薄荷醇是一种源自薄荷叶、茎的环状萜烯醇,具有独特的清凉感、怡人香气以及抗炎镇痛等作用,在日化、食品和医药等行业中应用广泛[1]。然而,薄荷醇的低水溶性、高挥发性和热不稳定性导致其在加工与贮存过程中易发生损失,不仅降低了有效成分含量,也直接影响了产品的最终品质[2]。因此,为解决上述问题,采用合适的包封技术以提升薄荷醇的稳定性显得尤为重要。
微胶囊技术是一种高效的包封手段,其原理是通过高分子成膜材料将挥发性或敏感性活性物质包裹,形成具有核壳结构的微米或纳米级颗粒。该技术能有效保护芯材免受光、热、氧等环境因素的影响,显著提升其稳定性;同时,它还能掩盖不良气味、实现可控释放,并提高生物利用度[3]。在多种微囊化方法中,复凝聚法因操作简便、包封效率高、条件温和而备受关注。复凝聚是指2种带相反电荷的聚电解质(如蛋白质与多糖)在特定条件下通过静电相互作用发生相分离,形成凝聚相的过程[4]。以明胶-阿拉伯胶体系为例,明胶(pH低于等电点时带正电)与阿拉伯胶(几乎在全pH范围带负电)在适当pH下发生复凝聚[5],形成凝聚相,从而包埋疏水性芯材。
近年来,微囊化技术在营养健康原料领域正从基础普及向功能升级迭代,其应用已超越简单的保护与掩味,扩展到活性成分稳定、靶向释放及改善生物利用度等更高维度。明胶和阿拉伯胶因其良好的生物降解性、生物相容性、出色的乳化与成膜性能,以及对香气物质良好的保持能力,且来源广泛、价格低廉,成为复凝聚法制备微胶囊常用的壁材组合。研究表明,明胶-阿拉伯胶复凝聚微胶囊具有较高的包封率和良好的缓释效果。例如,王美美[6]采用明胶-阿拉伯胶复凝聚法制备葡萄籽原花青素微胶囊,包封率可达72.94%;陈师昀等[7]利用复凝聚法制备红曲色素微胶囊,包封率可达85.06%;WANG等[8]用复凝聚法制备金枪鱼油微胶囊,包封率可达87.41%。尽管复凝聚法在包埋油脂、益生菌、多酚等方面已有较多报道,但对于薄荷醇等易挥发晶体的系统性包埋与控释研究仍相对不足,尤为关键的是,该体系对薄荷醇的包埋具有天然适配性:明胶与阿拉伯胶形成的致密壳层,阻隔薄荷醇逸散以应对其“高挥发性”;复凝聚条件温和,可避免薄荷醇受热降解,适配其“热不稳定性”。而明胶-阿拉伯胶壁材比例的调控是充分发挥该体系适配性优势的核心,直接影响两者静电相互作用的充分性。因此本研究以明胶和阿拉伯胶为壁材,采用复凝聚法制备薄荷醇缓释微胶囊。探究壁材比例对复凝聚微胶囊成形的影响,探讨包埋结构对稳定性的调控机制,评价微胶囊的包封率、稳定性和释放特性。本研究旨在开发一种基于明胶-阿拉伯胶复凝聚法的技术策略,以实现薄荷醇的稳态化保留与缓释应用,并为该技术在包埋易挥发晶体类成分方面的理论完善提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
明胶,广东明洋明胶有限责任公司;阿拉伯胶,鼎力生物降解材料有限公司;薄荷醇,安徽爱迪香料有限公司;中链甘油三酯(medium chain triglycerides,MCT),青岛海之源生命科技有限公司;戊二醛,中国上海阿拉丁生化技术公司;冰醋酸,中国上海阿拉丁生化技术公司。
1.2 仪器与设备
BX53M光学显微镜,广州元升科技有限公司;LSM710激光共聚焦显微镜,德国Zeiss公司;Regulus8100冷冻场发射扫描电子显微镜,株式会社日立制作所;Nicolet 5700傅立叶变换红外光谱仪,珀金埃尔默公司;Mastersizer 3000马尔文微米粒度仪和Malvern ZSP马尔文纳米电位仪,英国马尔文仪器有限公司;Agilent 8890气相色谱仪,美国安捷伦科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 薄荷醇乳液的制备
