一種澱粉包埋葉黃素製備微膠囊的方法與流程

2023-10-20 05:54:32 1

本發明涉及葉黃素的包埋，特別是涉及一種澱粉包埋葉黃素製備微膠囊的方法，該方法涉及不同直鏈澱粉含量的澱粉包埋葉黃素以提高其穩定性，達到靶向腸道和緩釋的目的，屬於食品工業領域。

背景技術：

葉黃素(lutein，c40h56o2)是一種廣泛存在於蔬菜、花卉、水果等植物中的天然色素，萬壽菊中含量最多，屬於「類胡蘿蔔類」族物質。葉黃素有多個共軛雙鍵，具有抑制自由基的能力，有抗氧化、抗癌、保護視力和降低心血管疾病發病率等生理活性，近年來被廣泛應用於食品和醫藥工業中。葉黃素水溶性和穩定性差，易受光照、氧氣等環境條件的影響而加速降解，使其應用受到限制。

目前，葉黃素的微膠囊製備主要採用固體體系的微膠囊法和液體體系的乳液法。固體體系的微膠囊法主要以阿拉伯膠‐麥芽糊精(沈玲玲，2012，不同微膠囊化葉黃素理化性質及其應用，江南大學)、聚乙二醇‐聚己內酯和乙二醇雙硬脂酸酯(錢俊，2010，水溶性葉黃素共聚物膠束的製備及穩定性研究，天津科技大學)為載體進行包埋，然後進行噴霧乾燥得到微膠囊產品，存在包埋率低、耗能大和操作繁瑣等問題。液體體系的乳液法是先將葉黃素溶於特定的油相中，協同乳化劑，如明膠‐阿拉伯膠(曾治平，2010，葉黃素的微膠囊製備及其穩定性的研究，華南理工大學)、殼聚糖‐三聚磷酸鈉(沈玲玲，2012，不同微膠囊化葉黃素理化性質及其應用，江南大學)、吐溫(tanetal.,2016,food&function,7(4),2043‐2051；tanetal.,2013,journalofagricultural&foodchemistry,61(34),8175‐84；gutiérrezetal.,2014,colloids&surfacesaphysicochemical&engineeringaspects,442(10),111‐122)、酪蛋白酸鈉(tanetal.,2016,foodchemistry,194,416)和聚乙烯吡咯烷酮(lossoetal.,2005,foodchemistry,92(4),737‐744)等，形成水包油的乳液體系從而達到包埋葉黃素的目的，但葉黃素在油相中溶解度低，乳液不穩定，得到的產品為液體，不方便貯藏和運輸。

中國發明專利2008100173471公開的一種冷水分散型葉黃素微膠囊，以葉黃素粉末為芯材，以改性澱粉與天然膠體組成壁材，並添加適量乳化劑。將上述物質混合，加適量水，加熱攪拌，經過濾、噴霧乾燥製得。該專利是以改性澱粉與天然膠體組成壁材，需要使用多種乳化劑，乳化劑的使用限制了其在食品和藥品領域中應用，且該專利產品製備過程中需經噴霧乾燥，耗能高，經過高溫加熱，不利於葉黃素的保護。

技術實現要素：

本發明目的在於提供一種無需使用乳化劑、成本低廉、操作簡單、耗能低、貯藏運輸方便、葉黃素穩定性高且具有腸道靶向緩釋功能的澱粉包埋葉黃素的方法，是對現有葉黃素微膠囊包埋技術的發展。

本發明的技術方案是先將不同直鏈澱粉含量的澱粉在低於糊化溫度的條件下(50～70℃)吸水膨脹，形成膨脹澱粉，其顆粒表面的直鏈澱粉溢出，與分散在溶劑的葉黃素進行複合，反應一段時間後，在一定條件下重結晶，形成更穩定的結構，離心洗滌，鼓風乾燥得到葉黃素微膠囊產品。本發明以不同直鏈澱粉含量的澱粉為壁材包埋葉黃素，具有工藝簡單、成本低廉、耗能低、貯藏運輸方便、葉黃素穩定性高且腸道靶向緩釋特點。

本發明所得葉黃素微膠囊中葉黃素的含量為2.40～2.54mg/g，高於市場上的葉黃素產品中的葉黃素含量(百合康牌越橘葉黃素天然β‐胡蘿蔔素軟膠囊，2.02mg/g；來益牌葉黃素咀嚼片，2.22mg/g)。而且在三周貯藏穩定性試驗後其葉黃素保留率可達72.1％，在人體腸液條件下釋放率可達87.2％，可達到靶向腸道緩釋的目的，更有利人體對葉黃素的吸收和利用。本發明技術所得葉黃素微膠囊中的葉黃素含量高，穩定性好，靶向腸道緩釋，優於市場上現有的葉黃素產品。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

