基于Pickering乳液模板法制备的芝麻素微胶囊性能表征

邓瑜 孔令艳 薛梅 雷红

摘要：为提高芝麻素的稳定性及利用度，拓展其在功能食品领域的应用范围。以酸改性凹凸棒为固体乳化剂，大豆分离蛋白和壳聚糖盐酸盐为壁材，通过Pickering乳液模板法制备了芝麻素微胶囊。通过荧光显微、红外光谱、热重、差示热量扫描和生物安全实验对芝麻素微胶囊的形态、组成结构、热稳定性和生物安全性进行评估。结果表明，芝麻素微胶囊颗粒分散性良好，大小均一，其为稳定的蛋白多糖静电结构，具有良好的热稳定性和生物安全性。

关键词：芝麻素；Pickering乳液；微胶囊；性能表征；生物安全性

中图分类号：TS229 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230324

基金项目：国家自然科学基金面上项目（31872899）；江苏省高校优势学科建设工程资助项目（PAPD）。

Characterization of sesamin microcapsules prepared by Pickering emulsion template method

Deng Yu， Kong Lingyan， Xue Mei， Lei Hong

（ College of Food Science and Engineering， Nanjing University of Finance and Economics/ Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety， Nanjing， Jiangsu 210023 ）

Abstract： In order to improve the stability and availability of sesamin and expand its application in the field of functional food. Sesamin microcapsules were prepared by Pickering emulsion template method using acid modified attapulgite as solid emulsifier， soybean protein isolate and chitosan hydrochloride as wall material. The morphology， composition， thermal stability and biosafety of sesamin microcapsules were evaluated by fluorescence microscopy， infrared spectroscopy， thermogravimetric scanning， differential thermal scanning and biosafety experiments. The results showed that sesamin microcapsules had good dispersion and uniform size， stable proteoglycan electrostatic structure， and had good thermal stability and biosafety.

Key words： sesamin， Pickering emulsion， microcapsules， performance characterization， biological safety

芝麻素是一种主要存在于芝麻籽中的全天然成分，具有抗癌[1]、保护神经系统[2]、改善抑郁和记忆丧失[3]、降低高血压和改善内皮功能障碍[4]、调节肠道菌群[5]等功能。但芝麻素不易储存，使其应用受到限制。

微胶囊技术使用高分子材料通过成膜或成囊技术将气体、固体或者液体包裹起来，形成具有壳层结构的微小颗粒[6]。近年来，运用Pickering乳液为模板来制备微胶囊受到极大的关注。Pickering乳液因其吸附在水/油界面的固体粒子的不可逆性而展示出非常优秀的稳定乳滴的能力，因而Pickering乳液模板法是一种卓越的能稳定芯材的微胶囊制备方法[7]。

本实验采用Pickering乳液模板法制备芝麻素微胶囊，通过荧光显微表征、红外光谱分析、热稳定性测定、贮存稳定性测定以及生物安全性分析来系统评估芝麻素微胶囊的形态、结构及安全性，以期为芝麻素微胶囊作为食品功能因子在功能食品领域的应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

芝麻素：上海如吉生物科技发展有限公司；凹凸棒：靈寿县华耀矿产品加工厂；大豆分离蛋白、尼罗红试剂：北京索莱宝科技有限公司；壳聚糖盐酸盐：东菀市鑫恒食品原料有限公司；大豆油：嘉里粮油有限公司；无水乙醇（分析纯）、丙酮（分析纯）：南京慧杰诚生物科技有限公司。

实验动物：斑马鱼，南京一树梨花生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SHA-B型水浴振荡器：金坛市荣华仪器制造有限公司；RCD-1A型高速均质乳化机：常州越新仪器制造有限公司；HJ-5A型数显多功能加热搅拌器：常州国宇仪器制造有限公司；PHS-25型数显pH计：上海精密科学仪器有限公司；1500F型超声波分散仪：宁波新芝生物科技有限公司；Millipore-Q型纯水仪：美国Millipore公司；Zeiss Axio Scope A1型显微镜：德国Carl Zeiss公司；BUCHI B-290小型喷雾干燥仪：瑞士Buchi公司；PE型同步热重/差热分析仪：美国Perkin-Elmer公司；TENSOR 27型傅里叶变换红外光谱仪：德国Bruker公司；Agilent 1260型液相色谱仪：美国安捷伦科技公司。