薄荷醇乳液的制备主要通过油相与水相的配制、混合及后续乳化完成。油相制备:薄荷醇晶体与MCT按照质量比1∶4准确称量,将薄荷醇晶体加入MCT中,40 ℃恒温水浴持续搅拌至完全溶解,密封避光备用。水相制备:明胶与阿拉伯胶按3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3五种质量比分别称取,溶于去离子水,60 ℃恒温水浴搅拌30 min使充分溶解,自然冷却至室温后密封保存。乳液构建:将上述壁材溶液混合,配成2%(质量分数)的明胶-阿拉伯胶混合溶液,按芯壁质量比1∶2将薄荷醇-MCT油相缓慢注入壁材混合溶液,10 000 r/min高速剪切乳化10 min,制得均匀稳定的水包油(O/W)乳液。
1.3.2 复凝聚法制备薄荷醇微胶囊
复凝聚阶段:将所得 O/W 乳液置于磁力搅拌器(300 r/min)持续搅拌,缓慢滴加10%(质量分数)的冰醋酸溶液至体系pH 4.0,并继续搅拌30 min,直至出现乳白色凝聚相,即明胶-阿拉伯胶复凝聚反应完成,薄荷醇被初步包埋。
固化阶段:向上述体系加入50%(质量分数)戊二醛溶液(戊二醛与总壁材质量比为1∶50),30 ℃交联60 min以增强微胶囊机械强度;随后用1 mol/L NaOH 溶液调节pH至7.0,终止反应并稳定微胶囊悬浮液。
将经固化处理的微胶囊悬浮液以8 000 r/min离心15 min,使微胶囊沉降。弃去上清液后,用超纯水对沉淀物进行3次重复洗涤,以去除表面吸附的游离薄荷醇及未反应的壁材。最终收集的沉淀即为纯化后的薄荷醇微胶囊。
1.3.3 复凝聚前乳液及复凝聚后微胶囊悬浮液的粒径和ζ-电位测定
使用微米粒度仪对复凝聚前乳液与复凝聚后微胶囊悬浮液的粒径分布进行测试。将样品滴入测量池,旋涡混匀1 min,使遮光率稳定在8%～15%,获取样品粒径分布数据。将乳液或微胶囊悬浮液样品稀释100倍后,滴入纳米电位仪样品池中,排除气泡并确保分散均匀,测定不同壁材质量比下的ζ-电位。
1.3.4 光学显微镜观察微观结构
分别取复凝聚前乳液、复凝聚后微胶囊悬浮液,用滴管吸取少量样品滴加在洁净载玻片上,盖上盖玻片,将载玻片置于光学显微镜载物台上,分别在10倍、40倍物镜下观察样品形态特征,记录乳液液滴及微胶囊的大小、分布情况。
1.3.5 共聚焦激光扫描显微镜观察微观结构
向复凝聚后的微胶囊悬浮液中加入尼罗红荧光染料,避光孵育10 min;随后取适量染色后的样品滴于共聚焦专用培养皿中,在激发波长488 nm的条件下,观察不同壁材比例下的复凝聚微胶囊大小以及分布情况。
1.3.6 冷冻扫描电子显微镜观察微观结构
测试方法参考ØRSKOV等[9]的方法并略作修改。取少量微胶囊悬浮液滴在样品载体的凹槽上,将处理好的样品放入冷冻扫描电子显微镜的冷冻样品台,在加速电压5 kV下依次观察不同壁材质量比形成的复凝聚微胶囊的表面形貌。
1.3.7 傅立叶变换红外光谱分析
分别取薄荷醇晶体、明胶、阿拉伯胶、冷冻干燥处理后的复凝聚微胶囊粉末,采用溴化钾压片法制备样品片;将制备好的样品片放入傅立叶红外光谱仪中,设置扫描波数4 000～400 cm-1,分辨率4 cm-1,扫描次数32次,得到样品的红外光谱图。
1.3.8 薄荷醇包封率测定
