全 文 ：335
王 鑫1 2，王振宇
1
，徐 宁 ，姬昌平 ，吴志光 3，吴 瑕 ，*
(1.
哈尔滨工业大学化工学院，黑龙江哈尔滨 150001;2.
东北农业大学成栋学院，黑龙江哈尔滨 150030;
3.九三粮油工业集团有限公司，黑龙江哈尔滨 150090)
摘 要:用 Plackett－Burman法筛选出影响蓝靛果花色苷中粒度微胶囊包埋率的主要因素，对筛选出的主因素进行最
陡爬坡实验来逼近最佳响应面区域，利用响应面 Box－Behnken 设计对乳化凝胶法制备微胶囊的工艺进行了优化。结
果表明:4 个影响包埋率的主要因素分别为海藻酸钠浓度、芯壁材比例、CaCl2 浓度和 Span80 浓度。通过 Box－Behnken
设计，利用 minitab15 软件进行回归分析，确定制备蓝靛果花色苷微胶囊的最优工艺参数为:海藻酸钠浓度2.94%、芯
壁材比例 1∶2.05、CaCl2 浓度 3.19%、Span80 浓度 6.21%。在优化后的条件下，中粒度微胶囊包埋率可以达到 73.7%。
关键词:蓝靛果，花色苷，微胶囊
Preparation of microcapsules of anthocyanins from Lonicera edulis turcz
WANG Xin1 2，WANG Zhen－yu 1，XU Ning ，JI Chang－ping ，WU Zhi－guang3，WU Xia ，*
(1.
School of Chemical Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China;2.
Chengdong College of Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China;
3.93 Grain and Oil Industry Group，Harbin 150090，China)
Abstract:Using Plackett－Burman method to filter out effects of Lonicera edulis turcz anthocyanins rate of particle
size microencapsulated primary factors，primary factors selected steepest ascent approach the optimal response
surface experimental area，using response surface Box－Behnken design of the emulsion gel microcapsules was
optimized. The results showed that:4 main factors affect the encapsulation efficiency，respectively，the
concentration of sodium alginate，the proportion of cell wall material，CaCl 2 concentration and Span80
concentration.By Box－Behnken design，regression analysis using minitab15 software to determine the anthocyanin
edulis prepared microcapsules optimum parameters were:sodium alginate concentration:2.94%，the proportion of
core and wall material:1 ∶ 2.05，CaCl2 concentration:3.19%，Span80 concentration of 6.21% . In the optimized
conditions，the size microencapsulated can reach 73.7% .
