石 燕，李如一，王 輝，李 倩，李德俊，涂宗財(cái),2

（1.南昌大學(xué)食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047；2.江西師范大學(xué) 功能有機(jī)小分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022）

月見草油微膠囊的制備及微觀結(jié)構(gòu)分析

石 燕1，李如一1，王 輝1，李 倩1，李德俊1，涂宗財(cái)1,2

（1.南昌大學(xué)食品學(xué)院，食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330047；2.江西師范大學(xué) 功能有機(jī)小分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022）

采用4 種不同的配方通過噴霧干燥技術(shù)制備月見草油微膠囊，并對(duì)4 種配方制備的月見草油微膠囊的表面油含量、包埋率、粒徑及表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：以變性淀粉和麥芽糊精為壁材制備的月見草油微膠囊表面油含量低，包埋率好，粒徑小，顆粒圓，微膠囊表面平整光滑。選用以變性淀粉和麥芽糊精為壁材制備的月見草油微膠囊進(jìn)行脂肪酸組分及含量的測定，發(fā)現(xiàn)微膠囊化對(duì)月見草油的主要功能性成分亞油酸和γ-亞麻油酸的含量基本沒有影響。用N-甲基靛紅酸酐標(biāo)記此配方中的麥芽糊精，通過激光共聚焦掃描顯微鏡進(jìn)行斷層掃描觀察微膠囊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)微膠囊呈球形，單核結(jié)構(gòu)，麥芽糊精在微膠囊壁中均勻分布。

月見草油；微膠囊；性質(zhì)；脂肪酸；微觀結(jié)構(gòu)

月見草作為油料作物，其種子中富含γ-亞麻油酸（γ-linolenic acid，GLA），被廣泛用作營養(yǎng)和藥用補(bǔ)充劑，具有重要的生物活性[1]。月見草種子的含油率為20%～30%，其中γ-亞麻油酸的含量為7%～10%。γ-亞麻油酸在結(jié)構(gòu)上屬于特殊的ω-6系列必需脂肪酸，它是類花生酸的前體物質(zhì)，并對(duì)白細(xì)胞三烯的合成具有抑制作用[2]，研究發(fā)現(xiàn)，γ-亞麻油酸對(duì)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、過敏性濕疹、心血管疾病、乳房疼痛和經(jīng)前期綜合征均有一定的治療作用[3-4]。

近年來對(duì)月見草油的研究越來越多，主要集中在月見草油的提取純化及其功能特性。如Cervera等[5]從月見草油中分離純化出兩種結(jié)構(gòu)性C18不飽和脂肪酸，Montserrat-de la Paz等[6]發(fā)現(xiàn)月見草油能改善纖維肌肉疼痛綜合征。月見草油具有良好的功能特性，但月見草油本身為液體，無法直接添加入普通食品及配方食品中，使得γ-亞麻油酸的功能特性不能被很好地利用，且月見草油中含大量的多不飽和脂肪酸，極易氧化變質(zhì)，保質(zhì)期短[7]。為解決此問題，常采用噴霧干燥技術(shù)對(duì)月見草油進(jìn)行微膠囊化，使液態(tài)的月見草油變?yōu)楣虘B(tài)粉末。高媛媛[8]、熊華[9]等對(duì)月見草油微膠囊的制備進(jìn)行了研究；周德紅等[7]對(duì)月見草油微膠囊粉末油脂在貯存過程中過氧化值的變化進(jìn)行了研究。但均未研究微膠囊化前后月見草油脂肪酸組分的變化及月見草油微膠囊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

目前，微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的研究方法主要是環(huán)境掃描電鏡，但其具有一定的缺陷，如：環(huán)境掃描電鏡易得到微膠囊的表面結(jié)構(gòu)，但對(duì)微膠囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察需進(jìn)行切面處理，會(huì)對(duì)微膠囊造成一定的損傷[10]。采用激光共聚焦掃描顯微鏡（confocal laser scanning microscope，CLSM）可對(duì)樣品進(jìn)行無損傷內(nèi)部結(jié)構(gòu)的觀察，并且利用熒光標(biāo)記技術(shù)對(duì)樣品中的不同組分進(jìn)行標(biāo)記，可清楚地觀察到不同組分在樣品中的分布情況[11-12]。