参照蒋爱月等[10]和魏玉磊等[11]的方法并作修改,薄荷醇包封率通过气相色谱法测定。称取500 mg 薄荷醇微胶囊于离心管,加入5 mL正己烷,充分混匀、超声、涡旋振荡30 min,8 000 r/min离心5 min,上清液过0.45 μm尼龙有机相滤膜后,待气相色谱进样分析,测定薄荷醇复凝聚微胶囊中薄荷醇含量。进样条件如下:色谱柱为HP-5色谱柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm),以高纯度氦气为载气,流速1 mL/min,进样口温度250 ℃,初始温度150 ℃(恒温1 min),升温程序以10 ℃/min的速率上升至200 ℃,FID检测器温度250 ℃,进样量1 μL。结合标准曲线计算薄荷醇含量,薄荷醇包封率(encapsulation efficiency,EE)计算如公式(1)所示:
(1)
式中:EE,复凝聚微胶囊中薄荷醇包封率,%;m1,复凝聚微胶囊中测得的薄荷醇含量,mg;m2,样品中薄荷醇总添加量,mg。
1.3.9 微胶囊释放特性测定
释放特性主要评估微胶囊贮藏7 d及模拟口腔环境中的薄荷醇释放情况,通过计算相应薄荷醇的保留率反应。贮藏7 d释放特性测定时,称取500 mg薄荷醇微胶囊于离心管中,将离心管置于25 ℃、相对湿度60%的恒温恒湿箱中贮藏7 d;贮藏结束后,按照“薄荷醇包封率测定”中的方法测定贮藏7 d后复凝聚微胶囊中的薄荷醇含量,贮藏7 d后薄荷醇保留率(retention rate,RR)计算如公式(2)所示:
(2)
式中:RRstorage,贮藏7 d后薄荷醇保留率,%;m3,贮藏7 d后复凝聚微胶囊中薄荷醇含量,mg;m4,贮藏前复凝聚微胶囊中薄荷醇含量,mg。
口腔释放特性测定参考胡佳慧[12]的方法并作修改,称取500 mg薄荷醇微胶囊于离心管中,加入10 mL 口腔消化液,将混合体系置于37 ℃恒温水浴锅中,以100 r/min的转速磁力搅拌孵育3 min;孵育结束后立即放入冷冻离心机以8 000 r/min 的转速离心5 min,弃去上清液,洗涤沉淀3次,按照“薄荷醇包封率测定”中的方法测定模拟口腔消化后复凝聚微胶囊中的薄荷醇含量,口腔液孵育3 min后薄荷醇保留率计算如公式(3)所示:
(3)
式中:RRoral,口腔液孵育3 min后薄荷醇保留率,%;m5,口腔孵育3 min后复凝聚微胶囊中薄荷醇含量,mg;m6,孵育前复凝聚微胶囊中薄荷醇含量,mg。
1.4 数据分析
所有实验平行重复3次,数据以“平均值±标准差”表示,实验数据通过SPSS 26软件进行分析(P<0.05,显著),绘图采用Origin 2024软件。
2 结果与分析
2.1 壁材质量比对复凝聚颗粒大小及ζ-电位的影响
复合凝聚过程以静电相互作用为驱动力,在一定pH条件下,驱使带正电荷的明胶与带负电荷的阿拉伯胶相互靠近并结合。这种聚电解质的自组装行为,能有效包封分散的目标物,最终形成微胶囊[13]。如图1所示即为薄荷醇微胶囊的制备过程,不同壁材质量比制得的乳液及微胶囊,其粒径分布如图2所示。由表1可知,在本研究中,除7∶3外,其余比例乳液粒径均保持在2～3 μm区间,说明高速剪切条件下油滴破碎充分,壁材比例对初始乳化效果影响有限;而在7∶3比例乳液粒径骤升至5.67 μm(P<0.05),推测其原因是明胶过量导致连续相黏度显著增大,液滴聚结概率提高,乳液稳定性下降。
表1 不同壁材质量比对乳液和微胶囊粒径大小的影响
Table 1 Influence of wall material mass ratio on emulsion and microcapsule particle size
