複合凝聚法製備綠咖啡油微膠囊及其性能

綠咖啡油是從生咖啡豆中提取的油脂，導致其綜合效益偏低；中粒種和小粒種咖啡油中脂肪酸組分分別為亞油酸（46.3%和44.0%）、棕櫚酸（30.2%和31.3%）、油酸（10.6%和12.5%）和硬脂酸（8.0%和5.9%），綠咖啡油具有潤膚和防紫外線輻射作用，已被廣泛用於化妝品工業。由於綠咖啡油中不飽和脂肪酸含量較高，易氧化變質，進而影響其感官和風味品質，氧化酸敗產生的醛酮類揮發性物質亦對人體有害，因此採用微膠囊化包埋綠咖啡油，提高其氧化穩定性尤為必要。

寧夏大學農學院的譚 睿、章 中*和中國熱帶農業科學院香料飲料研究所的董文江*等人通過明膠（gelatin，G）結合3 種多糖阿拉伯膠（gum arabic，GA）、果膠（pectin，P）、羧甲基纖維素鈉（sodium carboxymethyl cellulose，CMC）3 種壁材，採用複合凝聚法製備綠咖啡油微膠囊，通過對微膠囊形態表徵、包埋率、粒徑等進行比較，篩選出包埋綠咖啡油的最適壁材。本研究通過製備出性能優良的綠咖啡油微膠囊，以期為綠咖啡油的高值化利用提供理論依據和技術支撐。

圖1所示即為明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉不同比例下的pH值濁度曲線。在滴定開始階段，濁度值幾乎為0，溶液呈現均一、透明外觀，這是因為明膠與陰離子多糖均帶負電，相互之間的靜電排斥力使得體系沒有復聚物產生，該階段被稱為分離的相行為。隨著pH值的緩慢下降，少量的可溶性復聚物產生，溶液開始略微泛白，體系濁度開始緩慢上升，開始形成可溶性複合物。當pH值繼續下降時，形成的可溶性複合物發生了結構間的重排，形成相對緊密的結構，即不可溶性複合物，此時，濁度急速上升，溶液逐漸變為不透光的乳白色。濁度的峰值意味著明膠與陰離子多糖之間的靜電相互作用達到了最大值，當濁度跨越峰值，進入下降階段，生物聚合物溶液開始變得透明。明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉的最適pH值分別為4.00、4.23、4.85。

由圖2可知，咖啡油完全被復聚物包裹，復聚物和微膠囊都呈球形，單位表面積下，球狀結構由於具有相對更大的體積，因而這3 種復聚物具有更大的包覆芯材物質的潛能。芯材咖啡油對微膠囊顆粒大小與形狀影響不明顯，但是不同壁材組合對復聚物和微膠囊的顆粒尺寸影響較為明顯，其中明膠/羧甲基纖維素鈉的顆粒最大，明膠/阿拉伯膠次之，明膠/果膠最小，通過使用不同的壁材組合，可以使穩定的輸送系統具有理想的尺寸。已有報導表明，生物聚合物的黏度、分子質量和乳化性能對複合凝聚法製備微膠囊大小具有顯著影響。

由表2可知，明膠結合不同陰離子多糖阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉的不同壁材組合，複合凝聚法製備的微膠囊產率都達到了90%以上，包埋率85%以上，可以得出3 種壁材包埋綠咖啡油都比較適合製備微膠囊，該結果與Yuan Yuan等的研究結果相一致。對微膠囊產品特性進行顯著性分析，得出3 種不同壁材組合製備的微膠囊產率沒有顯著性差異（P＞0.05），其載量、包埋率、壁材利用率具有顯著性差異（P＜0.05）。

粒徑分布結果如圖3所示，明膠/阿拉伯膠、明膠/羧甲基纖維素鈉微膠囊的粒徑呈正態分布並且相對較為狹窄，說明在最佳工藝條件下製備的微膠囊粒徑大小較為均勻，分散性良好。3 種壁材組合製得的微膠囊平均粒徑（D4.3）和徑距如表3所示，平均粒徑不同，明膠/羧甲基纖維素鈉＞明膠/阿拉伯膠＞明膠/果膠，粒徑在60 mm以下。明膠/阿拉伯膠、明膠/羧甲基纖維素鈉具有更低的徑距（1.1左右），而明膠/果膠的徑距最大（1.8），體系粒徑的多分散性更加明顯，更高的跨度值意味著更廣泛的粒子分布。

