CN117256857B - 一种用于制备鱼油微胶囊的复合壁材及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于制备鱼油微胶囊的复合壁材及其制备方法与应用，采用豌豆蛋白、β‑环糊精和碳量子点作为复合壁材，起到了良好的包埋效果，可以有效地延缓外界环境对芯材的氧化，防止因油脂的氧化对产品的货架期产生影响。本发明的复合壁材相比于市面上豌豆蛋白与其他化合物形成的复合壁材，包埋率提高9％左右；与β‑环糊精作为壁材相比，本实验复合壁材包裹的微胶囊抗氧化性更高，货架期时间更长；同时，本发明为鱼油微胶囊壁材的材料来源提供了技术支撑与新的思路，具有良好的应用前景。

Description

一种用于制备鱼油微胶囊的复合壁材及其制备方法与应用

技术领域

本发明属于保健食品及医药制剂辅料加工技术领域，具体而言，涉及一种用于制备鱼油微胶囊的复合壁材及其制备方法与应用。

背景技术

鱼油中有大量的二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等n-3多不饱和脂肪酸(PUFA)，其中DHA是无法通过人体合成，只能通过外界摄取的一种必需氨基酸，它对人体具有多种功效，如辅助脑细胞发育、抗衰老、改善血液循环以及降血脂的作用。而EPA有着调节血脂(降低中性脂肪和胆固醇)、降低血液粘度(降低血小板凝血能力)、软化血管的功效。

目前市面上使用的鱼油在生产、加工及运输中都存在易氧化、腥味重等缺点，这些问题会极大地影响消费者对鱼油的需求，因此，在贮藏、应用过程中使其稳定，保持原有生理活性是极其重要的。

微胶囊化可以改善鱼油在生产、加工及运输中的问题，拓宽在食品行业中的应用。微胶囊技术是利用天然或合成高分子材料，将芯材包裹起来，形成具有半透性或密封囊膜的微小粒子技术。目前市面上大多采用天然大分子作为壁材对鱼油进行微胶囊化，但这些壁材都面临着机械性能和耐热耐湿性较差的缺点，干燥时易破裂，造成包埋率(包封率)降低。

因此，急需找到一种制备鱼油微胶囊的复合壁材，为制得颗粒均匀、不仅具有高溶解性、高稳定性、强抗氧化性和高包埋率，还消除了鱼腥味的鱼油微胶囊提供理想材料。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于制备鱼油微胶囊的复合壁材及其制备方法与应用，将豌豆蛋白(PPI)、β-环糊精(β-CD)和碳量子点(CQDs)作为复合壁材，采用冷冻干燥法包埋鱼油，得到颗粒均匀，表面光滑，形态完好的鱼油微胶囊，不仅具有高溶解性、高稳定性、强抗氧化性和高包埋率，有效保护鱼油，延缓其氧化，延长货架期，同时还消除了鱼腥味，具有靶向缓释能力。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案实现：

一方面，本发明提供一种鱼油微胶囊，包括复合壁材与芯材，所述复合壁材包括豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点，所述芯材为鱼油。

本发明中选择豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点作为复合壁材，其中豌豆蛋白与大豆蛋白相比，致敏性更低；β-环糊精可以掩盖不良气味、提高溶解度和稳定性的作用；CQDs可以进一步增强壁材的物理性能，提高微胶囊的稳定性，延长产品的货架期。

进一步地，所述复合壁材中，豌豆蛋白与β-环糊精的混合比为1～10：1(w/v)。

优选地，所述复合壁材中，豌豆蛋白与β-环糊精的混合比为1：1(w/v)。

在一些实施方式中，对复合壁材中豌豆蛋白与β-环糊精的比例进行了筛选，发现当PPI与β-CD的最佳混合质量比为1：1时，能达到最佳性能效果。

进一步地，所述豌豆蛋白/β-环糊精复合壁材溶液与芯材的质量比为1～10：1。

优选地，所述豌豆蛋白/β-环糊精复合壁材溶液与芯材的质量比为10：1。

在一些实施方式中，对豌豆蛋白/β-环糊精复合壁材溶液与芯材的质量比进行了筛选，发现当壁芯比为10：1时，包封率(包埋率)达到最高，为85.92％；同时，装载率达到最高，为84％，在提高鱼油的包封率以及装载率上表现出良好的性能。

进一步地，所述复合壁材中，豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为5～100：1。

优选地，所述复合壁材中，豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为20：1。

在一些实施方式中，对复合壁材中，豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比进行了筛选，发现当PPI/β-CD与CQDs的质量比为20：1时，鱼油微胶囊有最佳的包封率及良好的装载率。

另一方面，本发明提供了如上技术方案任一项所述的鱼油微胶囊的制备方法，包括如下步骤：

1)壁材的制备：采用美拉德反应，制备处理得到固态纯净的碳量子点；分别制备豌豆蛋白与β-环糊精溶液，使豌豆蛋白与β-环糊精的混合比为1～10：1(w/v)，混合得到壁材溶液。

2)微胶囊的制备：按照豌豆蛋白/β-环糊精复合壁材溶液与芯材的质量比为1～10：1制备微胶囊；按照豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为5～100：1得到混合溶液，再根据确定的比例将所述混合溶液与鱼油混合，干燥得到豌豆蛋白/β-环糊精/碳量子点/鱼油微胶囊。

进一步地，所述壁材的制备中，使用葡萄糖与L-赖氨酸制备碳量子点，其质量比为1：1；所述壁材溶液中，豌豆蛋白的含量为2％(w/v)，β-环糊精含量为2％(w/v)。

在一些实施方式中，本发明筛选得到了一种鱼油微胶囊的最佳制备工艺，采用PPI：β-CD为1：1，芯壁比为1：10，PPI/β-CD：CQDs为20：1，通过冷冻干燥法包埋鱼油，得到颗粒均匀，表面光滑，形态完好的具有最佳性能的鱼油微胶囊。