指标明胶与阿拉伯胶质量比3∶74∶65∶56∶47∶3乳液粒径/μm 2.22±0.22cd2.61±0.11b1.97±0.09d2.36±0.16bc5.67±0.16a微胶囊粒径/μm4.44±0.07e20.53±0.15d37.97±1.36c49.27±1.50b95.93±0.83a
注:表中同行数据不同右上标字母表示数据间具有显著性差异(P<0.05)。
图1 薄荷醇微胶囊制备工艺流程图
Fig.1 Preparation process flow chart of menthol microcapsules
a-乳液;b-微胶囊
图2 不同壁材质量比对乳液和微胶囊粒径分布的影响
Fig.2 Effect of wall material mass ratio on the particle size distribution of emulsions and microcapsules
由图3-a可知,复凝聚前乳液ζ-电位测试显示,随明胶与阿拉伯胶质量比从3∶7升至7∶3,乳液电位绝对值虽呈缓慢下降趋势,但始终保持较高水平,确保了反应前乳液体系的稳定性,为后续微胶囊的成功构建提供了基础。在发生复凝聚形成微胶囊后,微胶囊粒径随壁材中明胶质量比升高呈递增趋势,在3∶7比例下微胶囊粒径仅为4.44 μm,显著低于其他组,由图3-b可知,此时ζ-电位达-15.77 mV,说明阿拉伯胶过剩、复凝聚不完全,形成的壳层薄且易塌陷,大量薄荷醇未被有效包埋,并且过量的阿拉伯胶通过其强烈的静电排斥和空间位阻效应,有效稳定了初始形成的复合物胶体粒子,防止其进一步聚集,从而导致了较小的胶囊粒径。图3-b显示,在明胶过剩的质量比(6∶4和7∶3)下,ζ-电位变为正值(约+5.95 mV和+11.47 mV),表明体系中明胶过量,有研究表明过量的明胶会显著提高复合凝聚物的黏度并增强其凝胶性[14]。这种流变学性质的改变使得微胶囊间的静电排斥力难以克服其相互黏附的趋势,导致它们在搅拌过程中极易发生黏连,聚集成巨大的、不规则的颗粒,导致观测到的粒径显著增大(49.27 μm和95.93 μm)。而5∶5质量比下ζ-电位绝对值接近0是明胶与阿拉伯胶电荷完全中和的直接体现,此时2种壁材组分的静电相互作用最充分,不会出现阿拉伯胶过剩(3∶7、4∶6)或明胶过剩(6∶4、7∶3)的情况,形成了结构完整、厚度均匀的壳层,有效包裹薄荷醇芯材。
a-乳液;b-微胶囊
图3 明胶-阿拉伯胶比例对乳液及复凝聚微胶囊体系ζ-电位的影响
Fig.3 The effect of gelatin-gum Arabic ratio on the ζ-potential of emulsion and complex coacervation microcapsule system
注:数据标注不同字母表示样品间有显著性差异(P<0.05)。
2.2 壁材质量比对微胶囊形貌的影响
图4-a、图4-b分别为未固化与固化后微胶囊悬浮液的宏观照片,直观反映了壁材组分质量比对复凝聚反应的影响,未固化组仅完成了明胶-阿拉伯胶静电结合的复凝聚过程,壳层脆弱无交联支撑;而固化组加入戊二醛,与壁材中的明胶发生交联反应[15],壳层机械强度增大。在3∶7和4∶6比例条件下,体系中带负电的阿拉伯胶多于带正电的明胶,复凝聚不完全,未参与反应的阿拉伯胶留在连续相,表现为低黏度的悬浮液,而随着明胶比例提高,在比例5∶5时,明胶-阿拉伯胶静电相互作用最充分,无多余未反应壁材,故上清液澄清[16],并且由图4-b中可以看出,在该比例下复凝聚后样品瓶底部沉降下来的微胶囊量最大[17],而当明胶质量比进一步提升,在7∶3比例下,体系呈现为有絮状凝块的乳浊液,与前述关于粒径和电位变化的分析结论相照应。
