3.1 均質機:Waring Blender 34BL97 (7012), New Hartford, USA 3.2 水浴鍋:OB24, Channel, 華夏科學有限公司,台北
3.3 高剪力乳化機:Silverson L4R, Silverson Machines Ltd., Bucking hamshire, England
3.4 噴霧乾燥機:Pulvis GB22, Yamata, Japan
3.5 噴霧冷凝乾燥裝置:以噴漆用噴槍(購自永順五金行,宜蘭),配合空壓 機(air compressor,風力牌)組成
3.6 動態流變儀(dynamic rheometer):AR550, TA Instruments, Surrey, England 3.7 示相差掃瞄熱分析儀:DSC 2010, TA Instruments, Surrey, England
3.8 物性流變儀:Sun Rheometer Model CR-200D, Sun Scientific Co. Ltd., Tokyo, Japan
3.9 烘箱:Channel Precision Oven DCM-45, 珂化有限公司,宜蘭
3.10 色差儀:Hunter Lab Color Flex, Hunter Associates Laboratory INC., Reston, Virginia
3.11 水活性測定儀:Hydromer MA3, Rotronic, Switzerland
3.12 位相差光學顯微鏡照像系統(differential interference contrast microscopy, DICM):Type 104, Nikon, Japan
3.13 立體光學顯微鏡照像系統:Optima SZ11, 錸特科技有限公司,台北 3.14 掃瞄式電子顯微鏡(scanning electron microscopy, SEM):Tescan, Vega Ts
5136MM Complete, Cressington Scientific Instruments Ltd, Chalk 3.15 冷凍乾燥機:Labconco FD5518, ilShin Lab Co., Ltd, Korea 4. 樣品製備
4.1 混合膠體的配製
HPMC吸水膨潤後,以均質機攪打2分鐘後,移至冰箱冷藏24小時以上 自然脫氣。定量魚皮明膠粉末加入HPMC膠液中,在約45-50℃的水浴鍋進 行混合凝膠,單獨膠液及混合膠液以保鮮膜封口後,分別於4℃及10℃靜置 0-24小時。
4.2 乳化系統的製備
將定量Tween 80 溶於魚皮明膠與 HPMC 混合膠液,以手動方式攪拌混 合,使其溶解均勻,油脂與定量 Span 85 約 90℃水浴鍋攪拌均勻,再將兩 者依一定比例混合,以高剪力乳化機於10,000 rpm 均質 5 分鐘乳化。多層 乳化液為先製備成W/O 型(W/O=1/4)乳化液,取其中 15g 再分散至 60g 魚皮 明膠溶液或混合膠液中,加3%乳化劑(以 Tween 80 和 Span 85 調至 HLB 值 約為11.0),於 10,000 rpm 均質 5 分鐘,形成 W/O/W 型乳化液。
4.3 微膠囊的製備 4.3.1 噴霧乾燥法
以90℃水浴加熱O/W型乳化液,控制噴霧乾燥機的進料口溫度180℃,
風速0.52-0.53 m3/min,出口溫度96℃條件下製備微膠囊。
4.3.2 噴霧冷凝法
以90℃水浴加熱W/O乳化液使其維持高溫呈現高流動性液體,置於噴霧 冷凝裝置的儲液槽,於17℃環境中,利用空壓機使高溫乳化液經噴槍嘴霧 化,疏水相因環境溫度降低而迅速凝固,以製備微膠囊。
4.3.3 鹽析法
參考張等(2005)的製備步驟,將 60g、10%魚皮明膠溶液作為水相,15g 油脂(或複合乳化液)作為油相,再添加 3%乳化劑(以 Tween 80 和 Span 85 調 整HLB 值為 8.4),維持系統溫度為 50℃,以高剪力乳化機於 10,000rpm 均 質 5 分鐘,使之混勻,製備成 O/W 型乳化液,加入 70g、50℃的蒸餾水,
