叶黄素微胶囊化研究

 徐建中1，2，杨丽微1,2，李新愿1，2，杨文江2，连运河2

  1河北省天然色素工程技术研究中心(邯郸057250)；2晨光生物科技集团股份有限公司（邯郸F057250）

摘要研究了以叶黄素晶体为芯材，用喷雾干燥法制备10%叶黄素微胶囊的配方和工艺。最佳配方为：叶黄素晶体(80%）质量分数12.5%、阿拉伯胶质量分数54.96%、蔗糖质量分数30.54%、低聚原花青素质量分数1%、迷迭香提取物质量分数1%。高压均质参数为90 M Pa均质2次；喷雾干燥工艺参数为：进风温度170 ℃、气流压力170 k Pa、进料流量400 m L/h、进料温度50℃。所得产品在40℃，相对湿度75%条件下放置10d的含量保留率为97.8%，稳定性得到显著提高。

关键词  叶黄素；微胶囊化；配方；稳定

 叶黄素是一种含氧的类胡萝卜素，除了可用作着色剂外，还具有多种生理功能，比如抗氧化、消除自由基、抗癌、减少心血管疾病的发病率和视觉保护等，尤其是在预防老年性白内障和老年黄斑变性等方面，具有无可替代的作用。叶黄素广泛分布于香蕉、猕猴桃、玉米和万寿菊等植物中，食品工业、饲料工业、制药业使用的叶黄素一般是从万寿菊中提取。由于分子结构中存在10个共轭双键，叶黄素晶体很不稳定，对光、热、氧十分敏感，易被氧化分解，且不溶于水，大大限制了其在食品及药物、饲料工业中的应用。微胶囊技术则是解决这一问题的有效方法，由于叶黄素被包裹于连续的囊材形成的微小的囊中，避免了与环境的直接接触，保持其在贮藏、运输以及使用过程中的稳定性。市场上存在的叶黄素微胶囊制剂主要有5%和10%两种规格，现有文献对5%产品研究较多，但对10%产品研究较少，研究通过单因素试验对配方进行筛选，优化了均质工艺，通过正交试验优化喷雾干燥工艺参数，解决了高含量产品的稳定性问题。

1材料与方法

1.1材料

  叶黄素晶体（含量80%）、低聚原花青素（多酚含量95%）：晨光生物科技集团股份有限公司提供；阿拉伯胶：法国CNI;辛烯基琥珀酸淀粉酯：国民淀粉；蔗糖、混合生育酚、迷迭香提取物、抗坏血酸棕榈酸酯、茶多酚等均为食品原料或食品添加剂。

1.2设备与仪器

  GYB40-10S高压均质机：上海东华高压均质机厂：SY-6000喷雾干燥器：上海世远生物设备工程有限公司；UV1102紫外可见分光光度计：上海天美科学仪器有限公司；旋转蒸发仪：上海申生科技有限公司：Mastersizer 2000激光粒度分析仪：英国Malvern公司。

1.3试验方法

1.3.1制备工艺

  油相+水相混合乳化→高压均质→脱溶剂→喷雾干燥→微囊粉

  将壁材和水溶性抗氧化剂溶解于纯净水中得到水相，叶黄素晶体和油溶性抗氧化剂溶解于乙醇中得到油相。

1.3.2微胶囊叶黄素含量的测定

  称取200 mg微胶囊化叶黄素，加入5 m L纯净水，超声溶解，无水乙醇定容至100 m L，再用无水乙醇稀释10倍，以无水乙醇为空白，在446 nm波长下测定其吸光度，微胶囊化叶黄素产品中叶黄素含量按式

1. 计算：

1.3.3质量评定方法

1.3.3.1稳定性

  利用分光光度计测定微胶囊产品中叶黄素的含量，通过含量保留率的变化反映其在不同条件下的贮存稳定性。

1.3.3.2水溶性

  称取微胶囊叶黄素0.1 g，量取100 m L蒸馏水加入到一个烧杯中，将此烧杯放在磁力搅拌器上，25 0C条件下以250 r/min进行搅拌，然后将称好的微胶囊一次性倒入正在搅拌的纯净水中，开始计时，直至微胶囊产品完全溶解为止，记录溶解时间，时间短则微胶囊产品的溶解性相对较好。