a-未固化组(从左至右依次是明胶与阿拉伯胶质量比3∶7、4∶6、5∶5、6∶4、7∶3);b-固化组
图4 不同壁材质量比对微胶囊形貌的影响
Fig.4 Morphology of microcapsules prepared with different wall material mass ratios
如图5-a所示,不同明胶与阿拉伯胶质量比的乳液粒径在光学显微镜下差异相比于不同比例下微胶囊的粒径变化较小。如图5-b所示,在3∶7比例下,几乎看不到完整的微胶囊结构,当壁材质量比达到4∶6 时,开始出现了相对规整的微胶囊结构,在5∶5比例下,微胶囊的大小和形态最为均一,表明在这个比例下,复凝聚反应最为充分,形成的微胶囊外壳结构最为完整和稳定,呈现为能够增强芯材保护以及优化控释效果的圆形多核结构[18],即多核结构可以通过分散芯材小液滴减少局部泄漏风险[19-20]。在明胶与阿拉伯胶质量比为6∶4和7∶3时,微胶囊的形态不再规整,表明在过量明胶的影响下发生了严重的聚集,形成了结构并不稳定但粒径较大的聚集体,此现象与文献报道相符[21],即明胶质量比过高会阻碍球形微胶囊的形成。
a-复凝聚前乳液的光学显微镜图像(40×);b-复凝聚后微胶囊的光学显微镜图像(40×);c-激光共聚焦显微镜图像;d-冷冻扫描电子显微镜图像
图5 不同壁材质量比下薄荷醇乳液及微胶囊的微观形貌对比
Fig.5 Microstructural comparison of menthol emulsions and microcapsules under different wall material mass ratios
如图5-c所示,在激光共聚焦显微镜下对不同壁材质量比下微胶囊的显微结构进行观察,发现在3∶7比例下,看不到完整的微胶囊结构,在4∶6比例下,可以初步观察到尺寸小但规整的微胶囊结构出现,在5∶5 比例下,可以观察到饱满的、内部有多核的微胶囊结构,在明胶比例进一步提升后,规整的微胶囊结构再度消失,呈现黏连不规整的聚集体结构,和光学显微镜下的观察结论相一致。
如图5-d所示为不同壁材质量比下微胶囊的冷冻扫描电镜图,3∶7比例(阿拉伯胶过量)的微胶囊球形度差,孔隙极少,无明确球形轮廓且壳层薄易塌陷,大量薄荷醇未被包裹,而7∶3 比例(明胶过量)的微胶囊发生粘连,形态不规则且结构松散,空隙多且杂乱,芯材可能更易泄漏。这是因为不规整形态会导致壁材易出现如凹陷、裂缝的脆弱部分,使得芯材在制备等过程中易流失,而当质量比为5∶5时,微胶囊的球形度最佳,同时孔隙最丰富且分布均匀,该结构有利于薄荷醇的包埋,并在一定程度上延缓其释放,与ζ-电位分析结果一致。
2.3 FT-IR分析
FT-IR分析是解析复凝聚凝胶中分子相互作用的有效手段,本研究借鉴此方法,旨在探讨薄荷醇与壁材之间可能存在的氢键等相互作用。如图6所示,明胶的红外图谱显示在 3 430 cm-1处有一个宽峰,这是氨基的特征峰(酰胺A带,N—H伸缩振动),在1 641 cm-1处的峰代表酰胺Ⅰ带(C
