蓝莓花青素微胶囊的制备及在卷烟中的应用

王学瑛，王子迎，汪甜莉，吴林生，沈章军，徐德聪*

(1.安徽皖南烟叶有限责任公司，安徽 宣城 242000；2.合肥师范学院 生命科学学院，安徽 合肥 230601)

蓝莓(VacciniumSpp)果实中含有丰富的花青素，具有抗氧化、促进视红素再合成、提高免疫力、抗心血管疾病、抗衰老等多种生理活性功能[1-3]，在食品、化妆品、药品等领域有着广阔的应用前景。近年来，利用含有花青素的植物提取物对卷烟进行减害降焦、提升卷烟的抽吸品质等方面取得重要研究进展[4-6]。刘思奎等[7]将葡萄籽花青素加入到烟丝中经感官评定，发现能有效降低卷烟样品刺激性、增加透发性及掩盖杂气，并能较好地强化药草香风格特征、提升辛甜和果香香韵、提高香韵的层次感。伍锦鸣等[8]研究表明蓝莓花青素也能明显增加烟气甜润感及烟香清晰度、减小烟气的刺激性、强化果香香韵、提升膏香与甜香香韵，对烟草香气香型及香韵表达具有促进作用。但目前多数尚处于研究层面，一些未能解决的关键技术问题导致真正应用于卷烟生产的还很少。其中一个重要因素就是花青素很容易和周围的环境因子发生作用，从而导致其化学结构的改变[9]，不稳定的化学结构会严重影响其生理活性的发挥，甚至有可能会导致其活性消失，所以通常要密封、避光保存，这样大大限制了花青素在卷烟中的应用。因此，如何提高花青素的稳定性，是能否将花青素真正应用到卷烟实际生产中的关键问题。

微胶囊技术是指使用成膜材料将具有功能活性的芯材物质包埋其中，阻止芯材受光和热等外界环境因素的影响，可以在很大程度上提高芯材的稳定性、扩展芯材的应用范围并控制芯材释放的一种技术[10]。目前微胶囊技术发展迅速，其制备方法多样[11]，天然壁材也多种多样[12]，针对不同的芯材，需要选择适当的壁材和探讨合适的制备工艺。将花青素合适的微胶囊化也许可提升其在卷烟领域中的使用价值。目前，微胶囊技术应用在卷烟的加香过程中，如将薄荷醇等香料微胶囊化加入卷烟中已大规模产业化[13]，但利用生物活性物质微胶囊来改变卷烟的化学成分，如利用蓝莓花青素微胶囊来提高卷烟品质，还较少见研究报道。

本研究以蓝莓花青素为芯材，经不同前处理方法获得的壳聚糖、三聚磷酸钠和海藻酸钠为壁材，采用复凝聚-真空冷冻干燥技术建立高效包埋花青素的微胶囊化体系，通过观察花青素微胶囊的物理特征、微观形貌特征并对其进行性质测定，建立最佳花青素微胶囊制备工艺，再将其添加至卷烟中，对卷烟进行感官评价，判定其是否对卷烟品质有明显改善作用，旨在为蓝莓花青素在卷烟加香减害中的选用提供参考，达到有效改善卷烟品质的目标。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器设备

蓝莓：安徽徽王食品有限公司；烟丝：安徽中烟工业有限责任公司；所有试剂均为食品级。主要仪器设备信息见表1。

表1 主要仪器设备

1.2 方法

1.2.1 蓝莓花青素提取

将蓝莓冻果用酸化食用酒精浸提、抽滤、离心，旋转蒸发浓缩得到蓝莓花青素浸膏。

1.2.2 花青素微胶囊制备

在1 %的壳聚糖溶液中加入吐温-80和蔗糖酯SE-5，40℃水浴搅拌、乳化，再加入花青素浸膏(花青素与壳聚糖的质量比为10：1)，搅拌均匀后用均质机均质乳化，得到的蓝莓花青素+壳聚糖乳化液用雾化器喷入海藻酸钠(0.5%)-多聚磷酸钠(2%)溶液中得到微胶囊溶液，15000r/min离心10min，再冷冻干燥48h以上得到花青素微胶囊成品。具体工艺如下：