一種澱粉包埋葉黃素製備微膠囊的方法，包括如下步驟和工藝條件：

(1)葉黃素溶解：將葉黃素溶有機溶劑中，室溫下攪拌，分散均勻；

(2)澱粉膨脹：用蒸餾水配製2～10wt％的澱粉漿液，攪拌混合，於50～70℃恆溫水浴鍋中反應0.5～2h，使澱粉顆粒充分膨脹，直鏈澱粉溢出，形成膨脹澱粉；

(3)混合，包埋：將步驟(1)所得的葉黃素溶液逐滴加入到步驟(2)所得的膨脹澱粉漿液中，攪拌混合，於50～70℃恆溫水浴鍋中反應0.5～4h，使葉黃素能被膨脹澱粉溢出的直鏈澱粉均勻包埋；

(4)重結晶，洗滌，乾燥：將步驟(3)所得混合物冷卻，在4～25℃下重結晶，離心，洗滌，乾燥，所得乾燥粉末即為葉黃素微膠囊。

優選地，所述有機溶劑為乙醇。

優選地，以質量份數計，步驟(1)中葉黃素為1質量份，有機溶劑為1‐5質量份。

優選地，所述澱粉為普通玉米、馬鈴薯或木薯澱粉。

優選地，步驟(3)中，以質量份數計，葉黃素溶液為1份，膨脹澱粉漿液為1‐5份，攪拌速率為100rpm～500rpm。

優選地，所述將步驟(1)所得的葉黃素溶液逐滴加入到步驟(2)所得的膨脹澱粉漿液中的滴加時間控制在10～30min。

優選地，所述重結晶的時間為4～12h。

優選地，所述洗滌溶液為30～70％的乙醇水溶液，洗滌次數為3～5次。

優選地，所述乾燥是鼓風乾燥箱中乾燥，乾燥溫度為35～50℃，乾燥時間為8～24h。

優選地，步驟(4)所得葉黃素微膠囊為淡黃色固體粉末，葉黃素含量為2.40～2.54mg/g；三周貯藏穩定性試驗結果表明，葉黃素標品對照樣在三周貯藏實驗後，葉黃素保留率為32.0％，葉黃素微膠囊中的葉黃素保留率達72.1％。

本發明與現有技術相比，其優點在於：

1)本發明方法所採用的澱粉壁材，來源廣泛，製備簡單。相較於糊化的澱粉，澱粉在低於糊化溫度的條件下吸水膨脹，形成膨脹澱粉，其直鏈澱粉溢出，在溶液中形成內腔疏水而外側親水的單螺旋鏈，這種單螺旋鏈可作為一種主體分子與葉黃素客體分子進行複合，再通過重結晶工藝形成更為穩定的結構，從而達到包埋效果，實現提高葉黃素的穩定性和腸道緩釋的目的。本發明方法具有工藝簡單易行，耗能低，產品便於貯藏和運輸等特點。

2)本方法將葉黃素先溶於溶劑中，使其均勻地分散於膨脹澱粉溶液中，取得了更好的包埋效果。基於葉黃素的油溶性特點，先將葉黃素溶於溶劑，逐滴加入到膨脹澱粉漿液中，並持續攪拌混合，分散均勻的葉黃素更易與膨脹澱粉溢出的直鏈澱粉進行複合，再經過重結晶工藝的處理，從而使葉黃素微膠囊複合物的結構更為穩定，在光和氧的貯存條件下穩定性大大提高。

3)本方法所得澱粉葉黃素微膠囊的葉黃素含量高，包埋效果好。本發明所得葉黃素微膠囊中葉黃素的含量為2.40～2.54mg/g，高於市場上的葉黃素產品中的葉黃素含量(百合康牌越橘葉黃素天然β‐胡蘿蔔素軟膠囊，2.02mg/g；來益牌葉黃素咀嚼片，2.22mg/g)。