2结果与分析

2.1配方筛选

2.1.1微胶囊壁材的筛选

 分别以酪蛋白酸钠、海藻酸钠、阿拉伯胶、辛烯基琥珀酸淀粉酯和β-环糊精为壁材，不添加其它辅料，制备10%叶黄素微囊粉，将产品于40℃条件下放置1 d，测定其含量保留率，另外按照1.3.3.2的方法检测其水溶性，结果如图1所示。

 由图1可以看出，稳定性最好的壁材是阿拉伯胶，稳定性最差的壁材是辛烯基琥珀酸淀粉酯，但其水溶性最好，阿拉伯胶次之，水溶性最差的是酪蛋白酸钠，综合评价稳定性和水溶性，选择阿拉伯胶作为壁材比较合适。

2.1.2水溶性抗氧化剂的筛选

 以阿拉伯胶为壁材，制备叶黄素含量为10%的微囊粉，分别添加水溶性抗氧化剂D-异VC钠、茶多酚(95%)和低聚原花青素（多酚95%），质量分数均为1%，40℃放置稳定性评价结果如图2所示。

 由图2可知，相同评价期内，添加低聚原花青素的叶黄素微囊粉含量保留率最高，稳定性最好，添加D-异VC钠的叶黄素微囊粉稳定性最差，选择低聚原花青素作为配方中的水溶性抗氧化剂。

2.1.3油溶性抗氧化剂的筛选

 以阿拉伯胶为壁材，添加1%的低聚原花青素，制备叶黄素含量为10%的微囊粉，在油相中分别添加油溶性抗氧化剂混合生育酚、迷迭香提取物和抗坏血酸棕榈酸酯，质量分数均为1%，40℃放置稳定性评价结果如图3所示。

 由图3可知，相同评价期内，添加迷迭香提取物的叶黄素微囊粉含量保留率最高，稳定性最好，添加抗坏血酸棕榈酸酯的叶黄素微囊粉稳定性最差，选择迷迭香提取物作为配方中的油溶性抗氧化剂。

2.1.4壁材与填充剂的比例对稳定性的影响

  壁材阿拉伯胶属于天然高分子糖类聚合物，具有网状结构，可以将叶黄素包裹于其网状结构中，从而起到保护作用和乳化作用，但网状结构还有很多孔隙，氧气仍然能通过孔隙进入结构内部使叶黄素氧化降解，选择与其亲和性较高的小分子糖类物质作为填充剂，使膜状结构更紧密，从而提高产品的稳定性。为了确定阿拉伯胶和蔗糖的最佳比例，配方中添加1%的低聚原花青素和1%的迷迭香提取物，固形物含量30%，60 M Pa高压均质2次，进风温度170℃条件下喷雾干燥，制备10%的叶黄素微囊粉，将产品于40℃条件下放置1d，测定其含量保留率，结果如图4所示。

 由图4可以看出，阿拉伯胶与蔗糖的质量比大于1时的稳定性好于质量比小于1的稳定性，说明在包埋作用上起主导作用的是阿拉伯胶。试验的最佳质量比是2:1，此时含量保留率为96.5%，从趋势上看，阿拉伯胶与蔗糖比例在2:1与1.5：1之间可能有更佳的比例。选择1.9：1，1.8：1，1.7：1和1.6：1进行细化试验，结果如图5所示。

 由图5可以看出，阿拉伯胶和蔗糖的比例细化后，稳定性得到进一步提高，试验的最佳比例是1.8：1，产品40℃条件下放置1 d含量保留率达98.5%。阿拉伯胶与蔗糖达到最佳比例时，蔗糖正好将阿拉伯胶的孔隙结构填充严实，蔗糖添加量继续增加，并不能提高包埋率，反而由于相应减少了阿拉伯胶的添加量导致包埋率下降。