再一方面，本发明提供一种复合壁材用于制备高溶解性、高稳定性、强抗氧化性或高包埋率的鱼油微胶囊的用途，其特征在于，所述复合壁材包括豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点。

再一方面，本发明提供一种复合壁材用于制备能有效抵抗唾液、胃液的消化，促进在肠液中的缓释能力的制剂的用途，其特征在于，所述复合壁材包括豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点。

再一方面，本发明提供一种复合壁材用于制备无鱼腥味、货架期长的鱼油微胶囊的用途，其特征在于，所述复合壁材包括豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点。

再一方面，本发明提供一种碳量子点用于制备高稳定性、强抗氧化性和高包埋率的鱼油微胶囊的用途。

本发明的有益效果为：

1、本发明筛选得到了一种鱼油微胶囊的最佳制备工艺，采用PPI：β-CD为1：1，芯壁比为1：10，PPI/β-CD：CQDs为20：1，通过冷冻干燥法包埋鱼油，得到颗粒均匀，表面光滑，形态完好的鱼油微胶囊。其中，豌豆蛋白是一种营养均衡的植物蛋白，不仅具有植物蛋白特有的功能性，且与大豆蛋白相比，具有良好的溶解性、搅拌稳定性、凝胶性和乳化性，并且通过微观结构的观察，作为壁材时呈球形，表面更加光滑，提高微胶囊化效率；β-CD是一种环状的低聚葡萄糖，可与多种化学物质形成稳定的包合物，具有多种功能，包括掩盖不良气味、增加提高溶解度和提高产物稳定性等作用；由于CQDs表面有许多官能团，具有独特的物理和化学性质，如：水溶性高、荧光强、抗氧化活性和良好的光稳定性，可以进一步增强壁材的物理性能，提高微胶囊的包埋率、抗氧化性和稳定性，延长微胶囊的货架期。

2、本发明制备得到的PPI/β-CD/CQDs鱼油微胶囊，颗粒均匀，不仅具有高溶解性、高稳定性、强抗氧化性和高包埋率，有效保护鱼油，延缓其氧化，延长货架期，同时还消除了鱼腥味。

3、本发明制备的鱼油微胶囊在模拟口腔唾液和胃液中，芯材的释放速率显著降低，而在模拟肠液中，却达到82.09％的释放速率，表明所述微胶囊能有效抵抗口腔唾液、胃液环境对鱼油的消化，提高鱼油在肠液中的靶向缓释能力，有利于人体吸收。

4、本发明使用PPI、β-CD和CQDs作为复合壁材，协同使用，为鱼油微胶囊壁材的材料来源提供了技术支撑与新的思路，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为不同壁材下鱼油微胶囊的粒径。

图2A为SEM下的PPI作为壁材的微胶囊微观结构图。

图2B为SEM下的β-CD作为壁材的微胶囊微观结构图。

图2C为SEM下的PPI/β-CD作为壁材的微胶囊微观结构图。

图2D为SEM下的PPI/β-CD/CQDs作为壁材的微胶囊微观结构图。

图3为体外模拟试验中鱼油微胶囊的FFA释放率。

图4为不同贮藏温度下鱼油微胶囊的POV变化图。

图5为不同贮藏温度下鱼油微胶囊的TBA变化图。

图6为不同相对湿度下鱼油微胶囊的吸湿性变化图。

图7为不同相对湿度下鱼油微胶囊的芯材保留率变化图。

图8为不同壁材制得的鱼油微胶囊的POV变化图。

图9A为PPI溶液的浊度曲线和ζ-电位与pH的关系变化图。

图9B为在不同pH下，OD₆₀₀随PPI浓度的变化情况。

图10为不同壁芯比下鱼油微胶囊的包封率与装载率。

图11为不同浓度的CQDs对鱼油微胶囊化效果的影响。

图12为PPI、β-CD、CQDs、鱼油和微胶囊样品的红外光谱。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例及其所使用的材料均旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，其中豌豆蛋白(85％)购买自天门恒昌化工有限公司，β-环糊精购买自上海阿拉丁生化科技股份有限公司，鱼油购买自天猫国际沐乐思品牌店，其余均可从商业途径得到。

实施例1鱼油微胶囊的制备

本实施例中提供了鱼油微胶囊的最佳制备方法，步骤如下：

(1)壁材的制备

步骤1：采用美拉德反应制备碳量子点。首先将0.6g葡萄糖和0.6g L-赖氨酸超声溶解在40mL去离子水中，放入微波炉中加热10min。在这个过程中，溶液的颜色由无色变为淡黄色，最终形成了固体，这表明了碳量子点的形成。然后将制备好的碳量子点溶解在少量去离子水中离心(10000r/min，10min)去除固体沉淀物，获得上清液，利用一次性针筒过滤器(0.22μm)过滤进一步除去固体杂质；最后，将上清液置于透析袋中，在去离子水里透析24h后，转移到真空冷冻干燥机中干燥一天(-40℃)，得到固态纯净的碳量子点。

步骤2：制备PPI(豌豆蛋白)和β-CD(β-环糊精)储备液。将10g PPI溶于500ml超纯水中，室温下搅拌2h，用0.1M NaOH调节pH至12，静置半小时。然后恒温水浴88℃加热30min，使豌豆蛋白展开和重新折叠，然后立即冷却到室温，并调pH至7。然后1600g/min离心15min，去除不溶性杂质，得到2％w/v PPI溶液。将10gβ-CD溶解在500mL的乙醇和水(1：2)的混合物中，在室温下保持24小时，得到2％w/vβ-CD溶液。混合PPI和β-CD原液，使PPI与β-CD的混合比为(1：1，w/v)，生物聚合物混合物的总量固定在2.00％，得到壁材溶液备用。

(2)微胶囊的制备

步骤1：按照1：10(m芯材：m壁材)的芯壁比，分别称取芯材和壁材溶液，先在室温下将二者均质3min，形成均匀乳液后放入-80℃冰箱预冻2h，通过冷冻干燥(真空度0.1mbar，冷阱温度-54℃，隔板温度-10℃，时间25h(以完全冻干为准))形成微胶囊，并将制备好的微胶囊产品放置干燥器中备用。

