番茄红素微胶囊的制备及性质研究.pdf

包装与食品机械2008年第26卷第5期番茄红素微胶囊的制备及性质研究周丹红，蔡红，徐基贵，卓馨（宿州学院化学与生命科学系，安徽宿州234000）觹收稿日期：200-基金项目：宿州学院硕士科研启动基金项目（编号：2007yss15）。作者简介：周丹红（1969），女，安徽省宿州市人，硕士研究生、讲师，主要从事绿色高分子的合成与应用。觹摘要：以番茄红素晶体为芯材，采用明胶-环糊精蔗糖（1：1：1）作为复合壁材，芯材与壁材的质量比为0.2：1，选用无水乙醇作为凝固剂，得到微胶囊化的番茄红素。所得产品水分较低，溶解度高，对光和热的稳定性好，表明番茄红素微胶囊化是保存番茄红素一种较好的方法，能延长番茄红素的保存时间。关键词：番茄红素晶体；微胶囊化；明胶；-环糊精；蔗糖；性质中图分类号：TS2文献标识码：A文章编号：1005-1295(2008)0-0028-04Study on Praparation of Lycopene icrocapsule and Its PropertiesZHOU Dan蛳Hong，CAI Hong，XU Ji-Gui，ZHUO Xin（Department of Chemistry and Life Science,Suzhou University,Anhui,Suzhou 234000,China）Abstract:In this paper,using lycopene crystals as core material and compound material（gelatin/-cyclodex-trin/sugur）as wall material（the employed mass ratio of core material and wall material was 0.2：1）,and ethanol assolidification solvent,the mircoencapsulation of lycopene with lower moisture,higher solubility,and better stabilityfor light and heat was prepared.The microencapsulated lycopene is a better way to store lycopene and can prolongthe storage time of lycopene.Key words:lycopen crystal;mircoencapsulation;gelatin;-cyclodextrin;sugur;properties番茄红素是番茄和番茄产品中主要的类胡萝卜素，是人类饮食中重要的化合物1，2。番茄红素具有多种功能，如：抗氧化、清除自由基、诱导细胞间连接通讯、调控肿瘤增殖等等，因此番茄红素已成为国内外食品、营养和医学的研究热点。由于番茄红素是由碳、氢两种元素组成的共轭多烯结构，具有优异的抗氧化性能，但同时也导致其稳定性差，尤其是高纯度的番茄红素易受光、热、氧的影响，易发生氧化降解，番茄红素是一种油溶性类胡萝卜素，不溶于水，这些因素限制了其应用。微胶囊技术是一种用天然或合成高分子成膜材料对固体颗粒、液滴、气泡进行包埋和固化使形成微小粒子的技术。有关微胶囊技术在功能保健品中应用的研究，国内外都在进行。随着微胶囊制备技术的发展，选用合适的可溶于水的一种或几种食用壁材把番茄红素包埋到微小封闭的胶囊内，使有效成分以稳定状态存在，保护敏感成分，免受氧、紫外线、光、热、湿等负面影响，使其稳定性、水溶性、和生物活性得以改善，在适当条件下，壁材被破坏时又能将囊心物质释放出来。根据囊心与壁材的溶解性能，分O/W型和W/O型。