kaiyun登陆《食品科学》：武汉轻工大学蔡杰副教授：共封装硒肽和VE微胶囊制备及其理化特性近年来，含有两种或多种活性成分的共包封体系在提高功能性食品的营养价值方面引起了广泛关注。这种共包封体系不仅能够提高活性成分在输送过程中的稳定性，而且满足了人们对营养个性化定制食品的需求。硒肽是一种从天然的植物或微生物分离纯化得到的富硒活性多肽，具有抗氧化、降血压、肝脏保护和免疫调解等活性。VE也是一种必需的脂溶性维生素，作为抗氧化剂和营养剂被应用于食品加工中。随着对硒与VE的深入研究，人们发现两者在营养作用方面具有一定的关联性，主要在抗氧化等生理功能方面具有一定的协同作用。寻找合适的递送体系用于两者的共同包封成为了亟需解决的问题。
武汉轻工大学硒科学与工程现代产业学院的蔡 杰*、方媛，贾继来等以硒肽水溶液作为内水相（W1），VE油溶液作为油相，OSA淀粉溶液作为外水相（W2），通过两步乳化法构建W1/O/W2双重乳液。在此基础上，采用冷冻干燥固化法制备共封装硒肽/VE微胶囊并评估其理化特性（图1）。具体地，考察了两种活性物质（硒肽和VE）以及壁材OSA淀粉添加量对微胶囊包埋率的影响。结合激光粒度仪、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）仪等手段对其结构进行表征分析；进一步通过1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（DPPH）和2,2’-联氮双(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)（ABTS）阳离子自由基清除实验评估了微胶囊的抗氧化活性；采用体外模拟胃肠道消化和电子鼻实验分别着重探究了微胶囊芯层中硒肽的缓释规律和其不愉悦气味的遮掩性能。相关的研究结果为具有两种相反极性（亲脂性和亲水性活性小分子）的共包封提供了一种新策略，并且为富硒固态功能性产品的开发提供了一种新思路。
OSA淀粉和两种活性物质含量对乳液的粒径和电位的影响结果如图2A～C所示。液滴表面均为负电荷，这可能与含有羧基的OSA淀粉有关，并且Zeta电位绝对值随着其含量增加而表现出降低的趋势。少量的OSA淀粉（10%和15%）无法完全包裹油滴，可能会引起并聚等不稳定现象发生，从而导致油滴粒径增大。进一步增加OSA淀粉含量时，乳液的粒径并未发生显著的变化，这可能是由于油滴表面包裹的OSA淀粉达到饱和。硒肽和VE的加入对乳液表面的电位影响较小，Zeta电位在-8～-18 mV区间内变化。当硒肽的添加量从5%增加到30%时，乳液粒径略微从3.62 µm增加到6.86 µm。硒肽添加量增加提高了初乳液的黏度，导致在剪切和超声过程液滴难以被破坏，提高了液滴粒径。相似地，Zhu Qiaomei等的研究结果也表明提高内水相中明胶的浓度，有助于W/O/W乳液的粒径增大。油相中VE添加量的增加（0.5%～2%）对乳液粒径没有明显影响，但过多的VE（4%）导致乳液粒径反而略有上升。进一步评估3 种物质添加量对冷冻干燥后的微胶囊粒径和水分活度影响，结果如图2D～F所示。OSA淀粉和硒肽添加量对微胶囊水分活度的影响相似，水分活度值随其添加量增加整体上在0.30～0.45区间内逐渐降低。然而，当OSA淀粉添加量为30%时，水分活度反而增加，这可能是由于乳液在冷冻干燥过程中不稳定，液滴粒径增大，单位面积需要更多的OSA淀粉含量，从而导致壁材对水的结合能力增强。壁材在高浓度下有利于微胶囊壁更为紧凑，防止了水分进入内部，从而使微胶囊水分活度降低。
如图3所示，OSA淀粉作为水溶性壁材，其含量对油相中的VE的包埋率几乎没有明显的影响，保持在50%左右，而硒肽的包埋率随着OSA淀粉添加量的增加表现出先增加后保持不变的趋势。OSA淀粉作为外水相和油相的界面乳化剂，在浓度较低时所形成的界面膜较薄，这使得内水相容易与外水相接触后逃逸kaiyun体育平台安全，造成多重乳液体系中内水相中的硒肽含量降低，以及所得到的微胶囊中硒肽的包埋率较低。相反，OSA淀粉添加量增加提高了界面膜的厚度，在内水相起到了物理阻隔作用，限制了内水相的逃逸从而有利于硒肽的包封。然而，过多的OSA淀粉游离于外水相中，在高能量的机械搅拌和超声条件下可能与硒肽小分子形成复合物，从而导致内水相中硒肽的包埋率略有降低。随着硒肽和VE的添加量逐渐增加，VE的包埋率几乎保持不变（～50%），而硒肽的包埋率逐渐降低。这可能是由于硒肽作为蛋白质水解物，具有两亲性，过量的硒肽被吸附到油相和内水相界面，中性环境中带正电荷的硒肽与壁材带负电荷的OSA淀粉通过静电相互作用力接触，之后逃逸整个W/O/W乳液体系，导致包埋率降低。
