茶多酚微胶囊化包埋工艺研究.pdf

!#$烟利亚，乔小瑞，王!萍，熊何健!（集美大学生物工程学院，福建厦门!#$%#）摘&要：以壳聚糖为壁材，对茶多酚喷雾干燥微胶囊化工艺进行了研究。结果表明，茶多酚微囊化包埋的最佳工艺条件为：壳聚糖分子量%$()，壳聚糖浓度#*，冰醋酸浓度#*，芯壁比#+,，固形物含量#$*，进风温度#-./，包埋率为0%12$*，该条件下制备的微胶囊球形度好，粒径较均匀，主要分布在#$3,$!4 之间，水分含量为 01%$*，扫描电镜图片显示，微胶囊样品表面光滑，无凹点。关键词：茶多酚，壳聚糖，微胶囊，喷雾干燥#$%&(#)*+,-.*(-/01$2/#,(3#*-)(23&4#*/02&0)*(21!#$%5&，()*+%,5-.%，/#0 1%23，+)*#0 4556%2!（67889:9 7;:=99?=:，=49=A=B9?)=CD，E=F49!#$%#，6G=F）561#./-#：!#$#%&()*+,%-.,&)%,$./&/.+/(50/$#1,/($0,%1#&%/2.-(/$#$#/2(*2#&(.+,$.21/*31*,&)+/.$-3,#31!#1#.-($.+#3$/$#4#.$0,%1#&%/2.-(/$,&)$#%&()*%&3,$,&.5$#/2(*2#&(.+#1#/.5(+.：$#0(#%-(/1+#,)$5%,$./&+/.%$%2.，$#%&%#&$1/$,&5%,$./&.(-$,&+/.#6，$#%&%#&$1/$,&5)(/%,/(/%#$,%/%,3.(-$,&+/.#6，$#2121$,&5$#/2(*2#&(./&3%,$./&+/.#+,，$#.(,3 1/+%&$#&$+/.#$6，,&(#$/,1$#02#1/$-1#+/.#-.71!#0,%1#&%/2.-(/$,&1/$#5$#/2(*2#&(.0,%1%/2.-(#1#/%#3 0%12$61!#3,/0#$#1 5$#/2(*2#&(.0,%1%/2.-(#+/.4#$+#&#$3,$!0/&3+#(53,.$1,4-$#31!#0,.$-1#%&$#&$5$#/2(*2#&(.0,%1%/2.-(#+/.01%$6 1 8*.%/&,&)+,$#(#%$1&0,%1.%2*，+#%/&9&+$/$#.-15/%#5$#0,%1#&%/2.-(/$#3 213-%$.-&3#1$,.%&3,$,&.+/.1#(/$,:#(*.0$+,$&%&%/:#2,&$./&3$#;-/(,$*+/.)317*&8.%1：$#/2(*2#&(.；%,$./&；0,%1#&%/2.-(/$#；.21/*31*,&)中图分类号：HI%$#1%&文献标识码：78)，简称 HM）是茶叶中所含有的一类多酚类化合物的总称，以儿茶素类为主（约占 HM 总量的$*3-$*），主要有表儿茶素（N6）、表没食子儿茶素（NO6）、表儿茶素没食子酸酯（N6O）和表没食子儿茶酸酯（NO6O）,类#。茶多酚是一种天然的抗氧化剂，多为水溶性，是以 5苯基苯并吡喃为结构基础的类黄酮化合物，其质子供体为羟取代基，具有优越的抗氧化能力，其抗氧化活性高于一般非酚性或单酚类抗氧剂，比 PN、PL、QL 等抗氧化效价高出%3%$倍；另外还具有抗癌、抗衰老、抗辐射、清除人体自由基、降血糖、降血压、降血脂及杀菌等一系列功能%。其在油脂、食品、医药、化妆品及饮料等领域具有广泛的应用前景，我国于#22.年 0 月正式将茶多酚列为食品添加剂，并作为新型抗氧化天然物质!。但是茶多酚分子中的羟基很活泼，在光照、高温、碱性等条件下极易发生氧化、聚合、缩合等反应，从而失去其抗氧化活性及其他生物学功能；脂溶性差及自身存在异味等，使茶多酚在储藏和应用方面存在局限性。