温全反式异构体会转变为顺式异构体，而顺式异构体比例的增加会降低生物活性［6］；产品的颜色会影响消费者喜好，进而直接关系到对应用产品的质量感觉［7-9］。

目前关于β-胡萝卜素微胶囊制备及异构体分析的文献报道比较多［10-11］，但关于β-胡萝卜素微胶囊制品颜色、异构体组成及水分散性的研究未见系统的报道，仅有刘爱琴等［12］对β-胡萝卜素微胶囊干粉1% CWS水溶液进行了颜色分析。本实验以HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊制品为研究对象，采用CIELAB色彩空间对其进行颜色分析，并采用HPLC对β-胡萝卜素制品中的β-胡萝卜素顺反异构体进行了分析；同时，研究了不同制备方法对β-胡萝卜素制品水分散色度和粒径的影响；此外，采用扫描电镜研究了不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品微观结构的影响。本文比较系统的研究制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品的颜色、异构体组成、水分散粒径分布及微观结构的影响，以期为β-胡萝卜素微胶囊制品的综合开发和利用提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

β-胡萝卜素晶体 浙江医药股份有限公司新昌制药厂；dl-a-生育酚 浙江医药股份有限公司维生素厂；明胶 罗赛洛明胶有限公司；淀粉、蔗糖 嘉兴白浪淀粉制品有限公司；乙腈、甲醇、异丙醇（均为色谱纯） 美国Adamas-beta有限公司；四氢呋喃（分析纯） 上海化学试剂总厂；乙醇（分析纯） 安徽安特食品股份有限公司。

CM-3500d分光测色计 柯尼卡美能达中国投资有限公司；Agilent 1100系列高效液相色谱仪（G1311A泵、G1314A VWD检测器、G1316A柱温箱） 美国安捷伦公司；色谱柱Suplex pKb-100 alkyl amide column （4.6 mm×25 cm，5 μm） 美国Sigma-Aldrich有限责任公司；UV-2450紫外可见分光光度计 日本岛津公司；XS205电子分析天平 梅特勒-托利多仪器上海有限公司；Quanta 200扫描电镜 荷兰FEI公司；FA1604电子分析天平 上海恒平科技仪器有限公司；YLA-6000电热鼓风干燥箱 上海实验仪器厂有限公司；冷凝喷雾塔 福建三明机械设备厂；QM2L球磨机 胜龙化工机械厂；Zetasizer Nano ZS90粒度仪 英国马尔文仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 β-胡萝卜素微胶囊制品的制备

1.2.1.1 HEMSD制备β-胡萝卜素微胶囊 HEMSD一般用来制备低含量（如1%）β-胡萝卜素水溶性干粉。将2.5 g β-胡萝卜素晶体、3.0 g合成生育酚加入到25 g植物油中，加热至溶解制得油相；129.5 g明胶、40 g蔗糖加200 mL水溶解制得水相；将制得的水相和油相混合乳化、均质后进行喷雾干燥（进风温度200℃左右，出风温度90℃）制得水溶性粉末状1% β-胡萝卜素微胶囊［1］。

1.2.1.2 SSSFBD制备β-胡萝卜素微胶囊 将200 g四氢呋喃、3 g合成生育酚加到25 g β-胡萝卜素晶体中，加热至60℃溶解制得油相；100 g改性淀粉、40 g蔗糖、4 g蔗糖酯加200 mL水溶解后制得水相；将制得油相和水相混合乳化、均质、脱气除去四氢呋喃、浓缩后进行喷雾-淀粉流化床干燥，制得水溶性颗粒状10%β-胡萝卜素微胶囊［1，3］。

1.2.1.3 WGSSFBD制备β-胡萝卜素微胶囊 100 g改性淀粉、40 g蔗糖、4 g蔗糖酯加200 mL水溶解后加入到球磨机中，然后加入25 g β-胡萝卜素晶体和3 g合成生育酚，以400 g/h的速度研磨、浓缩后进行喷雾-淀粉流化床干燥，制得水溶性颗粒状10%β-胡萝卜素微胶囊［3-5］。

1.2.2 β-胡萝卜素微胶囊制品颜色的分析 β-胡萝卜素微胶囊制品颜色采用CM-3500d分光测色计进行测定，颜色参数采用均匀颜色空间CIELAB（L*、a*、b*、C*和h）［13］，波长范围400～700 nm。

1.2.2.1 β-胡萝卜素微胶囊制品外观颜色的测定 分别取上述三种β-胡萝卜素微胶囊制品，直接加入到CM-A128培养皿中，采用反射测量法［12-13］，按照CM-3500d分光测色仪的操作规程测定样品的CIELAB （L*、a*、b*、C*和h）。

