肉桂油环糊精微胶囊的制备及性能研究

杨小葵,王 卉,曹温馨

(海南热带海洋学院 食品学院,海南 三亚 572022)



肉桂油环糊精微胶囊的制备及性能研究

杨小葵,王 卉,曹温馨

(海南热带海洋学院 食品学院,海南 三亚 572022)

采用饱和水溶液方法制备肉桂油β-环糊精微胶囊,研究β-环糊精和肉桂油配比、反应时间和反应温度对包合率的影响,探讨肉桂油微胶囊的热稳定性和抗氧化性.结果表明，当β-环糊精和肉桂油的质量体积比为12:1,在50℃反应2.5 h的条件下所得微胶囊包合率达76.1%,红外光谱证明了肉桂油被β-环糊精包合,肉桂油微胶囊热稳定性和抗氧化性高于未包合的肉桂油,说明微胶囊对肉桂油具有保护作用.

肉桂油;β-环糊精;微胶囊;热稳定性;抗氧化性

0 引言

肉桂油是由水蒸气蒸馏樟科植物肉桂的干燥枝、叶而得到的挥发油,有肉桂的特定香气,味道甜、辛,是性能优良的食品防腐剂和抗氧化剂,更是使用广泛的香料.其中主要成分是肉桂醛(约75%～90%),另有桂醇、甲基丁香酚、乙酸桂酯、丁香酚、香兰素等.肉桂油还具有镇静、镇痛、解热、抗惊厥、增强胃肠蠕动、利胆、抗肿瘤等作用,是医药工业、食品工业及化工工业的主要原料,在食品工业中常用于饮料、糖果、罐头等.因此,肉桂油在保健食品和新型药品研发上都有巨大的应用前景[1].然而肉桂油对光、热较敏感且容易被(氧气)氧化而变质，易挥发,影响使用效果[2].微胶囊技术是指将固体、液体或气体包埋在微小、密封的胶囊中,使其只有在一定条件下才会以控制速率释放的技术[3-4].β-环糊精是由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用于直链淀粉生成的一系列环状低聚糖,由于β-环糊精的外缘亲水而内腔疏水,通过β-环糊精的包合,能将客体分子包裹在其空腔内,与外界隔绝,使其化学性质更加稳定,达到抗氧、抗光、抗热的作用,并能很好地改善客体物质的溶解性.同时,β-环糊精与客体物质的结合,还能达到去除异味、改善口感、减少刺激性和毒副作用、缓释等效果[5].环糊精包合物应用广泛,如包埋食品有效成分,脱除异味或有害成分,增强药物稳定性、溶解性等[6-7].

本文采用β-环糊精包合肉桂油制备肉桂油微胶囊,研究微胶囊合成条件,通过探讨肉桂油微胶囊的热稳定性和抗氧化性,为肉桂油今后的开发利用提供理论基础.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

β-环糊精(上海阿拉丁生化科技股份有限公司);肉桂油(吉安传承香料油提炼厂);肉桂醛对照品、乙醇及其他试剂均为分析纯.

IRAffinity-1傅里叶变换红外光谱仪(日本岛津);UV2550紫外可见分光光度(日本岛津);DZF-6090型真空干燥箱(金坛市盛蓝仪器制造有限公司);CP214电子天平(上海沪粤明科学仪器).

1.2 实验方法

1.2.1饱和溶液法制备微胶囊

称取2 g β-环糊精,在一定温度下溶于蒸馏水制成饱和溶液;取适量肉桂油,用乙醇溶解后,逐滴加入到饱和溶液中.搅拌一定时间,待溶液冷却至室温后将其放在4℃冰箱中静置24 h,抽滤,滤渣用无水乙醇和蒸馏水分别洗涤,洗去吸附在环糊精空腔外部的肉桂油和未反应的β-环糊精,于45℃真空干燥20 h后,在研钵中研磨成粉末.研究β-环糊精与肉桂油配比、反应时间和反应温度对包合率的影响.

浓渡/mg·L-1图1 肉桂醛标准曲线

1.2.2微胶囊包合率的测定

1.2.2.1肉桂醛标准曲线的测定

用紫外分光光度计在200-400 nm波长范围内扫描肉桂醛对照品溶液.最大吸收峰出现在291 nm处,采用该波长进行标准曲线测定.