为解决这一问题，可利用微胶囊化技术对茶多酚进行包埋，从而改变茶多酚的溶解性、光敏性、酸敏性以及热敏性等加工适应性，使茶多酚能以微细状态保持其原有的化学特性和生物活性，并在需要时可以方便地释放,5。本实验通过选用合适的成膜壁材，采用喷雾干燥法对茶多酚进行微胶囊化包埋，同时通过单因素及正交实验，对微胶囊的形态指标、包埋率等指标进行分析，以期建立合理的茶多酚微胶囊化工艺条件，为解决茶多酚应用的局限性提供参考。9!材料与方法9:9!材料与仪器茶多酚&福建松溪生物化工厂；壳聚糖、壳寡糖&济南海得贝生物技术有限公司；麦芽糊精&厦门升芳贸易有限公司；阿拉伯胶&天津市光复精细化工研究所；LR 福林5酚、没食子酸&ISOTL 公司；其他试剂&均为国产分析纯。AP5%$型紫外可见分光光度计&尤尼柯（上海）仪器公司；UQO52$-%型电热恒温培养箱&上海一恒科技有限公司；数码显微镜&厦门 TVHS6 实业!#有限公司；喷雾干燥机!上海沃迪科技有限公司；#$%&()*(+环境扫描电镜!荷兰+,-.-/0)1&2公司。!#$实验方法34543!微胶囊的制备工艺!配制一定质量分数的壁材溶液，茶多酚用适量溶剂溶解，在搅拌状态下分散到壁材溶液中，喷雾干燥得到茶多酚微胶囊。34545!微胶囊壁材的选择3454543!壁材种类的选择!分别以壳聚糖、阿拉伯胶为核心壁材，壳寡糖、麦芽糊精为辅助壁材，对茶多酚微囊化包埋，固形物含量 367，核心壁材浓度34%7，冰醋酸浓度 34%7，进风温度 389:，出风温度8%:，进料速度 3%;39#=。观察该微胶囊的性状，并测定其包埋率，比较不同壁材对微胶囊化效果的影响?。3454545!壳聚糖分子量的选择!分别用分子量为3%、5%、9%A/0 的壳聚糖为核心壁材，壳寡糖为辅助壁材，对茶多酚进行微胶囊化包埋。观察该微胶囊的性状，并测定其包埋率，以确定分子量适合的核心壁材。345454$!壳聚糖浓度的选择!保持其他因素不变，在壳聚糖浓度分别为%497、34%7、3497、54%7 条件下制备茶多酚微胶囊。观察该微胶囊的性状，测定其包埋率，分析比较壳聚糖浓度对微胶囊化效果的影响8。3454546!冰醋酸浓度的选择!保持其他因素不变，在冰醋酸浓度分别为%497、34%7、3497、54%7 条件下制备茶多酚微胶囊。观察该微胶囊的性状，测定其包埋率，分析比较冰醋酸浓度对微胶囊化效果的影响。3454$!喷雾干燥工艺参数的优化!对固形物含量、芯壁比和进风温度三因素设计#B（$）正交实验，测定产品的包埋率，并观察产品外观形态，分析确定喷雾干燥微囊化工艺条件?，正交因素水平表如表 3所示。表 3!正交实验因素水平表水平因素C 固形物含量（7）D 芯壁比E 进风温度（:）33F53%53%3F$389$363F653%34546!微胶囊质量评价方法3454643!微胶囊产品包埋率的测定!包埋率是指微胶囊产品中被包埋的芯材含量与微胶囊产品中总的芯材含量之比，它是衡量包埋效果的指标，反映有多少芯材物质未被包埋而留在微胶囊产品的表面。包埋率计算公式如下：包埋率（7）G（3)微胶囊表面茶多酚的含量=微胶囊中茶多酚的总量）H3%73454645!多酚含量的测定!多酚含量的测定采用福林酚法B)33。提取物中总多酚的含量以等同于没食子酸的量表示。345464$!微胶囊中茶多酚总量的测定!准确称取%45%I 微胶囊产品，用蒸馏水溶解并定容至 3%#。取%45#样品液加到 3%下测定其吸光度。测得的吸光度值代入标准曲线，求得微胶囊中茶多酚的总量。3454646!微胶囊表面茶多酚含量的测定!准确称取%45%I 微胶囊产品于 3%#离心管中，加入 8#无水甲醇，充分振荡后，过滤得澄清液。