1.2.2.2 β-胡萝卜素微胶囊制品水分散液颜色的测定 分别将200 mg上述三种方法制备的β-胡萝卜素微胶囊制品分散于200 mL去离子水中，肉眼直接观察水分散液的颜色；然后再分别配制成浓度为50 ppm的水溶液加入到CM-A98玻璃比色皿（光程长10 mm）中，采用透射测量法［12］按照CM-3500d分光测色仪的操作规程测定样品的CIELAB（L*、a*、b*、C*和h）。

1.2.3 β-胡萝卜素微胶囊制品异构体的分析 按照美国药典beta carotene preparation标准［14］所描述的HPLC法分析β-胡萝卜素微胶囊制品中顺反异构体，采用峰面积归一化法确定顺反异构体的比例。

1.2.4 β-胡萝卜素微胶囊制品水分散粒径的测定

分别取200 mg上述三种方法制备的β-胡萝卜素微胶囊制品加200 mL去离子水分散后，采用马尔文粒度仪对其粒径分布进行测定，每个样品平行测定两次，测定结果取平均值（按强度分布计算，用平均粒径表示）。

1.2.5 β-胡萝卜素微胶囊制品微观结构的扫描电镜观察 分别将上述三种方法制备的β-胡萝卜素微胶囊制品均匀分布于贴有双面胶的铜柱上，吹去多余的粉末，然后对其微观结构进行扫描电镜观察。

1.3 数据处理

无特殊说明，采用Excel 2007进行数据分析和作图，数据以三次测定的平均值表示。

2 结果与讨论

2.1 不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品颜色的影响

2.1.1 不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品外观颜色的影响 HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊制品自身的CIELAB结果见表1，不同制备方法β-胡萝卜素微胶囊a*b*色彩图见图1。在CIELAB颜色坐标上，L*表示明暗度，即颜色的明暗程度，L*越接近100表示颜色越亮或越浅，L*越接近0表示颜色越暗或越深；+a*表示偏红，+b*表示偏黄；C*表示饱和度，指颜色的鲜艳程度；h表示色调角度值。

由表1和图1可以看出，高温熔融-喷雾干燥法制备的β-胡萝卜素微胶囊L*最大，外观较亮，溶剂及湿法研磨制备的β-胡萝卜素微胶囊L*相差不大，外观均较暗。图1中三种方法制备的微胶囊产品在a*b*色彩图中的位置与中心点的距离即为C*，可以看出三种制备方法中HEMSD制备的β-胡萝卜素微胶囊外观较鲜艳，属于高彩度的颜色（C*＞70），而后两种方法制备的微胶囊外观相对较萎暗。从测得的h值可以看出WGSSFBD制备的产品色调上偏红，而HEMSD制备的微胶囊产品色调上偏黄，SSSFBD制备的微胶囊产品色调处于两者之间。

图1 不同制备方法β-胡萝卜素微胶囊a*b*色彩图Fig.1 Location of the β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods within the a*b*plane

2.1.2 不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品水分散液颜色的影响 HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊水分散液肉眼直接观察颜色差别显著，HEMSD水分散液肉眼观察为黄色，SSSFBD水分散液为橙色，而WGSSFBD水分散液为橘红色。

图2 不同制备方法β-胡萝卜素微胶囊水分散液（50 ppm）a*b*色彩图Fig.2 Location of the solutions in water of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods within the a*b*plane（50 ppm）

2.2 不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品异构体的影响

三种制备方法制得的β-胡萝卜素微胶囊制品中的β-胡萝卜素顺反异构体HPLC分析结果见表3。由表3可以看出，不同的制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品的异构体有显著的影响，HEMSD制备β-胡萝卜素微胶囊的过程中，由于油相的制备过程中温度比较高，全反式β-胡萝卜素非常容易异构化，产生了大量的顺式异构体；SSSFBD有效的降低β-胡萝卜素的异构化，而WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊产品几乎没有发生异构化现象，与原料β-胡萝卜素晶体的顺反异构体基本相同，且WGSSFBD制备过程中没有使用任何有机溶剂，工艺和产品安全性更佳，是一条值得进一步开发的绿色环保微胶囊制备工艺路线。

表1 不同制备方法β-胡萝卜素微胶囊制品的颜色坐标值Table1 Colour coordinates of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods

表2 不同制备方法β-胡萝卜素微胶囊制品水分散液（50 ppm）的颜色坐标值Table2 Colour coordinates of the solutions in water of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods（50 ppm）

表3 不同制备方法β-胡萝卜素微胶囊制品中β-胡萝卜素顺反异构体和水分散粒径Table3 Cis-trans isomers and water dispersed particle size of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods

2.3 不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品水分散粒径的影响

三种制备方法所得到的β-胡萝卜素微胶囊制品水分散粒径见表3所示。由表3可以看出，制备方法对β-胡萝卜素微胶囊水分散粒径有明显的影响，尽管三种方法制备的β-胡萝卜素微胶囊产品水分散粒径都处于纳米级别，但是HEMSD制备的产品的水分散粒径最大，而SSSFBD和WGSSFBD制备的产品的水分散粒径差不多。粒径的大小与产品的生物利用度相关［15］，粒径小生物利用度高，WGSSFBD和SSSFBD制备的微胶囊产品可能会有更高的生物利用度。另外实验发现，还可以通过增加研磨次数、使用更小的研磨珠的方法来进一步降低湿法研磨微胶囊产品的水分散粒径。

