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山核桃油微胶囊技术研究



全 文 :Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2012年第1期
王顺民1,薛正莲1,余建斌2
(1.安徽工程大学生物与化学工程学院,安徽芜湖 241000;
2.宁夏吴凯生物科技有限责任公司,宁夏石嘴山 753202)
摘 要:通过复凝聚法和分子包埋法对山核桃油微胶囊的制备进行了研究。 在复凝聚法中,最佳条件是:海藻酸钠质
量分数为2.5%,壳聚糖质量分数为2.0%,氯化钙质量分数为3.0%,壁材∶心材比例为1∶2,pH为5.0。 在此条件下微胶囊
的包埋率为97.74%。 在分子包埋法中,最佳条件是:超声时间20min,壁材与心材比例为1∶8,超声温度为40℃,超声功
率为320W。 在此条件下微胶囊的效率为66.01%。
关键词:山核桃油,微胶囊,复凝聚法,分子包埋法
Study on the microcapsule technology of walnut oil
WANG Shun-min1,XUE Zheng-lian1,YU Jian-bin2
(1.Biological and Chemical Engineering Institute,Anhui Polytechnic University,Wuhu 241000,China;
2.Ningxia Wu-kai Biological Science and Technology Ltd.,Shizuishan 753202,China)
Abstract:Based on the complex molecular embedding condensed and preparation methods of walnut oil
microcapsules,walnut oil microcapsule preparation were studied. In the complex coacervation method,optimum
conditions were:2.5% sodium alginate concentration,chitosan concentration was 2.0% ,3.0% calcium chloride
concentration , the wall material ∶core material ratio was 1 ∶2 ,pH5.0 , thus the encapsulation efficiency of
microcapsule was up to 97.74% . Molecules embedding method,optimal conditions:ultrasound time for 20
minutes,the wall material and heartwood ratio 1∶8,ultrasonic temperature was 40℃,ultrasonic power was 320W,
the efficiency of microcapsule was 66.01%.
Key words:walnut oil;microcapsule;complex coacervation method;molecular encapsulation method
中图分类号:TS201.1 文献标识码:B 文 章 编 号:1002-0306(2012)01-0268-05
收稿日期:2010-10-25
作者简介:王顺民(1975-),男,在读博士,讲师,研究方向:功能性食品。
基金项目:安徽工程大学青年教师科研资助计划项目(2008rzr006)。
山核桃油中富含高达90%的多种不饱和脂肪酸[1],
具有益智、促进血液循环、保护皮肤、防癌防辐射、抗
衰老、预防心脑血管疾病等作用[2-3]。而且,山核桃油
作为保健食品原料已被应用于婴幼儿食品及各种功
能性食品。但由于山核桃油中不饱和脂肪酸对光、
氧、热等因素较为敏感,易发生氧化、聚合、转位重排
等反应,不利于加工和贮藏。研究多样化的山核桃油
产品,提高油脂的稳定性,是一个亟待解决的问题。
微胶囊技术具有保护活性心材物质、减少外界不良
因素(如光、氧和水等)的影响、控制心材的释放速
度、便于加工和处理等作用。微胶囊技术还可以解决
山核桃油储存和利用过程中的一些不利因素[4-5]。因
此,本文采用两种方法分别对山核桃油进行微胶囊
化技术研究,以期找出山核桃油微胶囊化的最优条
件,为山核桃油的进一步开发利用提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与仪器
山核桃油 产自芜湖市的新鲜山核桃,破碎提
取出山核桃油备用;海藻酸钠、壳聚糖、无水氯化钙、
乙醚、冰乙酸、β-环糊精、氢氧化钠 以上均为分析
纯,购于中国国药集团化学试剂有限公司。
FA1004电子分析天平 赛多利斯科学仪器(北
京)有限公司;PHS-2F型数字pH计 上海精密科学
仪器有限公司;SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 郑
州市上街华科仪器厂;HH-2恒温水浴锅 金坛市杰
瑞尔公司;L-550台式低速大容量离心机 长沙湘仪
离心机有限公司;WF-100高速万能粉碎机 黄骅市
振兴机电仪器厂。
1.2 实验方法
1.2.1 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊 壳
聚糖溶液配制:将一定量的固体壳聚糖加入到一定
量的乙酸溶液中,加入一定量的无水氯化钙,并用
0.2g/mL的NaOH溶液调节壳聚糖溶液pH。
微胶囊的制备:取一定质量分数的海藻酸钠溶
液,将其与核桃油按一定比例混合,用匀浆机匀浆后
用注射器加入到壳聚糖氯化钙溶液中,固化30min,
山核桃油微胶囊技术研究
268
工 艺 技 术 Vol . 33 , No . 01 , 2012
2012年第1期
图2 壳聚糖溶液pH对包埋率的影响
Fig.2 Effect of chitosan pH on embed rates
壳聚糖溶液的pH
4 4.5 5 5.5 6
90
85
80
75
70
65