番茄红素是油溶性天然色素，根据微胶囊制备原理乳化液配制为O/W型。本论文对番茄红素微胶囊制备的工艺条件、番茄红素微胶囊的性质进行研究，为进一步开发试验研究试验研究28利用这种功能性天然色素提供参考。材料与方法1.1材料与仪器1.1.1材料番茄红素晶体（实验室自制）；蔗糖（市场购买）；明胶（杭州群利明胶化工有限公司）；-环糊精、无水硫酸钠、无水乙醇、甲醇、戊二醛（上海化学试剂中心化工厂产品）；吐温80（汕头市西陇化工厂）均为分析纯试剂。1.1.2仪器紫外-可见连续扫描分光光谱仪（U-3201HITACHI）；上皿电子天平（FA1604上海精科天平）；722光栅分光光度计（上海第三仪器厂）；数显恒温水浴锅HH-2（国华电器有限公司）；真空干燥箱ZK072（上海实验仪器厂）；光学显微镜（XSZ-HS北京泰克仪器有限公司）。1.2实验方法1.2.1番茄红素微胶囊工艺流程：1.2.2微胶囊化产率和效率的测定番茄红素标准曲线的绘制准确称取番茄红素晶体适量，用丙酮溶解并用溶解定容至50mL,分 别 吸 取 该 标 准 溶 液1.00、2.00、4.00、6.00、8.00mL再用丙酮定容至50mL。用722型分光光度计在471nm处分别测吸光度，并以吸光度对番茄红素浓度作图，得出番茄红素标准曲线。微胶囊产品中番茄红素含量的测定：准确称取0.5g样品，加水50mL形成均一体系，加入丙酮溶剂反复提取至下层无色（并辅以超声波处理），有机相合并，用无水硫酸钠脱水，将有机 层 定 容 至50mL，用722型 分 光 光 度 计 在471nm测吸光度，代入标准曲线得到微胶囊产品中番茄红素的含量。微胶囊表面番茄红素含量的测定：准确称取0.5g左右样品，加入丙酮溶剂，反复提取至提取液无色，有机相合并定容至50mL，用722型分光光度计在471nm测吸光度，代入标准曲线得到微胶囊表面番茄红素含量。微胶囊化产率(%)=产品中番茄红素的含量/起始加入的番茄红素含量微胶囊化效率(%)=1-（微胶囊表面番茄红素的含量/产品中番茄红素含量）。1.2.3微胶囊化工艺条件的选择1.2.3.1芯材的加入方式番茄红素芯材有两种方式加入到壁材溶液:（1）晶体形式直接加入；（2）晶体在有机溶液中溶解。1.2.3.2壁材的选择在试验中，选用一些可成膜的、符合国家食品添加剂要求、对人体无毒、遇水易释放芯材的物质作为壁材。明胶是一种重要的蛋白源，也是一种亲水胶体，成膜性和乳化性较好，另外其价格低，来源广，适合工业上使用。蔗糖的优势是溶解速度快，热稳定性高，来源广泛。-环糊精是一种环状低聚糖，其分子是锥形空间结构，外部是亲水性的羟基，内部为具有一定尺寸的疏水腔，利用疏水腔包合客体分子（被包合物），形成包合物，对热和机械作用都相当稳定。广泛应用在医药、食品、化妆品等领域。因此选用明胶、-环糊精、蔗糖作为壁材。分别称取等量的壁材：明胶、-环糊精、明胶蔗糖（1：1）、明胶-环糊精蔗糖（1：1：1）。1.2.3.3芯材与壁材的比例按番茄红素：壁材的质量比为0.1:1，0.2:1，0.4:1的比例实验，芯材与壁材的不同质量比对微胶囊化的产率和效率的影响。1.2.3.4固化剂的选择配制4份相同的20mL微胶囊制备液加入到冷的无水乙醇、硫酸钠溶液、甲醇、戊二醛中观察成囊现象。1.2.4微胶囊性质1.2.4.1微胶囊感官评定色泽、气味、组织状态将样品放在自然光线处，在白色背景下用肉眼观察微胶囊的色泽、组织状态、嗅其味。1.2.4.2微胶囊的形状、粒子直径光学显微镜下分别观察番茄红素晶体和微番茄红素晶体在有机溶剂中溶解搅拌乳化凝固浴凝固成品壁材溶液乳化剂过滤洗涤真空干燥番茄红素微胶囊的制备及性质研究周丹红，蔡红，徐基贵，卓馨29包装与食品机械2008年第26卷第5期Abstrbance1.41.21.00.80.60.40.200.00 0.42 0.84 1.26 1.68 2.10 2.52 2.54 3.36 3.78u/ml图1番茄红素晶体的标准曲线胶囊的形状，并测定粒子直径平均值。