采用光学显微镜和SEM分别观察硒肽/VE共封装的W/O/W乳液和微胶囊的微观形态。图4A、B分别为W/O/W乳液和微胶囊水分散液的光学显微镜图像。部分小液滴位于大液滴内部，参考Florence等分类方法，表明该乳液是典型的B型W/O/W乳液，并且冷冻干燥制备的微胶囊重新分散后表现出相似的现象，液滴粒径约为（13.94±6.58）µm。图4C、D为微胶囊的SEM图。冷冻干燥处理后，得到的微胶囊表面粗糙，囊壁由于冷冻干燥导致部分塌陷，形成了褶皱，但结构紧凑，能够有效减少外界因素（如水分等）进入内部，从而有效降低水分活度（图2），并且对内部两种活性物质具有较好的保护屏障作用。
如图5A所示，未包封两种活性物质的空白微胶囊FTIR图表现出多糖类壁材（OSA淀粉）典型的特征吸收峰：O—H的伸缩振动宽谱带（3300 cm-1）和葡萄糖环骨架中C—O的伸缩振动峰（1147 cm-1和993 cm-1），而在1743 cm-1处尖峰可能归因于葵花籽油中三酯的C＝O伸缩振动。对于硒肽和VE单独的红外光谱图，1578 cm-1和2800～3000 cm-1处的吸收峰分别对应中酰胺II带和脂肪族长碳链中C—H的伸缩振动，而包封后的微胶囊并未出现新的吸收峰。结合包埋率的测定结果可以证实两种活性物质被成功地包埋在微胶囊内部。图5B中空白微胶囊具有两个无定形的宽峰（2θ＝9.2°和20.0°），表现出典型的V型单螺旋结构，而两种活性成分的掺入对其晶体结构无明显影响。
硒肽的热降解过程主要分为3 个阶段：1）第1阶段为25～150 ℃，热损失主要是由于吸附的自由水和结合水挥发；2）第2阶段为150～400 ℃，微胶囊热损失速率快速下降，归因于氨基酸分子链的脱水裂解、脱羧等反应；3）由于脱羧反应的进一步发生，质量损失随着温度升高进一步下降，但相对于第2阶段更为平缓。如图6A所示，微胶囊化后，在277 ℃左右的降解趋势更为平缓，主要是硒肽的氨基酸链裂解，这表明微胶囊能够提高芯材硒肽的热稳定性，而在400 ℃左右的热损失主要归因于多糖壁材葡糖链的断裂。如图6B、C所示，在60 ℃水体系中，微胶囊化前后的硒肽损失率均随着时间的延长（从0～120 min）而升高，但微胶囊化后的硒肽损失率显著低于未封装的硒肽，因此延缓了硒肽热损失速率，起到了一定的保护作用，在120 min后两者损失率几乎相同，约为15%，这可能是由于微胶囊多糖壁材在水溶液中逐渐被溶解kaiyun体育平台安全，微胶囊结构逐步被破坏。而在100 ℃空气体系条件下，硒肽的损失率随着时间延长而增加，在120 min后损失率达（32.8±0.5）%，而微胶囊化后硒肽随着时间延长表现出先增加后几乎保持不变的趋势，在120 min后损失率仅为（15.0±4.2）%，显著低于未封装的硒肽。且硒肽在开始的60 min内损失可能是由于未包封或微胶囊表面少量的硒肽损失所导致，而芯层部分的硒肽几乎不受温度影响。综上，微胶囊对硒肽起到了较好的保护作用，延缓了其在高温下的损失，提高了硒肽的热稳定性。
硒肽和VE两种功能性成分已被证实具有较高的抗氧化活性。比较共封装硒肽和VE的微胶囊和两种功能性成分对DPPH自由基和ABTS阳离子自由基清除能力，用以评估其抗氧化活性（图7）。如图7A所示，硒肽和VE对DPPH自由基清除率分别为93%和31.2%，将其封装于微胶囊后，DPPH自由基清除率为45.50%。微胶囊对DPPH自由基清除能力介于两种活性成分中间。ABTS阳离子自由基清除实验也表现出相似的结果（图7B），三者对ABTS阳离子自由基清除率大小顺序为：VE＞微胶囊＞硒肽。微胶囊化后，两种活性物质仍赋予了体系较高的抗氧化活性。