圖4、5分別表示的是明膠、陰離子多糖及其各自復聚物的紅外光譜圖。從3 種復聚物圖譜中可看出，復聚物的紅外譜圖類似於明膠與陰離子多糖的疊加，但仍有一些吸收峰位置發生了改變。復聚物光譜中明膠代表N－H鍵伸縮振動的3 444 cm－1被移至較低的波數。阿拉伯膠、羧甲基纖維素中代表受氫鍵影響的－OH伸縮振動峰3 413、3 420 cm－1也被移至較低波數，而果膠的3 3 8 9 c m －1升高至3 433 cm－1。這可能是由於明膠和多糖分子構象的改變，以及在凝聚過程中分子間相互作用能量的降低。復聚物中代表C－H拉伸振動的2 930 cm－1左右的峰被移至較高的波數，C－H鍵的這種變化反映了明膠與多糖在複合凝聚形成過程中構象的變化，這是明膠和陰離子聚合物相互作用的又一跡象，新的峰值也被認為是一個指標的蛋白質過量電荷和更高的相互作用。

圖6表示的是咖啡油及明膠/阿拉伯膠、明膠/果膠、明膠/羧甲基纖維素鈉包埋所得的微膠囊紅外譜圖。從圖中可以看出咖啡油微膠囊在波數為2 925、2 854、1 746、1 464、1 377、1 238、1 163、1 099、722 cm－1處與咖啡油的紅外光譜的峰值相近，可以說明微膠囊中含有咖啡油。咖啡油中含有亞油酸，亞油酸中含有兩個雙鍵，由咖啡油的紅外光譜可以看出在波數為3 009 cm－1處有極強的振動峰，這是＝C－H鍵伸縮振動形成的，而在形成的微膠囊產品中沒有看到此波長處的伸縮振動現象，並且咖啡油的羰基峰在1 746 cm－1處減弱，這與已有關於咖啡油的報導一致，表明咖啡油已被包埋。

熱重分析曲線與相應樣品的一階微分曲線如圖8、9所示，在100 ℃左右，由於所有樣品的水分蒸發，顯示吸熱峰，繼續升溫後，樣品開始分解，出現樣品分解的吸熱峰。其中，明膠的熱穩定性最好，質量損失峰值溫度為326 ℃，3 種多糖稍差，其中果膠的熱穩定性最差，在235 ℃達到最大質量損失速率，阿拉伯膠和羧甲基纖維素鈉熱穩定性最高，分別在304 ℃和291 ℃時達到最大質量損失速率，對比壁材與復聚物的微商熱重曲線可以看出，壁材在經過復凝聚後，增加了其熱穩定性，且它們的熱穩定性與壁材本身的熱穩定性相關，明膠/果膠復聚物在226 ℃達到一個質量損失峰值，與單獨果膠在235 ℃達到最大質量損失峰值相符，然而其最大的質量損失峰被延長至328 ℃，與明膠/阿拉伯膠、明膠/羧甲基纖維素鈉復聚物的最大質量損失峰相似，其中熱穩定性最好的復聚物為明膠/羧甲基纖維素鈉，失重峰值溫度達到325 ℃。

本實驗以明膠分別與阿拉伯膠、果膠、羧甲基纖維素鈉3 種陰離子多糖組合為壁材，綠咖啡油為芯材，研究了3 種壁材組合對複合凝聚法微膠囊化綠咖啡油形態、產率、包埋率、粒徑及結構的影響。經光學顯微鏡形態觀察，其空囊及綠咖啡油微膠囊結構完整、形態呈球狀、囊壁明顯、分散均勻；其產率達到90.0%以上，包埋率均達到85.0%以上，但其壁材利用率不同，明膠/果膠最高，為76.6%，都能較好地進行包埋。

通過傅立葉變換紅外光譜對其結構進行分析，證實了明膠與3 種多糖的靜電相互作用，且復凝聚反應只是壁材間的相互作用，芯材未與壁材發生其他化學反應。進一步證明所選擇的技術和所用的材料能夠成功封裝綠咖啡油，從而保證了對萃取物的保護作用。應用二階導數和曲線擬合的方法對明膠及復聚物蛋白質醯胺I帶二級結構進行擬合，結果表明明膠中β-摺疊、無規捲曲、α-螺旋、β-轉角相對含量分別為46.7%、25.4%、8.5%、19.4%，經複合凝聚後，復聚物中β-摺疊、無規捲曲相對含量減少，α-螺旋和β-轉角相對含量增加。

通過熱重分析對復聚物形成的熱穩定性進行分析，證實了壁材熱穩定性與復聚物熱穩定性的相關性，通過對咖啡油進行包埋可以提高其熱穩定性，其中3 種壁材組合的復聚物中明膠/果膠的熱穩定性最差。

本文《複合凝聚法製備綠咖啡油微膠囊及其性能》來源於《食品科學》2020年41卷23期144-152頁，作者：譚睿，申瑾，董文江，章中，龍宇宙，胡榮鎖，陳治華，蔣快樂。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20191128-273。點擊下方閱讀原文即可查看文章相關信息。