4)本發明所得葉黃素微膠囊對葉黃素有明顯穩定保護和腸道靶向緩釋作用。經過三周貯藏穩定性試驗，葉黃素標品對照樣的葉黃素保留率僅為32.0％，而葉黃素微膠囊的葉黃素保留率可達72.1％，穩定性較好。與人體胃液條件(釋放率11.28％)相比，在人體腸液條件下釋放率可達87.2％，釋放效果好，可達到靶向腸道緩釋的目的。而且葉黃素的吸收部位就在人體小腸中，因此澱粉葉黃素微膠囊更有利人體對葉黃素的吸收和利用。

附圖說明

圖1為澱粉葉黃素微膠囊形成機理圖。

圖2為葉黃素標準品和實施例1所得澱粉葉黃素微膠囊產品的貯藏穩定性。

圖3為實施例1所得澱粉葉黃素微膠囊產品在體外模擬胃腸液中釋放規律。

具體實施方式

為了更好的理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明，但本發明要求保護的範圍並不僅僅局限於實施例表述的範圍。

澱粉葉黃素微膠囊的形成原理見圖1，具體如下：澱粉顆粒在低於糊化溫度的條件下吸水膨脹，形成膨脹澱粉，其直鏈澱粉溢出，在溶液中形成內腔疏水而外側親水的單螺旋鏈，這種單螺旋鏈作為一種主體分子與葉黃素客體分子進行複合，再通過重結晶形成了更為穩定的結構，附著在澱粉顆粒表面，從而達到包埋效果，實現提高葉黃素的穩定性和腸道緩釋的目的。

實施例中有關測試方法說明如下：

葉黃素微膠囊中葉黃素含量的測定：準確稱取0.01g葉黃素微膠囊，分散在3ml二甲基亞碸中，在458nm下測定吸光值，用二甲基亞碸‐澱粉溶液作為對照。據所測樣品的吸光值，可從標準曲線c＝0.0311a+0.0769(r2＝0.9937；c：葉黃素濃度；a：吸光值)上按照以下公式計算出葉黃素的含量：

x＝c1×3/m0×1000

其中，x：每克微膠囊中葉黃素的含量(mg/g)；

c1：根據標準曲線計算得出的葉黃素濃度(μg/ml)；

m0：包合物質量(g)。

葉黃素微膠囊貯藏穩定性試驗的測定：取1g製得的葉黃素微膠囊置於250ml的廣口透明玻璃瓶中，蓋上蓋子，置於室內散射光下保存，室溫約為33℃。分別於0、3、7、13、21天後，採用上述方法測定葉黃素含量，並計算葉黃素保留率。

葉黃素微膠囊模擬體外消化釋放的測定：

(1)模擬胃液：葉黃素微膠囊(300mg)均勻分散在10mlhcl(ph＝2)中，在37℃下保溫攪拌，分別於20、40、60、80、100、120min取1ml冷凍乾燥後，用上述方法測定葉黃素的含量，並計算葉黃素的釋放率。

(2)模擬腸液：葉黃素微膠囊在腸液中的釋放情況根據englyst法進行測定。方法如下：準確稱取300mg葉黃素微膠囊於50ml帶蓋離心管中，加入10ml乙酸鈉緩衝溶液(ph5.2,0.1m)和5粒玻璃珠，渦旋混勻後，放於37℃恆溫震蕩水浴鍋30min，加入含有豬胰酶和葡萄糖澱粉酶的混合酶5ml，充分渦旋，放於37℃恆溫震蕩水浴鍋中消化，分別於20、40、60、80、100、120min取1ml冷凍乾燥後，用上述方法測定葉黃素的含量，並計算葉黃素的釋放率。

對比實施例1

將1g葉黃素標品置於250ml的廣口透明玻璃瓶中，蓋上蓋子，置於室內散射光下保存，室溫約為33℃。分別於0、3、7、13、21天後，按照上述方法測定葉黃素含量，並計算葉黃素保留率。

經測試，經過三周後，葉黃素降解嚴重，保留率僅為32.0％。

實施例1

普通玉米澱粉葉黃素微膠囊的製備，包括如下步驟：

(1)葉黃素溶解：以質量分數計，將1份質量為20mg的葉黃素標品溶於5份有機溶劑中，室溫下攪拌使之分散均勻，有機溶劑為乙醇；

(2)普通玉米澱粉膨脹：以質量百分比計，用蒸餾水配製4％的普通玉米澱粉漿液，攪拌混合，於55℃恆溫水浴鍋加熱1h，澱粉顆粒膨脹，直鏈澱粉溢出，形成膨脹普通玉米澱粉；

