钙离子交联对蓝莓色素乳液水凝胶微粒的影响

周明菊，孔 月，余水珍，宋庆元，王 莹，温 爽， 翁 霞

（鞍山师范学院 化学与生命科学学院，辽宁 鞍山 114007）

蓝莓（Vaccinium Spp），杜鹃花科越橘属植物，原产于美国，中国野生蓝莓主要产在长白山、大兴安岭和小兴安岭林区。人工培育蓝莓较野生蓝莓果实偏大，果肉饱满，改善了食用口感，增强了人体对花青素的吸收，蓝莓中花色素苷含量高达73~430 mg/100 g鲜果[1]。花青素在欧洲被称为“口服的皮肤化妆品”[2]。蓝莓花青素，具有较强的抗氧化作用，可延缓衰老、提高免疫力，也可使异常皮肤迅速愈合[3]，但其受热不稳定[4]，限制了其在食品中的应用，研究人员为此构建了许多的运载体系用于包埋蓝莓色素，以期改善其溶解性、稳定性和生物利用率。采用食品级运载体系对其进行包埋成为了近年来食品研究领域的一个热点[5]。作为包埋蓝莓色素的运载体有很多。但在制备工艺上较简单、在经济上原料成本较便宜，因此乳液成为了食品级运载体系研究最广泛选择。

试验以15%柠檬酸为提取剂提取蓝莓色素，再通过凝固浴以海藻酸钠和β-环状糊精为原料制备蓝莓色素水凝胶微粒，并加入不同浓度的Ca2+进行交联，考查Ca2+对包埋率的影响，为提高蓝莓色素的稳定性提供一定依据，对制备高品质乳液基食品具有一定指导意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

蓝莓（6月市售，产自大兴安岭），挑选新鲜蓝莓果实饱满圆润、大小均匀，结实；蓝莓果皮深紫色和蓝黑色之间，并有白雾状的蓝莓果。

海藻酸钠、β-环状糊精、L-乳酸钙、氯化钙、醋酸钙、葡萄糖酸钙、轻质碳酸钙、乳钙、磷酸二氢钙、无水柠檬酸，以上试剂均为食品级，河南万邦化工科技有限公司提供。

1.2 仪器与设备

BCD-190TMPK型冰箱，海尔智家股份有限公司产品；T6型新世纪紫外-可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司产品；2200 TH型数控超声清洗器，上海安谱实验科技股份有限公司产品；SHZ-DⅢ型循环水式真空泵，巩义市予华仪器有限公司产品；DZKW-12-2型电热恒温水浴锅，北京市永光明医疗仪器有限公司产品；FA1104型电子天平，上海良平仪器仪表有限公司产品；1 mL注射器，上海凯乐输液器厂产品。

1.3 试验方法

1.3.1 蓝莓色素的提取

蓝莓鲜果洗净速冻3 h，称取速冻后的蓝莓鲜果10 g，以40 kHz，20℃，10 min进行超声波解冻[6]，解冻之后迅速放入干净的研钵中研磨，按1∶10的料液比加入15%的柠檬酸，在50℃下恒温水浴锅浸提1 h，将浸提后的蓝莓粗提液真空抽滤，所得滤液即为蓝莓色素提取液。按以下公式略有改进[7]。

式中：DF——稀释倍数；

Mw——矢车菊素-3葡糖糖苷（Cy-3-glu）的分子量（449.2）；

ε——Cy-3-glu的消光系数，其值为26 900；

A——吸光度。

1.3.2 蓝莓色素最大吸收波长的确定

取一定量蓝莓色素提取液稀释8倍，以15%柠檬酸为空白对照，在400~800 nm每隔20 nm扫描波长，确定蓝莓色素最大吸收波长为520 nm。

1.3.3 蓝莓色素乳液的制备

取一定量蓝莓色素提取液稀释8倍，将其与5%氯化钙和5%乳酸钙（氯化钙∶乳酸钙=1∶3）按体积比1∶4配制成混合溶液，搅拌均匀，得到蓝莓色素乳液，即芯材溶液[7]。

1.3.4 Ca2+交联蓝莓色素乳液水凝胶微粒制备

将0.8%海藻酸钠与0.8%β-环状糊精按体积比4∶1配制成混合溶液，搅拌均匀，得到壁材溶液。用1 mL的注射器吸取壁材溶液，在1 min左右匀速地滴入2倍于壁材体积的蓝莓色素乳液（芯材溶液），在40 kHz，20℃超声波辅助造粒10 min，得到水凝胶微粒，滤出滤液，于波长520 nm处测定滤液吸光度[8]。

