猕猴桃籽油微胶囊的制备及稳定性研究

徐姗姗，刘文颖，陆路，曹珂璐，王憬，谷瑞增，鲁军，蔡木易

(中国食品发酵工业研究院有限公司，北京市蛋白功能肽工程技术研究中心，北京，100015)

统计显示，我国已成为世界上猕猴桃栽培面积和产量最大的国家[1]，工厂在加工猕猴桃产品时，产生大量籽副产物未得到有效利用。猕猴桃籽油富含多种不饱和脂肪酸，是α-亚麻酸含量最高的天然植物油之一[2]。α-亚麻酸是人体必需脂肪酸，但不能在体内合成，只能通过饮食摄取，故猕猴桃籽油可作为人体补充α-亚麻酸的重要来源。不饱和脂肪酸极易受光、氧等因素影响发生氧化酸败，而油脂经过微胶囊化，可有效延缓氧化变质，提高贮存稳定性[3]。

玉米肽是玉米蛋白粉经适度水解的产物，疏水性氨基酸含量高，具有抗氧化、抗疲劳、降血压、促酒精代谢等多种生理活性。目前国内采用蛋白水解物作为包埋壁材的研究还较为鲜见。以玉米肽作壁材，既可发挥其抗氧化活性保护芯材，本身也可作为营养物质被机体吸收[4-5]。

本研究以猕猴桃籽油为原料，玉米肽为壁材，吐温-20为乳化剂，采用喷雾干燥法制备猕猴桃籽油微胶囊，并首次对其胃肠道稳定性和红外光谱进行研究，以期为玉米肽等蛋白水解物和猕猴桃籽油的加工提供有益参考。

1 材料与方法

1.1 实验材料

猕猴桃籽油，购自吉安市青原区绿源天然香料油提炼厂，经超临界CO2萃取制得。玉米肽由玉米蛋白粉经酶解制得:采用复合酶解法处理玉米蛋白粉，经旋蒸浓缩、活性炭吸附和离子交换脱盐，再经喷雾干燥制成玉米肽。

1.2 试剂及仪器

石油醚，CHCl3，冰乙酸，CH3OH，柠檬酸，NaOH均为分析纯，购于北京化工厂;KI(分析纯)，西陇化工股份有限公司;吐温-20，天津市兴复精细化工研究所;可溶性淀粉，天津市福晨化学试剂厂。

YC-1000喷雾制粒包衣机，上海雅程仪器设备有限公司；JB-1A磁力搅拌器，上海精科仪器有限公司；LG10-2.4A离心机，北京时代北利离心机有限公司；AB104-N电子天平，梅特勒·托利多国际贸易有限公司；恒温水浴锅，苏州帕西瓦尔实验仪器有限公司；T25 digital高速分散机，上海珂淮仪器有限公司；Phenom ProX台式扫描电子显微镜，上海莱瑟光谱仪器分析技术有限公司；傅里叶变换红外光谱仪，美国帕金埃尔默公司；KQ-250E超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 制备猕猴桃籽油微胶囊

称取一定质量比猕猴桃籽油和玉米肽粉，将玉米肽粉溶于蒸馏水中，加入猕猴桃籽油和0.5%的吐温-20，在60 ℃条件下用恒温水浴锅恒温搅拌20 min(500 r/min)，之后用高速分散机以一定速度剪切乳化，形成稳定乳状液。将装有乳化液的烧杯置于磁力搅拌机上匀速搅拌，进行喷雾干燥，制得猕猴桃籽油微胶囊。

以包埋率为指标，选择芯材壁材比、固形物浓度、喷雾干燥温度和高速剪切乳化转速4个因素进行单因素实验，根据单因素实验结果进行正交优化(表1)。

表1 单因素实验因素及水平表Table 1 Factors and levels of single factor formula experimental

1.3.2 猕猴桃籽油微胶囊包埋率的测定

准确称取2 g(精确至0.001 g)样品于离心管中，加入15 mL石油醚，剧烈振荡3 min，离心5 min(6 000 r/min)，反复3次，合并上清液、浓缩，将浓缩液置于已称量的干燥表面皿中，挥干剩余石油醚，用减重法得出产品表面油含量[6]。