Re

%)
过滤、洗涤,收集微球,于50℃烘箱中干燥6~8h[6]。包
埋率的测定:准确称取微胶囊化产品m1,置于已称量
为m2的三角瓶中,加入30mL无水乙醚,提取5min。用
已知量为m3的滤纸过滤样品,将三角瓶和滤纸移入
50℃烘箱,20min后取出,置于干燥器中冷却后称量
为m4,So=m1+m2+m3-m4。以石油醚作溶剂,用索氏抽
提法提取6~12h后,在103℃下干燥6h,冷却称量,再
干燥至恒重[6-7]。
通过索氏抽提法提取的微胶囊的油含量G0。包
埋率Re=1- SoG0+So

1.2.2 用分子包埋法对核桃油进行微胶囊化 β-环
糊精溶液的制备:称取一定量的β-环糊精,与蒸馏水
以β-环糊精∶蒸馏水=1∶25的比例混合。然后在100℃
的水浴中溶解,制成溶液。将用无水乙醇溶液溶解好
的核桃油溶液加入已制备好的β-环糊精溶液中,在
超声波装置中超声一定时间,然后在冰箱中静置24h
后,抽滤并用无水乙醇溶液清洗后在50℃烘箱中干
燥4h后称重[8],计算得率。
2 结果与分析
2.1 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊的研究
2.1.1 海藻酸钠质量分数对成型效果的影响 在氯
化钙质量分数2.5%,壳聚糖质量分数1.5%,壳聚糖溶
液的pH为4.5,壁材/心材比值为1∶1.5的条件下,分别采
用质量分数为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的海藻
酸钠溶液进行山核桃油微胶囊包埋,考察海藻酸钠质
量分数对成型效果的影响,结果见表1。由表1可知:随
着质量分数的提高,微胶囊成型效果逐渐提高。原因
在于海藻酸钠质量分数太低时,壳聚糖海藻酸钠聚电
解质膜过薄,形成的微胶囊机械强度低,不能有效地
对心材进行包埋;然而,海藻酸钠质量分数过高时,钻
孔时需很大压力,体系粘度大,挤出困难且挤出后易
变形。由实验可知,海藻酸钠最佳的质量分数为2.5%。
2.1.2 氯化钙质量分数对成型效果的影响 在海藻
酸钠质量分数2.5%,壳聚糖质量分数1.5%,壳聚糖溶
液的pH为4.5,壁材/心材比值为1∶1.5的条件下,分别
采用质量分数为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的氯
化钙溶液进行微胶囊包埋,考察氯化钙质量分数对
成型效果的影响,结果见表2。由表2可知,随着氯化
钙溶液质量分数增加,微胶囊产品成型效果也逐渐
变好。但氯化钙质量分数过高时,所得的微胶囊产品
粒径增大、囊壁变厚、成型不好。因此选择氯化钙质
量分数为2.0%~3.0%。
2.1.3 壳聚糖质量分数对微胶囊包埋率的影响 在
