食品界

华南农业大学范小平副教授等：百里香酚微胶囊的制备及其对草莓的保鲜效果

草莓的组织娇嫩多汁，水分质量分数高达90%以上，由于其缺少坚硬的保护性外果皮且表面存在大量微生物，所以在被采摘后极易损伤及腐烂变质。微胶囊保鲜是将活性成分微胶囊化，起到掩蔽活性成分不良味道，隔绝活性成分，降低其挥发性，提高其热稳定性、氧化稳定性的作用。百里香酚已被欧盟和美国食品药品监督管理局列入食品添加剂公认安全名单，其对多种食源性致病菌和致果蔬腐烂菌具有很强的抑制作用，因此常作为一种天然抗菌剂应用在食品保鲜中。

华南农业大学食品学院钟秋夏、郑海英、范小平*副教授等人以β-环糊精为壁材，百里香酚为芯材，采用饱和水溶液法制备百里香酚微胶囊，并对其形貌、结构、缓释性能、抗氧化能力、抑菌能力等进行表征，旨在提高百里香酚的氧化稳定性、长效抗菌能力、热稳定性等，并分析微胶囊对草莓的保鲜效果，以期拓展其应用范围。本研究可为开发新型安全无毒、绿色环保的保鲜剂提供依据，推动其在食品保鲜剂领域的应用。

1 百里香酚微胶囊的表征分析结果

1.1 百里香酚微胶囊的包埋率

百里香酚的标准曲线的线性回归方程为A＝0.014 8ρ－0.004 6，R2＝0.999 8，线性关系良好，再结合公式（1）计算得出实验所制备百里香酚微胶囊的包埋率为66.42%。相对于其他制备微胶囊的方法，饱和水溶液法是一种简单便捷、易于大规模量产制备微胶囊的方法，且本实验所得微胶囊包埋率比较可观，β-环糊精作为安全无毒的壁材，由于具有“内疏水、外亲水”的超分子结构，可将客体疏水分子包埋在内空腔中，微胶囊化显著提高了百里香酚的热稳定性，同时使其具备了缓释性能等，该方法有望用于果蔬保鲜领域，并提高果蔬的商品价值。

1.2 百里香酚微胶囊的微观形貌

如图1所示，百里香酚微胶囊呈现有组织、规则的多层片状结构体，且其块状颗粒大小相对均一，表面相对光滑，没有孔洞或碎裂情况，具有很强的完整性，与纯β-环糊精呈形状不规则、大小不一的块状颗粒，表面褶皱粗糙、不平整的形貌相比，微胶囊颗粒尺寸趋于均匀，明显表现出更强的聚集性，百里香酚微胶囊制备成功。

1.3 百里香酚微胶囊的傅里叶变换红外光谱分析

百里香酚是伞花烃的天然单萜苯酚衍生物，富含C＝C、—CH3和C—O基团，如图2所示，百里香酚的红外光谱特征峰在1 250～1 750 cm－1范围内，其中1 460 cm－1处有一个弱峰，属于百里香酚苯环的特征吸收峰，在2 959～2 601、1 876～1 422、1 244～1 090 cm－1区域，分别是芳香环的C—H拉伸振动、C＝C拉伸振动、C—O的伸缩振动吸收峰。与β-环糊精红外光谱对比，百里香酚微胶囊化后β-环糊精光谱在3 369 cm－1（O—H伸缩振动）、2 925 cm－1（饱和C—H伸缩振动）、1 157 cm－1（C—O伸缩振动）、1 648 cm－1（H—O—H伸缩振动）处的吸收峰分别转移到了3 371、2 927、1 156、1 640 cm－1处，可能是由于β-环糊精与百里香酚间形成了氢键和静电相互作用，同时百里香酚的特征峰未出现在微胶囊的红外光谱图中，微胶囊中百里香酚特征峰在1 460、1 380 cm－1和1 343 cm－1处的特征峰强度变弱甚至消失，说明百里香酚与β-环糊精之间存在很强的物理交联，百里香酚分子嵌入β-环糊精疏水空腔中，从而减少了百里香酚分子的运动。

1.4 百里香酚微胶囊的热重分析结果

百里香酚、百里香酚微胶囊、β-环糊精的热重分析结果如图3所示，其中百里香酚热稳定性较差，仅发生一次降解，在155.6 ℃时完全分解。百里香酚微胶囊和β-环糊精都有两个质量损失区域，β-环糊精的第一个质量损失区域在35～150 ℃，主要是β-环糊精水分子蒸发所导致（质量损失9.08%），第二个质量损失区域在150.0～312.9 ℃，这可能是β-环糊精自身分解所导致；百里香酚微胶囊第一个质量损失区域在35～150 ℃（质量损失4.04%），第二个质量损失区域在164.8～313.8 ℃，164.8 ℃时微胶囊释放的百里香酚质量开始增加，两个区域的质量损失主要是由于壁材的变化以及微胶囊中释放了大量的百里香酚，综上所述，当温度超过321.9 ℃之后，微胶囊的质量残留率曲线趋于平稳，质量损失速率曲线变化缓慢，微胶囊的质量损失很小，表明微胶囊保护了芯材百里香酚。综上，微胶囊化能够显著提高百里香酚的热稳定性，使得易挥发的百里香酚稳定在β-环糊精的疏水性空腔内，从而得到保护。