1.2.4.3微胶囊水分测定取2份相同重量的番茄红素微胶囊0.5g，采用烘干法即重量法，105烘23小时，至恒重时测定其含水量。1.2.4.4微胶囊密度的测定将番茄红素微胶囊倒入带刻度的量筒中，计算单位体积微胶囊的重量。1.2.4.5微胶囊溶解度的测定溶解度(%)=1-（W2W1）/（1B%）W）100%W：样品重量（g）；W1：称量皿重（g）；W2：称量皿重+不溶物重（g）；B%：样品含水量1.2.5番茄红素微胶囊与番茄红素晶体的稳定性对照试验称取等量番茄红素微胶囊与番茄红素晶体各1份，分别置于滤纸上，在室温（255）下经自然光照射，每隔2小时测吸光度，计算保存率。2结果与讨论2.1番茄红素的标准吸收曲线图1是番茄红素的标准吸收曲线y=0.367x。根据标准曲线和所测得的吸光度值，得到微胶囊产品中番茄红素含量和微胶囊表面番茄红素含量，计算微胶囊的产率和效率。2.2芯材的加入方式第一种添加方式，晶体直接添加到壁材溶液中，番茄红素以晶体的形式存在，呈弱极性，由于固体表面极性越小，越难被亲水液体润湿,所以，壁材溶液无法完全润湿晶体表面，也就不能在其表面产生良好的界面膜。另外，大的晶体颗粒容易刺破壁材溶液形成的包覆膜，从而造成微胶囊化的效率和产率都非常低。第二种添加方式，晶体溶解在有机溶液缓慢滴加到壁材溶液中，在壁材溶液中均匀分散，取得较好的微胶囊效果。因此采用第二种加入方式。2.3壁材的选择由表1可知，明胶-环糊精蔗糖（1：1：1）做壁材效果最好，其次是明胶蔗糖（1：1），使用单一壁材明胶、-环糊精尽管较易成型，但颗粒不均匀，微胶囊化产率低。因此选用明胶-环糊精蔗糖复合壁材，综合这三种壁材的优势，得到的微胶囊化产率高，产品颗粒均匀。2.4芯材与壁材的比例芯材与壁材的不同的质量比对微胶囊化的产率和效率的影响如图2。由图2可知：芯材与壁材的质量比为0.1：1时，微胶囊的效率虽高，但包含的番茄红素量少，壁材没有充分利用，微胶囊化的产率低。随着芯材与壁材比例的增加，微胶囊化产品的效率出现下降的趋势，说明随着芯材比例的提高，油相分子渗出膜表面的几率增加，因此产品效率呈现下降趋势。综合考虑，选择芯材与壁材的质量比为0.2：1。2.5固化剂的选择表1几种壁材的对比试验壁材组成造粒成型情况成品外观微胶囊化产率（）明胶较易成型颗粒不均匀61.58-环糊精较易成型颗粒不均匀62.83明胶蔗糖（1：1）易成型颗粒不均匀75.39明胶-环糊精蔗糖（1：1：1）易成型不粘壁颗粒均匀86.28图2芯材与壁材比对微胶囊产率和效率的影响%1008060402000.1：10.2：10.4：1芯材：壁材产率效率30图4番茄红素微胶囊与番茄红素晶体的稳定性比较保留率（%）100806002468时间（h）番茄红素微胶囊番茄红素晶体由于复合壁材不溶于这些有机溶剂、Na2SO4水溶液，而水易溶于这些溶剂，所以发生脱水,而使复合壁材沉积在囊心周围形成微胶囊。由表2可知在Na2SO4水溶液、甲醇中有拖尾现象而且颗粒大小不均匀，影响微胶囊包埋率。微胶囊在无水乙醇、戊二醛中成型最好，但从毒性、脱溶速度及成本等方面综合考虑因此选用无水乙醇作为固化剂。2.6微胶囊的性质实验所得产品为橙色粉末，气味纯正有番茄味。光学显微镜下分别观察番茄红素晶体和微胶囊的形状如图3。如图3所示,番茄红素晶体呈规则的红色片状结晶,微胶囊粒子形态圆整，粒径较均匀，无黏连现象，微胶囊晶格发生了变化，呈多核无定形结构，微胶囊粒径分布在25-60m。2.7微胶囊的水分、密度、溶解度的测定值。由表3可知，微胶囊的水分较低，溶解度高，说明微胶囊的水溶性较好，所选壁材遇水易释放芯材。