步骤2：制取PPI/β-CD为复合壁材的微胶囊，之后将CQDs加入PPI/β-CD溶液中，得到PPI/β-CD与CQDs的质量比为20：1，最后在1200rpm连续搅拌2h。将得到的PPI/β-CD/CQDs混合溶液和鱼油按照确定的比例(10：1)混和，在室温下以10000rpm均质3min，在冷冻干燥机中干燥得到PPI/β-CD/CQDs/鱼油微胶囊。

(3)微胶囊包埋率的测定

包埋率(包封率)％＝[(总油含量-表面油含量)/总油含量]×100％

表面油测定：将2g干燥的微胶囊粉末(质量m)转移到含有40mL正己烷的烧杯中，然后轻轻摇匀1min。全部滤液经滤纸过滤后被转移到恒重的圆底烧瓶中(质量m₁)中，并旋转蒸发正己烷，在105℃下用烘箱干燥至恒重，置于干燥器中冷却至室温后称量(质量m₂)。

表面油含量％＝(m₂-m₁)/m×100％

总油测定：将2g干燥的微胶囊粉(质量m₃)与40mL乙醇混合，然后超声20min。在超声处理过程中，使用冰浴来控制分散的温度。超声处理后，通过离心获得上清液。沉积物又进行了两轮提取过程。混合三次提取液的上清液。将全部上清液都转移到一个恒量的圆底烧瓶(质量m₄)，并将其中的大多数溶剂旋转蒸发，然后将其放置在105℃烘箱中烘至恒重，置于干燥器中冷却至室温后称量(质量m₅)。

总油含量％＝(m₅-m₄)/m₃×100％

装载率＝(W₂-W₁)/W₂×100％

本实施例中提供的鱼油微胶囊的最佳制备方法，将PPI、β-CD和CQDs作为壁材，采用冷冻干燥法包埋鱼油，得到颗粒均匀，表面光滑，形态完好的微胶囊，其中豌豆蛋白与大豆蛋白相比，致敏性更低；β-环糊精可以掩盖不良气味、提高溶解度和稳定性的作用；CQDs可以进一步增强壁材的物理性能，提高微胶囊的抗氧化性和稳定性，延长产品的货架期。

使用本实施例最佳制备方法制备得到的鱼油微胶囊，具有高溶解性、高稳定性、强抗氧化性和高包埋率，无鱼腥味、货架期长，且具有靶向缓释能力，能有效抵抗口腔唾液、胃液环境对鱼油的消化，提高鱼油在肠液中的缓释能力。

实施例2不同壁材的鱼油微胶囊性能对比测试

为验证实施例1中制备得到的鱼油微胶囊具有最佳性能，本实施例中分别制备了不同壁材的鱼油微胶囊，并对其性能(粒径和ζ-电位)进行对比测试，具体过程为使用ζsizer激光粒度分析仪(上海思百吉仪器系统有限公司)测量微胶囊的粒径和ζ-电位：将干燥后的微胶囊通过涡旋振荡在蒸馏水中适当分散，然后将适当的分散体积放入仪器中进行分析。所有的测量都至少重复进行了三次并取平均值。有以下几种方式(其他制备过程如实施例1中所示)：

1、制备PPI单独作为壁材的鱼油微胶囊(PPI/FO)，测量其粒径和ζ-电位；

2、制备β-CD单独作为壁材的鱼油微胶囊(β-CD/FO)，测量其粒径和ζ-电位；

3、制备PPI/β-CD作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/FO)，测量其粒径和ζ-电位；

4、制备PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/CQDs/FO)，测量其粒径和ζ-电位；

5、制备CQDs单独作为壁材的鱼油微胶囊(CQDs/FO)，测量其粒径和ζ-电位；

6、制备PPI/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/CQDs/FO)，测量其粒径和ζ-电位；

7、制备β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(β-CD/CQDs/FO)，测量其粒径和ζ-电位。

结果如图1所示，图1是不同壁材下鱼油微胶囊的粒径。从图1中可知：

1)在未加入CQDs时，PPI单独包埋鱼油的粒径是809μm，此时其电位值为-40.57mV。β-CD单独包埋鱼油的粒径是577μm，此时其电位值为-32.67mV。PPI/β-CD复合包埋鱼油的粒径是602μm，此时其电位值为-30.84mV；

2)与PPI单独包埋鱼油相比，PPI/β-CD复合包埋处理样品的粒径显著变小，同时二者ζ-电位呈显著差异(p<0.5)；与β-CD单独包埋鱼油相比，PPI/β-CD复合包埋处理样品的粒径相差不大，同时二者ζ-电位无显著差异；

3)当加入CQDs后，PPI/β-CD/CQDs鱼油微胶囊的粒径是642μm，其电位值为-38.24mV，与PPI单独包埋鱼油相比，PPI/β-CD/CQDs复合包埋的粒径显著变小，这可能是因为带有负电荷的CQDs的加入中和了部分PPI的电荷，使得微胶囊整体的结构更加紧凑，粒径更小，整个系统稳定性也强；而和β-CD单独包埋鱼油与PPI/β-CD复合包埋鱼油的粒径与ζ-电位的绝对值相比，PPI/β-CD/CQDs复合包埋的粒径略变大，但三者差异不显著，而PPI/β-CD/CQDs复合包埋的ζ-电位的绝对值显著增大，三者具有显著差异，其中电位绝对值越大，微胶囊的稳定性越好。