Key words:Lonicera edulis turcz;anthocyanins;microcapsules
中图分类号:TS255.1 文献标识码:B 文 章 编 号:1002－0306(2011)07－0335－04
收稿日期:2011－01－21 * 通讯联系人
作者简介:王鑫(1984－) ，男，硕士，助教，研究方向: 生物活性物质的
功能性。
花色苷是一种安全、无副作用的食品添加剂［1］，
是由花青素与糖以糖苷键结合而成的一类广泛分布
在植物中的类黄酮化合物［2－3］。研究者认为其是最
具有利用价值和应用前景的天然色素，而且具有美
容、养颜、降脂、减肥和抗衰老等重要的生理功能，可
应用于食品、药品、化妆品等领域［4－6］。蓝靛果花色
苷可增强视力，消除眼疲劳，延缓脑神经衰老，并且
对由糖尿病引起的毛细血管病有治疗作用，还可以
改善人体肠道功能［7－8］。但花色苷一般稳定性较差，
特别是脱离原有存在的自然环境后，例如脱坯、打
碎、切片等会使膜破裂，使存在于细胞中不同间隔的
酶与底物混合，而一些酶会水解 C3 上的糖基而使色
素不稳定，因为缺少糖基的查尔酮是不稳定的二酮，
它很容易降解为 2，4，6 －三羟基苯乙醛和安息香
酸［9－10］。而发生在加工过程中和家庭烹调时的各种
反应，会使食品中的花色苷转变为微黄或棕色的色
素而使其大部分变性，因此花色苷的实际应用受到
限制。本文将蓝靛果花色苷进行微胶囊化后，将显
著提高花色苷的稳定性。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
蓝靛果花色苷纯化物 纯度 71%，实验室制备，
吸附树脂纯化;海藻酸钠 分析纯，购自中国医药集
团上海化学试剂公司;壳聚糖 分析纯，购自天津市
津东天正精细化学试剂厂;CaCl2 分析纯，购自天津
天大化学试剂厂;Span80 分析纯，购自上海申宇医
药化工有限公司。
生物倒置显微镜(CK40) 日本OLYMPUS 公司;
1 1
1 1
336
表 3 Plackett－Burman设计实验结果
运行顺序 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
海藻酸钠浓度(%) － 1 － 1 + 1 － 1 + 1 + 1 + 1 + 1 － 1 + 1 － 1 － 1
芯壁材比例 － 1 + 1 + 1 + 1 － 1 + 1 － 1 － 1 － 1 + 1 － 1 + 1
CaCl2 浓度(%) － 1 + 1 － 1 － 1 － 1 + 1 + 1 + 1 + 1 － 1 － 1 + 1
Span80 浓度(%) － 1 + 1 － 1 + 1 － 1 － 1 + 1 + 1 － 1 + 1 + 1 － 1
乳化速度(r /min) － 1 － 1 － 1 + 1 + 1 － 1 － 1 + 1 + 1 + 1 － 1 + 1
油水相比例 － 1 － 1 + 1 － 1 － 1 － 1 + 1 － 1 + 1 + 1 + 1 + 1
Tween80 浓度(%) － 1 － 1 － 1 + 1 + 1 + 1 + 1 － 1 － 1 － 1 + 1 + 1
壳聚糖浓度(%) － 1 + 1 + 1 + 1 + 1 － 1 + 1 － 1 + 1 － 1 － 1 － 1
壳聚糖 pH － 1 － 1 + 1 + 1 － 1 + 1 － 1 + 1 + 1 － 1 + 1 － 1
固化时间(min) － 1 + 1 － 1 － 1 + 1 + 1 － 1 － 1 + 1 + 1 + 1 － 1
成膜时间(min) － 1 + 1 + 1 － 1 + 1 － 1 － 1 + 1 － 1 － 1 + 1 + 1
包埋率(%) 60.3 69.2 67.6 65.4 64.2 71.5 73.6 73.2 64.3 68.4 64.2 66.1
表 4 回归方程检验结果
项目 自由度 平方和 均方和 F P 显著性
模型 4 173.70 43.43 54.22 ＜ 0.0001 ＊＊