图8A为不同体系（游离、乳液和微胶囊）下硒肽在模拟胃液中的保留率变化。游离的硒肽在120 min消化后保留率仅为31.92%，显著低于在乳液和微胶囊包封状态下的保留率，分别为70.21%和72.14%。封装状态下的硒肽在前15 min内损失率较高，但30 min后硒肽的损失率基本保持不变，可能是由于少量未被封装的硒肽释放到模拟胃液中所导致，这与微胶囊在60 ℃水体系下热稳定性测试结果一致。酸性条件下，OSA淀粉发生质子化，表面电荷降低，结构更为紧凑，对硒肽的释放起到了屏障作用。而在模拟肠液中（图8B），前30 min内，微胶囊的硒肽损失率迅速升高，而30 min后保留率逐渐趋于平缓。游离的硒肽在120 min内的保留率仅为8%，同样显著低于被封装的硒肽。相比于相同时间内模拟胃液消化阶段，模拟肠液消化阶段微胶囊中的硒肽保留率更低，这表明硒肽被更多的释放到肠液中，有利于的吸收。一方面可能是由于在中性环境下带有羧基的OSA淀粉发生去质子化，表面电荷增加；另一方面归因于脂肪酶解油相，从而导致内水相中的硒肽被释放。因此，进一步评估了模拟肠液消化过程中FFA释放率，结果如图8C所示。在脂肪酶的作用下，油相会分解为和FFA，微胶囊和W/O/W乳液的FFA释放速率随着消化的过程均呈现先增加后趋于平缓趋势。在消化时间为120 min后，W/O/W乳液的FFA释放率为27.6%，低于微胶囊中FFA释放率（40.3%）。微胶囊重新分散在水溶液体系中，多糖壁材逐渐被溶解，由于没有高能量摄入，无法重新吸附在油相和外水相界面，因此相比于W/O/W乳液，微胶囊的油相与脂肪酶接触面积更大，导致更高的脂肪酸释放率。此外，内水相中的硒肽仍然被油相包裹，这与乳液中油相包裹内水相的结构相似，因此微胶囊和乳液体系中的硒肽保留率变化趋势几乎一致。
电子鼻是一种模拟动物嗅觉的气味识别仪器，能够通过特定的传感器获取丰富的气味指纹信息，如W1C（芳香成分和苯）、W5S（氮氧化合物）、W3C（芳香组分和氨类物质）、W5C（氢化合物）、W1S（甲基类物质）、W1W（硫化物）、W2S（醇、醛和酮）、W2W（芳香组分和有机硫化物）和W3S（含长链烷烃物质）。植物中提取的天然硒肽存在令人不愉悦的气味，这使得其在富硒功能食品开发及实际应用中具有一定局限性。因此，进一步采用电子鼻评估微胶囊化对硒肽气味的遮掩能力，相应的气味信息如图9A所示。硒肽样品的气味主要来源于烷烃类物质（W3S）、芳香成分和有机硫化物（W2W）、氮氧化合物（W5S）、硫化物（W1W）。其中，令人不愉悦的气味主要来源于氮氧化合物（W5S）和硫化物（W1W）。而微胶囊化硒肽样品的氮氧化合物（W5S）和硫化物（W1W）的响应值显著降低，表明其令人不愉悦的异味降低，这与人自身嗅觉的感官结果一致。进一步对微胶囊化前后硒肽的挥发性成分进行PCA（图9B）。硒肽样品的PC1与PC2的累计贡献率达到83.1%，表明其能够有效反映样品的主要信息。硒肽样品的气味区域分布较为集中kaiyun体育平台安全，而微胶囊化后硒肽的气味区域分布较为分散，并且两区域无重叠，横坐标距离较大，这表面微胶囊化前后硒肽的挥发性气味具有显著性变化。上述结果证实了微胶囊化能够对硒肽令人不愉悦的气味进行有效遮掩，提高人们对硒肽气味的接受程度。
本研究通过乳化-干燥法构建了具有不同极性的两种活性物质（亲水性硒肽和亲脂性VE）的共封装微胶囊体系。单因素试验结果表明：当OSA淀粉、硒肽和VE添加量分别为15%、5%和0.5%时，所制备的微胶囊的硒肽和VE的包埋率都达到最高。微胶囊在水溶液中具有较好的分散性，并且保留了双重乳液的结构，具有较好的水复溶性。TGA和热稳定性分析结果表明硒肽在微胶囊体系中具有更高的热稳定性，能够抵抗胃阶段的消化，保持乳液的状态并使其耐受低pH值和胃蛋白酶的作用，保持超过70%的硒肽保留率。消化主要发生在模拟肠道阶段，在消化酶作用下，乳液结构被破坏，FFA释放率增加，硒肽保留率逐渐降低，在小肠中逐渐缓释。电子鼻测试结果也证实微胶囊化可以对硒肽自身的异味起到良好的遮掩作用。上述相关研究结论可为硒肽作为硒营养强化剂以及其在多功能食品和特殊膳食品开发提供指导，为强化人们日常膳食中硒元素的供应，满足人们的营养健康需求提供途径。
本文《共封装硒肽和VE微胶囊制备及其理化特性》来源于《食品科学》2024年45卷1期，作者：蔡杰，方媛，贾继来，张碟，丛欣，程水源。DOI：10.7506/spkx0308-079。点击下方 阅读原文即可查看文章相关信息。
实习编辑：武汉轻工大学食品科学与工程学院 冯红；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网。
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