1.3 实验方法

1.3.1 芝麻素微胶囊的制备工艺

准确称取1.5 g酸改性凹凸棒颗粒[8]分散在溶解了2.0 g大豆分离蛋白的溶液中，在室温下通过超声使其分散均匀，调节pH为6.0，形成水相；将2 mL大豆油和25 mg芝麻素混合组成油相加到水相中，12 000 r/min高速均质5 min，形成Pickering乳液。将Pickering乳液滴加到装有2.0 g壳聚糖盐酸盐溶液的烧杯中，调节溶液pH为5.0，水浴55 ℃加热搅拌3 h，形成芝麻素微胶囊溶液，通过喷雾干燥（进风温180 ℃）得到微胶囊粉末。

1.3.2 芝麻素微胶囊基本理化性质测定

密度：称取一定质量的微胶囊，将其放入具塞量筒中测量体积，密度即为质量与体积的比值；水分含量：采用直接干燥法[9]，将微胶囊粉末放入105 ℃烘箱中干燥12 h；溶解度：称取微胶囊粉末溶解于温水中，反复搅拌后3 000 r/min離心10 min，过滤，沉淀物干燥并称重，前后质量差即为溶解度[10]；流动性：将5 g微胶囊粉末自然堆积在平面上，测量粉堆高度以及粉堆半径计算粉堆的休止角大小，休止角越小表明流动性越好[11]。

1.3.3 荧光显微分析

准确称取尼罗红2 mg溶于10 mL丙酮中配成0.02 g/100 mL储备液。滴加2 μL尼罗红试剂对芝麻素微胶囊悬浮液进行荧光标记，3 min后在荧光显微镜下（400 ×）观察。

1.3.4 红外光谱分析

取少量大豆蛋白、酸改性凹凸棒、壳聚糖盐酸盐、大豆油、芝麻素和芝麻素微胶囊粉末放入样品池进行测定。测定光谱范围4 000～400 cm-1，扫描次数64，分辨率4 cm-1。

1.3.5 热重分析

称取5 mg的芝麻素微胶囊于热重分析仪铝盒中，其升温范围50～600 ℃，升温速率10 ℃/min，氮气流速30 mL/min。

1.3.6 差示量热扫描分析

用差示扫描量热仪测定微胶囊产品的玻璃态转化温度（Tg），取2 mg（精确到0.1 mg）芝麻素微胶囊于铝盒中，扫描温度-20～220 ℃，扫描速度10 ℃/min。

1.3.7 芝麻素微胶囊贮存稳定性

将微胶囊样品置于25 ℃干燥皿中储藏30 d，每5 d测一次芝麻素微胶囊芝麻素的保留率。采用高效液相色谱法测定芝麻素保留率。将芝麻素微胶囊粉末碾碎后溶解于无水乙醇中，6 000 r/min离心5 min，用过滤的上清液分析芝麻素含量[12]。芝麻素保留率即为残留芝麻素与最初微胶囊芝麻素含量的比值。

1.3.8 芝麻素微胶囊生物安全性分析

以斑马鱼为生物模型测定芝麻素微胶囊生物安全性，参照GB/T 13267—1991的试验条件，配制芝麻素微胶囊质量浓度为100 mg/L的溶液。设置实验组和空白对照组，实验历时96 h。采集斑马鱼肠道、脑部、肝组织用0.01 mol/L PBS溶液灭菌后置于4%的多聚甲醛中保存，经封片处理后置于显微镜下，观测斑马鱼组织形态。

1.4 数据处理

每组实验进行3次平行，应用Origin 2019b软件对数据进行分析处理，结果以平均值±标准差表示。

2 结果与分析

2.1 芝麻素微胶囊的基本理化性质

如表1所示，芝麻素微胶囊密度较小，含水量较小，说明其得到了充分的干燥，在一般环境中不易变质。芝麻素微胶囊的水溶解度较为理想，且流动性较好，可方便用于食品加工。

2.2 荧光显微分析

芝麻素微胶囊在荧光显微镜的表观形态如图1所示，油脂经尼罗红染色后在荧光显微镜下会显色，证明了大豆油作为微胶囊的芯材载体被壁材包埋在微胶囊内部，且微胶囊颗粒之间分散性良好，大小较为均一。