本實(shí)驗(yàn)選用不同配方通過噴霧干燥技術(shù)制備月見草油微膠囊粉末，對(duì)微膠囊化前后月見草油中的脂肪酸組分及含量進(jìn)行分析，觀察功能性脂肪酸如亞油酸、γ-亞麻油酸等在微膠囊化前后的變化情況；并以N-甲基靛紅酸酐為熒光探針標(biāo)記月見草油微膠囊的壁材麥芽糊精，通過激光共聚焦顯微鏡對(duì)月見草油微膠囊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

變性淀粉（starch octenylsuccinate，OSA） 實(shí)驗(yàn)室自制；酪朊酸鈉（casein sodium，CAS） 美國Sigma公司；乳清蛋白（whey protein，WP） 鄭州明瑞化工產(chǎn)品有限公司；阿拉伯膠（gum arabic，GA） 天津海濱捷成化工有限公司；麥芽糊精（maltodextrin，MD）西王集團(tuán)；月見草油 天津?qū)毿艊H油脂生物工程有限公司；石油醚、無水乙醇、正己烷（均為分析純） 天津市大茂化學(xué)試劑廠；鹽酸（分析純） 西隴化工股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

Nicomp 380 ZLS 美國PPS公司；Quanta200F環(huán)境掃描顯微鏡 美國FEI公司；蔡司710激光掃描共聚焦顯微鏡 德國Zeiss公司；6890N型氣相色譜儀（配FID檢測器） 美國安捷倫公司；GYB60-6S高壓均質(zhì)機(jī) 上海東華均質(zhì)機(jī)有限公司；MDR.P-5型噴霧干燥機(jī) 無錫市現(xiàn)代噴霧干燥設(shè)備有限公司；DGG-9140電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海森信實(shí)驗(yàn)儀器器有限公司；SBH-II循環(huán)水式多用真空泵 鄭州長城科工貿(mào)有限公司；V-1001旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 上海愛郎儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 月見草油微膠囊制備

按照配方（表1）制備月見草油微膠囊。工藝流程為：壁材溶于60 ℃蒸餾水→加入已溶有乳化劑的月見草油→高壓均質(zhì)（壓強(qiáng)30 MPa，溫度60 ℃，均質(zhì)2 次）噴霧干燥（進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度90～95 ℃，進(jìn)料速率15 r/min）→月見草油微膠囊。

表1 制備月見草油微膠囊的基本配方Table1 Basic formulation for microencapusulation of evening primrose oil %

1.3.2 表面油含量和包埋率的測定[13]

稱取月見草油微膠囊2 g（精確到0.000 1 g，m0）于錐形瓶中，用 40 mL石油醚浸提 1 min后，用漏斗過濾，再用25 mL石油醚洗滌濾渣，過濾。用烘干至恒質(zhì)量的平底燒瓶（m1，g）收集濾液，并旋蒸回收濾液中的石油醚，105 ℃烘干至恒質(zhì)量（m2，g）。分別按公式（1）和（2）計(jì)算表面油含量和包埋率。

1.3.3 粒度的測定

將月見草油微膠囊溶于40 ℃溫水中使其形成乳狀液，采用激光粒度儀進(jìn)行濕法測定。

1.3.4 月見草油及其微膠囊中脂肪酸的組成及含量測定[14]

月見草油微膠囊中油脂的提取采用超聲波振蕩破壁提油。稱取5 g左右的微膠囊置于150 mL錐形瓶中，加入50 mL石油醚，超聲振蕩30 min，過濾，再用20 mL的石油醚洗滌濾渣兩次，最后將濾液50 ℃旋蒸回收石油醚得到油脂。