1.3.5 Ca2+交联蓝莓色素乳液水凝胶微粒的包埋率的测定

参考单冠程等人[9]描述方法测定水凝胶微粒的包埋率，公式进行改进，按公式（2）进行蓝莓色素水凝胶微粒包埋率计算。

式中：W——包埋率，%；

A1——原液稀释8倍的吸光度；

A2——包埋后样液稀释8倍的吸光度。

2 结果与分析

2.1 交联剂的确定

交联剂对包埋率的影响见表1。

表1 交联剂对包埋率的影响

由表1可知，不同种类的交联剂对蓝莓色素乳液水凝胶微粒的包埋率影响不同，乳酸钙、氯化钙的包埋率相对较高，且凝胶颗粒的硬度和弹性适中，醋酸钙交联时乳液水凝胶微粒不成型，葡萄糖酸钙、轻质碳酸钙、乳钙、磷酸二氢钙交联时乳液水凝胶微粒浑浊且包埋率较低。因此，确定乳酸钙和氯化钙为最佳交联剂。

2.2 交联剂质量分数的确定

2.2.1 氯化钙质量分数的确定

氯化钙质量分数对包埋率的影响见表2。

由表2可知，不同质量分数的交联剂对蓝莓色素乳液水凝胶微粒的包埋率影响不同，3%，4%，5%，6%，7%氯化钙的包埋率相差甚微，但只有5%下微粒的硬度适中，弹性较好，其他浓度下硬度和弹性均为一般。

表2 氯化钙质量分数对包埋率的影响

2.2.2 乳酸钙质量分数的确定

乳酸钙质量分数对包埋率的影响见表3。

表3 乳酸钙质量分数对包埋率的影响

由表3可知，不同质量分数的交联剂对蓝莓色素乳液水凝胶微粒的包埋率影响不同，3%，4%，5%，6%，7%乳酸钙的包埋率相差甚微，但只有5%下微粒的硬度适中，弹性较好，其他质量分数下硬度和弹性均为一般。由表2可知，交联剂氯化钙和乳酸钙的质量分数均为5%。

2.3 复合交联剂的比例确定

复合交联剂比例对包埋率的影响见表4。

表4 复合交联剂比例对包埋率的影响

由表4可知，随着氯化钙与乳酸钙的比例增加，包埋率先增加后逐渐减小，在1∶3时，包埋率最大，且与单一交联剂比较，乳酸钙的交联作用要大于氯化钙，复合交联剂效果要优于单一交联剂，且最佳比例氯化钙∶乳酸钙为1∶3。

2.4 二元一次回归试验结果

根据研究因素的个数及互作情况，选择两因素试验，加上互作共需3列，可选用L4（23）正交表设计，并对表6构造F统计量，进行回归方程的失拟性检验。

因素与水平设计见表5，二元一次回归整体设计计算表（包括零水平试验）见表6，方差分析见表7。

表5 因素与水平设计

表7 方差分析

由表6可知，经t检验法，SSe=0.030 5，dfe=m0-1=5-1=4，t=0.079 72，由 于t＜t0.05(1,4)=2.571，所以，失拟项检验不显著，回归方程为：Y=0.968 8-0.000 5X1+0.001 55X2。

表6 二元一次回归整体设计计算表（包括零水平试验）

由表7可知，经F检验，X1，X2对Y的影响均达到极显著水平，失拟项检验不显著，表明回归方程不失拟，拟合性较好，有预测意义。确定了钙离子包埋率与钙包埋剂用量、钙包埋剂比例的回归关系。即，，Y=1.013 45-0.000 5Z1+0.001 55Z2，由回归方程可以看出，钙包埋剂用量为7~9 mL，钙包埋剂比例为2~4 g。

3 结论

通过锐孔法得到以蓝莓色素为原料的水凝胶微粒，采用0.8%海藻酸钠与0.8%β-环状糊精按体积比4∶1配制得到壁材溶液，借助于1 mL注射器吸取壁材溶液，滴入不同种类、浓度的Ca2+与蓝莓色素乳液制成芯材溶液，于40 kHz，20℃超声波辅助造粒10 min得到水凝胶微粒。在蓝莓色素乳液基础上构建蓝莓色素乳液水凝胶微粒，对Ca2+交联蓝莓色素乳液水凝胶微粒的基本性质及包埋率进行考察。钙离子种类为氯化钙和乳酸钙，质量分数均为5%、氯化钙和乳酸钙的最佳比例为1∶3时，蓝莓色素乳液水凝胶微粒硬度、弹性最好，包埋率最高，可达到97.30%。蓝莓色素乳液水凝胶微粒中钙离子的包埋率与钙包埋剂用量和钙包埋剂比例有关，钙包埋剂用量7~9 mL，钙包埋剂比例2~4 g，借助一次回归正交设计及统计建立钙离子的包埋率与钙包埋剂用量和钙包埋剂比例的回归关系。回归方程是Y=，Y=1.013 45-0.000 5Z1+0.001 55Z2，经Ca2+交联后，可以进一步提高对蓝莓色素的保护，在制备工艺上较简单、在经济上原料成本较便宜，因此乳液成为了食品级运载体系研究最广泛的选择。