取澄清液%43#用蒸馏水定容至 3#，取此时的溶液%45#加到 3%下测定其吸光度。测得的吸光度代入标准曲线，求得微胶囊表面茶多酚的含量。3454649!产品水分含量的测定!准确称取 34%I 样品于干燥的称量皿中，立即放置于 8%:的电热恒温烘箱中，烘至恒重，计算水分含量。345464!微胶囊产品的形态观察!取一载玻片，滴两滴松柏油于片中心，用牙签挑取少量微胶囊产品，均匀涂抹在松柏油中，盖上盖玻片。然后在盖玻片上滴一 滴 松 柏 油，在 3%倍 油 镜 下 联 机 观 察 并拍照35。345464?!微胶囊产品的粒径测定!准确测量 5%个微胶囊产品的粒径，计算微胶囊在不同粒径范围内的个数，并计算各粒径范围微胶囊个数的百分比及平均粒径，做粒径分布曲线图。3454648!微胶囊产品的扫描电子显微镜观察!借助扫描电子显微镜（&(）对微胶囊的形貌进行分析，在不同倍数下观察微胶囊产品的总体形貌和边缘形态3$。345464B!微胶囊产品稳定性的测定!将微胶囊产品均匀铺在培养皿中，不封闭，置于恒温培养箱中，温度为%:，每隔一段时间测定其多酚含量，结果以保留率表示，将第$J 多酚保留率定为 3%7，分析比较茶多酚微胶囊化前后其多酚含量随时间的变化。#$结果与讨论#!$多酚测定标准曲线的制定以没食子酸做标准，其浓度在%;884%!I=#质量浓度范围内，符合比尔定律，线性良好。此标准曲线的回归方程为：K G%4%B6L M%4%$?（相关系数 N5为%4BBB?，回归效果显著。）#$微胶囊壁材条件的确定54543!微胶囊壁材种类对包埋效果的影响!不同的壁材组合包埋效果不同。实验中保持其它因素一致，分别以三种不同的壁材组合制备茶多酚微胶囊，实验结果如表 5、图 3 所示。图 3!壁材种类对包埋效果的影响!由表 5、图 3 可知，三种不同壁材组合制得的微胶囊产品中，以壳聚糖为核心壁材，壳寡糖为辅助壁材时，包埋率最高，而且所得的微胶囊外观性状也相!#$表!壁材种类对包埋效果的影响壁材种类包埋率（#）产品性状壳聚糖$#%壳寡糖&($)球形度好、粘连杂质少，粒径分布较均匀壳聚糖$#%麦芽糊精*(&)球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀阿拉伯胶$#%麦芽糊精)(*+球形度较好、粘连杂质多，粒径分布较均匀表 壳聚糖分子量对包埋效果的影响壳聚糖分子量（,-.）包埋率（#）产品性状$/&)(0!球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀!*/&0(*球形度好、粘连杂质很少，粒径分布较均匀0/&!(+*球形度较好、粘连杂质多，粒径分布较均匀表)壳聚糖浓度对包埋效果的影响壳聚糖浓度（#）包埋率（#）产品性状/(0*1(!&球形度较好、粘连杂质多，粒径分布较均匀$(/&$(/+球形度好、粘连杂质少，粒径分布较均匀$(0&$(1球形度较好、粘连杂质较少，粒径分布较均匀!(/&(/0球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀表 0 冰醋酸浓度对包埋效果的影响冰醋酸浓度（#）包埋率（#）产品性状/(0&)($1球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布均匀$(/&0(1*球形度好、粘连杂质较少，粒径分布较均匀$(0&*($球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀!(/&($&球形度不好、粘连杂质较多，粒径分布不均匀对最佳，因此实验确定以壳聚糖与壳寡糖为壁材。!