月見草油甲酯化：取2 mg月見草油，溶解于1.5 mL正己烷中，加入40 μL乙酸甲酯混勻，加入100 μL 0.5 mol/L甲醇鈉甲醇溶液混勻，室溫反應(yīng)20 min，置于-20 ℃冰箱10 min后取出加入60 μL草酸，離心以去除沉淀，上清液使用無水硫酸鈉進(jìn)行過濾以吸附水分，用氣相色譜對(duì)濾液進(jìn)行分析。

色譜條件：C P-S i l 8 8熔融石英毛細(xì)管柱（100 m×0.25 mm，0.25 μm）；FID溫度：250 ℃，進(jìn)樣口溫度：250 ℃；程序升溫：45 ℃保持4 min，以13 ℃/min升至175 ℃，保持27 min，然后以4 ℃/min升至215 ℃，保持35 min；載氣：N2，流速：1.8 mL/min；壓力：2.4 kPa；進(jìn)樣量：1.0 μL；不分流。通過樣品圖譜與脂肪酸甲酯標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照，采用面積歸一化法確定脂肪酸的相對(duì)含量。

1.3.5 環(huán)境掃描電鏡觀察微膠囊形態(tài)

取少量月見草油微膠囊撒在黏有導(dǎo)電膠帶的樣品臺(tái)上，并去除多余的微膠囊，放于環(huán)境掃描電鏡的樣品室中，選擇放大倍數(shù)3 000×對(duì)樣品進(jìn)行表面結(jié)構(gòu)的觀察。

1.3.6 激光共聚焦顯微鏡觀察微膠囊的結(jié)構(gòu)

以N-甲基靛紅酸酐標(biāo)記的麥芽糊精為原料制備的月見草油微膠囊。將此月見草油微膠囊樣品平鋪于載玻片上，在405 nm激發(fā)波長下觀察月見草油微膠囊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壁材制備月見草油微膠囊的性質(zhì)分析

高品質(zhì)的微膠囊應(yīng)該具有表面油含量低和包埋率高的特點(diǎn)，這樣壁材才能對(duì)油脂起到良好的保護(hù)作用[15]，可通過測定月見草油微膠囊的性質(zhì)來考察不同壁材對(duì)油脂的保護(hù)效果。由包埋率的計(jì)算公式可知，微膠囊表面油的含量與其包埋率呈負(fù)相關(guān)。由表2可知，OSA-MD（組別1）復(fù)合壁材制備的樣品表面油含量最低，包埋率最高，可達(dá)85.60%；而OSA-MD-WP（組別3）和OSA-MD-GA（組別4）兩種復(fù)合壁材制備的微膠囊表面油含量較高，包埋率均在60%以下。這可能是由于WP和GA具有增稠的作用，使得復(fù)合壁材體系的黏度增大，在乳狀液霧化時(shí)液滴會(huì)受到高壓的作用，被剪切成細(xì)小的液滴，破壞了乳狀液的穩(wěn)定性使被包埋的油脂重新暴露，造成微膠囊的表面油含量增加[16]。對(duì)比4 種樣品的粒徑和分散系數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，以O(shè)SA-MD為壁材制備的樣品粒徑和分散系數(shù)最小。其余3 種樣品在粒徑上均無顯著差異（P＞0.05），在分散系數(shù)上以O(shè)SA-MD-WP為壁材制備的微膠囊分散系數(shù)最大，其余2 種樣品無顯著性差異（P＞0.05）。乳狀液的粒徑大小和穩(wěn)定性對(duì)微膠囊的包埋率具有重要的影響，粒徑小、分散系數(shù)小，說明乳狀液的穩(wěn)定性好，顆粒均一，其微膠囊表面油含量低[17-18]。

表2 不同壁材制備月見草油微膠囊的性質(zhì)比較Table2 Comparison of characteristics of microencapusulated evening primrose oil with different wall materials