O 和 C—N 伸缩振动),这被认为是明胶无规卷曲结构的特征[22],无规卷曲结构因为熵值更高,所以在后续的复凝聚过程中,更有利于生物大分子之间发生相互作用[23],1 536 cm-1处的峰代表酰胺Ⅱ带(N—H弯曲振动),1 233 cm-1处的峰代表酰胺Ⅲ带(C—N 伸缩振动)[24]。阿拉伯胶是一种由多糖和蛋白组成的复杂混合物[25],在阿拉伯胶的红外图谱中,3 408 cm-1处的峰是—OH的伸缩振动以及蛋白 N—H 伸缩振动的叠加峰,反映其多糖主导、含少量蛋白的组成,2 930 cm-1处的峰值表示带负电荷的游离羧基[26-27],1 602 cm-1和1 414 cm-1出现了2个特征峰,分别对应于—COO-基团的不对称和对称伸缩振动[28]。薄荷醇样品的红外图谱在3 258 cm-1处有峰,这对应于—OH基团的伸缩振动[29-30],此外薄荷醇在2 870 cm-1和2 930 cm-1处存在特征峰,在复凝聚微胶囊的红外图谱中也有这2个特征峰,证明薄荷醇被成功封闭在复合壁材中。此外,分别对应于—COO-基团的不对称和对称伸缩振动的2个峰均消失[23],在微胶囊的红外图谱中1 456 cm-1处观察到了酰胺键吸收峰,可以证实作为带正电的明胶的氨基与作为带负电的阿拉伯胶的羧基之间发生了静电相互作用[26-27]。
图6 微胶囊、阿拉伯胶、明胶、薄荷醇红外光谱图
Fig.6 FT-IR spectra of microcapsules,gum arabic,gelatin,and menthol
2.4 壁材质量比对包封率的调控效应
如图7所示,包封率随壁材质量比变化呈现明显的先升高后降低趋势。在明胶与阿拉伯胶质量比为5∶5时,包封率达到最高值(75.21%),说明该比例下复凝聚反应最为充分,形成的微胶囊结构致密,能有效包裹薄荷醇芯材,延缓薄荷醇的释放,这与前述冷冻扫描电镜以及ζ-电位接近中性、粒径适中、形貌完整的结论一致。当明胶比例偏低(3∶7、4∶6)时,体系中阿拉伯胶过量,复凝聚反应不完全,形成的微胶囊壳层薄弱,未能有效包裹薄荷醇,导致包封率显著降低。而当明胶比例偏高(6∶4、7∶3)时,ζ-电位转为正值,即过量的明胶会导致体系中存在过多的正电荷,这些正电荷会干扰明胶与阿拉伯胶之间的静电相互作用,导致复凝聚层结构不稳定,破坏了完整胶囊的形成,最终导致包封率下降[31]。这一现象与ANDRADE等[32]的研究结论一致,他们在壳聚糖-阿拉伯胶体系中也发现,当2种聚电解质比例适当时,能形成粒径最小、结构最均一的纳米胶囊,而过量的阿拉伯胶会导致ζ-电位向负值移动。
图7 不同壁材质量比对微胶囊包封率的影响
Fig.7 Effect of wall material mass ratio on the encapsulation efficiency of microcapsules
注:数据标注不同字母表示样品间有显著性差异(P<0.05)。
2.5 25 ℃贮藏7 d保留率差异
为评估薄荷醇微胶囊在温和条件下的贮存稳定性,本研究测定了微胶囊在25 ℃、相对湿度60%的环境中贮藏7 d后的薄荷醇保留率,结果如图8所示。由图8可知,所有比例的微胶囊均表现出一定的缓释与保护效果,但保留率随壁材质量比变化显著。在最优壁材质量比5∶5下,微胶囊的保留率最高(92.51%),这表明其形成了最为完整和致密的壁材结构,能最有效地减少薄荷醇在贮藏期间的挥发和损失,而当壁材质量比偏离5∶5时,保留率均出现下降,与上述包封率的结论一致。进一步证实明胶与阿拉伯胶质量比为5∶5时,所形成的微胶囊不仅包封效率高,其贮藏稳定性也最佳。这种由复凝聚形成的致密壁材所具有的优秀屏障性能,与BAIOCCO等[33]的报道相符,他们的研究显示,壳聚糖-阿拉伯胶微胶囊在水环境中贮存1个月后,芯材泄漏率仍低于10%,进一步证实了复凝聚微胶囊在实现芯材长期稳定包埋方面的巨大潜力。