氯化钙质量分数2.5%,海藻酸钠质量分数2.5%,壳聚
糖溶液的pH为4.5,壁材/心材比值为1∶1.5的条件下,
分别采用质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%
的壳聚糖溶液进行微胶囊包埋,考察壳聚糖质量分
数对微胶囊包埋率的影响,结果见图1。由图1可以看
出,随着壳聚糖质量分数的增大,包埋率也随着提
高,但壳聚糖质量分数超过2.0%时,包埋率反而有所
下降。其原因可能是由于壳聚糖在微胶囊表面复合
形成聚电解质半透膜,限制心材从微胶囊到水相的
扩散,提高心材的包埋率,但同时壳聚糖会粘附在微
胶囊表面,增加了微胶囊的质量,从而减少了心材在
微胶囊中的质量比率,导致包埋率下降。因此,选择
壳聚糖质量分数2.0%为宜。
2.1.4 壳聚糖溶液pH对包埋率的影响 在氯化钙质
量分数2.5%,海藻酸钠质量分数2.5%,壳聚糖质量分
数1.5%,壁材/心材比值为1∶1.5的条件下,分别采用pH
为4.0、4.5、5.0、5.5和6.0的壳聚糖溶液进行微胶囊包
埋,考察pH对包埋率的影响,结果见图2。由图2可以看
出,随着壳聚糖溶液pH的增大,包埋率也随着提高,但
壳聚糖溶液pH超过5.0时,包埋率反而有所下降。其原
因可能是随着pH的增高,壳聚糖的成膜性能下降,它
表1 不同质量分数的海藻酸钠对应的微胶囊成型效果
Table 1 Effect of sodium alginate concentration
on micro-encapsulation formed
海藻酸钠(%) 微胶囊成型效果
1.0 颗粒变扁,无型
1.5 颗粒完整,但产品内凹严重,外表不够光泽
2.0 颗粒完整,大小均匀,但产品有些内凹,外表不
够光泽
2.5 颗粒完整,大小均匀,外表光泽
3.0 颗粒完整,但大小不均匀,外表比较光泽
表2 不同氯化钙质量分数对应的微胶囊成型效果
Table 2 Effect of calcium chloride concentration
on micro-encapsulation formed
氯化钙(%) 成型效果
1.0 可以成型,但微胶囊柔软,颜色非常浅
1.5 可以成型,但微胶囊柔软,颜色较浅
2.0 成型效果好,胶囊呈乳白色,大小较均匀
2.5 成型效果好,胶囊呈乳白色,大小较均匀,外表光滑
3.0 成型效果好,胶囊呈乳白色,但胶囊较大
图1 壳聚糖质量分数对包埋率的影响
Fig.1 Effect of chitosan concentration on embed rates
壳聚糖质量分数(%)
0.5 1 1.5 2 2.5
90
85
80
75
70