2.8番茄红素微胶囊与番茄红素晶体的稳定性分析番茄红素微胶囊与番茄红素晶体的稳定性如图4，结果表明：番茄红素微胶囊在室温下（255）下经自然光照射8小时后，番茄红素的含量还剩97%以上，而番茄红素晶体在相同情况下剩下50%。可见经过微胶囊化以后，番茄红素的稳定性较番茄红素晶体的稳定性有明显改善。原因是番茄红素微胶囊中壁材起保护作用，因此番茄红素微胶囊将是保护番茄红素质量较好的方法。3结论3.1番茄红素微胶囊化的优化工艺条件：采用明胶-环糊精蔗糖（1：1：1）作为壁材，芯材与壁材的质量比为0.2：1，选用无水乙醇作为固化剂。3.2实验所得产品为橙色粉末，气味纯正有番茄味。光学显微镜下观察微胶囊的外观形态圆整，粒径较均匀，无黏连现象，粒子直径平均值为10m。微胶囊的水分较低，溶解度高。3.3微胶囊化的番茄红素的对光和热的稳定性比番茄红素晶体好，番茄红素微胶囊化是保存番茄红素的较好方法，能延长番茄红素的表2固化剂对微胶囊成型的影响固化剂成型现象无水乙醇无拖尾颗粒，大小均匀Na2SO4水溶液有拖尾，呈丝状物甲醇部分拖尾颗粒，大小较均匀戊二醛无拖尾颗粒，大小均匀图3（a）番茄红素的晶体（640）图3（b）番茄红素微胶囊（640）图3番茄红素晶体及其微胶囊的显微镜图表3微胶囊的水分、密度、溶解度值微胶囊水分（%）密度（g/ml）溶解度（%）数值3.5865.3488.87（下转第页）番茄红素微胶囊的制备及性质研究周丹红，蔡红，徐基贵，卓馨31包装与食品机械2008年第26卷第5期Kim D H，Yang B K Production of a Hypoglycemic，Extracellular Polysaccharide from the Submerged Cul蛳ture of the Mushroom Phellinus Linteus.Biotechno蛳logy Letters，2001（23）：513-517Hwang H J，Kim S W，Lim J M，et al.Hypoglyce蛳mic Effect of Crude Exopolysaccharides Produced by aMedicinal Mushroom Phellinus Baumii in Streptozoto蛳cin-induced Diabetic rats.Life Sciences，2005，76（26）：3069-3080.王中喜，王晓娟，田玉菊.桑黄多糖对小鼠骨髓造血机能损伤的保护作用.长春中医药大学学报，2006，22（2）：67-67.Kim G Y，Kim S H，Hwang S Y，et al.Oral Admi蛳nistration of Proteoglycan Isolated from Phellinus linte蛳us in the Prevention and Treatment of Colagen-induc蛳ed rthritis in mice.Biological and PharmaceuticalBulletin，2003，26：823-831.樊锦艳，王秋颖，薛梅，等.桑黄胞外多糖生产培养基的初步研究.食品科技，2004，（2）:93-95.傅海庆，陈绍军，骆文灿，等.桑黄菌液体发酵培养基研究.中国食品学报，2007，7（3）：58-63.傅海庆.桑黄保健口服液的研制.福州：福建农林大学硕士学位论文，2005.窦茜茜，丁建新，张东娜，等.桑黄多糖提取工艺研究.解放军药学学报，2007，23（6）：423-426.郭树凡，张慧丽，李昱，等.桑黄子实体多糖提取条件的研究.食用菌学报，2006，13（4）：49-55.刘 安 军，陈 伟 伟，王 稳 航，等.桑 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