克氏原螯虾壳虾青素微胶囊化研究

克氏原螯虾壳虾青素微胶囊化研究

虾青素也被称为“虾黄素”和“虾黄素”。由于其含有较长的共轭双链和饱和-羟基酮，因此具有较强的抗逆性。这是迄今为止发现的最具抗逆性的药物。它的抗逆性可以达到天然土壤。微胶囊化是一种将固体、液体、气体等物质包埋在微小封闭胶囊内的方法目前有关虾青素的研究基本都集中在虾青素提取工艺方面,对虾青素微胶囊包埋技术的研究鲜有报道。本研究应用β-环糊精和阿拉伯胶包埋法将克氏原螯虾壳虾青素制成一种抗氧化缓释微胶囊,并对影响包埋效果的因素进行了详细地探讨,旨在为解决虾青素在食品工业中应用的局限性提供参考。1实验试剂和试剂克氏原螯虾:盱眙龙盛龙虾养殖场;虾青素标准品:美国西格玛投资集团有限公司;多孔淀粉:辽宁立达生物科技有限公司;β-环糊精:国药化学试剂有限公司;麦芽糊精、阿拉伯胶:成都格雷西亚化学技术有限公司;其余试剂均为国产分析纯。1.2tdl-40c溶液用量WF180万能粉碎机:上海光学仪器厂;RE-2000A旋转蒸发器:上海亚荣生化仪器厂;SHA-C恒温水浴振荡器:上海医疗器械厂;TDL-40C低速大容量离心机:上海安亭科学仪器厂;TU-1900紫外-可见分光光度计:北京普析通用仪器有限责任公司;Y92–DN超声波细胞粉碎机:宁波新芝生物科技股份有限公司;T09-1S磁力搅拌器:上海司乐仪器有限公司;GJB60-70高压均质机:常州市均质机械有限公司;LPG-5高速离心喷雾干燥机:常州一步干燥设备有限公司。1.3虾头、尾及壳的制备新鲜螯虾沸水煮制2min后自然冷却,剥除虾仁和内脏,流水洗净虾头、尾及壳,避光、密封于-20℃备用。试验前用万能粉碎机粉碎,过筛后使用。1.3.2超声-丙酮法取一定质量的虾壳粉,加入20倍体积的丙酮溶液浸泡2h,超声处理30min后离心,取上清液,重复3次,混合上清液,于60℃旋转蒸干后用丙酮溶解并定容至10mL1.3.3微胶囊的制备1)水相制备:称取一定量的壁材,加入适量水和0.2%司盘-80混匀,磁力搅拌器恒温搅拌30min;2)油相制备:虾青素丙酮溶液加入大豆油中,混匀,氮气吹除丙酮,加入0.1%的吐温-80,磁力搅拌器搅拌10min3)微胶囊制备:水相置于恒温磁力搅拌器中搅拌(转速1200r/min),缓慢滴加油相,再加适量水调节至合适浓度,高压均质机均质后备用;4)喷雾干燥:混合液在进风温度185℃、出风温度85℃~95℃条件下喷雾干燥,得到虾青素微胶囊粉。1.3.4各因素对微胶囊化效果的影响以壁材种类(多孔淀粉、β-环糊精、麦芽糊精、80%多孔淀粉+20%阿拉伯胶、80%β-环糊精+20%阿拉伯胶、80%麦芽糊精+20%阿拉伯胶),壁材质量浓度(0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35g/mL),虾青素添加质量分数(0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%),搅拌时间(20、30、40、50、60、70、80min),搅拌温度(25、30、35、40、45、50、55℃)为因素,微胶囊包埋率为评价指标,考察各因素对虾青素微胶囊化效果的影响。1.3.5微胶囊化效果评价1.3.5.标准曲线的绘制分别吸取0、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50mL,1.0mg/mL虾青素标准溶液于比色管中,丙酮定容至50mL,混合均匀后在478nm波长下测定吸光度,以虾青素标准溶液浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标,绘制标准曲线。结果表明虾青素在10μg/mL~50μg/mL范围内线性回归方程为y=0.0086x-0.0065,相关系数为0.9995,结果符合朗伯比尔定律,方程可用于虾青素含量的测定。1.3.5.微胶囊表面虾青素含量的测定准确称取0.5g干燥后的虾青素微胶囊粉,加20mL正己烷,反复振荡提取至无色,混合提取液,离心分离后用旋转蒸发仪蒸干,复溶于丙酮,在478nm下测吸光度,根据标准曲线计算微胶囊表面虾青素含量1.3.5.微胶囊的提取与包埋率的测定准确称取0.5g干燥后的虾青素微胶囊粉,加20mL水搅拌成均一体系,再加入20mL丙酮,反复振荡提取至无色,混合提取液,无水硫酸钠脱水,离心分离后用旋转蒸发仪蒸干,复溶于丙酮,在478nm下测吸光度,根据标准曲线计算微胶囊中虾青素总含量,并根据如下公式计算微胶囊包埋率。2结果与分析2.1淀粉与阿拉伯胶复配的微囊化效果壁材种类直接决定了芯材的包埋数量、缓释效果和贮藏稳定性,也影响了成品的溶解性和流动性由图1可知,3种淀粉类壁材(多孔淀粉、β-环糊精和麦芽糊精)单独使用时,多孔淀粉对虾青素的包埋率最低(38.81%),而β-环糊精的包埋率最高(62.88%)。这可能是因为分子量不同造成的。