(3)混合，包埋：以質量份數計，將步驟(1)所得的1份葉黃素溶液在30min內逐滴加入到5份步驟(2)所得的膨脹普通玉米澱粉漿液中，攪拌混合，攪拌速率為300rpm，並於55℃恆溫水浴鍋中反應1h，使葉黃素能被膨脹普通玉米澱粉溢出的直鏈澱粉充分均勻包埋；

(4)重結晶，洗滌，乾燥：將步驟(3)中混合物先冷卻至室溫，然後在4℃下重結晶12h，離心，50％乙醇水溶液洗滌3次，轉移至40℃鼓風乾燥箱中乾燥12h，所得乾燥粉末即為普通玉米澱粉葉黃素微膠囊。

經測試，所得的普通玉米澱粉葉黃素微膠囊中的葉黃素含量為2.47mg/g。圖2為葉黃素標準品和實施例1所得澱粉葉黃素微膠囊產品的貯藏穩定性測試情況。由圖中可知，隨著貯藏時間的增加，葉黃素標準品和澱粉葉黃素微膠囊產品的保留率均有所降低，但葉黃素標準品保留率降低幅度更大。且經過三周貯藏穩定性測試後，葉黃素標準品的保留率僅為32.0％，而實施例1所得澱粉葉黃素微膠囊產品的保留率仍可以達到72.1％，說明澱粉葉黃素微膠囊產品對葉黃素的保護作用。

圖3為實施例1所得澱粉葉黃素微膠囊產品在體外模擬胃腸液中釋放情況圖。由圖中可以看出，隨著消化時間的延長，澱粉葉黃素微膠囊產品中的葉黃素逐漸釋放，模擬人體腸液條件下的葉黃素釋放率始終遠遠高於模擬人體胃液條件。且模擬體外消化120min後，澱粉葉黃素微膠囊產品在模擬人體胃液條件中的釋放率為11.28％，釋放率較低，而在模擬人體腸液條件下釋放率可達87.2％，釋放效果較高，人體對葉黃素的吸收在小腸，因此澱粉葉黃素微膠囊產品更有利人體對葉黃素的吸收和利用。

普通玉米澱粉在低於糊化溫度的條件下吸水膨脹，其直鏈澱粉溢出，形成膨脹普通玉米澱粉，其在溶液中形成內腔疏水而外側親水的單螺旋鏈，對葉黃素進行包埋，反應一段時間後可形成每個螺旋由6～8個葡萄糖單元組成的直鏈澱粉葉黃素絡合物，再在一定條件下重結晶，形成更為穩定的結構，達到保護葉黃素和緩釋的效果。

與對比實施例1相比，本方法所得的微膠囊產品中葉黃素的穩定性更高，經過三周貯藏穩定性試驗後的葉黃素保留率為72.1％，是葉黃素標品對照樣保留率的一倍多。主要有以下兩方面原因：一、普通玉米澱粉在低於糊化溫度的條件下吸水膨脹，其直鏈澱粉溢出，形成膨脹普通玉米澱粉，其在溶液中形成內腔疏水而外側親水的單螺旋鏈，對葉黃素進行包埋，反應一段時間後可形成每個螺旋由6～8個葡萄糖單元組成的直鏈澱粉葉黃素絡合物，再在一定條件下重結晶，形成更為穩定的結構，達到保護葉黃素和緩釋的作用；二、本發明先將葉黃素溶解於溶劑中，使油性葉黃素流動性增加，分散均勻的葉黃素更易與普通玉米澱粉溢出的直鏈澱粉進行複合，再經過重結晶的處理，從而使微膠囊複合物的結構更為穩定，抵抗光和氧的能力大大增強，相對於對比實施例1，本發明所得的微膠囊產品中葉黃素的穩定性明顯提高。

與中國發明專利2008100173471公開的一種冷水分散型葉黃素微膠囊相比，本發明不採用任何乳化劑，不會限制其在食品和藥品領域中的應用。本發明僅採用澱粉為壁材，原料來源廣泛，製備簡單，所得澱粉葉黃素微膠囊產品成分簡單。本發明採用的乾燥方法簡單，乾燥溫度不超過70℃，防止了高溫導致的葉黃素降解。本發明製備的澱粉葉黃素微膠囊產品，在人體小腸中釋放效果好，更有利於人體的吸收和利用。通過本發明所得澱粉葉黃素微膠囊產品的外觀、葉黃素含量和貯藏穩定性，以及其在人體胃腸液中的模擬消化釋放情況測試，證明了本發明產品在人體小腸中具有良好的釋放效果。

