琉璃苣油微胶囊的制备、性质与体外模拟消化研究

石 燕 欧阳佰玲 张南海 闫 薇 涂宗财，2*

（1 南昌大学食品科学与技术国家重点实验室 南昌大学食品科学与工程系 南昌330047 2 江西师范大学功能有机小分子教育部重点实验室 南昌330022）

琉璃苣油是由琉璃苣籽通过压榨或低温萃取制得的一种植物油，其不饱和脂肪酸总量高达75%～85%，是天然植物油中γ-亚麻酸（γ-linolenic acid，GLA）含量最高的植物油脂[1]。琉璃苣油广泛用于缓解肠胃问题、咳嗽、伤口的愈合，还可改善女性荷尔蒙健康，缓解女性生理期及更年期的不适[2-3]。琉璃苣油是一种极具营养价值的食用油脂[4]。然而，琉璃苣油中高含量的多不饱和脂肪酸使得其易氧化而导致生理功能降低。另外，其难溶于水，胃肠道吸收率低，限制了琉璃苣油在食品工业中的应用。油脂微胶囊化是目前克服脂质氧化问题并降低营养损失的有效方法。将琉璃苣油微胶囊化可提高琉璃苣油的稳定性，弥补上述不足，在抑制油脂氧化的同时可优化琉璃苣油的原有性能[5]。多种微胶囊化的方法中，喷雾干燥是目前食品工业应用范围最广的一种技术，除成本低廉的优势外，生产过程中还可实现自动化控制，保持产品质量恒定，生产出粒度分布均匀的粉末颗粒[6]。目前，有关琉璃苣油的文献研究主要集中于营养成分分析与功能特效，将其微胶囊化的研究鲜见报道。本文通过喷雾干燥法制备琉璃苣油微胶囊，针对其功能性保护和应用形式展开研究。

微胶囊的功能性质与壁材成分密切相关，选择合适的壁材成分是获得优质性能微胶囊的首要前提。配方1 中的酪蛋白酸钠具有理想的两亲性、成膜性和乳化性[7]，配方2 中的变性淀粉能提高乳状液的增稠稳定和乳化作用，配方3 中的改性阿拉伯胶乳化性能优异[8]。根据前人的研究成果，混合玉米糖浆或麦芽糊精等水解淀粉后可作为低成本功能性脂质包裹材料[9]。本文以琉璃苣油为芯材，选用3 种配方制备琉璃苣油微胶囊，比较它们的理化性质、稳定性及体外模拟释放性能。通过了解琉璃苣微胶囊在不同模拟消化环境下的消化释放行为，为琉璃苣油的营养强化提供科学依据，拓宽琉璃苣油在食品工业的应用范围。

1 材料与方法

1.1 材料

琉璃苣油，吉水县红星天然药用香料油厂；酪蛋白酸钠，明瑞化学公司 （中国河南郑州）；动物明胶、麦芽糊精（DE 16-20），金源生物科技有限公司；玉米糖浆，先卓食品科技股份有限公司；变性淀粉，维尔宝公司（江西宜春）；改性阿拉伯胶，实验室自制[10]；尼罗红、胃蛋白酶和胰蛋白酶，北京索莱宝科技有限公司；其余化学试剂均为国产分析纯级。

1.2 设备与仪器

高速分散器（ULTRA-TURRAX T18），德国IKA 公司；高压均质机，中国上海东华公司；喷雾干燥机（MDR.P-5），无锡市现代喷雾干燥设备有限公司；旋转蒸发仪（RE-52AA），上海亚荣生化仪器厂；电热恒温鼓风干燥箱（DGG-9023A），上海森信实验仪器有限公司；水浴振荡器（THZ-82A），常州荣华仪器制造有限公司；粒度分析仪（Nano 90），英国Malvern 仪器有限公司；环境扫描显微镜（XL-30-E），荷兰Philips 公司；差示扫描量热仪、热重分析仪，美国Perkin Elmer 公司；气相色谱仪（GC 6890N），美国Agilent 公司；倒置荧光显微镜，日本Nikon 公司。