虽然多孔淀粉具有较大比孔容和比表面积,但仍属淀粉,分子量巨大;麦芽糊精是淀粉水解的产物,分子量介于100~5000之间,部分可以达到15000以上;而β-环糊精分子量是三者中最小的,仅为1134.98。单位质量淀粉类壁材溶入水中,β-环糊精分子数量最多,与虾青素形成微胶囊的可能性也最大由图1还可知,3种淀粉与阿拉伯胶复配形成的壁材胶囊化效果均优于单独使用。这主要是因为以β-环糊精、麦芽糊精为代表的淀粉类壁材不但吸水性好、吸油能力强,易干燥,不吸潮,还具有良好的机械强度和热稳定性,分散在水及其它溶剂中能保持明显的结构完整性2.2壁材质量浓度对微胶囊包埋率的影响壁材添加量对微胶囊化效果的影响见图2。由图2可知,当壁材质量浓度为0.05g/mL,微胶囊包埋率仅为13.83%,这主要是因为较少的壁材难以使虾青素完全包埋于其形成的封闭结构中,存在于微胶囊表面的虾青素在喷雾干燥过程容易受到高温影响而失去活性。随着壁材质量浓度的不断增加,包埋率也随之增加。当壁材质量浓度达到0.20g/mL时,微胶囊包埋率达到最大值(80.15%)。这主要是因为壁材浓度的增加,提高了单位体积中壁材和芯材的碰撞机率,加快了微胶囊的凝聚速度;同时,壁材浓度的增加使得溶液黏度增大,而高黏度的凝聚相更有利于其在虾青素表面的铺展,并形成更稳定的微胶囊结构当壁材添加量大于0.20g/mL时,继续增加壁材质量浓度,微胶囊包埋率缓慢下降。这可能是因为当壁材质量浓度为0.20g/mL时,芯材已经基本趋于饱和,如继续增加,过多的壁材通过分子键聚集使得溶液黏度增大,这既降低了壁材和壁芯的扩散速度2.3微胶囊包埋率芯材添加量对微胶囊化效果的影响见图3。由图3可知,当芯材添加质量分数在0.50%~2.50%范围内,虾青素包埋率基本维持在80%左右的高位,变化幅度很小。这主要是因为在此范围内,壁材足量而且浓度适宜,能基本完全包裹虾青素。包埋率出现少许波动可能是由喷雾干燥时水分蒸发量不同造成干燥温度略有差异造成的。当虾青素添加质量分数大于2.50%时,随着虾青素添加量的不断增加,包埋率略有下降,这说明0.2g/mL的β-环糊精+阿拉伯胶混合壁材最适与2.50%的虾青素进行微胶囊化。继续增加虾青素添加量,会造成芯壁比过大,微胶囊囊壁变薄而不稳定由图4可知,在25℃时,虾青素包埋率仅为23.72%,这主要是因为在较低温度下,β-环糊精在水溶液中的溶解度较小,即使有阿拉伯胶的悬浮作用,仍有较多的β-环糊精析出,因此不能提供足够多分子状态的β-环糊精与虾青素相互结合;随着温度的升高,壁材和芯材分子扩散速度增加,虾青素分子与β-环糊精和阿拉伯胶分子碰撞的几率也增大,有利于微胶囊的形成;另外逐渐增加的温度也使得溶液黏度降低,虾青素渗透能力增加,易向β-环糊精内部扩散而形成微胶囊网状结构由图5可知,在短时间内(20min),微胶囊包埋率很低(仅有55.32%)。随着搅拌时间的延长,微胶囊包埋率快速增大,这可能是因为β-环糊精包埋反应主要靠分子产生的空间位阻和水的排斥作用来吸附物质,吸附缓慢且耗时较长,而磁力搅拌能在短时间内使得分子扩散速度快速增加。当搅拌时间达到50min时,虾青素包埋率达到最大值(87.89%),此时β-环糊精包埋反应处于动态平衡状态,芯材洗脱、溶解的逆向反应与吸附、包埋的正向反应基本平衡2.6box-benhnken试验设计及结果对比4种可变因素对包埋率影响的结果可知,在因素的变化范围内,壁材变化量对包埋率的影响最大(极差=66.32%),其次是搅拌温度(极差=64.09%),而搅拌时间对包埋率的影响最小(极差=32.57%)。因此固定搅拌时间为50min,以虾青素包埋率为响应值,采用Box-Benhnken中心组合设计原理对壁材添加量、芯材添加量、搅拌温度3个因素继续优化。因素水平编码见表1,试验方案与结果见表2。采用sas软件对Box-Benhnken试验结果进行回归分析见表3。由方差分析结果(表3)可知,回归方程一次项中X利用sas软件对试验结果进行多元回归拟合,得到虾青素包埋率对X2.6.2微胶囊化发酵剂包埋率低的影响因素分别将模型中X由图6~图8可知各因素的等高线图呈椭圆形,这表面这些因素在较低水平均对包埋率均有促进作用;但较高的水平又不利于微胶囊化生产。由响应曲面图可知,图形上凸,这说明各因素的协同作用明显,即一个因素的增加促进了另一个因素对包埋率的影响。2.6.3试验验证试验由sas软件拟合二次回归模型得出最优条件和最优值,结果见表4。由表4可知,当包埋率最大时,X为验证估算结果与实际情况的吻合程度,进行验证试验,试验结果为92.89%,与估算结果基本符合。因此确定微胶囊化制备最佳工艺条件为壁材添加量0.19g/mL、芯材添加量2.68%、搅拌温度为40.9℃,此条件下虾青素包埋率达到92.89%。3响应面法优化克氏原螯虾壳虾青素微胶囊制备工艺以包埋率为指标,探讨壁材种类、壁材添加量、芯材添加量、搅拌时间、搅拌温度等因素对虾青素微胶囊化效果的影响,并通过Box-Behnke