工艺1

工艺3

1.2.3 花青素微胶囊的性质测定

1.2.3.1 包埋率测定

修改杨君等[14]释放包埋花青素方法，采用示差法[15]测定包埋花青素的含量，计算包埋率。

包埋率=(包埋花青素含量/总花青素含量)×100%。

1.2.3.2 粒径和粒度分布测定

取少量微胶囊，设置检测温度为25℃，用Mastersizer 2000激光粒度仪测定其粒径大小和粒度分布。

1.2.3.3 微观结构测试

利用S-4800型扫描电子显微镜观察其形貌特征。

1.2.4 微胶囊在卷烟上应用评价

1.2.4.1 保润性能测定

分别在烟丝上喷加微胶囊、花青素和蒸馏水(对照)，用差量法判定其保润性。

1.2.4.2 卷烟喷加花青素微胶囊后的感官评定

参照叶荣飞等[16]的方法将花青素微胶囊喷加到烟丝上，处理后供人品吸。分别从香气特性、烟气特性和舒适感特性三大方面进行评价。

选取0.95g±0.02g质量范围内的烟支共30支作为试验样品，选定10人为卷烟感官检验员，每人3支，按照表2进行评价，得分按平均值计算。设定对照组各指标均为0，处理组记分分为五档：+10、+5、0、-5、-10(其中“+”“-”表示处理组和对照组相比较其各指标的变化方向：“+”表示指标质量有所提高，“-”表示指标质量有所下降，+10表示提高效果明显，+5表示提高效果一般，“0”表示指标差异不明显，-5表示降低效果一般，-10表示降低效果明显)。

表2 卷烟产品感官评价表(样表)

2 结果与讨论

2.1 蓝莓花青素微胶囊表观特征

不同工艺制备的蓝莓花青素微胶囊表观特征如表3，工艺1用醋酸酸化壳聚糖，导致微胶囊有明显刺鼻的醋酸味。工艺2用柠檬酸代替醋酸来酸化壳聚糖，完全消除了刺鼻的醋酸味，但工艺1和2的微胶囊成品颗粒较大且有部分粘块，因此在工艺2的基础上将微胶囊沉淀冻干之前先用纯水进行洗涤和离心形成工艺3。结果表明，与工艺1和2相比，工艺3获得的微胶囊成品颗粒相对细小且均匀分散，呈现深酒红色且有淡淡果香，同时也表明蓝莓花青素微胶囊干燥前的洗涤是一个很关键的必需步骤。因此，将工艺3作为蓝莓花青素微胶囊的最佳制备工艺，后续相关测定及应用都是基于工艺3获得的产品，其实物图如图1。

表3 不同工艺制备的花青素微胶囊物理特征比较

图1 工艺3制备的花青素微胶囊实物图

2.2 蓝莓花青素微胶囊包埋率

包埋率是评价微胶囊质量好坏的重要指标之一，其主要受到壁材种类及配比、芯壁比和干燥方法等因素的影响。可以用作微胶囊壁材的物质有很多，只要材料的成膜性好，能够在芯材周围沉积，并且具有一定的强度与韧性就有可能做壁材[17]，但是应用于食品产业的微胶囊壁材不仅要求乳化能力强、成膜性好、干燥性能好、溶解黏度低，成本低廉，还要符合食品卫生标准[18]。壳聚糖和海藻酸钠因具备食品产业微胶囊壁材特征而被广泛应用。此外，微胶囊干燥技术以喷雾干燥和冷冻干燥为主，一般对于热敏性物质的干燥以冷冻干燥为主。因此，本研究以壳聚糖、海藻酸钠和多聚磷酸钠为复合壁材，以吐温-80和蔗糖酯SE-5为复配乳化剂，通过复凝聚-真空冷冻干燥的方法制备蓝莓花青素微胶囊，并在前期大量优化实验基础上采用柠檬酸酸化壳聚糖，水洗微胶囊外表面等优化工艺后测得的微胶囊包埋率为76.36%，包埋效果较好。

2.3 蓝莓花青素微胶囊粒径大小和分布

微胶囊的粒径大小以及分布状态也是微胶囊重要的参数指标[19]，其粒径一般在1～500μm，变化范围较宽，工艺条件对其大小及分布影响很大[20]。本研究制备的微胶囊粒径大小和分布如图2，其粒径≤400μm，且大部分处于100μm到300μm之间，其中粒径为200μm左右的占比最高，为21.770%。微胶囊的粒径分布呈正态分布，且分布较窄，说明其稳定性较好[21]。