1.3 方法

1.3.1 琉璃苣油微胶囊的制备 按照表1中配方制备琉璃苣油微胶囊。制备流程：将乳化剂加入琉璃苣油中溶解，与已溶解的壁材混匀后分散15 s，高压均质（30 MPa）2 次，喷雾干燥 （入风温度180℃，出风温度90～95 ℃），得到琉璃苣油微胶囊。

表1 琉璃苣油微胶囊配方（%）Table 1 Formulation of borage oil microcapsules（%）

1.3.2 微胶囊包埋率测定 表面油含量测定：称取一定量的微胶囊 （记作m0）置于 200 mL 锥形瓶中，加入40 mL 石油醚浸提1 min，过滤，用恒重的平底烧瓶（m1）收集滤液，重复用25 mL 石油醚浸提1 次，过滤，合并滤液。40 ℃旋转蒸发除去滤液中的石油醚，将烧瓶于105 ℃烘箱中烘干至恒重，称取烧瓶质量（记作m2）[11]。表面油（SO）含量的计算公式：

微胶囊包埋率（EE/%）计算公式：

式中，TO——微胶囊总油含量（g）。

1.3.3 粒度测定 取少量微胶囊溶解于40 ℃温水中，吸取100 μL 复原乳状液稀释至50 mL，用粒度分析仪检测，检测条件：波长633 nm，折射率

1.33，每组样品重复测定3 次，取平均值[9]。

1.3.4 微胶囊水分及溶解度测定 微胶囊水分含量参照GBT 5009.3-2016 中的直接干燥法测定，溶解度的测定参照Hermanto 等的方法[12]。每组样品重复测定3 次，取平均值。

1.3.5 热稳定测试

1.3.5.1 差示量热扫描（DSC）分析 取2 mg 微胶囊样品于铝盒中，用差示量热扫描仪测定微胶囊产品的玻璃态转化温度（Tg）。检测条件：扫描温度-20～220 ℃，扫描速度10 ℃/min，以空铝盒为参照，记录样品的起始温度、峰值温度、终止温度和热焓[13]。

1.3.5.2 热重分析 （TG） 称取5 mg 微胶囊样品于铝盒中，用热重分析仪分析样品。测定条件：氮气流速30 mL/min，升温速率10 ℃/min[14]。

1.3.6 氧化稳定性测试 将微胶囊和未处理琉璃苣油于60 ℃烘箱中储存18 d，每3 d 取样测定过氧化值（POV）和2-硫代巴比妥酸值（TBA）。POV值采用王等[15]的方法测定。TBA 值采用分光光度法测定[16]。

1.3.7 微胶囊表观形态观察 对琉璃苣油微胶囊样品喷金处理后，置环境扫描电镜样品台上吹去多余样品，观察微胶囊产品的表面结构[17]。

1.3.8 体外消化评价 胃肠道模拟消化液的配制根据美国药典中的方法并稍加改动[18]。模拟胃液（SGF）：量取400 mL 蒸馏水，用0.1 mol/L HCl 调节pH 值至1.2，加入5 g 胃蛋白酶溶解后定容500 mL。模拟肠液 （SIF）：向250 mL 蒸馏水中加入KH2PO46.8 g，溶解后用0.1 mol/L NaOH 调节pH值至7.4；用适量蒸馏水溶解5 g 胰蛋白酶，与前面KH2PO4溶液混合，于4 ℃搅拌过夜后用蒸馏水定容500 mL。

体外模拟消化：称取5 g 微胶囊加入50 mL SGF 溶液，于（37±0.5）℃水浴振荡2 h 模拟胃消化。用1 mol/L NaOH 调节pH 值至6.8 使胃蛋白酶失活，加入50 mL SIF 溶液，于相同条件模拟肠消化3 h。

1.3.8.1 微胶囊释放率的测定 释放油脂的提取方法：间隔0.5 h 取混合均匀消化液，将酶灭活，将消化过的样品溶液转入分液漏斗中，加入25 mL正己烷，混合萃取，重复3 次后，合并有机相，55℃旋蒸去除正己烷，用99.9%的氮气除去残留的溶剂，得到消化过程中释放的油脂含量，释放率（OL）根据以下公式计算[19]：