采用超声波破壁法测定总油含量。称取2 g(精确至0.001 g)样品于烧杯中，加7.5 mL甲醇超声振荡5 min，再加17.5 mL三氯甲烷超声振荡5 min，过滤后用三氯甲烷-甲醇(2∶1)混合溶液洗涤并倒入已恒质量的烧杯中，蒸干溶剂，置于通风橱中冷却5 h，用减重法得出总油含量[7]，如式(1)。

(1)

1.3.3 猕猴桃籽油微胶囊的感官评价

感官评价包括微胶囊的色泽、气味和粉末堆积情况等。

1.3.4 猕猴桃籽油微胶囊的理化性质

水分含量按照GB 5009.3—2016[8]进行测定；堆密度参考文献[9]进行测定；溶解度按照GB 541329—2010[10]进行测定。

1.3.5 猕猴桃籽油微胶囊的微观结构测定

取少量微胶囊粉末置于扫描电镜载物台的双面胶上，固定在样品杯上旋至合适高度，在加速电压10 kV的条件下观察微胶囊的表面形态。

1.3.6 猕猴桃籽油微胶囊的红外光谱测定

称取1 mg的微胶囊粉末，与KBr粉末混合研磨压片。用傅里叶变换红外光谱仪进行扫描，扫描范围为400～4 000 cm-1，扫描次数4次，分辨率4 cm-1。

1.3.7 猕猴桃籽油微胶囊稳定性的评价

选择热稳定性、紫外稳定性、贮存稳定性和胃肠道稳定性作为评价微胶囊稳定性的指标。热稳定性：取适量包埋产品放入80 ℃烘箱中，2 h后取出测定芯材包埋率。紫外稳定性：取适量包埋产品置于室温下，用紫外光(样品离光源的距离为50 cm)照射12 h，测定芯材包埋率。贮存稳定性：将适量包埋产品在室温恒湿条件下避光贮存6个月，每隔1个月测定芯材包埋率，并比较贮存1个月前后微胶囊产品和未包埋猕猴桃籽油的过氧化值，过氧化值测定参考文献[11]。

1.3.8 猕猴桃籽油标准曲线

将猕猴桃籽油溶解在正己烷中，用紫外分光光度计扫描发现，猕猴桃籽油-正己烷溶液质量浓度为0.03 mg/mL时，在250 nm处有最大吸收峰。配制不同浓度的猕猴桃籽油-正己烷溶液，以无水正己烷作为空白，在250 nm 处测定不同浓度溶液的吸光值，以溶液浓度为横坐标，以吸光值为纵坐标作出标准曲线，得到线性回归方程为y=15.849x-0.003，R2=0.999 4，拟合性良好，猕猴桃籽油的标准曲线见图1。

图1 猕猴桃籽油标准曲线的建立Fig.1 The standard curve of kiwi seed oil in hexane

1.3.9 胃肠道稳定性

将包埋产品分别置于模拟胃液和肠液中，探究芯材在胃液和肠液中的累计释放率和时间的关系，评价样品的胃肠液稳定性和释放性能。模拟胃肠液配制和具体操作参考中国药典[12]。取包埋产品各2 份，分别置于100 mL的模拟胃液和模拟肠液中，并在37 ℃下模拟胃肠蠕动适度搅拌，每隔30 min取样，并补充相同体积的释放液。将取样过滤后用正己烷萃取，用紫外分光光度计在250 nm波长下测定吸光度，由猕猴桃籽油标准曲线计算释出油的浓度及量，绘制芯材的累积释放曲线。

(2)

1.4 数据处理

采用SPSS 20.0数据统计分析软件进行分析，每组实验做3个平行。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 芯材壁材比对包埋率的影响

在喷雾干燥温度170 ℃，固形物浓度15%，剪切乳化速度5 000 r/min，0.5%吐温-20的条件下，选择芯材壁材配比1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶2.5，1∶3(质量比)，进行单因素实验。由图2可以看出，壁材比例越高，包埋率越高。当芯材壁材比为1∶3时，包埋率可达到87.66%，但芯材壁材比为1∶2、1∶2.5和1∶3时包埋率相近。芯壁比过高，会导致乳状液浓度增加，流动性差，容易在喷雾干燥中发生黏壁，故选择1∶1.5，1∶2，1∶2.5三个水平进行正交实验。

