菜籽多肽微胶囊工艺优化及其抗氧化性研究

袁强，王玉梅，殷实，姚轶俊，2，鞠兴荣，王立峰，*

（1.南京财经大学食品科学与工程学院/江苏省现代粮食流通与安全协同创新中心/江苏高校粮油质量安全控制及深加工重点实验室，江苏南京210023；2.江南大学食品学院，江苏无锡214122）

微胶囊技术是指将3种分散的自然形态的物质包埋于连续薄膜中而形成微小包囊的一种技术，此技术在食品和生物医药等领域应用广泛[1-3]。微胶囊既能包裹精细物质，也能在需要时充分释放。该技术除了可以改进包埋物的物理特性，还可提高包埋物的稳定性，保护包埋物免受外界因素的作用。微胶囊的直径一般是1 μm～1 000 μm，其形态多是球形和不定形，壁材主要是惰性高分子材料[4]。食品工业中要求壁材不能与包埋物产生反应，并且能够满足食品卫生安全的要求[5-6]。在具体应用中可用溶剂来激活使芯材得以释放，并且准确把握释放的时间和部位，此优点使该技术在医药等方面[7]被广泛应用。

研究表明，菜籽多肽具有降血压活性[8]，抗氧化活性[9-11]，抗肿瘤活性[12]和抗血栓活性[13]等生物活性，因此菜籽多肽可以作为功能性食品和膳食补充剂。但由于菜籽多肽的环境稳定性较差，在加热及酸碱等条件下降解变性很快，生物活性受到严重影响，并且在人类食用状态下会不可避免地受到胃肠系统的影响[14]。为了提高菜籽多肽的稳定性，保存其特定的活性，就需要采取适当措施。本试验就菜籽多肽的微胶囊包埋条件进行探讨，为后续的研究提供一定基础。

1　材料与方法

1.1　材料与试剂

菜籽抗氧化肽：南京财经大学食品科学与工程学院516实验室自制；β-环糊精和测蛋白含量试剂盒：索莱宝科技有限公司；荧光物质（FL）、自由基产生剂ABAP、抗氧化标准物质Trolox：Sigma公司；其他试剂为分析纯。

1.2　仪器与设备

HH-4数显恒温水浴锅：国华电器有限公司；PHS-3C雷磁pH计：上海精密科学仪器有限公司；Milli-Q纯水机：美国密理博公司；FreeZone 2.5L台式冷冻干燥机：LABCONCO公司；SB 25-12 DTDN超声波清洗机：宁波新芝生物科技股份有限公司；U-3900紫外可见分光光度计：日本HITACHI公司；Spectra－Max M2e酶标仪：美国Molecular Devices公司。

1.3　方法

1.3.1　β-环糊精包埋菜籽多肽的单因素试验

由预备试验结果可知，影响β-环糊精包埋菜籽多肽的主要因素包括壁芯比、超声温度、时间和功率，本试验就这4个因素对包埋率的作用进行考察。芯壁比采用 2 ∶1、4 ∶1、8 ∶1、16 ∶1、32 ∶1，5 个水平；超声时间采用 20、40、60、80、100 min 5 个水平；超声温度采用25、35、45、55、65 ℃ 5 个水平；超声功率采用 40、55、70、85、100 W 5个水平。将β-环糊精配成15%的溶液后加入一定量的菜籽多肽，待多肽完全溶解后即放入超声波清洗仪中，控制超声的温度、时间及功率，作用一定时间后冷冻干燥，再经过研磨即可得到微胶囊化的产品。