Re

%)
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Science and Technology of Food Industry 工 艺 技 术
2012年第1期
与海藻酸钠发生聚合反应后不能将油进行包埋。
2.1.5 壁材与心材质量比对包埋率的影响 在氯化
钙质量分数2.5%,海藻酸钠质量分数2.5%,壳聚糖质
量分数1.5%,壳聚糖溶液的pH为4.5的条件下,采用壁
材/心材的质量比为1∶1、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5和1∶3.0,进行山
核桃油微胶囊包埋,考察壁材与心材质量比对包埋率
的影响,结果见图3。由图3可以看出,随着壁材∶心材比
值的增大,包埋率也增大,但当壁材∶心材比值大于1∶2
时,包埋率却在减小。原因可能是心材质量过大时,壁
材显得太薄不能很好地包裹心材,使包埋率下降。
2.1.6 正交设计实验结果分析 根据以上单因素实
验结果,采用L9(33)正交实验以氯化钙质量分数、壳
聚糖质量分数、pH影响因子作为考察因素,并以微胶
囊包埋率为指标来确定最佳工艺条件。因素水平及
正交实验结果分析详见表3和表4。
从表4的正交实验结果可以看出:影响海藻酸
钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊包埋率的因素主次
顺序是:壳聚糖溶液pH、CaCl2质量分数、壳聚糖质量
分数。经极差分析可知:最优组合为A3B2C2,即海藻酸
钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊的最佳条件是:海藻
酸钠质量分数为2.5%,壳聚糖质量分数为2.0%,氯化
钙质量分数为3.0%,壁材∶心材质量比为1∶2,pH为
5.0,在此条件下微胶囊的包埋率为97.74%。
2.2 分子包埋法制备山核桃油微胶囊的研究
2.2.1 壁材与心材比对微胶囊得率的影响 在40℃
下,时间为30min,功率为240W的条件下,分别采用
壁材与心材比为1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的条件进行分
子包埋法制备山核桃油微胶囊的研究,考察壁材与
心材比对微胶囊得率的影响,结果见图4。由图4可
知,随着壁材∶心材比值的增大,得率也增大,但当壁
材∶心材比值大于1∶6时,得率却在减小。因β-环糊精
是由7个葡萄糖残基构成的环状分子,β-环糊精分子
的内腔为疏水性,而亲水的羟基分布在β-环糊精分
子的上下端面上。具备疏水基的外来分子在外力的
作用下,就会靠疏水基间的亲和力与之结合。因此,
β-环糊精络合心材的量是有限的,在最大络合山核
桃油量以内,随着油量的增加,得率增加。当β-环糊
精分子内腔被山核桃油分子完全占领后,增加山核
桃油的量,得率会逐渐下降。
2.2.2 超声时间对微胶囊得率的影响 在40℃下,
壁材与心材比为1∶6,功率为240W的条件下,分别采
用时间为10、20、30、45、60min的条件制备山核桃油
微胶囊,考察时间对微胶囊得率的影响,结果见图5。
由图5可知,随着时间的延长,得率会增加,20min后
又逐渐减小。说明在超声波处理过程中,随着时间的
图3 壁材与心材比对包埋率的影响
Fig.3 Effect of the ratio of wall material to core material on
embed rates
壁材∶心材
1∶1 1∶1.5 1∶2.0 1∶2.5 1∶3.0
96
94
92
90
88
86
84



Re

%)
表4 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊
正交实验结果及分析
Table 4 Results of orthogonal tests in microcapsulation by
sodium alginate/chitosan encapsulation method
实验号 A B C 包埋率Re(%)
1 1 1 1 94.00
2 1 2 2 96.43
3 1 3 3 95.65
4 2 1 2 96.74
5 2 2 3 95.88
6 2 3 1 94.48
7 3 1 3 96.63
8 3 2 1 96.73
9 3 3 2 97.35
k1 95.36 95.79 95.07
k2 95.70 96.35 96.84
k3 96.90 95.83 96.05
R 1.54 0.56 1.77
图4 壁材与心材比对微胶囊得率的影响
Fig.4 Effect of the ratio of wall material to core material
on the efficiency
壁材∶心材
1∶2 1∶4 1∶6 1∶8 1∶10
68
66
64
62
60
58
56
54



%)表3 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊
正交实验因素水平表
Table 3 Factors and levels of orthogonal tests in microcapsulation
by sodium alginate/chitosan encapsulation method
水平
因 素
A CaCl2(%) B 壳聚糖(%) C pH
1 2.0 1.5 4.5
2 2.5 2.0 5.0
3 3.0 2.5 5.5
图5 超声时间对微胶囊得率的影响
Fig.5 Effect of time of ultrasonic on the efficiency
处理时间(min)
10 20 30 45 60
74
72
70
68
66
64
62