用无水乙醇精确配置肉桂醛标准溶液,再稀释成系列质量浓度0.41、0.82、1.64、2.46、3.28、4.10 mg/L,以无水乙醇作参比,用紫外分光光度计在291 nm测定每个浓度的吸光值,绘制标准曲线.由图1得肉桂醛标准方程为y=0.1956x-0.003 (R2=0.9971).

1.2.2.2肉桂油微胶囊包合率的测定

准确称取0.1 g制好的微胶囊,放入10 mL带塞离心管中,加无水乙醇到刻度,摇匀,静置,离心,取清液1 mL到100 mL容量瓶中用乙醇定容,用紫外分光光度计在291 nm处测定其吸光值,平行做三组,取平均值后代入肉桂醛标准方程式中计算溶出肉桂油(用肉桂醛代替)的量,根据下式计算含油量和包合率.

含油量 = 包合物中肉桂油量/包合物质量×100%，

包合率 = 包合物中肉桂油量/肉桂油投入量×100%.

1.2.3 微胶囊红外光谱鉴定

用IRAffinity-1傅里叶变换红外光谱仪在400～4000 cm-1间扫描样品,扫描次数为30次,分辨率为4 cm-1.

1.2.4 热稳定性试验

称取微胶囊和未包合肉桂油若干份,分别平铺于表面皿,在30 ℃下置于室内,每隔一定时间测定微胶囊中肉桂油的含量,并称重未包合肉桂油样品.计算肉桂油挥发率.

1.2.5 抗氧化性试验

根据GB/T5009.37-2003[8],将30 g花生油放入50 mL烧杯中,按肉桂油有效成分0.02%的比例分别加入微胶囊和未包合肉桂油,混匀,置于60℃恒温箱中,隔2 d测定过氧化值(POV),以POV值的大小衡量包合物的抗氧化性.以花生油作为试验空白.

2 结果与分析

2.1 β-环糊精和肉桂醛配比对微胶囊包含率的影响

按β-环糊精和肉桂油质量体积比m∶v=20∶1、16∶1、12∶1、8∶1、4∶1、1∶1投料,反应温度50℃,反应时间为2.5 h制备包合物.在β-环糊精包合反应中, β-环糊精投料量大,会导致微胶囊中肉桂油含量低,有效浓度不够;β-环糊精投料量少,会使很多肉桂油无法包合,造成包合率低.图2为β-环糊精与肉桂油配料比对微胶囊包合率的影响,由图可见,包合率随配料比的增大而逐渐升高,当β-环糊精与肉桂油配比超过12,包合率变化不大,说明肉桂油基本都被包合,β-环糊精开始过量了;当配比低于12时,包合率逐渐下降,说明β-环糊精包合能力达到饱和.因此,微胶囊的制备采用β-环糊精与肉桂油配比为12∶1.

图2 环糊精与肉桂油配料比对包合率的影响

图3 反应时间对包合率的影响

2.2 反应时间对包合率的影响

图4 反应时间对包合率的影响

按β-环糊精和肉桂油质量体积比12∶1投料,反应温度50℃,以不同反应时间制备包合物,图3是反应时间对包合率的影响,由图可以看出,当反应时间达2.5 h,包合反应已经达到平衡,时间延长,包合率基本不变,所以选反应时间2.5 h制备包合物.

2.3 反应温度对包合率的影响

β-环糊精和肉桂醛质量体积比12∶1,反应时间为2.5 h,以不同反应温度制备微胶囊,图4是反应温度对包合率的影响,由图可以看出,随着温度升高,包合率逐渐增大,在反应温度为50℃ 时达到最大,温度进一步升高,包合率呈下降趋势.所以选反应温度50℃ 制备微胶囊.

2.4 红外光谱分析

图5是β-环糊精、肉桂油和微胶囊的红外光谱图.比较三者的图形可以看出,三个谱图不同,肉桂油中1680 cm-1处的羰基吸收峰很强,在微胶囊中该峰强度减弱,且向低波数方向移动.这是由于在包合过程中肉桂油中羰基与β-环糊精的羟基发生氢键作用[9],说明微胶囊中包合有肉桂油.许多肉桂油的吸收峰在微胶囊中被掩盖,是因为β-环糊精的量远大于肉桂油的量.