图2 芯材壁材比对包埋率的影响Fig.2 Effect of core material/wall material on microen-capsulation efficiency

2.1.2 固形物浓度对包埋率的影响

在喷雾干燥温度170 ℃，芯材壁材比1∶2，剪切乳化速度5 000 r/min，0.5%吐温-20的条件下，选择固形物浓度10%，15%，20%，25%，30%，进行单因素实验。由图3可看出，固形物从10%增加到15%时包埋率随之增加，由从15%再继续增加浓度时，包埋率下降很快，在浓度为30%时包埋率不足65%。固形物浓度过高，溶液黏度增加，喷针容易堵塞，液滴雾化困难，使得率和包埋率都降低，这与黄晴等[13]的结论相一致。故选择10%，15%，20%三个水平进行正交实验。

图3 固形物浓度对包埋率的影响Fig.3 Effect of solid content on microencapsulation efficiency

2.1.3 喷雾干燥温度对包埋率的影响

在芯材壁材比1∶2，固形物浓度15%，剪切乳化速度5 000 r/min，0.5%吐温-20的条件下，喷雾温度应至少达150 ℃，否则黏壁现象严重，难以收集样品。选择喷雾干燥温度150、160、170、180、190 ℃，进行单因素实验。由图4可以看出，从150～170 ℃ 随着喷干温度升高，包埋率逐渐升高，之后继续升高温度，包埋率却下降，这也与范方宇等[14]所得结果相似。可能是因为温度过高水分散失过快，产品表面发生凹陷挤压芯材。故选择160、170、180 ℃三个水平进行正交实验 。

图4 喷雾干燥温度对包埋率的影响Fig.4 Effect of air inlet temperature on microencapsulation efficiency

2.1.4 高速乳化剪切转速对包埋率的影响

在喷雾干燥温度170 ℃，芯材壁材比1∶2，固形物浓度15%，0.5%吐温-20的条件下，选择高速乳化剪切转速3 000、4 000、5 000、6 000、7 000 r/min，进行单因素实验。由图5可以看出，乳化剪切转速较小时，随着剪切速度增加，对乳状液滴剪切更为充分，包埋率逐渐增加。当转速大于5 000 r/min时，包埋率随着转速增加反而降低，可能是因为转速过高发生了破乳现象。故选择4 000、5 000、6 000 r/min三个水平进行正交实验。

图5 高速乳化剪切转速对包埋率的影响Fig.5 Effect of high-speed shear rate on microencapsulation efficiency

2.2 正交实验优化

根据单因素实验结果，选择芯材壁材比、固形物浓度、喷雾干燥温度和高速乳化剪切转速4个因素，每个因素选择3水平，以包埋率为指标进行L9(34)正交实验。正交实验因素和水平如表2所示，结果如表3所示。

表2 L9(34)正交实验因素水平表Table 2 Design of L9(34)orthogonal test

表3 正交实验结果Table 3 Results of L9(34)orthogonal test

由直观分析和方差分析结果表明，各因素对包埋率影响的大小依次为芯材壁材比=喷雾干燥温度>固形物浓度>高速乳化剪切转速。各因素的最优组合为A2B2C1D3，即芯材壁材比1∶2，固形物浓度15%，喷雾干燥温度160 ℃，高速乳化剪切转速6 000 r/min。以最优条件进行3次验证性实验，包埋率最高达到94.06%，优于正交实验最好结果。

2.3 猕猴桃籽油微胶囊的感官评价

包埋产品为微黄色粉末，色泽均一，无结块，有香气。常温保存6个月以上无明显渗油现象，有部分粉末发生粘连。

2.4 猕猴桃籽油微胶囊的理化性质

微胶囊产品含水分质量分数为3.32%，水分含量较低，易于保存。采用堆密度表示微胶囊产品的密度，经测定堆密度为0.23 g/cm3，说明产品间空隙大，流动性好。微胶囊产品的溶解度在95%以上，溶解性良好。