海藻酸钠浓度 1 70.08 70.08 87.50 ＜ 0.0001 ＊＊
芯壁材比例 1 5.88 5.88 7.34 0.0302 *
CaCl2 浓度 1 64.40 64.40 80.41 ＜ 0.0001 ＊＊
Span80 浓度 1 33.33 33.33 41.62 0.0003 ＊＊
高速冷冻离心机(TGL－16G) 上海安亭科学仪器厂。
1.2 实验方法
1.2.1 乳化－凝胶法 将芯材均匀、稳定地乳化或悬
浮分散在壁材溶液中，通过壁材的冷却凝固、热凝
聚、盐凝聚以及与带相反电荷聚合物静电络合凝聚
等方式使壁材固化成囊，从而将芯材包埋起来。工
艺流程如下:
花色苷 +海藻酸钠
Span80 +色拉油 →
高速乳匀 + Tween80
12000r /min离心 10min→ CaCl2 →
异丙醇洗涤
壳聚糖乙酸溶液→离心过滤
1.2.2 采用 Plackett－Burman设计筛选影响制备微胶
囊的主要因素 根据制备微胶囊的工艺，选取海藻
酸钠浓度、芯壁材比例、CaCl2 浓度、Span80 浓度、乳
化速度、油水相比例等因素，并对它们进行主要因素
的筛选，如表 1 所示。
表 1 Plackett－Burman实验因素与水平表
因素
水平
－ 1 + 1
海藻酸钠浓度(%) 1 3
芯壁材比例 1∶1 1∶3
CaCl2 浓度(%) 1 3
Span80 浓度(%) 2 6
乳化速度(r /min) 4000 8000
油水相比例 1∶1 1∶3
Tween80 浓度(%) 2 4
壳聚糖浓度(%) 3 6
壳聚糖 pH 5 7
固化时间(min) 30 60
成膜时间(min) 20 40
1.2.3 最陡爬坡实验设计 根据 Plackett－Burman 设
计所筛选的主因素及其正负走势，逼近响应面最大
响应区域。
1.2.4 响应面优化制备微胶囊的工艺参数 响应面
优化中选取最陡爬坡实验最大值为中心点，分别取
上水平和下水平，如表 2 所示。
表 2 响应面实验因素与水平表
因素
下水平
(－1)
零水平
(0)
上水平
(+ 1)
X1 海藻酸钠浓度(%) 2.5 3.0 3.5
X2 芯壁材比例 25 37.5 50
X3 CaCl2 浓度(%) 2 3 4
X4 Span80 浓度(%) 5 6 7
1.2.5 微胶囊包埋率的测定 称取与包埋相同质量
的花色苷溶于相同体积 CaCl2 中，测得吸光值 A1，固
化后，测得固化后 CaCl2 溶液吸光值 A2，则包埋率 B
(%) 的计算公式为:
B =
A1 － A2
A1
× 100%
1.2.6 微胶囊形态的观察 微胶囊的形态通过显微
镜观察，用 E4500Nikon相机拍照。
2 结果与讨论
2.1 乳化－凝胶法制备蓝靛果花色苷中粒度微胶囊
的工艺条件确定
2.1.1 Plackett－Burman 设计筛选出的主要因素 按
照 1.2.2 的实验设计，共有 11 个因素，12 组实验。以
包埋率为考察指标，通过 Design expert 7.0 软件，结果
见表 3。
通过 Plackett－Burman设计筛选了其中影响包埋
率的主要因素。根据表 3 的实验结果，得出回归方
程的检验结果，见表 4。
由表 4 可知:整个模型是极显著的，并且有四个
因素是显著的，其中海藻酸钠浓度、CaCl2 浓度和
Span80 浓度是极显著的，芯壁材比例是显著的。因
此根据 PB设计筛选出的主因素是海藻酸钠浓度、芯
壁材比例、CaCl2 浓度和 Span80 浓度，并且这四个因
素都是与考察指标呈正相关，其他因素从经济效益
角度出发，均选为低水平。
337
2.1.2 最陡爬坡实验设计及结果 按照 Plackett－
Burman 实验得出的结论，由于筛选出的主因素与包
埋率呈正相关，所以最陡爬坡实验按各因素递增顺
序设计，结果见表 5。
表 5 最陡爬坡实验结果
运行
顺序
海藻酸钠
浓度
(%)
芯壁材
比例
CaCl2
浓度
(%)
乳化剂
浓度
(%)
包埋率
(%)
1 3.00 1∶3 3 6 72.4