2.2 微膠囊化前后月見草油脂肪酸組分的分析

以O(shè)SA-MD為壁材制備月見草油微膠囊，對(duì)微膠囊化前后月見草油的脂肪酸組分及相對(duì)含量進(jìn)行比較（圖1、表3）發(fā)現(xiàn)，微膠囊化后的月見草油脂肪酸組分中多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acid，PUFA）的相對(duì)含量略有下降，單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）的相對(duì)含量基本不變，而飽和脂肪酸（saturated fatty acid，SFA）的相對(duì)含量略有上升。月見草油中的主要功能性成分，亞油酸和γ-亞麻油酸的含量變化不大。這是由于微膠囊的壁材在噴霧干燥過程中能對(duì)油脂起到很好的保護(hù)作用，可以有效地防止不飽和脂肪酸在高溫條件下的氧化[19]。同時(shí)，由表3可知，月見草油中含量最多的多不飽和脂肪酸是亞油酸，其含量高達(dá)50%以上，亞油酸為人體必需脂肪酸，不能在人體內(nèi)合成，只能通過外界食物攝取，亞油酸具有降低膽固醇和血脂、改善高血壓和人體微循環(huán)、預(yù)防心肌梗死等的作用[20]。綜上所述，通過噴霧干燥制備月見草油微膠囊，對(duì)月見草油中脂肪酸組分及相對(duì)含量影響不大，能較好地保持月見草油本身良好的功能性質(zhì)。

圖1 微膠囊化前后月見草油脂肪酸圖譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜的對(duì)照Fig.1 Comparison of evening primrose oil fatty acids before and after spray drying

表3 微膠囊化前后月見草油脂肪酸的相對(duì)含量Table3 Relative amounts of fatty acids in evening primrose oil before and after spray drying

2.3 微膠囊的微觀形態(tài)分析

圖2 4 種復(fù)合壁材制備月見草油微膠囊的表面結(jié)構(gòu)（3 000×）Fig.2 Outer structure of microencapsuled evening primrose oil with different wall materials （3 000×）

使用環(huán)境掃描電鏡可以清晰地觀察微膠囊的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而更加直觀地了解不同壁材制備微膠囊的表面結(jié)構(gòu)及其包埋效果。由圖2可知，4 種壁材制備的月見草油微膠囊均為球形，但以O(shè)SA-MD為壁材制備的微膠囊最圓（圖2a），且表面平整光滑。以O(shè)SA-MD-CAS為壁材制備的微膠囊表面粗糙（圖2b），且有皺褶；以O(shè)SA-MD-WP為壁材制備的微膠囊表面凹陷較多（圖2c）；以O(shè)SA-MD-GA為壁材制備的微膠囊表面同樣存在皺褶且有孔洞（圖2d）。這是因?yàn)閲婌F干燥時(shí)，壁材由于水分的蒸發(fā)快速固化，因此在冷卻過程中無法平復(fù)凹陷和皺褶，嚴(yán)重時(shí)會(huì)形成孔洞[21-22]。且微膠囊表面存在孔洞會(huì)導(dǎo)致微膠囊油脂的損失，進(jìn)而影響其包埋率[23]。4 種配方制備的月見草油微膠囊的表觀形態(tài)與其表面油含量和包埋率的測定結(jié)果一致，以O(shè)SA-MD為壁材制備的月見草油微膠囊表面最平整光滑，其表面油含量最低，包埋率最好。

由圖3a可知，經(jīng)N-甲基靛紅酸酐標(biāo)記的麥芽糊精，在CLSM中發(fā)出藍(lán)色熒光。微膠囊呈球形，為單核結(jié)構(gòu)，這與同樣以碳水化合物為壁材包埋寶石魚油所得到的微膠囊進(jìn)行切面處理經(jīng)環(huán)境掃描電鏡觀察得到的結(jié)構(gòu)一致[24]。由圖3b可知，微膠囊壁材集中區(qū)域（2 μm和 10 μm處）熒光強(qiáng)度比較均勻，說明麥芽糊精均勻地分布于微膠囊的壁材上，芯材中不含有麥芽糊精。麥芽糊精本身無乳化性，但它的高濃度水溶液具有較低的黏度，因此麥芽糊精在壁材中主要起填充和增加強(qiáng)度的作用[25]。這使得麥芽糊精可以在整個(gè)微膠囊壁上均勻分布。