式中，OFD——消化后油脂释放总量（g）；TO——微胶囊总油含量（g）。

1.3.8.2 倒置荧光显微镜（IFM）下微胶囊的释放行为 将20 μL 尼罗红溶液（质量分数为0.01%）加入500 μL 消化液中，暗处反应20 min 后取50 μL 于载玻片上，在倒置荧光显微镜下观察不同配方琉璃苣油微胶囊消化过程中的微观形态变化，物镜放大200 倍[20]。

1.3.8.3 消化前、后琉璃苣油脂肪酸含量的变化参考张兵等[21]的方法对琉璃苣油进行甲酯化，即：分别称取2 mg 琉璃苣原油、提取的消化前微胶囊化琉璃苣油和消化结束后的消化液，溶解于1.5 mL 正己烷中，加入40 μL 乙酸甲酯和100 μL 0.5 mol/L 甲醇钠甲醇溶液混匀，室温反应20 min 后置于-20 ℃冰箱反应10 min，加入草酸60 μL 混合均匀，再加入无水硫酸钠吸附水分，在4 000 r/min下离心后取上清液，使用气相色谱仪分析。

2 结果与讨论

2.1 琉璃苣油微胶囊理化性质分析

由表1可知，与配方2 和配方3 的包埋率相比，配方1 的包埋率相对较高，可能由于明胶形成的膜强度适合，玉米糖浆作为填充剂和基质使油脂表面所形成的微胶囊膜致密而通透性低的缘故。而配方2 和配方3 是采用单纯的碳水化合物为壁材，乳化能力不足，导致产品的微胶囊化包埋效率低于复合壁材的包埋率[22]。3 组琉璃苣油微胶囊的水分含量均低于3%，可满足食品工业中对干燥固体粉末含水量的行业要求。此外，溶解度也是反映微胶囊品质的重要指标，3 组琉璃苣油微胶囊所选壁材均为高水溶性物质，因此均表现出较高的溶解度。配方1 溶解度相对较低，可能是由于明胶和酪蛋白酸钠都是聚电解质蛋白，两者的相互作用导致部分不溶性复合物凝聚层形成[23]。

粒径结果显示，3 组琉璃苣油微胶囊粒径差异较大，其中配方1 的粒径最小，为（264.09±0.16）nm，而配方2 和配方3 的粒径分别为（413.05±0.53），（766.05±0.36）nm，显著大于配方1 的。有研究表明，乳状液的界面张力越小，粒径越小，乳状液体系越稳定[24]。配方1 中的酪蛋白酸钠具有特殊的界面活性，可降低油-水界面张力，维持界面平衡和稳定乳状液，增强乳状液的乳化能力，形成粒径较小且无明显聚结的液滴。而配方2 和配方3 的主要成分为多糖，吸附到水油界面会产生增稠作用，影响水包油乳状液的稳定性，从而引起液滴间的黏连，从而增大液滴的平均粒径。

表2 琉璃苣油微胶囊的理化性质Table 2 Physicochemical properties of microencapsulated borage oil

2.2 琉璃苣油微胶囊稳定性分析

2.2.1 热稳定性 如图1a 所示，通过DSC 曲线可知3 组琉璃苣油微胶囊的玻璃转化温度Tg值依次为102.59，81.33，73.04 ℃，添加麦芽糊精会降低粉末的Tg值，因此配方一制备的微胶囊Tg值明显高于其它两组。3 组微胶囊在室温下储存均能保持稳定的玻璃态，具有良好的热稳定性。如图1b 所示，热重分析结果表明：程序温度到达257.98 ℃之前，琉璃苣油微胶囊质量损失微小，样品展现很好的热稳定性。当温度530 ℃时，失重曲线逐渐趋于平稳，3 组琉璃苣油微胶囊的质量损失分别为76.45%，82.54%和82.60%，说明该阶段微胶囊结构受到严重破坏，分解基本完成。而用配方1 制备的琉璃苣油微胶囊质量损失率最小，热稳定性为3 组中最优。微胶囊化可保护琉璃苣油营养功能性成分，满足应用于食品工业的一般生产条件。

图1 琉璃苣油微胶囊热稳定性分析Fig.1 Thermal stability analysis of borage oil microcapsules

2.2.2 氧化稳定性

图2 琉璃苣油微胶囊加速贮藏期间POV 值（a）和TBA 值（b）的变化Fig.2 Changes in POV （a） and TBA values （b） for microcapsule of borage oil in accelerated storage experiments