4)本实施例中，还对CQDs单独作为壁材、PPI/CQDs作为复合壁材以及β-CD/CQDs作为复合壁材进行了补充实验，结果表明：

a、CQDs单独包埋鱼油的粒径是752μm，此时其电位值为-28.32mV，与PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材相比，其粒径显著增大(p<0.5)，同时二者ζ-电位绝对值也存在显著差异(p<0.5)；b、PPI/CQDs作为复合壁材包埋鱼油的粒径是728μm，此时其电位值为-36.37mV，与PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材相比，其粒径显著增大(p<0.5)，同时PPI/CQDsζ-电位绝对值也略为减小；c、β-CD/CQDs作为复合壁材包埋鱼油的粒径是653μm，此时其电位值为-34.35mV，与PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材相比，其粒径略增大，但二者差异不显著，而二者的ζ-电位绝对值存在显著差异(p<0.5)。

因此，当单独使用CQDs作为壁材或PPI/CQDs作为复合壁材以及β-CD/CQDs作为复合壁材时，鱼油微胶囊的稳定性均低于PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材时的鱼油微胶囊稳定性。这可能是因为三种材料共同制备复合壁材时，带有负电荷的CQDs与PPI中的电荷相互中和，使鱼油微胶囊复合壁材的某种性质发生了改变，从而使粒径显著减小，电位的绝对值显著增大，稳定性优异。

溶液的ζ-电位值越大，蛋白质分子表面带的电荷就越多，说明溶液分子之间的排斥力越强，蛋白质分子的聚集就会被抑制，溶液有效粒径越小，系统的稳定性就会越强。由此可知，使用PPI、β-CD、CQDs共同制备复合壁材时，ζ-电位的绝对值应尽可能增大，使微胶囊整体结构更加紧凑、系统稳定性更强、微胶囊包埋的效果更好的同时，还应减小鱼油微胶囊的粒径。因此，优选PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材制备鱼油微胶囊。

实施例3不同壁材的鱼油微胶囊微观结构对比测试

为验证实施例1中制备得到的鱼油微胶囊具有最佳性能，本实施例中分别制备了不同壁材的鱼油微胶囊，并对其微观结构进行对比测试，有以下几种方式(其他制备过程如实施例1中所示)：

1、制备PPI单独作为壁材的鱼油微胶囊(PPI/FO)，观察其微观结构；

2、制备β-CD单独作为壁材的鱼油微胶囊(β-CD/FO)，观察其微观结构；

3、制备PPI/β-CD作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/FO)，观察其微观结构；

4、制备PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/CQDs/FO)，观察其微观结构；

5、制备CQDs单独作为壁材的鱼油微胶囊(CQDs/FO)，观察其微观结构；

6、制备PPI/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/CQDs/FO)，观察其微观结构；

7、制备β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(β-CD/CQDs/FO)，观察其微观结构。

结果如图2所示，图2A为SEM(扫描电子显微镜)下的PPI作为壁材的微胶囊微观结构图，图2B为SEM下的β-CD作为壁材的微胶囊微观结构图，图2C为SEM下的PPI/β-CD作为壁材的微胶囊微观结构图，图2D为SEM下的PPI/β-CD/CQDs作为壁材的微胶囊微观结构图。从图2中可知，图2A中，PPI/FO微胶囊呈椭圆形，表面粗糙，粒径为809μm；图2B中，β-CD/FO微胶囊呈不规则形，表面比较粗糙，粒径为577μm；图2C中，PPI/β-CD/FO微胶囊呈的微观形貌发生了明显的变化，粒径为602μm，除有少量凹痕以外，其外形颗粒比较圆整，基本接近球形，并且具有良好的完整性；图2D中，PPI/β-CD/CQDs/FO微胶囊外形基本接近球形，粒径为642μm，与PPI/β-CD/FO微胶囊粒径无显著差异，二者结构相似。

本实施例中，还对CQDs单独作为壁材、PPI/CQDs作为复合壁材以及β-CD/CQDs作为复合壁材进行了补充实验，结果表明，CQDs单独包埋鱼油或PPI/CQDs作为复合壁材或β-CD/CQDs作为复合壁材时，鱼油微胶囊均呈不规则形，表面极为粗糙，粒径分别为752μm、728μm、653μm。

由此可知，本实施例中，使用PPI/β-CD和PPI/β-CD/CQDs凝聚层生产的微胶囊二者结构相似，均具有理想的形态，可以很好地保护封装的鱼油，增加包埋效果。

实施例4体外模拟试验中鱼油微胶囊FFA释放率

对实施例1中制备得到的鱼油微胶囊在体外模拟试验中的FFA释放率进行测试，具体过程为：取20mL微胶囊复原液加至20mL模拟口腔唾液中，调节pH值至6.80，然后将它们放置在200r/min的摇床中(37±1)℃，并保温10min之后，从口腔唾液和微胶囊复原乳的混合溶液中，取出20mL，并将其与模拟胃液以体积比1：1的比例混合，将完全混合之后的反应液用NaOH溶液(1mol/L)调整pH值至2.5后，同样在200r/min的摇床中(37±1)℃保温2h。最后取30mL的模拟胃液消化液，用NaOH溶液(1mol/L)将pH值调节至7.0，然后在混合液中加入模拟肠液(含3.5mL胆汁盐(187.5mg/mL)、1.5mL CaCl2和NaCl溶液)，并调节pH值至7.0，同时迅速加入2.5mL的脂肪酶，在肠液消化过程中保持恒温37±1℃。并用pH计测量模拟肠液的pH值，用NaOH溶液(0.05mol/L)滴定使其pH值保持在7.0，并记录所消耗的NaOH溶液的体积。与前面描述的同样的消化过程是采用无鱼油的无负载乳剂来完成的。确定其NaOH溶液(0.05mol/L)的用量后需从有关样品中减去。应用此方法，通过测定NaOH溶液滴定时的用量，测定了样品中游离脂肪酸(FFA)的释放率。公式如下：

FFA(％)＝100×(V×c×M)/m×2

式中：

V：滴定时所用NaOH溶液的体积，L；

c：NaOH的浓度，mol/L；

M：鱼油的平均摩尔质量，g/mol；

m：油相的质量，g。

并与不同壁材制备的鱼油微胶囊分别进行对比，有以下几种方式(制备过程如实施例1中所示；其中，FFA为游离脂肪酸，当FFA释放率越高，说明鱼油微胶囊被破坏的程度越高)：