图5 (a)β-环糊精、(b)肉桂油、(c)微胶囊的红外吸收光谱

2.5 微胶囊热稳定性研究

图6是微胶囊和未包合肉桂油在30℃随时间挥发的结果,由图可知,未包合肉桂油随时间挥发很快,在第10天几乎完全挥发,而微胶囊中肉桂油稳定性明显高于未包合的肉桂油,到第10天只挥发了约30%,且随时间延长,挥发越慢.

图6 肉桂油在30℃随时间挥发的结果

图7 加热时间对肉桂油抗氧化性的影响

2.6 微胶囊抗氧化性的研究

图7是加热时间对肉桂油抗氧化性的影响,由图可以看出,花生油的过氧化值随时间上升很快,加了肉桂油微胶囊的花生油氧化速度最慢,抗氧化性优于未包合的肉桂油,且随着时间延长,效果越发明显,说明微胶囊对肉桂油具有保护作用,能提高肉桂油的抗氧化性.

3 讨论

肉桂油中主要成分为肉桂醛,所以本文采用肉桂醛的含量作为包合率实验的考察指标,肉桂油β-环糊精微胶囊的包合率受β-环糊精与肉桂油配比、反应时间和反应温度的影响,当β-环糊精和肉桂油的质量体积比为12∶1,在50℃反应2.5 h的条件下所得微胶囊包合率较高,达76.1%,红外光谱法表明肉桂油被包合在β-环糊精中,肉桂油微胶囊确实已形成.与未包合的肉桂油相比,微胶囊中的肉桂油在30℃下挥发性很低,且对花生油的抗氧化性较好.说明微胶囊对肉桂油具有保护作用,使肉桂油的热稳定性和抗氧化性得到提高.

[1]李好样,董金龙.从肉桂皮中提取肉桂油并鉴定其主要成分[J].光谱实验室, 2010, 27(5): 2020-2022.

[2]叶敏.肉桂油微胶囊的制备及评价[D].南昌:南昌大学, 2011.

[3]宋维春,徐云升,范桂林.秋刀鱼鱼油的提取与胶囊化研究[J].琼州学院学报, 2015, 22(5): 37-40.

[4]王双华,张恒,段成金,等.微胶囊制备技术及其应用[J].材料导报, 2006, 20(S2): 376-378.

[5]雍国平,李光水,郑飞,等.β-环糊精包合物的结构研究[J].高等学校化学学报, 2000, 2l(7): 1124-1126.

[6]姬小明,刘云,赵铭钦.β-紫罗兰酮与β-环糊精包合物的制备及卷烟加香效应[J].湖南农业大学学报(自然科学版), 2011, 37(1): 94-96.

[7]曹新志,金征宇.环糊精包合物的制备方法[J].食品工业科技, 2003, 24(10): 158-160.

[8]中华人民共和国卫生部.GB/T5009.37-2003,食用植物油卫生标准的分析方法[S].北京:中国标准出版社,2003.

[9]钱亮亮,金征宇,邓力.密封控温法制备控释材料肉桂醛β-环糊精包合物[J].食品与发酵工业, 2007, 33(12): 13-16.

(编校:何军民)Preparation and Properties of Cinnamon Oil and Cyclodextrin Microcapsule

YANG Xiao-qui, WANG Hui, CAO Wen-xin

(School of Food Technology, Hainan Tropical Ocean University, Sanya Hainan 572022, China)

With the microcapsule of cinnamon oil and β-cyclodextrin preduced by the saturated water solution method, the research was conducted on the effects of cyclodextrin and cinnamon oil ratio, reaction time and reaction temperature on the inclusion rate, and the thermal stability and anti-oxidation ability of cinnamon oil microcapsules as well. The results showed that the inclusion rate of microcapsule is 76.1% under the reaction condition of β-cyclodextrin and cinnamon oil ratio of 12∶1 for 2.5 h at 50℃. The IR spectrum proved that the cinnamon oil is contained by β-cyclodextrin. That the thermal stability and anti-oxidation ability of cinnamon oil microcapsule are better than those of non-included cinnamon oil demonstrates that the microcapsule plays a protective role for cinnamon oil.

cinnamon oil; β-cyclodextrin; microcapsule; thermal stability; anti-oxidation

2016-08-17

国家级大学生创新创业训练计划项目(201511100014);国家自然科学基金项目(51363018)

王卉(1968-),女,江苏泰州人, 海南热带海洋学院教授,博士,研究方向为天然大分子和食品保鲜.

TS209

A

1008-6722(2016) 05-0097-04

10.13307/j.issn.1008-6722.2016.05.19