2.3 红外光谱分析

如图2所示，参考红外各基团特征峰对照表，酸改性凹凸棒颗粒在511.31 cm-1处是钙离子的特征峰，在996.37 cm-1处出现的峰与磷酸根离子的伸缩振动有关；大豆分离蛋白在1 479.34 cm-1处出现的特征峰与苯环骨架的伸缩振动有关，在1 593.26 cm-1处出现的特征峰与—C—N的伸缩振动有关；大豆油在1 110.25 cm-1处是醇的特征峰，在1 735.92 cm-1处的强峰是由脂肪醛的伸缩振动引起的，在2 809.87、2 873.53 cm-1处的峰是由—CH3的伸缩振动引起的；壳聚糖盐酸盐在982.33、1 095.71 cm-1处的特征峰与C—H的面外弯曲振动有关；芝麻素在726.78～1 046.73 cm-1处的峰与C—H面外弯曲振动区有关，主要是苯环二取代引起的特征峰，在1 124.37～1 445.00 cm-1处是烷基的特征峰，在3 080.11 cm-1处是苯环上质子—CH的伸缩振动峰。

芝麻素微胶囊的红外图谱显示，微胶囊具有和芝麻素、大豆油相同的吸收特征峰，表明大豆油和芝麻素的结构并未发生改变，因此微胶囊技术能够保护食品功能因子。大豆分离蛋白在1 479.34、1 593.26 cm-1的峰明显减弱且发生了偏移，证明大豆分离蛋白羧基—COO-带负电基团与壳聚糖盐酸盐的带正电基团—NH3+发生静电反应。

综上所述，芝麻素和大豆油的结构并未发生改变，而大豆分离蛋白与壳聚糖盐酸盐发生了静电反应，形成了稳定的蛋白多糖静电结构，所以基于Pickering乳液模板法制备微胶囊的反应过程属于物理反应过程。

2.4 热重分析

如图3所示，芝麻素微胶囊在59.2 ℃开始产生质量损失，质量变化程度较少。升温至262.0 ℃时，质量损失开始加速，这个过程中微胶囊结构在高温作用下被破坏，壁材破裂分解，芯材被释放出来。温度为382.1～438.2 ℃时，质量变化程度较快，微胶囊结构经前面高温分解后各组分在高温下进一步碳化。升温至550 ℃之后，微胶囊质量变化逐渐平稳，最终残留质量为37.13%。整个升温过程，芝麻素微胶囊经历了3次不同的质量损失，表明微胶囊的结构能够在一定程度上保护芯材组分。

2.5 差示量热扫描分析

由图4可知，芝麻素微胶囊的玻璃态转化温度为50.24 ℃，表明微胶囊在室温下能够维持稳定的玻璃态。在稳定的玻璃態下，微胶囊的分子结构较为紧密，能有效地保护芯材。

2.6 芝麻素微胶囊贮存稳定性

如图5所示，芝麻素微胶囊在25 ℃干燥皿中贮存30 d后，芝麻素保留率仍在90%以上，说明芝麻素微胶囊在日常干燥环境中具有良好的稳定性。

2.7 芝麻素微胶囊生物安全性

由图6可知，微胶囊组斑马鱼的脑部、肝部较为健康，组织上并未受到毒性损害，与空白对照组的状态较为接近；微胶囊组斑马鱼的肠道屏障依然完整，芝麻素微胶囊的功能分子材料并未对斑马鱼本身造成明显影响。说明芝麻素微胶囊具有生物安全性，可保证其应用在食品领域的合理性。

3 结 论

本研究结果表明：① 基于Pickering乳液模板法制备的芝麻素微胶囊干燥性和流动性良好，将芯材完整包埋，且分散性良好大小均一，其组成为蛋白多糖静电结合作用的结果。② 芝麻素微胶囊具有良好的热稳定性，在高温环境下对芯材有一定的保护作用，其玻璃态转化温度为50.24 ℃，能保证微胶囊在室温环境下的贮存稳定性。③ 芝麻素微胶囊具有生物安全性，可以应用于功能食品领域。

参 考 文 献

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