2.2均质工艺优化

  乳化是制备微胶囊产品的一个关键步骤，当油相分散于水相中，经均质形成的乳状液具备足够好的稳定性是制备微胶囊产品的必需条件。采用辛烯基琥珀酸淀粉酯制备O/W型乳状液，乳状液经均质后，体系中的辛烯基琥珀酸淀粉酯快速迁移到新形成的油滴表面以降低界面张力，形成稳定的乳状液，乳状液液滴的粒径是反映乳状液稳定性的一个重要参数，根据斯托克斯沉降公式，乳状液液滴上浮（油相密度小于水）的速度与液滴粒径的二次方成正比，因此粒径分布均-且平均粒径小有利于乳状液的稳定并阻止液滴在均质后发生聚结。而且微囊粉在水中的溶解性与其微囊的粒径密切相关，粒径小于100 nm时，水分散液才能呈现透明的状态。均质参数主要考察均质压力和均质次数。

2.2.1均质压力

 用选择好的配方制备油相和水相，固形物含量为30%，两相混合后进行均质，均质次数为2次，均质压力分别选择30，60，90和120 M Pa，测定乳液粒径和喷雾干燥所得微囊粉在水中的溶解时间，肉眼观察水溶液的状态，结果如表1所示。

 由表1可知，均质压力的大小对乳状液粒径和微囊粉的水溶性有较大影响，乳液粒径随着均质压力的增加而减小，压力达到90 M Pa时，乳液粒径减小至100 nm以下，水分散液澄清透明，当压力进一步增加时，对乳液粒径和微胶囊的水溶性影响较小，故均质选择90 M Pa。

2.2.2均质次数

  用选择好的配方制备油相和水相，固形物含量为30%，两相混合后进行均质，均质压力为90 M Pa，均质次数分别选择1，2，3和4次，考察乳液粒径与均质次数的关系，结果如表2所示。

 由表2可以看出，随着均质次数的增加，乳液粒径先减小后增大，均质次数过多时，液滴容易破乳聚合，均质2次和3次对微胶囊化效果影响不大，故选择均质2次。

  喷雾造粒主要工艺参数为进料流量、进料温度、进风温度、出风温度和气流压力等。进风温度的高低直接决定着干燥速率和产品的颗粒结构，进风温度太低，液滴表面成膜时间长，干燥不完全，产品含水量高，易结块；进风温度过高会因水分的急剧蒸发导致类似于气球破泡现象，包埋率下降，微胶囊壁上出现小气孔，使壁的结构变得疏松，也会影响到产品的储存稳定性。出风温度由进风温度和进料量控制，在进风温度一定的条件下，进料量大则出风温度低，进料量小则出风温度高。进料温度对料液黏度有较大影响，而料液黏度直接影响到其流动性，喷雾难易程度和产品的粒度分布等，提高进料温度可以降低料液黏度，降低产品的水分含量；但温度过高对叶黄素影响较大，会加速其氧化分解。

 以进风温度、进料流量、气流压力和进料温度为考察因素，以叶黄素微囊粉40℃，相对湿度RH 75%。放置1个月后的含量保留率为考察指标，设计了四因素三水平试验，采用L9(34)正交表进行试验。

 由表3极差R的大小可知，各因素的影响顺序为A>C>B>D，即进风温度>气流压力>进料流量>进料温度，最优组合为A2B2C2D2，即最佳工艺条件为进风温度170℃，气流压力170 k Pa，进料流量400 Ml/h，进料温度50℃。在此条件下进行重复试验3次，所得叶黄素微囊粉在40℃，RH 75%条件下放置10 d的含量保留率为97.8%。

3结论

 最佳配方为：叶黄素晶体( 80%)质量分数12.5%，阿拉伯胶质量分数54.96%，蔗糖质量分数30.54%，低聚原花青素质量分数1%，迷迭香提取物质量分数1%。90 M Pa均质2次；喷雾干燥工艺参数为：进风温度170℃，气流压力170 k Pa，进料流量400 m L/h,进料温度50℃。所得微胶囊产品在40℃，RH 75%条件下放置10 d的含量保留率为97.8%，而叶黄素晶体在相同条件下的含量保留率不到1%，说明微胶囊化显著提高了叶黄素的稳定性；所得微胶囊产品在水中可形成澄清透明的溶液，增强了其在食品领域的应用型。