2.4 不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊制品微观结构的影响

采用扫描电镜对HEMSD、SSSFBD及WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊制品微观结构进行观察，结果见图3所示。由图3可以看出，HEMSD制得的β-胡萝卜素微胶囊为圆球形，表面致密、无裂纹；WGSSFBD及SSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊类似杨梅状，颗粒粒径比较大。HEMSD制备β-胡萝卜素微胶囊制品是将乳化均质后的物料经雾化后与热空气接触，水分被迅速气化，得到干燥的粉末状产品，其过程是单层包埋的，故其颗粒粒径比较小；而SSSFBD 及WGSSFBD制备β-胡萝卜素微胶囊制品是将乳化均质浓缩后的物料经雾化后与流化床底部吹入处于沸腾状的淀粉接触，在低温动态下带走水分，得到干燥的颗粒状产品，其过程是双层包埋的，外观的杨梅状是吸附的淀粉，故其颗粒粒径比较大。虽然三种方法制备的β-胡萝卜素微胶囊制品稳定性都非常好，但正是由于SSSFBD和WGSSFBD双层包埋结构，其稳定性更优，加速实验条件下36个月，其含量保留率都在98%以上。

图3 不同制备方法对β-胡萝卜素微胶囊微观结构的影响Fig.3 Microstructures of β-carotene microcapsule preparations prepared by different methods

3 结论

制备方法对β-胡萝卜素微胶囊的颜色、异构体、水分散粒径和微观结构都有一定的影响，HEMSD制备的产品色调上偏黄、顺式异构体比例最高、水分散粒径最大；WGSSFBD制备的产品色调上偏红、顺式异构体比例最少、粒径也比较小，适合于红色系食品和饮料的着色和营养强化；而SSSFBD制备的微胶囊色调处于两者之间，更适合于黄色-橙色系食品和饮料的着色和营养强化。HEMSD制得的β-胡萝卜素微胶囊为圆球形，表面致密、无裂纹；SSSFBD及WGSSFBD制备的β-胡萝卜素微胶囊为类似杨梅状双层包埋结构，且WGSSFBD制备过程中没有使用任何有机溶剂，工艺和产品安全性更佳，是一条值得深入开发利用的绿色环保工艺路线。

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Effect of different preparation methods on the color，cis-trans isomers composition and water dispersed particle size of β-carotene microcapsule preparations

ZHANG Li-hua1，XU Xin-de1，*，LV Hong-ping1，WANG Sheng-nan1，SHAO Bin1，ZHANG Peng-fei1，CHEN Shao-jun2，*
（1.Zhejiang Medicine Co.，Ltd.，Xinchang Pharma Factory，Xinchang 312500，China；2.Zhejiang Pharmaceutical College，Ningbo 315100，China）

β-carotene microcapsule preparations had been prepared by high temperature melting-spray drying （HEMSD），solvent-spray-starch fluidized bed drying（SSSFBD）and wet grinding-spray-starch fluidized bed drying（WGSSFBD），and the effects of different preparation methods on its color，cis-trans isomers composition，water dispersed particle size and microstructure had been studied.Results showed that the hue of β-carotene microcapsule preparations obtained by HEMSD，SSSFBD and WGSSFBD was 60.73，41.60 and 33.57，respectively.The hue of WGSSFBD was redder，which was suitable for coloration and fortification of red series of food and beverages.The hue of HEMSD was yellower，but the hue of SSSFBD was between in the red and yellow，there were more suitable for coloration and fortification of yellow to orange series of food and beverages.β-carotene microcapsule prepared by HEMSD had the highest proportion of cis isomers and its water dispersed particle size was the largest，while the proportion of cis isomers of β-carotene microcapsule prepared by WGSSFBD was the lowest，which was 21.6%and 1.7%，respectively.β-carotene microcapsule prepared by HEMSD was spherical microstructure，dense surface and no cracking，but its microstructure was similar bayberry shape when obtained by SSSFBD and WGSSFBD，and its particle size was relatively larger.

β-carotene preparations；CIELAB；color；cis-trans isomers；water-dispersed particle size

TS202.3

A

1002-0306（2016）08-0163-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.025

2015－09－10

张莉华（1976-），女，硕士，高级工程师，主要从事健康食品配料研发与生产，E-mail：zhlihua111@126.com。

*通讯作者：陈少军（1976-），男，博士，主要从事医药和保健品方面的教学与科研工作，E-mail：chenshaojun2004@126.com。许新德（1976-），男，博士，教授级高工，主要从事健康食品配料研发与生产，E-mail：xuxinde@xcpharma.com。