1、制备PPI单独作为壁材的鱼油微胶囊(PPI/FO)，观察其FFA释放率；

2、制备β-CD单独作为壁材的鱼油微胶囊(β-CD/FO)，观察其FFA释放率；

3、制备CQDs单独作为壁材的鱼油微胶囊(CQDs/FO)，观察其FFA释放率；

4、制备PPI/β-CD作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/FO)，观察其FFA释放率；

5、制备PPI/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/CQDs/FO)，观察其FFA释放率；

6、制备β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(β-CD/CQDs/FO)，观察其FFA释放率；

7、制备PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/CQDs/FO)，观察其FFA释放率。

图3为本发明PPI/β-CD/CQDs/FO微胶囊的FFA释放率，从图3中可以看出：在肠液消化初期，鱼油微胶囊FFA释放率随时间的变化而不断增加，且幅度较大，这可能是因为微胶囊表面残留的表面油被消化引起的。然而，随着消化时间的推移，FFA的释放速率减缓，在肠液消化后期，FFA的释放速率达82.09％，但没有完全被释放。这可能是因为，模拟口腔唾液以及胃液对微胶囊壁材的消化能力有一定的限制，微胶囊壁材是由糖类和蛋白质复合凝聚组成，其结构较为致密，胃液对糖类和蛋白质的消化有限，不能完全破坏微胶囊的壁材结果。也可能是因为芯材为鱼油，其释放的脂肪酸主要是长链多不饱和脂肪酸，在消化液中长链游离脂肪酸易与钙形成脂肪酸钙，对消化有一定的抑制作用。

同时，本实施例中还对不同壁材制备的鱼油微胶囊的FFA释放率进行测试，测试结果为：三种材料单独作为壁材或任意两种材料作为复合壁材时：在肠液消化初期(0～30min)，FFA释放率均随时间的变化而不断增加，且幅度较大，这可能是因为微胶囊表面残留的表面油被消化引起的；随着消化时间的推移(30～60min)，FFA释放速率减缓，但仍不断增加这可能是因为与PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材相比，单种或任意两种材料作为壁材，其结构均没有PPI/β-CD/CQDs复合壁材致密，口腔唾液及胃液对其结构破坏程度较高，因此在唾液和胃液中仍不断被消化，FFA的释放速率不断增加；在肠液消化后期(60～150min)，FFA释放速率显著下降，这可能是因为，壁材结构在口腔唾液及胃液中已被大部分破坏，因此FFA大量释放，因此，到达肠液中的FFA含量显著下降，在肠液中的释放速率也显著下降。

因此，当使用PPI、β-CD、CQDs、PPI/β-CD、PPI/CQDs或β-CD/CQDs作为壁材时，在消化中期壁材结构已被口腔唾液或胃液基本破坏或大部分破坏，FFA已基本释放，使鱼油无法到达肠液中大量释放，不利于人体吸收；而本发明PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材时，结构致密，唾液和胃液对其结构破坏能力很低，因此中期鱼油不会大量释放，到达肠液中后，壁材结构被肠液破坏，使鱼油在肠液中大量释放出来，有利于人体吸收。

由此可知，本发明制得的鱼油微胶囊具有靶向缓释能力，在口腔唾液和胃液中不易被破坏，而肠液环境对芯材的扩散起到了促进作用，残留的芯材会以一种稳定的、持续的方式持续地释放出来，最后形成了一种将大部分芯材都释放到了肠道中的缓释模式，因此，本发明优选PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材制备鱼油微胶囊。

实施例5不同贮藏温度对鱼油微胶囊POV(过氧化值)和TBA(硫代巴比妥酸)的影响测试

对实施例1中制备得到的鱼油微胶囊的在不同贮藏温度下的POV和TBA进行测试，将微胶囊在温度为4℃、20℃、40℃、60℃的条件下分别贮藏，并分别用碘量比色法测量其POV和分光光度法测定TBA值。其中，POV为过氧化值，是反映鱼油氧化状况的一项重要指标，当POV变化越小时，说明鱼油越稳定；TBA为硫代巴比妥酸，当TBA值变化越小时，说明鱼油的氧化程度越低。

具体结果如图4所示，从图4中可知，在4℃、20℃、40℃、60℃贮藏温度下鱼油微胶囊的POV值都有所提高：1)在较高的温度下(40℃、60℃)，所制得的微胶囊制品的POV值升高得较快，这可能是由于在高温和长时间的环境中，微胶囊的壁材的物理性质会发生变化，从而破坏了原本致密的结构，使鱼油失去了壁材的保护，导致鱼油的渗出，并被迅速氧化；2)鱼油微胶囊贮藏在4℃、20℃时，其POV的变化较缓，这也说明了低温适合鱼油微胶囊的储藏。

TBA值的变化趋势与POV值相一致，具体结果如图5所示，从图5中可知：微胶囊的TBA值在低温4℃和常温20℃之间的上升趋势较温和，鱼油微胶囊的氧化程度低，氧化速度慢；在40℃下，鱼油微胶囊的氧化程度与低温和常温相比显著上升；而鱼油微胶囊在60℃高温下开始迅速氧化。

由此可知，本发明制得的鱼油微胶囊适宜长期存放于较低温度(低温或常温)的环境中，而避免存放于温度较高的环境，否则易使微胶囊破裂而失去对鱼油的保护作用，从而导致鱼油的渗出和氧化。

实施例6不同湿度环境对鱼油微胶囊吸湿性的影响测试

对实施例1中制备得到的鱼油微胶囊在不同湿度环境中的吸湿性进行测试，将微胶囊在相对湿度为34％、58％、76％、93％的条件下分别贮藏，并用放在20℃的饱和盐溶液密闭容器中，对微胶囊进行重量的测定，测试其吸湿性。