圖3 激光共聚焦顯微鏡觀察N-甲基靛紅酸酐標(biāo)記的月見草油微膠囊結(jié)構(gòu)Fig.3 CLSM image of microcapsuled evening primrose oil with N-Methylisatoic anhydride-labeled wall material

3 結(jié) 論

選用4 種復(fù)合壁材對(duì)月見草油進(jìn)行包埋制備微膠囊，并對(duì)月見草油微膠囊的性質(zhì)及微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。發(fā)現(xiàn)以O(shè)SA-MD為壁材制備的月見草油微膠囊表面油含量最低，包埋率最好；以O(shè)SA-MD-CAS為壁材制備的微膠囊的次之，以O(shè)SA-MD-WP和OSA-MD-GA為壁材制備的微膠囊較差。并且以O(shè)SA-MD為壁材制備的微膠囊乳狀液粒徑小、分散系數(shù)小，說明以O(shè)SA-MD為壁材制備的月見草油微膠囊的乳狀液穩(wěn)定性好，粒徑均一。選用以O(shè)SA-MD為壁材制備的微膠囊進(jìn)行脂肪酸組分及含量的測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：微膠囊化前后月見草油中主要功能性成分，多不飽和脂肪酸亞油酸和γ-亞麻油酸的含量基本沒有變化。通過環(huán)境掃描電鏡對(duì)月見草油微膠囊表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)4 種復(fù)合壁材制備的微膠囊均為球形，且以O(shè)SA-MD為壁材制備的微膠囊結(jié)構(gòu)最好，表面平整光滑，無皺褶，無孔洞，其余3 種壁材制備的微膠囊表面均存在缺陷。以N-甲基靛紅酸酐標(biāo)記月見草油微膠囊壁材中的主要成分麥芽糊精，經(jīng)CLSM進(jìn)行斷層掃描觀察到微膠囊為單核結(jié)構(gòu)，麥芽糊精在整個(gè)微膠囊壁上均勻分布。

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Preparation and Microstructure of Evening Primrose Oil Microcapsules

SHI Yan1, LI Ru-yi1, WANG Hui1, LI Qian1, LI De-jun1, TU Zong-cai1,2
(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, College of Food Science, Nanchang University, Nanchang 330047, China; 2. Key Laboratory of Functional Small Organic Molecule, Ministry of Education, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China)

Spray drying was used to prepare evening primrose oil (EPO) microcapsules for four different formulas. The properties of microcapsules were determined by surface oil content, encapsulation efficiency, microcapsule particle size and surface morphology. The results indicated that EPO microcapsules prepared with wall materials consisting of starch octenylsuccinate (OSA) and maltodextrin (MD) possessed a low surface oil content, high encapsulation eff i ciency, small microcapsule particle size and smooth surface. The analysis of fatty acid composition and contents showed that the major functional components linoleic and γ-linolenic acid had no signif i cant change before and after microencapsulation of EPO with OSA-MD as the wall materials. When MD as one of the wall materials of microcapsules was marked by N-methylisatoic anhydride, the inner structure of EPO microcapsules was observed by confocal laser scanning microscopy. The microcapsules were spheres with a single-core structure and MD was uniformly distributed in the wall.

evening primrose oil; microcapsule; properties; fatty acid; microstructure

TS221

A

1002-6630（2014）21-0005-05

10.7506/spkx1002-6630-201421002

2014-06-30

國家自然科學(xué)基金地區(qū)科學(xué)基金項(xiàng)目（31360390）

石燕（1964—），女，教授，博士，研究方向?yàn)槲⒛z囊技術(shù)在食品中的應(yīng)用。E-mail：shiyan@ncu.edu.cn