2 百里香酚微胶囊的抑菌性能分析结果

如图4所示，微胶囊对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的生长繁殖具有一定抑制作用，且随着微胶囊的添加量增加，抑菌效果呈现剂量依赖性，两种菌的抑菌效果明显增强，当微胶囊添加量为25 mg时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌呈现最优抑菌效果，且百里香酚微胶囊对大肠杆菌的抑菌效果比对金黄色葡萄球菌强。百里香酚本身具有很强的抗菌活性，对其微胶囊化后依然保留了抗菌活性，并提升了长效抗菌能力。百里香酚微胶囊优异的抗菌活性是因为其酚羟基能与细菌细胞膜作用，破坏细胞膜结构，导致细胞内容物泄漏，从而延缓果实的衰老进程、抑制细菌生长繁殖，对果蔬起到良好的保鲜效果。

3 百里香酚微胶囊缓释性能

微胶囊的释放分为3 个阶段，分别是突释、缓慢增加、趋于平缓。如图5所示，在30 min前表现为突释，其累积释放率为32.15%，可能是在β-环糊精分子间和β-环糊精表面的百里香酚所致，在60～360 min累积释放率逐渐增加，在360 min达到最大累积释放率（41.16%），是因为微胶囊内的百里香酚缓慢释放，随后在360 min后累积释放率渐变稳定，可能是微胶囊内的百里香酚释放完全所致。随着时间的延长，百里香酚微胶囊缓释速度先增大后逐渐趋于平缓，抑制了百里香酚的挥发，达到了缓释的作用。与肉桂醛微在胶囊微中释放的趋势类似。初始阶段微胶囊中百里香酚释放量高，可起到抑制开始增殖时迟滞期和对数期细菌，在持续释放阶段可以抑制小部分稳定期和衰亡期依然生长繁殖的细菌，使得微胶囊具备长效抗菌作用。

百里香酚微胶囊的释放曲线符合一级动力学释放模型，拟合曲线方程为y＝39.260 33（1－exp（－0.052 51x）），决定系数R2＝0.982 34。

4 百里香酚微胶囊DPPH自由基清除能力分析

百里香酚微胶囊的DPPH自由基清除能力如图6所示，在质量浓度2～10 mg/mL范围内，百里香酚微胶囊DPPH自由基清除能力呈现质量浓度依赖性，这与宋文龙等制备的生姜精油微胶囊抗氧化能力变化趋势一致。当微胶囊质量浓度为10 mg/mL时，其自由基清除率高达81.40%。百里香酚中的酚羟基能够保护细胞免受自由基引起的氧化损伤，有效清除自由基，综上，百里香酚微胶囊具有高抗氧化能力，可降低果实腐烂率。

5 百里香酚微胶囊对草莓保鲜效果的影响

5.1 质量损失率

由图7可知，空白对照组与百里香酚微胶囊组草莓在第2～10天的质量损失率都呈现增加的趋势，可能原因是随着贮藏时间的延长，室温下草莓的呼吸速率加大，体内有机物不断被消耗、氧化，水分也随着蒸腾作用蒸发，导致草莓的新陈代谢速率加快，水分不断流失。百里香酚微胶囊组的草莓质量损失率在贮藏过程中都低于空白对照组，在第10天时，两组的质量损失率分别为4.84%、3.89%，与空白对照组相比，微胶囊组草莓的质量损失率降低了19.63%，表明微胶囊能减缓草莓果实水分流失和生理代谢速率，保持果实的营养价值和品质。

5.2 腐烂率

由图8可以看出，空白对照组与百里香酚微胶囊组草莓在贮藏期间的腐烂率都呈现上升的趋势，空白对照组的腐烂率远高于百里香酚微胶囊处理组。在第6天时，空白对照组腐烂速率相比百里香酚微胶囊组加剧，其腐烂率高达26.05%，而百里香酚微胶囊组的腐烂率仅为12.50%；在第8、10天时，百里香酚微胶囊组腐烂率分别为19.80%、43.75%，比空白对照组腐烂率分别降低48.62%、26.34%，空白对照组草莓果实明显出现了萎缩褐变以及霉变，这印证了前面抗氧化性能和抑菌性能实验结果。

5.3 可溶性固形物质量分数

如图9所示，无论是空白对照组还是微胶囊组，草莓的可溶性固形物质量分数均呈现先上升后下降的趋势，可能原因是在贮藏前期草莓的不溶性多糖被水解成单糖，因此可溶性固形物含量上升，在贮藏后期，由于果实呼吸代谢作用和微生物的影响，使糖、酸等营养物质损失，可溶性固形物含量降低。空白对照组的可溶性固形物质量分数第2天达到峰值后迅速下降，而微胶囊组草莓的可溶性固形物质量分数在第4天时才达到峰值，延迟了2 d，贮藏到第10天时，微胶囊组的可溶性固形物质量分数为7.78%，为空白对照组的1.1 倍。综上，百里香酚微胶囊处理减缓了可溶性固形物质量分数的降低，有效延缓了草莓果实的后熟速率及减少营养物质的损耗，有利于维持果实的品质、口感、风味，从而延长草莓果实的贮藏期。