具体结果如图6所示，从图6中可知，鱼油微胶囊在相对湿度为34％、58％、76％、93％条件下分别贮藏，其吸湿性随时间而改变，在不同湿度条件下，鱼油微胶囊的吸水能力有显著的差异(p<0.05)。

随着湿度的升高，鱼油微胶囊的吸水能力也会增强；但是，当相对湿度较低时，鱼油微胶囊的吸水能力会变得缓慢。同时，实验结果还表明，在93％的湿度环境下，在第6天时，鱼油微胶囊的吸湿度达到最大，之后趋于平稳；而在76％的湿度环境下，鱼油微胶囊的吸湿度则在10天之后趋于平缓，这可能是因为PPI/β-CD/CQDs复合壁材具有水溶性，易吸潮，但随着贮藏时间的增加，壁材的吸水性下降，微胶囊的吸湿性趋于平缓。在湿度较高时，壁材易吸潮，与湿度较低的环境相比，微胶囊的吸湿速率较快。

食品中水分含量的多少与食品货架期长度之间存在着一定的关系。对于鱼油微胶囊来说，壁材吸水后，囊壁的形状、大小、完整性发生变化，使鱼油失去壁材的保护，从而鱼油的渗透性则会大大增加。这样易使鱼油与环境接触，从而进行氧化反应，导致鱼油微胶囊的酸败，进而大大缩短鱼油微胶囊的保质期；另一方面，由于鱼油微胶囊壁材的破裂和分解，也会导致鱼油大量被释放到环境中，导致鱼油保留率持续下降，从而对鱼油微胶囊的品质产生了影响。

由此可知，本发明制得的鱼油微胶囊适宜长期存放于相对湿度低于34％的环境中。

实施例7不同湿度环境对鱼油微胶囊芯材保留率的影响测试

对实施例1中制备得到的鱼油微胶囊在不同湿度环境中的芯材保留率进行测试，将微胶囊在相对湿度为34％、58％、76％、93％的条件下分别贮藏，并通过重量的变化测试其芯材保留率。

具体结果如图7所示，从图7中可知：随着相对湿度的增大，芯材保留率不断降低；在相对湿度为34％的条件下，随着贮藏时间的增加，微胶囊芯材保留率的变化相对较缓，在贮藏16天后，芯材的保留率仍保持在90％以上；而当相对湿度在93％时，贮藏16天后，芯材保留率仅为36.80％。

由此可知，相对湿度越高，芯材保留率下降的速度就越快。这可能是因为，在相对湿度较高的环境中，当微胶囊产品吸收水分变得越来越多的时候，壁材会发生溶解，降低了膜的渗透性和致密度，使微胶囊的结构遭到了破坏，导致芯材的渗透和释放，芯材会被外部环境氧化，使产品的品质恶化，同样也导致芯材保留率降低。而且环境中相对湿度越大，鱼油微胶囊的芯材保留率下降速度越显著(p<0.05)。结合不同湿度环境下鱼油微胶囊吸湿性的变化，进一步说明了本发明的鱼油微胶囊产品应尽量在干燥的环境中贮藏。

实施例8不同壁材微胶囊在鱼油贮藏过程中POV变化的测试

本实施例中采用碘量比色法对不同壁材制得的鱼油微胶囊的POV值进行测试，有以下几种方式(其他制备过程如实施例1中所示；本实验在60℃环境下进行，因为此时的对比效果最显著，其他条件如相对湿度等均为最佳条件)：

1、未微胶囊化的鱼油；

2、制备PPI单独作为壁材的鱼油微胶囊(PPI/FO)，测试其POV值；

3、制备β-CD单独作为壁材的鱼油微胶囊(β-CD/FO)，测试其POV值；

4、制备CQDs单独作为壁材的鱼油微胶囊(CQDs/FO)，测试其POV值；

5、制备PPI/β-CD作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/FO)，测试其POV值；

6、制备PPI/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/CQDs/FO)，测试其POV值；

7、制备β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(β-CD/CQDs/FO)，测试其POV值；

8、制备PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊(PPI/β-CD/CQDs/FO)，测试其POV值；

具体结果如图8所示，从图8中可知，由PPI/β-CD/CQDs作为壁材的微胶囊POV值变化最小。

1)随贮藏时间的推移，相比于微胶囊化的鱼油，未经微胶囊化处理的鱼油POV明显升高(p<0.05)；2)PPI/FO、β-CD/FO、CQDs/FO、PPI/β-CD/FO、PPI/CQDs和β-CD/CQDs/FO微胶囊的POV值变化均远小于未经微胶囊处理的鱼油；3)PPI/β-CD/CQDs/FO复合壁材微胶囊的POV值变化最慢，且与前六种鱼油微胶囊POV值相比，显著降低，差异显著(p<0.05)，而前六种鱼油微胶囊的POV值相近。

微胶囊化的鱼油氧化速度显著低于未微胶囊化鱼油(p<0.05)，分析其原因，可能是由于油脂的氧化速度与氧气透过壁材的速度之间有着某种联系，因为微胶囊壁材料的结构致密，可以有效地阻挡氧的渗透，所以可以明显地提高它的货架期。

在12天以后，鱼油微胶囊的氧化速率显著上升(p<0.05)，这很可能是因为在高温环境的长时间作用下，微胶囊的壁材发生改变，导致它们的物理特征发生了改变，破坏了原本的致密结构，导致了鱼油的渗出，从而加快了鱼油的氧化。

比较不同壁材包埋下鱼油微胶囊的POV的变化，可以发现当分别使用三种材料单独作为壁材包埋鱼油时，其POV值均显著升高，而PPI/β-CD/CQDs包埋下，在贮藏后期，鱼油微胶囊的POV与其他壁材包埋的鱼油微胶囊呈显著差异(p<0.05)，可能是因为当三种材料协同制备复合壁材时，复合壁材的性质发生了相应改变，在CQDs原有的抗氧化性基础上，使复合壁材的抗氧化性显著增强，在一定程度上缓解了鱼油的氧化。