(!(!壳聚糖分子量对包埋效果的影响实验中保持其它因素一致，选用不同分子量的壳聚糖为核心壁材，以壳寡糖为辅助壁材（分子量 2/）制备茶多酚微胶囊，实验结果如表、图!所示。图!壳聚糖分子量对包埋效果的影响由表 可知，壳聚糖分子量为!*/,-.时，微胶囊的包埋率最大。这是因为随着壳聚糖分子量的增大，成膜性会提高，但同时黏度增大，分子量过大时，会使喷雾干燥时粘壁严重，微胶囊杂质增多，影响微胶囊 产 品 的 质 量。由 图!可 以 看 出，以 分 子 量!*/,-.的壳聚糖为核心壁材制备的微胶囊产品性状也较好，因此，选用分子量!*/,-.的壳聚糖为核心壁材。!(!(壳聚糖浓度对包埋效果的影响实验中保持其他因素不变，在壳聚糖浓度分别为/(0#、$(/#、$(0#、!(/#条件下制备茶多酚微胶囊，实验结果如表)、图 所示。由表)可知，随着壳聚糖浓度的增加，茶多酚的包埋率增大，这是因为增大壳聚糖浓度，使微胶囊膜厚度增大，茶多酚包埋更完全，从而提高包埋率。但在进行 喷 雾 干 燥 时 观 察 得 出，当 壳 聚 糖 浓 度 为/(0#、$(/#时，进料顺畅，出料多；当壳聚糖浓度为$(0#时，粘壁现象严重，出料明显减少；当壳聚糖浓度为!#时，发生严重的粘壁和喷口堵塞现象。说明图 壳聚糖浓度对包埋效果的影响随着壳聚糖含量增加，料液黏度迅速增大，喷雾时易发生严重的粘壁和喷口堵塞现象。结合图 可知，黏度越大，微胶囊外壁粘连现象越严重。比较图 中的四种微胶囊外观形态可知，壳聚糖浓度为$(/#时微胶囊产品性状较好。综合以上分析，壳聚糖浓度以$(/#时为宜。!(!()冰醋酸浓度对包埋效果的影响实验中保持其他因素不变，在冰醋酸浓度分别为/(0#、$(/#、$(0#、!(/#条件下制备茶多酚微胶囊，实验结果如表 0、图)所示。图)冰醋酸浓度的对包埋效果的影响由表 0 可知，冰醋酸浓度对微胶囊产品的包埋率影响不大。图)中，冰醋酸浓度为$(/#时外观形态最好。此外，因为醋酸是壳聚糖的良好溶剂，当冰醋酸浓度增大时，溶液状态的壳聚糖分子与溶剂的相互作用会增强，聚合物之间的相互作用会降低，致!#$表!正交实验结果实验号#$%包埋率（&）产品性状()*+(球形度较差、粘连杂质较多，粒径分布较均匀+!+*)(球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀(!*!球形度好、粘连杂质较少，粒径分布较均匀,+,)*,球形度较较差、粘连杂质少，粒径分布较均匀-+(!-*.球形度好、粘连杂质较少，粒径分布较均匀!+(/.*)(球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布均匀/(,.*(-球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀)(+!-*/(球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀0(+/(*0-球形度较好、粘连杂质较多，粒径分布较均匀1.*-)0.*,+(.*-)+!1+.*!,+.*!,-+.*!/(1(.*!.*/.,!.*-/(+2.*.-(.*+)(.*.,表/正交实验方差分析表变异来源偏差平方和自由度均方3 值显著水平#固形物含量,0*,0/+,*/,0!*-(4.*$芯壁比(0*(+!-0*!-!/,*.!)5.*.%进风温度(+*(+!*!,*+!,4.*误差/*-/0+(*/0注：3.*（+，+）60，3.*.-（+，+）60，3.*.（+，+）600。使得到的微胶囊囊壁不紧密，易使芯材的释放过快，影响缓释效果，因此冰醋酸浓度选为*.&。!