2 3.10 1∶4 4 7 71.1
3 3.20 1∶5 5 8 68.3
4 3.30 1∶6 6 9 66.9
5 3.40 1∶7 7 10 66.1
根据最陡爬坡实验确定响应面中心点，海藻酸
钠浓度 3.00%，芯壁材比例 1∶3、CaCl2 浓度 3%、乳化
剂浓度 6%。
2.1.3 响应面优化乳化－凝胶法工艺参数的确定
2.1.3.1 回归方程的建立及参数求解 按照 1.2.4 的
实验设计，共有 27 个实验点，其中 24 个析因点，3 个
零点。零点实验进行 3 次，以估计误差。响应面法
以包埋率为响应值，得到表 6 的实验结果。
表 6 响应面实验结果
实验号 X1 X2 X3 X4 Y包埋率(%)
1 0 － 1 0 + 1 71.2
2 － 1 0 + 1 0 66.6
3 － 1 + 1 0 0 67.4
4 0 － 1 + 1 0 73.5
5 0 + 1 0 － 1 71.6
6 0 0 0 0 73.7
7 0 － 1 － 1 0 70.6
8 0 － 1 0 － 1 66.1
9 0 + 1 － 1 0 68.5
10 0 0 + 1 0 74.1
11 － 1 0 － 1 0 69.8
12 + 1 － 1 + 1 0 66.3
13 0 0 + 1 + 1 71.3
14 + 1 + 1 0 0 62.8
15 0 0 － 1 － 1 69.2
16 + 1 0 0 + 1 63.7
17 + 1 0 － 1 0 64.2
18 － 1 － 1 0 0 68.4
19 + 1 0 0 － 1 63.7
20 0 + 1 0 + 1 66.8
21 0 0 － 1 + 1 69.3
22 0 0 0 0 73.6
23 0 0 + 1 － 1 71.1
24 0 + 1 + 1 0 67.3
25 － 1 0 0 + 1 67.4
26 － 1 0 0 － 1 66.3
27 － 1 0 + 1 0 65.1
用Minitab15 软件对表 6 数据进行二次多元回归
拟合，得到包埋率对 X1、X2、X3、X4 的二次多项回归
方程:
Y = 73.8000 － 1.6750X1 － 0.9750X2 + 0.2750X3 +
0.1417X4－5.7792X
2
1 －2.1792X
2
2 －1.4292X
2
3 －2.5292X
2
4 －
0.6250X1X2 + 1.0250X1X3 －0.2750X1X4 －1.0250X2X3 －
2.4750X2X4 + 0.0250X3X4
求解方程得 X1 = 2.94%，X2 = 1 ∶ 2.05，X3 =
3.19%，X4 = 6.21%。即包埋率的最佳参数条件为海
藻酸钠浓度 2.94%、芯壁材比例 1 ∶2.05、CaCl2 浓度
3.19%、Span80 浓度 6.21%。在此条件下理论包埋率
可达 74.12%。为验证 RSA法的可靠性，采用上述最
优条件，其他因素均取为低水平进行包埋实验，实际
测得的包埋率为 73.7%。因此，采用 RSA 法优化得
到的包埋工艺参数准确可靠。
2.1.3.2 交互作用及回归方程的检验 由表 7 可以
看出，芯壁材比例和 Span80 浓度之间有交互作用。
由表 8 可以看出，整个模型的一次项、二次项极显
著，交互项显著。
表 7 回归系数显著性分析
项目 系数 系数标准误 t值 p 显著性
常数项 73.8000 0.7114 103.737 0.000 ＊＊
X1 － 1.6750 0.3557 － 4.709 0.001 ＊＊
X2 － 0.9750 0.3557 － 2.741 0.018 *
X3 0.2750 0.3557 0.773 0.454 －
X4 0.1417 0.3557 0.398 0.697 －
X21 － 5.7792 0.5336 － 10.831 0.000 ＊＊
X22 － 2.1792 0.5336 － 4.084 0.002 ＊＊
X23 － 1.4292 0.5336 － 2.679 0.020 *