2.5 猕猴桃籽油微胶囊的微观结构

由图6可以看出，包埋产品颗粒接近球型，大小不是非常均一，部分表面存在凹陷，可能是由于雾化液滴受热不均或是干燥和冷却过程中发生收缩所致[15]。

图6 猕猴桃籽油微胶囊的扫描电镜图(×3 000)Fig.6 Kiwi seed oil microcapsule SEM photos

2.6 猕猴桃籽油和微胶囊的红外光谱

图7 猕猴桃籽油的红外光谱Fig.7 The FT-IR spectra of kiwi seed oil

图8 猕猴桃籽油微胶囊的红外光谱Fig.8 The FT-IR spectra of kiwi seed oil microcapsules

2.7 猕猴桃籽油微胶囊的稳定性

2.7.1 热稳定性和紫外稳定性

经测定，微胶囊在80 ℃环境下经过2 h，包埋率由94.06%变为88.3%，而产品经过12 h紫外线照射处理，包埋率变为82.8%，说明包埋产品对高温和紫外线的稳定性较好。

2.7.2 贮存稳定性

由图9可看出，微胶囊产品随贮存时间增加，包埋率下降较为缓慢，在贮存6个月后包埋率仍高于70%，说明贮存稳定性较好。相同条件下贮存的未包埋猕猴桃籽油，初始过氧化值为0.11 g/100 g，经1个月贮存已发生明显氧化酸败，颜色变深，过氧化值超过0.25 g/100 g，高于包埋产品的0.16 g/100 g。

图9 微胶囊的贮存稳定性Fig.9 The storage stability of microcapsules

2.7.3 胃肠道稳定性

根据图1标准曲线计算出溶液中猕猴桃籽油的含量。由图10和图11可看出，在模拟胃液中，1 h内包埋产品释放较缓慢。在模拟肠液中包埋产品释放迅速，4 h后在肠中释放达98.9%，说明产品在胃中有一定的缓释性，在肠中有较好的肠溶性。

图10 微胶囊在模拟胃液中的释放曲线Fig.10 The release curve of microcapsules in simulated gastric fluid

图11 微胶囊在模拟肠液中的释放曲线Fig.11 The release curve of microcapsules in simulated intestinal fluid

3 结论

采用喷雾干燥法 ，以猕猴桃籽油为芯材，玉米肽为壁材，吐温-20(0.5%)为乳化剂制备了微胶囊产品。正交实验结果表明，制备猕猴桃籽油微胶囊的最佳条件为：芯壁比1∶2，固形物浓度15%，喷干温度160 ℃，乳化剪切转速6 000 r/min，此条件下包埋率可达94.06%，工艺重现性良好。制得产品为微黄色粉末，含水量为3.32%，溶解度在95%以上，符合微胶囊产品的品质要求。电镜扫描结果显示，微胶囊粉末形态较为一致。红外光谱扫描结果表明，猕猴桃籽油经微胶囊化后，其原有的结构得到了较好的保留。

对猕猴桃籽油微胶囊进行稳定性研究，结果显示，产品的热稳定性和紫外稳定性较好，室温恒湿避光贮存6个月包埋率变化较小，过氧化值明显低于同一条件下贮存的未包埋猕猴桃籽油，说明微胶囊化有效增加了贮存稳定性，延缓了氧化进程。首次对猕猴桃籽油微胶囊进行模拟胃肠道实验，结果表明，微胶囊产品在胃液中有一定缓释性，在肠液中释放迅速，有利于不饱和脂肪酸的肠内吸收。但由于模拟胃肠液仅模拟了pH和酶的环境，未考虑到胃肠道中微生物、胆盐等其他物质对消化的影响，故包埋产品在人体内的代谢情况还需进一步研究。电镜扫描结果中部分产品表面存在凹陷，除受热不均以外，还可能因为壁材玉米肽黏度大，干燥阶段不利于内层水分到达表层进一步干燥，形成内部压力导致凹陷[16]。在后续实验中，将探究猕猴桃籽油微胶囊在Caco-2(人源结肠腺癌)细胞模型中的吸收情况，进一步了解体内环境对其稳定性的影响。