2.2.2.1 POV 和TBA 值分析 通过测定油脂中氢过氧化物含量得到的POV 值，评估油脂的氧化程度及初级氧化产物含量。TBA 值反映油脂次级氧化产物含量。由图2a 可知，暴露于空气中的琉璃苣油在贮藏期间POV 值先升高后降低，加速贮藏12 d，POV 达到最高值77.92 meq/kg。TBA 值随贮藏时间的延长而增加。持续的高温环境下，具有高度反应活性的氢过氧化物易分解成自由基并进一步降解成次级氧化产物，使得游离琉璃苣油POV 在贮藏12 d 后开始下降，而TBA 值继续显著增加[25]。贮藏期间，琉璃苣油微胶囊POV 值增长缓慢且始终显著低于游离琉璃苣油的POV 值，贮藏12 d，游离琉璃苣油TBA 值显著高于所有配方制备的微胶囊的TBA 值。所有配方制备的微胶囊中，由配方1 制备的微胶囊的POV 值和TBA值最小，分别为12.15 meq/kg 和7.89 mg/kg，表现出最佳的抗氧化特性。这可能与壁材的抗氧化特性相关，高温下配方1 壁材间发生美拉德反应，所得产物具有一定的抗氧化能力[26]。此外，低含量的表面油也能获得较好的抗氧化能力。加速氧化贮藏试验结果表明，油脂微胶囊化为琉璃苣油提供了有效的屏障保护，提高了油脂的氧化稳定性，从而延长油脂的存放时间。

2.2.2.2 微观结构分析 由图3可知，由3 组配方制备的微胶囊形态均呈完整的规则球形。第0天，由配方1 制备的微胶囊颗粒完整，大小均匀且分散性良好，而由配方2 和配方3 制备的微胶囊则出现不同程度的黏连现象。加速贮藏18 d 后，配方1 制备的微胶囊囊壁因受热而出现少许破裂及孔洞，这可能是在高温环境中，因失水以及囊壁收缩不均匀而造成的囊壁结构破裂[27]。由配方2和配方3 制备的微胶囊出现囊壁塌陷，可能是由于贮藏过程中壁材受热，空气溢出所致。虽然3 组微胶囊表观形态出现轻微损坏，但依旧保持较为完整的球形微胶囊结构。由配方1 制备的微胶囊较配方2 和配方3 表观出色。

图3 琉璃苣油微胶囊环境扫描电镜图Fig.3 Scanning electron micrographs of borage oil microcapsules

2.2.3 体外模拟消化过程释放行为分析

2.2.3.1 体外模拟消化微胶囊芯材释放率分析0～2 h 为模拟胃消化阶段。由图4可知，体外模拟胃消化后，3 组配方芯材油脂释放率依次为37.42%，11.46%和16.74%，SGF 的强酸环境及胃蛋白酶的酶解作用使得配方1 壁材结构完整性受到威胁，而以碳水化合物制备的配方2 和配方3对胃环境表现出较强的抵抗力，导致配方1 制备的微胶囊在胃消化阶段的释放率显著大于配方2和配方3。3～5 h 模拟肠消化过程中，肠液中的胰蛋白酶在碱性环境与胰淀粉酶发生联合效应，进一步水解微胶囊壁材，囊壁结构的瓦解导致芯材琉璃苣油的大量释放[28]。模拟肠消化后3 组微胶囊芯材油脂释放率分别为45.05%，47.88%和44.28%，而微胶囊的模拟消化芯材油脂释放总量分别为82.47%，59.34%和61.02%。芯材油脂主要在肠消化阶段释放，而小肠是人体分解吸收营养物质的主要场所，因此对琉璃苣油的包埋和胃肠道输送是有效的。模拟胃肠道条件下由配方1 制备的微胶囊的高释放率对应油脂的高消化率，因此配方1 较配方2 和配方3 具有较好的胃肠道释放率。

图4 体外模拟消化过程中琉璃苣油微胶囊芯材释放率Fig.4 Release rate of borage oil microcapsules in simulated digestion environment in vitro