由此可知，在最佳贮藏条件下，实施例1中制备得到的PPI/β-CD/CQDs作为复合壁材的鱼油微胶囊具有最强的抗氧化性，缓解鱼油的氧化。

实施例9壁材溶液中PPI与β-CD的比例筛选

为制备得到实施例1中具有最佳性能的鱼油微胶囊，本实施例中对壁材溶液中PPI与β-CD的比例进行探究，具体步骤如下：混合PPI和β-CD原液，使PPI与β-CD的混合比为(1：1、2：1、4：1、6：1、8：1和10：1，w/v)，生物聚合物混合物的总量固定在2.00％。在pH为2～10的条件下，用TU-1810PC紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)测定OD值(600nm下的吸光度)，测定PPI的pH依赖性浊度(肉眼观察溶液浊度)和ζ-电位，使用ζsizer激光粒度分析仪(上海思百吉仪器系统有限公司)测定。研究β-CD的加入与不加入对溶液的影响。

表1 pH＝4.5时PPI与β-CD的混合比对壁材溶液的影响

PPI与β-CD的混合比	OD600	ζ-电位
			1：1	1.65412	-51.78
2：1	1.86523	-56.82333
			4：1	1.89482	-53.03667
6：1	1.96532	-59.05667
			8：1	2.02354	-58.09667
10：1	2.13462	-63.55

如表1所示，在pH＝4.5的情况下，当PPI与β-CD的混合比为1：1时，溶液的最澄清，OD₆₀₀最低，ζ-电位绝对值随较低，但无显著差异。图9A为PPI溶液的浊度曲线和ζ-电位与pH的关系，从图9A中可知，PPI溶液的ζ-电位随pH值的升高而降低。PPI的等电点(pI)约为4.6，低于该值时溶液带有正电荷；同时，随着pH值的降低，PPI溶液呈现三个不同的相区，在pH10～6.5时呈澄清透明状态，在pH 6～3时呈混浊状态，而在pH 3～2时恢复澄清透明状态。这是由于在pH 10～6.5范围内PPI溶液ζ-电位趋于稳定，且绝对值较大。当pH达到6时溶液吸光值略微上升，可能与PPI溶液ζ-电位绝对值逐渐变小有关；当pH在5.5～3.5时，吸光值显著上升，溶液浊度快速升高，这可能是随着pH值的降低PPI溶液ζ-电位由负电荷转为正电荷，不溶物的量不断增加。此后，随着pH值的降低，PPI溶液ζ-电位趋于平稳，浊度下降，溶液趋于澄清。

图9B为在不同pH下，OD₆₀₀随PPI浓度的变化情况，从图9B中可知，在pH＝4.5的情况下，OD₆₀₀值均为最高，且随着PPI浓度的增加，溶液的OD₆₀₀值不断升高，说明溶液浊度不断增加，因此优选OD₆₀₀值的最低值。

从表1中可知，当PPI/β-CD质量比为1：1时，复合物溶液的OD₆₀₀值最低，原因在于OD₆₀₀的大小主要由PPI含量所影响，当PPI含量较低时，随pH值的变化，与水的结合能力降低，所以会产生沉淀，相对与β-CD的结合也降低；当PPI的含量不断增加时，超出与β-CD的结合能力，溶液过饱和，因此与β-CD的结合能力下降，且溶液浊度不断增加。因此当PPI/β-CD质量比为1：1时，OD₆₀₀值最低，ζ-电位绝对值较大，溶液浊度较低，且PPI与β-CD的结合能力最佳。

由此可知，当壁材溶液中，PPI与β-CD的最佳混合质量比为1：1时，能达到最佳效果，实施例1中壁材溶液的制备优选PPI与β-CD的质量比为1：1。

实施例10鱼油微胶囊中复合壁材与芯材的比例筛选

为制备得到实施例1中具有最佳性能的鱼油微胶囊，本实施例中对芯材添加量对鱼油微胶囊的影响进行探究，具体步骤如下：将PPI/β-CD复合壁材与芯材(鱼油：FO)以1：1、2：1、4：1、6：1、8：1和10：1的质量比混和。在室温下将PPI/β-CD/FO混合物以10000rpm均质3min，形成均匀乳液后放入-80℃冰箱预冻2h，通过冷冻干燥(真空度0.1mbar，冷阱温度-54℃，隔板温度-10℃，时间25h(以完全冻干为准))形成微胶囊，并将制备好的微胶囊产品放置干燥器中备用。

结果如图10所示，壁芯比显著影响鱼油的封装效率(p<0.5)，随着壁芯比的增加，包封率不断上升。在壁芯比为10：1时，包封率达到最高，为85.92％，与其他壁芯比下的包封率存在显著差异。同时装载率也表明随着壁芯比的增加，鱼油的装载率不断增加，包埋效果更好，在壁芯比为10：1时，装载率达到最高，为84％，与其他壁芯比下的装载率存在显著差异。

由此可知，当壁芯比为10：1时，PPI/β-CD在提高鱼油的包封率以及装载率上表现出良好的性能，实施例1中复合壁材与芯材的质量比优选为10：1。

实施例11鱼油微胶囊中PPI/β-CD与CQDs的比例筛选

为制备得到实施例1中具有最佳性能的鱼油微胶囊，本实施例中对CQDs浓度对微胶囊化效果的影响进行探究，具体步骤如下：将不同量的CQDs加入PPI/β-CD溶液中，得到PPI/β-CD与CQDs的不同质量比(100：0，100：1，50：1，20：1，10：1，5：1)，最后在1200rpm连续搅拌2h。将得到的PPI/β-CD/CQDs混合溶液和鱼油按照确定的比例混和，在室温下以10000rpm均质3min，在冷冻干燥机中干燥得到PPI/β-CD/CQDs/FO微胶囊。