#$喷雾干燥正交实验条件优化分析+*(*喷雾干燥正交实验结果对固形物含量、芯壁比和进风温度三个工艺参数设计三因素三水平正交实验，通过包埋率及形态分析，确定喷雾干燥工艺条件，实验结果见表!。对实验结果进行极差分析和方差分析（表/）。根据极差分析结果可知，三因素对茶多酚微胶囊化包埋率的影响顺序为芯壁比 4 固形物含量 4 进风温度，即芯壁比对茶多酚微胶囊的制备效果起主要作用。根据方差分析，三因素中芯壁比对微胶囊包埋率影响极显著（7 5.*.），固形物含量和进风温度对微胶囊包埋率影响不显著。+*(*+正交实验结果的因素分析+*(*+*固形物含量对茶多酚微胶囊化的影响在适当的范围内（料液固形物含量(.&），增加固形物含量，可以提高微胶囊化效果；但固形物含量 4.&时，继续增加固形物含量，对微胶囊化效果反而有小幅度的降低作用。这是因为适当的提高总固形物含量，有利于喷雾干燥过程中囊壁的形成和提高囊壁的致密性，同时由于体系黏度的增加和稳定性的提高，减少了茶多酚向壳聚糖表面的迁移，能更好地包埋茶多酚；但固形物含量过高，会使料液黏度太大，易造成严重的粘壁和喷口堵塞现象。因此，应控制料液的固形物含量为.&为宜。+*(*+*+芯壁比对茶多酚微胶囊化效果的影响在其他实验条件一致的情况下，减小芯材与壁材的比例，即茶多酚含量减少而壳聚糖含量增加，会增加干燥过程中液滴成膜速度，增大膜厚度，同时茶多酚在壳聚糖溶液中分散得更均匀，使留在囊壁表面的茶多酚量减少，因此包埋率上升。但芯壁比过小，会使载药量太少，因此选用芯壁比 8,。+*(*+*(进风温度对茶多酚微胶囊化的影响当进风温度在!.9)-:之间时，微胶囊化效率随着温度的提高而提高，这是因为提高进风温度，壁材的成膜速度加快，包埋效果更好；当温度高于)-:时，提高温度对包埋率的影响不大，但是对微胶囊产品的质量却有着不良的影响，这是因为温度过高，水分散失过快，壁材表面易出现凹凸和裂缝，同时壁材的成膜性降低。温度过低，产品含水量高，易粘连，且易出现严重粘壁现象，因此最佳温度可选在)-:左右。综合以上分析，得出喷雾干燥工艺优化条件为：固形物含量为.&，芯壁比为 8,，进风温度为)-:。采用优化后条件制备茶多酚微胶囊，测得微胶囊包埋率为/+*0.&，微胶囊产品球形度较好，粘连杂质较少，粒径分布均匀。!%$微胶囊产品的质量评定+*,*水分含量的测定经测定，微胶囊产品的水分含量为/*+.&。+*,*+粒径分布采用光学显微镜对微胶囊粒度进行测定，结果如图-所示。从图-可知，制得的茶多酚微胶囊粒径主要分布在.9,.!;范围，粒径分布范围较窄，平均粒径为+*!(!;，其中 0(&的微胶囊粒径在,.!;以下。图-茶多酚微胶囊粒径分布图!#!#$%微胶囊的扫描电子显微镜观察%电子显微镜扫描结果如图&所示，可知，样品中伴有一些皱缩的微胶囊，原因可能是有些微胶囊其实并不是茶多酚微胶囊，而是喷雾干燥前长时间搅拌产生的气泡形成的气泡微胶囊。从$倍下微胶囊的表层形貌图来看，微胶囊产品的表面都比较光滑，且没有凹点，说明微胶囊产品球形度、品质良好。图&%微胶囊的()*图!#%微胶囊产品稳定性的测定%由图+可知，在&,下，茶多酚较为稳定，微胶囊包埋前、后的茶多酚稳定性是有一定差异的。微胶囊包埋前，茶多酚保留率在-$.之后略有下降，在!.之后有明显的下降趋势，$-.之后仍有下降。微胶囊包埋后，茶多酚保留率在第-&.之后才略有下降，!.有明显的下降趋势，于!/.之后茶多酚保留率趋于稳定，下降的程度和速度均比微胶囊包埋前小。图+%在&,下茶多酚保留率随时间的变化!结论!#$%茶多酚微胶囊化包埋的最佳工艺为：壳聚糖分子量!&012，壳聚糖浓度-3，冰醋酸浓度为-3，芯壁比为-4#，固形物含量为-3，进风温度为-/5,。!