1.3.2　β-环糊精包埋菜籽多肽工艺的响应面分析

在上述单因素分析结果的基础上，利用软件Design-Expert设计响应面分析试验，确定β-环糊精包埋的最佳工艺。

1.3.3　包埋率的测定

取一定量的制备好的菜籽多肽的微胶囊样品，用水反复冲洗后放于水浴锅中溶解，用试剂盒测定肽含量后按公式（1）计算包埋率：

1.3.4　微胶囊与原菜籽多肽的抗氧化能力指数（Oxygen Radical Absorbance Capacity，ORAC）分析

称取一定量的菜籽多肽的原样品和含多肽量相同的微胶囊样品，于室温条件下放置10 d，每天于同一时间段测定ORAC值进行比较。

参照文献[15]的方法，并进行一定的修改。将待测样品溶解于75 mmol/L的磷酸缓冲液（pH 7.4）中，质量浓度为0.02mg/mL。反应在96孔板中进行，每个孔中加入20 μL样品溶液或各浓度的Trolox标准品，再加入 200 μL 的荧光指示剂（0.96 μmol/L），在酶标仪中温育20 min后向各孔中迅速加入现配的20 μL偶氮二异丁脒盐酸盐（2，2′-azobis[2-methylpropionamidine]dihydrochloride，ABAP）（119 mmol/L），用酶标仪测定（激发波长为485 nm；释放波长为520 nm；每隔5 min测一次）。ORAC值用Trolox当量（μmol TE/g）表示。

2　结果与分析

2.1　壁芯材的影响

壁芯比对包埋率的影响见图1。

用β-环糊精对菜籽多肽进行包埋时，设定超声时间为60 min，温度为45℃，功率为70 W，分析壁芯比分别为 2∶1、4∶1、8∶1、16∶1和 32∶1时对多肽包埋率的影响。图1中表明壁芯比超过16∶1时，对于包埋率的影响趋于平缓，此时的包埋率为53.2%，所以在β-环糊精包埋处理时，壁芯比最佳值选用16∶1。

2.2　超声时间的影响

超声时间对包埋率的影响见图2。

图1　壁芯比对包埋率的影响Fig.1　The effects of the ratio of wall material and core material on embedding

图2　超声时间对包埋率的影响Fig.2　The effects of ultrasonic time on embedding rate

超声时需要一定时间后样品才能被包埋进β-环糊精中，所以时间是非常重要的影响因素。在壁芯比为16∶1，超声温度为45℃，功率为70 W时，分析时间分别为20、40、60、80、100 min时包埋率的变化。图2表明，超声80 min后多肽的包埋率为73.36%。如果时间缩短就不能彻底包埋，包埋率较低，达不到很好包埋的效果，而时间太长效果也不好，包埋率降低。综合考虑，包埋最佳时间为80 min。

2.3　超声温度的影响

超声温度对包埋率的影响见图3。

当壁芯比为16∶1，时间为80 min，功率为70 W时，分析温度为 25、35、45、55、65 ℃时对包埋率的影响。图3中可知，一开始温度上升时包埋率也随之上升，45℃时包埋率最大达到71.13%，之后温度再上升时包埋率却明显减小，其原因可能是温度太高时分子运动变剧烈，被包埋物又会从壁材中移出来。所以综上所述，包埋的最佳温度条件选为45℃。

2.4　超声功率的影响

超声功率对包埋的影响见图4。

图3　超声温度对包埋率的影响Fig.3　The effects of ultrasonic temperature on embedding rate

图4　超声功率对包埋的影响Fig.4　The effects of ultrasonic power on embedding rate

当壁芯比为16∶1，超声时间为80 min，温度为45 ℃时，分析功率为 40、55、70、85、100 W 时对多肽包埋率的影响。图4中超声功率增加时，包埋率也随之增加。功率达到70 W后包埋率的增加趋势不明显。综合考虑，包埋功率确定为70 W。

2.5　响应面法优化包埋条件的结果分析

2.5.1　因素水平的选取及试验结果

在单因素试验的基础上，由于超声功率受到实际条件的限制，试验仅将壁芯比、超声温度及时间这3个关键因素作为因变量，试验的因素水平和编码见表1。利用Design-Expert软件，三因素三水平的试验设计见表2。