图2 微胶囊的粒径大小和分布图

2.4 蓝莓花青素微胶囊微观结构

微胶囊的结构形态特征影响微胶囊的性质[22]，如微胶囊颗粒外表面的粗糙或光滑程度与微胶囊的流动性密切相关[23]。采用扫描电子显微镜对工艺3获得的微胶囊进行微观结构观察，得蓝莓花青素微胶囊表面微观结构图(图3)。图3A为未完全均匀分散拍摄的图片，部分区域微胶囊比较聚集，形成胶囊簇的基本形态，根据Cano-Chauca等人的说法[24]，较大的颗粒周围有较小颗粒的强烈粘附，可能是由于没有结晶表面，这是非晶产品的特点。对图3A进行局部放大，可以看到个别较大颗粒呈球形，这样可以尽可能多地包埋更大量的芯材，且起到均匀释放的效果。图3B为分散拍摄的单个颗粒图片，可以明显看出，本工艺3制备的蓝莓花青素微胶囊颗粒呈现典型规则的球状，表面结构完整且具有典型的皱褶以及少量凹陷。微胶囊表面的典型皱褶和凹陷可能是制备方法的问题，即因壁材收缩从而形成凹陷与皱褶[25]，也可能是微胶囊受扫描电子束的影响。Rosenberg等[26]研究指出凹陷是由于干燥过程中水分迅速蒸发导致，Aguilera和Stanley[27]则指出凹陷的形成是由于球体外表面硬化后收缩，然后在粒子内膨胀气泡所致。

2.5 蓝莓花青素微胶囊对烟丝的保润性

对工艺3制备的微胶囊产品进行保润性检测，由表4可看出，蓝莓花青素和微胶囊均对烟丝有一定的保润作用，但花青素微胶囊具有更好的保润效果。这可能是因为花青素覆盖在烟丝表面减缓了烟丝的水分挥发，而进行微胶囊化处理后，可以进一步有效控制花青素保润活性成分的散失，达到更好的保润效果。此外，微胶囊的糖类复合壁材也可以锁住水分，从而延缓水分挥发，因此糖类是应用较广泛的烟用保润剂之一[28]。

图3 微胶囊的电子扫描图

表4 花青素微胶囊的保润性能测定结果

2.6 卷烟喷加微胶囊后的感官评定结果

由表5的感官评定结果可知，微胶囊对卷烟香气特性的影响不明显，但对其舒适感特性和烟气特性有一定的改善作用，主要表现在干燥感和刺激性有明显降低，甜润度和细柔度明显增加。可能原因是花青素微胶囊在烟丝中经过高温灼烧导致其壁材破裂，芯材花青素与卷烟中的某些物质发生了反应，从而改善了卷烟的相关品质。这与伍锦鸣等[8]将蓝莓花青素直接在卷烟中应用可以明显使卷烟的湿润度增加、刺激感降低的结果类似。但本研究对卷烟香气特性的影响不明显，这与伍锦鸣等[8]花青素直接应用也能使卷烟香气有所增加不同，这可能是由于胶囊的壁材成分对花青素香气有所掩盖导致。

表5 卷烟产品感官评价表

3 结论

以蓝莓花青素为芯材，壳聚糖、海藻酸钠和多聚磷酸钠为复合壁材，采用复凝聚-真空冷冻干燥技术，并用柠檬酸酸化壳聚糖，蔗糖酯SE-5和吐温-80作为乳化剂，水洗微胶囊外表面等优化工艺后测得的微胶囊包埋率为76.36%，包埋效果较好；产品呈深酒红色，具有较好的色泽；微胶囊粒径≤400μm，且大部分处于100μm到300μm之间，粒径分布呈正态分布，且分布较窄，稳定性较好；蓝莓花青素微胶囊的扫描电镜图显示微胶囊呈典型规则的球状，表面结构完整且具有典型的皱褶以及少量凹陷。加入蓝莓花青素微胶囊的卷烟评吸主要表现在干燥感和刺激性有明显降低，甜润度和细柔度明显增加，说明其对卷烟舒适感特性和烟气特性有一定的改善作用，在卷烟产业中有较好的应用前景。