%)
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2012年第1期
延长,山核桃油分子进入β-环糊精分子内的量逐渐
增多,当β-环糊精内腔完全被山核桃油分子占领后,
继续用超声波处理,山核桃油分子可能在超声波外
力的作用下又回到溶液中,因此,得率呈下降趋势。
2.2.3 超声温度对微胶囊得率的影响 在时间为
30min,功率为240W,壁材与心材比为1∶6的条件下,分
别采用温度为20、30、40、50、60℃的条件制备山核桃
油微胶囊,考察温度对微胶囊得率的影响,结果见图
6。由图6可知,当超声温度低于40℃时,随着温度的增
大,微胶囊得率增大。但当超过40℃时,微胶囊随着超
声温度的增大而降低。这可能由于开始时温度低,β-
环糊精的溶解性也较低,当温度升高时,β-环糊精溶
解性增大而使得率增大。由于包埋反应也是放热反
应,因此,当温度达到一定值时,心材中的低沸点成分
容易挥发而影响包埋效果,从而使微胶囊得率下降。
2.2.4 超声功率对微胶囊得率的影响 在40℃,时间
为30min,壁材与心材比为1∶6的条件下,分别采用功
率为200、240、280、320、360W的条件进行微胶囊,考
察超声功率对微胶囊得率的影响,结果见图7。由图7
可知,当超声功率低于280W时,微胶囊得率随着超声
功率的增大而增大;当超声功率高于280W时,得率反
而随着超声功率的增大而减小。在超声波处理过程
中,随着功率的增加,山核桃油分子进入β-环糊精分
子内的量逐渐增多;另一方面,当功率超过一定值时,
山核桃油分子可能在超声波外力的作用下又回到溶
液中。因此,功率超过一定值得率反而呈下降趋势。
2.2.5 正交设计实验结果及分析 根据以上单因素
实验结果,采用L9(34)正交实验以超声时间、壁材∶心
材、超声温度、超声功率作为考察因素,并以微胶囊
得率为指标来确定最佳工艺条件。见因素水平表5及
正交实验结果分析表6。
由表6正交实验结果可以看出:影响分子包埋法
制备山核桃油微胶囊得率的因素主次顺序是:超声
温度、超声时间、壁材与心材比例、超声功率。经极差
分析可知,最优组合为A2B3C2D3,即分子包埋法制备
山核桃油微胶囊的最佳条件是:超声时间20min,壁
材与心材比例为1∶8,超声温度为40℃,超声功率为
320W。在此条件下微胶囊的得率为66.01%。
3 结论
本文采用两种方法对山核桃油微胶囊工艺进行
了研究:海藻酸钠/壳聚糖复凝聚法中,海藻酸钠质量
分数为2.5%,壳聚糖质量分数为2.0%,氯化钙质量分数
为3.0%,壁材∶心材质量比为1∶2,pH为5.0的条件下微胶
囊的包埋率达97.74%。在β-环糊精分子包埋法中,超
声时间20min,壁材与心材比例为1∶8,超声温度为40℃,
超声功率为320W。在此条件下微胶囊的效率为
66.01%。虽然两种方法的原理不同,就本研究来说:复
凝聚方法获得的包埋率比较高,但操作比较复杂。β-
环糊精包埋法操作较简单,而且操作条件易于控制,但
得率相对较低。而对于微胶囊后的山核桃的功能性质
及成分本文未作研究,需要以后进一步的深入研究。
参考文献
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Deficiency and supplementation of PUFA in the diet have similar
effects on the age-associated changes in rat-plasma cholesterol
图6 超声温度对微胶囊得率的影响
Fig.6 Effect of temperature of ultrasonic on the efficiency
超声温度(℃)
20 30 40 50 60
67
66
65
64
63
62
61
60
59



%)
图7 超声功率对微胶囊得率的影响
Fig.7 Effect of power of ultrasonic on the efficiency
超声功率(W)
200 240 280 320 360
68
66
64
62
60
58
56
54