图8 不同壁材质量比对微胶囊贮藏保留率的影响
Fig.8 Effect of wall material mass ratio on the storage retention rate of microcapsules
注:数据标注不同字母表示样品间有显著性差异(P<0.05)。
2.6 微胶囊在模拟口腔液中的释放特性
在口腔环境中,剪切力、酶等因素可能会加速微胶囊的崩解或芯材的扩散。为模拟微胶囊在口腔环境中的释放行为,本研究将微胶囊置于模拟口腔液中孵育3 min,并测定其薄荷醇保留率,以评估其缓释特性,结果如图9所示,可以看出壁材质量比对释放行为有着决定性影响。在5∶5比例下,微胶囊表现出最高的口腔保留率(81.78%),说明其结构能够在一定程度上抵抗口腔环境的冲击,实现有效缓释。而在3:7比例下,保留率最低(32.27%),这与其之前表现出的复凝聚不完全、结构脆弱的结果相符,导致芯材在口腔液中迅速泄漏。
图9 不同壁材质量比对微胶囊口腔缓释行为的影响
Fig.9 Effect of wall material mass ratio on the sustained-release behavior of microcapsules in a simulated oral environment
注:数据标注不同字母表示样品间有显著性差异(P<0.05)。
在明胶过量的7∶3比例下,虽然其贮藏保留率尚可(77.71%),但口腔释放保留率急剧下降至40.01%,显著低于5∶5和6∶4比例。这可能是因为其过大的粒径或形成的结构松散在模拟口腔环境中更易发生破损,综上,壁材质量比为5∶5的微胶囊在模拟口腔环境中展现了最优的缓释性能,能够在快速释放环境中最大限度地保留薄荷醇,这一发现与SANTOS等[29]的研究相互印证,他们同样证实了基于明胶-阿拉伯胶的薄荷醇微胶囊在应用于口香糖时,能显著延长凉爽感。这对于需要持久清凉感的应用场景(如口香糖、糖果等)具有重要意义,并且该研究还表明微胶囊的添加有助于改善口香糖的质地。
3 结论
本研究成功采用明胶-阿拉伯胶复凝聚法构建了薄荷醇微胶囊,并系统探究了壁材质量比对微胶囊结构、性能及释放行为的调控机制。研究结果表明,明胶与阿拉伯胶的质量比是决定复凝聚反应效率与最终微胶囊品质的关键因素。当壁材质量比为5∶5时,两种聚电解质实现了最佳的电荷中和与静电相互作用,从而形成了结构完整、粒径均一(约37.97 μm)、壳层致密的球形多核微胶囊。该条件下的微胶囊表现出最优的综合性能:包封率最高(75.21%),在25 ℃下贮藏7 d后对薄荷醇的保留率高达92.51%,且在模拟口腔环境中能有效延缓释放,3 min后保留率仍为81.78%。FT-IR分析证实,微胶囊的成功构建源于明胶的氨基与阿拉伯胶的羧基之间的静电相互作用,形成了稳定的复合凝聚壁材。综上所述,通过优化壁材质量比至5∶5,基于明胶-阿拉伯胶的复凝聚法能够高效包埋薄荷醇,显著提升其贮存稳定性,并实现良好的缓释效果。本研究不仅为薄荷醇的稳态化与可控释放提供了一种可靠的技术策略,也为利用复凝聚技术包埋其他易挥发晶体类活性成分提供了有益的理论参考与实践依据。后续可进一步解析明胶-阿拉伯胶复凝聚过程中多作用力的协同机制,并探索该技术与工业化成型工艺的适配性,为易挥发晶体类成分的规模化应用提供更精准的理论支撑。
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