结果如图11所示，当PPI/β-CD与CQDs的比例达到20：1时，包封率显著增加至86.96％(p<0.05)。PPI/β-CD和CQDs对提高鱼油的包封率有协同效应，这是因为CQDs可以促使更多的鱼油被捕获到纳米粒子中。

而在PPI/β-CD与CQDs的比例为10：1时，包封率下降，这是由于体系中存在过量的CQDs，而单一的CQDs又无法很好地包埋鱼油，因此可知，当只选用CQDs作为壁材包埋鱼油时，包封率会显著下降。与PPI/β-CD包埋鱼油相比，CQDs的加入，其装载率有所降低。但CQDs添加量的不同，装载率也不同，随着CQDs比例的增加，装载率呈现先上升后下降的趋势，当PPI/β-CD与CQDs的比例为20：1时，装载率最高。以上结果表明加入适量的CQDs可以显著提高鱼油微胶囊的包封率，也可保持较好的装载率。

由此可知，当PPI/β-CD与CQDs的比例为20：1时，鱼油微胶囊有最佳的包封率及良好的装载率，实施例1中PPI/β-CD与CQDs的质量比优选为20：1。

实施例12PPI、β-CD、CQDs、鱼油和微胶囊样品的红外光谱

对实施例1中作为壁材的PPI、β-CD、CQDs和鱼油以及制备得到的PPI/β-CD/CQDs鱼油微胶囊分别进行红外检测，具体结果如图10所示。

从图12中可知，PPI红外光谱中，3310cm^-1为-OH的伸缩振动吸收峰，1636cm^-1为C＝O或反对称羧基伸缩振动，1460cm^-1C-H弯曲振动，1146cm-1为C-N伸缩振动；β-CD光谱在3333cm^-1、1649cm^-1处显示的关键峰(拉伸)，属于O-H和H-O-H拉伸模式；在鱼油红外光谱中，2923cm^-1和2857cm^-1为CH₂中C-H键反对称伸缩振动和对称伸缩振动，1744cm^-1为脂肪酸酯键中C＝O特征峰，1465cm^-1为脂肪酸中C-H键的剪式振动，1158cm^-1附近的特征峰分别是酯键中C-O和C-O-C的伸缩振动，717cm^-1为CH₂中C-H键的面外弯曲振动。

结果表明，在复合壁材PPI/β-CD、PPI/β-CD/CQDs红外光谱中，经冷冻干燥后，鱼油微胶囊具有壁材和鱼油两种不同的特征吸收峰，这证实了鱼油已成功封装，且PPI、β-CD、CQDs和鱼油包埋后均未发生化学变化，为理想壁材。

综上所述，本发明优选PPI、β-CD和CQDs共同作为复合壁材，其中，优选PPI：β-CD为1：1，芯壁比为1：10，PPI/β-CD：CQDs为20：1，制得的鱼油微胶囊，不仅颗粒均匀、形态完好，而且具有高溶解性、高稳定性、强抗氧化性和高包埋率，有效保护鱼油，同时提高鱼油在肠液中的靶向缓释能力，有利于人体吸收。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种鱼油微胶囊，其特征在于，包括复合壁材与芯材，所述复合壁材包括豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点，所述芯材为鱼油；所述复合壁材中，豌豆蛋白与β-环糊精的混合浓度比为1～10：1；所述豌豆蛋白/β-环糊精复合壁材溶液与芯材的质量比为1～10：1；所述复合壁材中，豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为5～100：1；所述碳量子点的制备如下：步骤1：采用美拉德反应制备碳量子点；首先将0.6g葡萄糖和0.6g/L-赖氨酸超声溶解在40mL去离子水中，放入微波炉中加热10min；然后将制备好的碳量子点溶解在少量去离子水中10000r/min离心10min去除固体沉淀物，获得上清液，利用0.22μm一次性针筒过滤器过滤进一步除去固体杂质；最后，将上清液置于透析袋中，在去离子水里透析24h后，转移到真空冷冻干燥机中-40℃干燥一天，得到固态纯净的碳量子点。

2.如权利要求1所述的鱼油微胶囊，其特征在于，所述复合壁材中，豌豆蛋白与β-环糊精的混合浓度比为1：1。

3.如权利要求1所述的鱼油微胶囊，其特征在于，所述豌豆蛋白/β-环糊精复合壁材溶液与芯材的质量比为10：1。

4.如权利要求1所述的鱼油微胶囊，其特征在于，所述复合壁材中，豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为20：1。

5.如权利要求1～4任一项所述的鱼油微胶囊的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)壁材的制备：采用美拉德反应，制备处理得到固态纯净的碳量子点；分别制备豌豆蛋白与β-环糊精溶液，使豌豆蛋白与β-环糊精的混合浓度比为1～10：1，混合得到壁材溶液；

2)微胶囊的制备：按照豌豆蛋白/β-环糊精复合壁材溶液与芯材的质量比为1～10：1制备微胶囊；按照豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为5～100：1得到混合溶液，再根据确定的比例将所述混合溶液与鱼油混合，干燥得到豌豆蛋白/β-环糊精/碳量子点/鱼油微胶囊。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述壁材的制备中，使用葡萄糖与L-赖氨酸制备碳量子点，其质量比为1：1；所述壁材溶液中，豌豆蛋白的含量为2％，β-环糊精含量为2％。

7.一种如权利要求1-4中任一项所述的复合壁材用于制备高溶解性、高稳定性、强抗氧化性或高包埋率的鱼油微胶囊的用途，其特征在于，所述复合壁材包括豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点；所述复合壁材中，豌豆蛋白与β-环糊精的混合浓度比为1～10：1，豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为5～100：1。

8.一种如权利要求1-4中任一项所述的复合壁材用于制备无鱼腥味、货架期长的鱼油微胶囊的用途，其特征在于，所述复合壁材包括豌豆蛋白、β-环糊精和碳量子点；所述复合壁材中，豌豆蛋白与β-环糊精的混合浓度比为1～10：1，豌豆蛋白/β-环糊精的混合溶液与碳量子点的质量比为5～100：1。