#%按 最 佳 工 艺 条 件 制 备 的 产 品 的 包 埋 率 为%+!63，产品球形度较好，粘连杂质少，粒径分布较均匀。!#!%用电子扫描显微镜对微胶囊产品进行扫描可知，茶多酚微胶囊产品的表面较光滑，且没有凹点，品质良好。参考文献-常艳艳，蒋秋燕 茶多酚的药用价值 7 食品与药品，!+，6（/）：+8+$!曾磊，张玉军，邹正 茶多酚的功能特性及应用 7 郑州工程学报，!，!$（!）：686#$范文教，贾洪锋，孙俊秀，等 茶多酚在食品中的应用 7 四川烹饪高等专科学报，!/（#）：!8!-#苏峻峰，任丽，王立新 微胶囊技术及其最新研究进展7 材料导报，!$，-+（-）：!$8!&5周家春 食品工业新技术*北京：化学工业出版社，!5：!5/8!&#&张瑶，李保国，刘荣，等 水溶性物质微胶囊化及其应用7 中国调味品，!5（-!）：#86+钟业俊，叶云花，刘成梅，等 姜辣素喷雾干燥微胶囊化研究 7 江西食品工业，!-（#）：!68$-/孙爱兰，谭天伟，周荣琪，等 壳聚糖香精微胶囊的制备7 食品发酵与工业，!5，$-（$）：&8&$6 9:(;?AAE;G?EH AI AJ1B?;02 K;B 1BA21BAGAHL.;0 8 1BA21BAM=2;0 J0;.E?J=?27 CG?E;0J 7AME AI)A=H JME?，-6&5，-&（$）：-#8-5/-齐连祥，于才渊，岳响玲 喷雾干燥制备酯型儿茶素微胶囊 7 辽中化工，!&，$5（/）：#$#8#$6-N O 7JHJ1EJPJ2BJ，QJG;(?R;，O O(JPJE;JBC;LJ0?E;JJ.J;AS;.J J0;R;?2 AI=EJ1?（9;2 R;I?EJ）2?.?SEJ027 TAA.D?2?JE0B U?EJ;A，!$，$&（!）：-+8-!-!VCWXCDY;=Z0J，(CNXUF2GJ 1B?;00A?2 J.J J0;R;?2 AI=EJ1?（!#$%&()*:）?SEJ02 7TAA.FA，!#，-5（5）：$58$6-$乔吉超，胡小玲，管萍，等 药用微胶囊的制备 7 化学进展，!/（-）：&-+-8-/（上接第!5 页）7 化学工程与装备，!+（&）：$58$/!李彦坡，马美湖 蛋壳及蛋壳膜的研究和利用 7 食品科技，!/（5）：!+8$-$(B;8;0B;U2B;PJKJ，OHA_A(MHJGJ，O?;_A CE;BJEJ，*JPAAUAB1JP?J.;A?0EA1J;=KJ2?2M2;G?GLEJ?7 V;AE?2AME0?Q?0BA=H，!，/-（$）：!-8!&#DAR?2PH 7，(J 0J0;MG;B?1E?R?;A J.E?JG?AI A2?A1AEA2;2 7U?EJ;A 7AMEAI F;aBJEGJ0AA=H D?2?JE0B，!$，!$（!）：/$86!5 汪之和，施文正，张丽华 鸡蛋壳制备柠檬酸8苹果酸钙的研究 7 食品研究与开发，!$，!（!）：-58-+&VJA;bM，NMAG?;BJ=，(BJAG;(BMJV;A2?2AE2IAE.?EG;J;AM0A2?K;B=M0A2?AS;.J2?;GGAL;_?.AJ G?GLEJJJ，!#，&#（!）：5#&855$+c;0P?*Q，NJMEA 7，aJ?MS*，?JU.?;I;0J;AJA0J;_J;AH2A_HG?J2J0AG1A?G?GLEJ?2 J GJE;S 7*JE;S V;AA=H，!，-6（5）：#$8#5$/蒋卉，蒲云峰，白红进 超声8微波协同提取刺山柑籽油的研究 7 食品研究与开发，!6，$（5）：!8!$6 刘洪玲 柠檬酸8苹果酸复合钙的制备与应用 X 泰安：山东农业大学食品科学与工程学院，!+