表1　试验因素水平及编码Table 1　Level and code of RSM

表2　试验设计及试验值Table 2　Arrangement and results of RSM

2.5.2　回归方程的拟合及方差分析

由Design-Expert进行回归拟合后得到了包埋率（%）对各因素的拟合方程：

包埋率/%=74.78+1.13×A-1.18×B+1.78×-1.29×A×B+2.28×A×C+2.03×B×C-11.77×A2-3.22×B2-10.51×C2

表3显示了模型中各因素的方差分析和显著性检验结果，可以看出此模型极显著（P＜0.000 1）。失拟值P=0.103 3（P＞0.05）不显著，也就表明各处理值间有显著差异，模型选择较合理。校正决定系数R2adj是0.976 3，反应了试验得到的回归方程有效且拟合程度好，试验误差小。B（P=0.047 4）、C（P=0.008 4）、AC（P=0.013 4）、BC（P=0.021 9）和B2（P=0.002 0）对包埋率影响显著；A2（P＜0.000 1）和C2（P＜0.000 1）对包埋率影响极显著，其余不显著。

表3　方程的方差分析和显著性检验Table 3　Analysis of variance and significance test of the equation

2.5.3　响应面图形分析

响应面图形分析见图5～图7。

图5　壁芯比与超声时间对包埋率的影响交互三维曲面图Fig.5　Three dimensional surface of the effects of wall core ratio and ultrasonic time on embedding rate

图6　超声时间和温度对包埋率交互影响的三维曲面图Fig.6　Three dimensional surface of the effects of ultrasonic time and temperature on embedding rate

图7　壁芯比与超声温度对包埋率交互影响的三维曲面图Fig.7　Three dimensional surface of the effects of wall core ratio and ultrasonic temperature on embedding rate

由图5～图7可以看出影响因子壁芯比、超声时间和温度对包埋率的都具有较明显的影响。图5中，随着壁芯比的增加及超声时间的延长，包埋率呈增加趋势，说明壁芯比和超声时间对包埋率的增加有促进作用；图6中，增加超声温度能促进包埋率的增加，而时间延长到一定值后，时间的继续增加则导致包埋率的降低；图7中，随着芯壁比及超声温度的增加，包埋率逐渐增加，但超声温度从45℃增加到55℃时，包埋率降低。

利用Optimization优化功能，选择响应值为最大值，通过β-环糊精包埋菜籽多肽包埋率的多项数学模型的逆矩阵，最终得到最佳工艺参数为：壁芯比为20∶1，超声时间为76.6 min，温度为45.8℃，此条件是包埋率为74.99%。对应实际情况将数据修正变为芯壁材比20∶1，超声时间76 min，温度45℃，功率70 W，此情况的试验结果的包埋率是74.07%，与模型预测的理论值相差较小，所以所得的模型是可靠的。

2.6　抗氧化性（ORAC值）的比较

菜籽多肽原样品与微胶囊后样品的抗氧化性见图8。

图8　菜籽多肽原样品与微胶囊后样品的抗氧化性Fig.8　Comparation of antioxidation between microcapsulation and rapeseed peptides

由图8可以看出，将多肽原样品置于空气中6天后ORAC值小于500 μmol TE/（g样品），显示了较低的抗氧化性；同时将经过微胶囊化后的多肽样品放置于空气中10天均显示了一定的抗氧化性，且抗氧化性的减小程度缓慢，ORAC值均大于600 μmol TE/（g样品）。综合比较可以看出将多肽样品微胶囊后，其稳定性在一定程度上有所增强。

3　结论

1）通过Design Expert软件中的Box-Behnken试验设计拟合了β-环糊精包埋菜籽多肽的包埋率的模型方程，此模型的显著性检验表明，壁芯比、超声时间和温度对包埋率都具有显著的影响。

2）通过响应面法优化β-环糊精包埋菜籽多肽的工艺参数，得到最优条件：壁芯比为20∶1，超声时间为76 min，温度为45℃，功率为70 W，此时的包埋率达到74.07%，与模型预测的理论值相差不显著，因此由响应面法得到的β-环糊精包埋菜籽多肽的工艺条件具有实际应用价值。

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