X24 － 2.5292 0.5336 － 4.740. 0.000 ＊＊
X1X2 － 0.6250 0.6161 － 1.014 0.330 －
X1X3 1.0250 0.6161 1.664 0.122 －
X1X4 － 0.2750 0.6161 － 0.446 0.663 －
X2X3 － 1.0250 0.6161 － 1.664 0.122 －
X2X4 － 2.4750 0.6161 － 4.017 0.002 ＊＊
X3X4 0.0250 0.6161 0.041 0.968 －
表 8 回归方程检验结果
项目 自由度 平方和 均方 F P 显著性
回归 14 264.350 18.8821 12.44 0.000 ＊＊
线性 4 46.223 11.5558 7.61 0.003 ＊＊
平方 4 183.351 45.8378 30.19 0.000 ＊＊
交互项 6 34.775 5.7958 3.82 0.023 *
残差 12 18.220 1.5183 － － －
失拟项 10 18.080 1.8080 25.83 0.068
纯误差 2 0.140 0.0700 － － －
总计 26 282.570 － － － －
因素之间的交互作用如图 1～图 6 所示，等高线
所呈的形状越接近正圆，代表两个因素之间的交互
作用越弱;椭圆的程度越大，交互作用越强。
图 1 CaCl2 浓度和乳化剂浓度对花色苷
包埋率的响应曲面和等高线图
2.2 微胶囊形态的观察
用显微镜观察微胶囊的形态，见图 7 和图 8。
如图 7 和图 8 所示，乳化－凝胶法制备的中粒度
338
图 2 海藻酸钠浓度和芯壁材比例对花色苷
包埋率的响应曲面和等高线图
图 3 CaCl2 浓度和海藻酸钠浓度对花色苷
包埋率的响应曲面和等高线图
图 4 乳化剂浓度和海藻酸钠浓度对花色苷
包埋率的响应曲面和等高线图
图 5 乳化剂浓度和芯壁材比例对花色苷
包埋率的响应曲面和等高线图
图 6 芯壁材比例和 CaCl2 浓度对花色苷
包埋率的响应曲面和等高线图
微胶囊形成了壳核结构，并且蓝靛果花色苷在整个
微胶囊中的分布均匀。
图 7 微胶囊的显微图像(× 100)
图 8 微胶囊的显微图像(× 400)
3 结论
3.1 制备蓝靛果花色苷微胶囊的最优工艺参数为:
海藻酸钠浓度 2.94%、芯壁材比例 1∶2.05、CaCl2 浓度
3.19%、Span80 浓度 6.21%，乳化－凝胶法的包埋率
可以达到 73.7%。
3.2 乳化－凝胶法制备的中粒度微胶囊形成了壳核
结构，并且蓝靛果花色苷在整个微胶囊中的分布
均匀。
参考文献
［1］任雁，张惟广 .花色素苷的研究进展［J］.中国食品添加剂，
2006，4(3) :71－77.
［2］高锦明 .植物化学［M］.北京:科学出版社，2003:156－164.
［3］唐传核 .天然花色苷类色素的生理功能及应用前景［J］.冷
饮与速冻食品工业，2000，2(11) :21－26.
［4］钟瑞敏 .花色苷结构与稳定性的关系及其应用研究［J］.韶
关学院学报，2001，22(12) :11－13.
［5］霍俊伟 .蓝靛果忍冬生物学特性及种质资源的 RAPD 研
究［D］.东北农业大学，2004.
［6］M Brigita.Comparison of Extracts Prepared from Plant by
Products Using Different Solvents and Extraction Time［J］.Journal
of Food Engineering，2005，71:214－222.
［7］陈岚 .超临界萃取技术及其应用研究［J］.现代食品科技，
2006，22(1) :199－203.
［8］邬元娟 .天然产物有效成分提取新技术探讨［J］.中国食物
与营养，2008，6(2) :30－32.
［9］阎宁环 .黑莓色素超声波提取、纯化及特性研究［D］.江南
大学，2007.
［10］徐金瑞，张名位 .大孔树脂对黑大豆种皮花色苷的纯化
研究［J］.农业机械学报，2006，3(5) :22－24.