2.2.3.2 IFM 分析 琉璃苣油微胶囊在体外模拟消化不同阶段的油脂释放情况如图5所示。图5a为未体外消化的复原乳状液分布图，琉璃苣油微胶囊表面存在少量油脂，表面油被尼罗红标记后微胶囊呈现微弱荧光，微胶囊分布较为分散，结构完整。图5b，经2 h 胃消化阶段后，在pH 值较小的胃酸环境下，壁材初步水解，配方1 的复合壁材中蛋白因水解导致油滴表面的正电荷减少，复原乳状液失去平衡的静电斥力，从而导致絮凝现象发生。配方2 和配方3 也存在部分粘连现象，这可能是由于胃酸环境中，壁材吸收水分出现膨胀，溶解度的增加伴随着琉璃苣油微胶囊结构破裂，部分油脂聚集导致微胶囊颗粒间的粘连。如图5c 所示，微胶囊经过2 h 胃消化+3 h 肠消化后，聚集的油脂多呈球滴状且发出强烈的红色荧光，胃环境下的絮凝现象消失，这说明琉璃苣油微胶囊结构完整性丧失，芯材失去壁材保护释放在肠液中，油滴的界面膜被破坏导致相互间的聚集。倒置荧光显微镜下，配方1 制备的微胶囊芯材油脂释放量最大，视野内红色荧光较另外两组微胶囊更为强烈，表明配方1 较配方2 和配方3 芯材油脂释放率更大。

图5 体外模拟消化过程中琉璃苣油微胶囊的IFM 图Fig.5 IFM images of borage oil microcapsules during simulated gastric-intestinal conditions in vitro

2.2.3.3 脂肪酸组成与含量分析 由表3可知，琉璃苣油中饱和脂肪酸总量为14.6%，单不饱和脂肪酸总含量为17.77%，而多不饱和脂肪酸总含量为61.24%，琉璃苣油微胶囊化后，脂肪酸成分含量无显著性变化，表明喷雾干燥的瞬时高温对琉璃苣油的营养成分不会造成明显影响[29]。不同的脂肪酸消化时间存在差异，饱和脂肪酸通常在进入胃环境10～30 min 内开始被消化分解，其次为单不饱和脂肪酸，最后是多不饱和脂肪酸，因此，体外模拟消化结束后，油脂中的饱和脂肪酸总含量有所下降，而多不饱和脂肪酸总含量相对增加[30]。此外，微胶囊配方成分的差异导致配方1 制备的微胶囊的芯材释放量大于配方2 和配方3。消化结束后，配方1 制备的微胶囊的多不饱和脂肪酸总量略高于其它两组。肠道是人体分解吸收营养成分的主要场所，琉璃苣油微胶囊化可将大部分琉璃苣油控制释放在肠消化阶段，使得功能性营养成分受到保护，从而提高人体吸收营养效率。琉璃苣油微胶囊化是帮助琉璃苣油功能性成分在人体消化系统分解吸收的有效方法。体外模拟消化过程中，由于配方1 制备的微胶囊油脂释放率一直显著高于另外两个配方，芯材消化程度最高，因此，由它制备的微胶囊的体外模拟消化行为在3 组微胶囊中表现最佳。

表3 体外模拟消化前、后的琉璃苣油脂肪酸含量变化Table 3 Changes in fatty acid content of borage oil before and after simulated digestion in vitro

3 结论

本文对制备的3 组琉璃苣油微胶囊进行理化性质、稳定性分析和体外模拟消化行为分析。对比配方2 和配方3，由配方1 制得的微胶囊包埋率高（95.7%），粒径小（264.09 nm），颗粒分布均匀，Tg值最高（102.59 ℃），热重质量损失最小（76.54%），60 ℃下贮藏18 d 后，POV 值 （12.15 meq/kg）和TBA 值（7.89 mg/kg）为3 组微胶囊最低。体外模拟消化试验结果表明，琉璃苣油微胶囊化具有良好的缓释性，有利于人体消化吸收营养成分。消化结束后，配方1 制备的微胶囊芯材释放率为82.47%，显著高于配方2（59.34%）和配方3（61.02%），更适于包埋琉璃苣油，达到功能性油脂胃肠道有效输送的目的。