5.4 pH值

如图10所示，两组pH值在贮存过程中总体呈现上升趋势，这与果实衰老有关。随着贮藏时间延长，草莓果实生理代谢活动消耗了大部分有机酸，因此pH值逐渐增加，这一趋势与Jiang Yongli等的研究结果基本一致。在整个贮藏期间，微胶囊组的草莓pH值都远小于空白对照组，空白对照组草莓在贮藏至第10天时pH值最大，为3.99，而百里香酚微胶囊组草莓pH值稍低。这可能是百里香酚微胶囊能减少新陈代谢过程中有机酸的消耗和降低转化速率，有利于保持草莓果实中的有机酸含量，减缓了pH值变化，保持了草莓良好的风味和品质。

5.5 硬度

果实硬度逐渐降低是贮藏期间草莓中果胶、纤维素等细胞壁多糖被果胶酶分解所致，其会影响细胞壁的完整性，导致果实腐败软化，因此硬度在一定程度上能够反映果实新鲜程度。由图11可知，空白对照组与百里香酚微胶囊组草莓的硬度均逐渐降低，可能原因是采后草莓表面存在各种微生物及果实中存在各种酶，其都会对草莓的细胞壁造成破坏，导致草莓果实软化，硬度逐渐降低。在整个贮藏期间，百里香酚微胶囊组的硬度较比空白对照组更高，贮藏至第10天时，空白对照组和百里香酚微胶囊组草莓硬度比第0天分别降低了81.30%、67.07%，说明释放的抑菌物质可降低细胞壁中的纤维素酶和果胶裂解酶活性，因此草莓细胞壁得到了保护，减缓了草莓果实硬度的降低，同时释放的抑菌物质在新鲜草莓表面增加了其抗菌活性。

5.6 感官评价

百里香酚微胶囊处理有效地防止了草莓色素的降解和水分流失，并保持了细胞壁的机械强度，可明显延缓果实腐烂。由图12可看出，空白对照组在第4天时出现大面积腐烂现象，第6～10天腐烂程度加剧，微胶囊组处理的草莓在第6天依然保持较完好的质地、色泽。由图13可知，贮藏期间百里香酚微胶囊组草莓的外观、色泽、风味、质地评分均高于空白对照组，空白对照组的外观、风味、质地评分从第4天开始迅速下降，而微胶囊组草莓在第8天的外观、色泽、风味、质地评分依然保持较高水平。综上，百里香酚微胶囊能够通过抑制腐烂菌的繁殖生长，避免其遭受微生物的侵染，减少腐烂的发生，同时能减缓草莓果实水分流失和降低生理代谢速率，保持果实的营养价值和品质，在常温下可延长草莓的货架期2 d。

结论

本实验以百里香酚为芯材，β-环糊精为壁材，采用饱和水溶液法制备了百里香酚微胶囊，通过研究百里香酚微胶囊的缓释性能、抑菌能力、抗氧化能力，结合扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重分析对百里香酚微胶囊性能进行表征，分析百里香酚微胶囊对草莓的保鲜效果。扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱、热重分析结果表明，百里香酚微胶囊化后呈现有组织、规则的多层结构体，表面相对光滑、完整，说明百里香酚已成功嵌入到β-环糊精的疏水内空腔，作为壁材的β-环糊精的存在明显提高了百里香酚的热稳定性。缓释性能、抑菌性能、抗氧化能力分析结果表明，百里香酚微胶囊呈现出缓慢释放效果，在360 min时累积释放率为41.16%，当微胶囊用量为25 mg时，对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有最强抑菌效果，且对大肠杆菌的抑菌效果强于金黄色葡萄球菌，微胶囊抗氧化能力呈现质量浓度依赖性，当百里香酚微胶囊质量浓度为10 mg/mL时，DPPH自由基清除率达81.40%。在常温贮藏期间，微胶囊组质量损失率、腐烂率、硬度、可溶性固形物质量分数等指标下降速率均远小于空白对照组，在贮藏第10天时，与空白对照组对比，微胶囊组草莓的腐烂率、质量损失率分别降低了26.34%、19.63%，此外，微胶囊组草莓的外观、色泽、质地、风味都呈现较好的保鲜效果。综上，百里香酚微胶囊可延缓草莓的腐败变质，有效地保持营养价值和品质，在常温下可延长草莓的货架期2 d。本研究可为开发新型安全无毒、绿色环保的保鲜剂提供依据，推动其在食品保鲜剂领域的应用。

本文《百里香酚微胶囊的制备及其对草莓的保鲜效果》来源于《食品科学》2023年44卷第11期167页，作者：钟秋夏，郑海英，朱燕丽，李晶，陈汉城，范小平。DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220426-331。