%)
表5 分子包埋法制备山核桃油微胶囊正交实验因素水平表
Table 5 Factors and levels of orthogonal tests in microcapsulation
by molecular encapsulation method
水平
因素
A 超声时间
(min) B 壁材:心材
C 超声温度
(℃)
D 超声功率
(W)
1 10 1∶4 30 240
2 20 1∶6 40 280
3 30 1∶8 50 320
表6 分子包埋法制备山核桃油微胶囊正交实验结果及分析
Table 6 Results of orthogonal tests in microcapsulation by
molecular encapsulation method
实验号 A B C D 得率(%)
1 1 1 1 1 59.79
2 1 2 2 2 65.13
3 1 3 3 3 63.83
4 2 1 2 3 65.76
5 2 2 3 1 65.07
6 2 3 1 2 63.90
7 3 1 3 2 61.28
8 3 2 1 3 61.27
9 3 3 2 1 64.52
k1 62.92 62.28 61.65 63.13
k2 64.91 63.82 65.14 63.44
k3 62.36 64.08 63.39 63.62
R 2.55 1.80 3.74 0.49
(下转第274页)
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RA,所以因素对实验指标影响的主次顺序是D>B>C>
A,即夹带剂无水乙醇的用量对黄酮萃取率的影响最
大,其次是萃取压力和CO2流量,而萃取温度的影响
较小。可以看出,最优水平组合为A3B2C2D2,即萃取温
度45℃、萃取压力30MPa、CO2流量25L/h、夹带剂无水
乙醇的用量2mL/g。
按照最优水平组合的条件进行萃取后得到的麦胚
提取物,经过测定黄酮类物质的萃取率达到0.8029%,
也即每千克小麦胚芽经超临界萃取工艺可以提取黄
酮类物质的量达8.029g,大于正交实验中最大萃取
率。与文献[7]报道的常规醇提工艺比较,超临界萃取
工艺的麦胚黄酮提取率明显高于醇提工艺。
2.2 麦胚黄酮粗提物对菜籽油的抗氧化性实验
2.2.1 麦胚黄酮粗提物的不同添加量与其他抗氧化
物的抗氧化性比较 不同添加量的麦胚黄酮粗提
物、槲皮素、TBHQ分别添加到菜籽油中,对比实验的
油脂过氧化值(POV)的测定结果见图1。由图1可知,
不同添加量麦胚黄酮粗提物对菜籽油的氧化有不同
程度的抑制效果,随麦胚黄酮粗提物的添加量的增
加,其抗氧化能力逐渐增强。
麦胚黄酮粗提物的添加量在0.01%时的抗氧化
效果,比0.02%的常规醇提法的麦胚黄酮粗提物、
TBHQ或槲皮素的抗氧化效果都要稍微弱一些;在添
加量达到0.02%(即2mg/g)时的抗氧化效果,与0.02%
的常规醇提法麦胚黄酮粗提物、槲皮素或TBHQ相比
就具有更强的抗氧化活性。这与超临界工艺低温短
时间萃取有较大关系。
2.2.2 麦胚黄酮粗提物与其他物质的协同抗氧化作
用 由图2可以看出,VC、柠檬酸与麦胚黄酮粗提物
配合使用均具有协同增效作用,其中VC的协同增效
作用比柠檬酸的要大些,而且两者的协同增效作用
均优于麦胚黄酮提取物单独使用时的抗氧化效果。
3 结论
根据实验结果与分析,可以得到如下结论:
麦胚黄酮类物质的超临界萃取的最佳工艺条件
为:萃取温度45℃、萃取压力30MPa、CO2流量25L/h、
夹带剂无水乙醇的用量2mL/g。在该工艺条件下总黄
酮提取率为0.8029%。
使用超临界流体技术萃取得到的麦胚黄酮类物
质的抗氧化效果明显,优于相同加入量的TBHQ或槲
皮素的抗氧化性,也比相同加入量的常规醇提法的
麦胚黄酮粗提物的抗氧化性强些。随着黄酮提取物
的添加量的增加,其抗氧化性增强。而且其具有与VC
或柠檬酸的协同增效抗氧化的作用,其中VC的协同
增效作用较柠檬酸显著。
参考文献
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图1 不同添加量麦胚提取物与其他抗氧化物的抗氧化性比较
Fig.1 Antioxidation comparison of different amount of wheat
embryo extract and other antioxidants
时间(d)
0 1 2 3 4 5
40
30
20
10
0油


PO
V值

m
m
ol
/k
g) 空白0.02%槲皮素
0.02%麦胚黄酮粗提物
0.1%麦胚黄酮粗提物
0.02%常规醇提法麦胚黄酮粗提物
0.02%TBHQ
0.01%麦胚黄酮粗提物
0.04%麦胚黄酮粗提物
0.2%麦胚黄酮粗提物
时间(d)
0 1 2 3 4 5
40
30
20
10
0油


PO
V值

m
m
ol
/k
g) 空白
0.02麦胚黄酮粗提物+柠檬酸
0.02%麦胚黄酮粗提物
0.02%麦胚黄酮粗提物+VC
图2 小麦胚芽提取物与其他物质的协同抗氧化作用
Fig.2 Synergistic anti-oxidative effects of wheat embryo extract
and other antioxidants
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
(上接第271页)
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