實施例2

馬鈴薯澱粉葉黃素微膠囊的製備，包括如下步驟：

(1)葉黃素溶解：以質量分數計，將1份質量為20mg的葉黃素標品溶於5份有機溶劑中，室溫下攪拌使之分散均勻；所述有機溶劑為乙醇；

(2)馬鈴薯澱粉膨脹：以質量分數計，用蒸餾水配製6％的馬鈴薯澱粉漿液，攪拌混合，於55℃恆溫水浴鍋反應1h，使澱粉膨脹，直鏈澱粉溢出，形成膨脹馬鈴薯澱粉；

(3)混合，包埋：將步驟(1)所得的1份葉黃素溶液在30min內逐滴加入到3份步驟(2)所得的膨脹馬鈴薯澱粉漿液中，攪拌混合，攪拌速率為200rpm，並於65℃恆溫水浴鍋中反應1h，使葉黃素能被膨脹馬鈴薯澱粉溢出的直鏈澱粉充分、均勻地包埋；

(4)重結晶，洗滌，乾燥：將步驟(3)中混合物冷卻至室溫，4℃下重結晶12h，離心，50％乙醇水溶液洗滌3次，轉移至40℃鼓風乾燥箱中乾燥12h，所得乾燥粉末即為馬鈴薯澱粉葉黃素微膠囊。

經測試，所得的馬鈴薯澱粉葉黃素微膠囊中的葉黃素含量為2.42mg/g。貯藏穩定性實驗和模擬體外釋放實驗結果與實施例1的實驗結果相似。

實施例3

普通玉米澱粉葉黃素微膠囊的製備，包括如下步驟：

(1)葉黃素溶解：以質量分數計，將1份質量為20mg的葉黃素標品溶於5份有機溶劑中，室溫下攪拌使之分散均勻，所述有機溶劑為乙醇；

(2)普通玉米澱粉膨脹：以質量分數計，用蒸餾水配製6％的普通玉米澱粉漿液，攪拌混合，於65℃恆溫水浴鍋反應1h，使澱粉顆粒膨脹，直鏈澱粉溢出，形成膨脹普通玉米澱粉；

(3)混合，包埋：將步驟(1)所得的1份葉黃素溶液在30min內逐滴加入到5份步驟(2)所得的膨脹普通玉米澱粉漿液中，攪拌混合，攪拌速率為300rpm，並於65℃恆溫水浴鍋中反應2h，使葉黃素能被膨脹普通玉米澱粉溢出的直鏈澱粉充分、均勻地包埋；

(4)重結晶，洗滌，乾燥：將步驟(3)中混合物冷卻至室溫，4℃下重結晶12h，離心，50％乙醇水溶液洗滌3次，轉移至40℃鼓風乾燥箱中乾燥12h，所得乾燥粉末即為普通玉米澱粉葉黃素微膠囊。

經測試，所得的普通玉米澱粉葉黃素微膠囊中的葉黃素含量為2.54mg/g。貯藏穩定性實驗和模擬體外釋放實驗結果與實施例1的實驗結果相似。

實施例4

木薯澱粉葉黃素微膠囊的製備，包括如下步驟：

(1)葉黃素溶解：以質量分數計，將1份質量為20mg的葉黃素標品溶於5份有機溶劑中，室溫下攪拌使之分散均勻，所述有機溶劑為乙醇；

(2)木薯澱粉膨脹：以質量分數計，用蒸餾水配製8％的木薯澱粉漿液，攪拌混合，於55℃恆溫水浴鍋反應1h，使澱粉顆粒膨脹，直鏈澱粉溢出，形成膨脹木薯澱粉；

(3)混合，包埋：將步驟(1)所得的1份葉黃素溶液在30min內逐滴加入到3份步驟(2)所得的膨脹木薯澱粉漿液中，攪拌混合，攪拌速率為300rpm，並於65℃恆溫水浴鍋中反應2h，使葉黃素能被膨脹木薯澱粉溢出的直鏈澱粉充分、均勻地包埋；

(4)重結晶，洗滌，乾燥：將步驟(3)中混合物冷卻至室溫，4℃下重結晶12h，離心，50％乙醇水溶液洗滌3次，轉移至40℃鼓風乾燥箱中乾燥12h，所得乾燥粉末即為木薯澱粉葉黃素微膠囊。

經測試，所得的木薯澱粉葉黃素微膠囊中的葉黃素含量為2.43mg/g。貯藏穩定性實驗和模擬體外釋放實驗結果與實施例1的實驗結果相似。