緩慢滴入60g、1.0%偏磷酸鈉水溶液,室溫下自然冷卻至約 30℃,加入 TG 溶液(添加量為魚皮明膠乾重的 2%,溶於 5ml 蒸餾水),磁石攪拌 16 小時使 魚皮明膠充分交聯,以製備微膠囊。
4.3.4 調pH值法
參考楊(1990)的方法,將 2.5%魚皮明膠及 0.5%多醣類於 70℃熱水浴中 持續攪拌混合均勻,配製成200g 的混合膠液,室溫下自然冷卻至約 30℃,
以0.1N NaOH 調至 pH9-10,加入 0.15g 單甘酸油酯,利用均質機在 10,000rpm 均質5 分鐘完全混勻,隨後加入油脂 15g,再以 10,000rpm 均質 5 分鐘使之
混勻,製備成O/W 型乳化液,室溫下自然冷卻至約 30℃,以磁石攪拌器低 速攪拌,以0.1N HCl 快速調至 pH4-5,以製備微膠囊。將上述相分離系統 在室溫下自然冷卻至約 30℃,加入 TG 製備液(添加量為魚皮明膠乾重的 2%,溶於 5ml 蒸餾水),磁石攪拌 16 小時固化囊壁物質,進行魚皮明膠分 子之間的交聯,以增加微膠囊的耐熱性。另外,相分離系統在室溫下自然 冷卻至約 30℃,再加入 200g、0.5%幾丁聚醣相互混合,在低溫(4℃)與低 pH 值下(pH 4-5),利用 100g、10%三聚磷酸鈉進行交聯 16 小時,形成複合 膜材後,以增加微膠囊的耐熱性。
5. 分析方法
5.1 膠強度
參考布魯姆值 (Jongjareonrak et al., 2006)測定膠強度的方法,製備濃度 為 6.67%的明膠及與 HPMC 混合凝膠 105ml 溶液,於 45℃水浴加熱 40 分 鐘後,在不同靜置條件下,利用以直徑12.7mm 的圓形探頭,樣品座上升速 度為30mm/min,使用 Mode 2 測定下壓凝膠表面彎曲 4mm,但不破損的狀 態下所需施予的力量(g)的多寡。6.67%明膠於 10℃水浴中靜置 17 小時,所
測得之荷重為布魯姆值,其餘條件測得之荷重為膠強度,每樣品重複3 次 5.2 微膠囊的產率(yield)及回收率(recovery)
微膠囊的產率(%)=生成的微膠囊量/乳化液重×100%
微膠囊的回收率(%)=生成的微膠囊固形物重/乳化液中固形物重×100%
5.3 水分含量
參考AOAC (1984),利用烘箱法進行水分測定:
精稱樣品 2g 至鋁盤中,於 105℃烘箱中,乾燥 3-5 小時至恆重,置於 乾燥器中冷卻至室溫後,測定其失去的重量及計算水分,每樣品重複3 次。
水分含量(%)=(樣品重-乾燥後樣品重)/(樣品重)×100%
5.4 水活性
取適量微膠囊平舖於樣品皿內,以水活性測定儀,在室溫下測定並記 錄水活性。
5.5 色澤
參考Sahin等(2005)的方法,將微膠囊平舖於色差儀樣品皿內,測CIE L*、a*、b*值。儀器以標準白板(L*=92.93,a*=-1.26,b*=1.17)及標準色板 (L*=51.62,a*=-26.59,b*=12.52)校正,每樣品重複 3 次,並換算出白色度 (Whiteness):
Whiteness =[(L* - L0*)2 + (a* - a0*)2 + (b* - b0*)2]1/2
其中,L*值為明亮度(0-100),數值愈小,愈接近黑色,數值愈大,愈接
近白色;a*正值為紅色度,負值為綠色度;b*正值為黃色度,負值為藍色度。
5.6 表密度(bulk density)
參考陳和李(2006)的方法,稱取約 10g 微膠囊放入量筒中,輕拍 20 下 後記錄量筒的刻度,即為表體積(bulk volume),每樣品重複 3 次,換算微膠
囊表密度:
表密度=微膠囊重量/表體積 (g/cm3) 5.7 熱性質分析
以示相差掃瞄熱分析儀進行實驗,參考Chen(1995)的方法,稱取約 15mg 樣品,並精稱至 0.1mg,以確保熱量換算的可靠性。為減少 DSC 圖譜基準 線上的偏移,將近似樣品含水率(約 80%)的 12mg 蒸餾水放入另一試樣皿 中,作為對照組與樣品同步測定,以消去試樣皿及水分造成的比熱變化影 響。每一試樣至少三重複,直到有明顯再現性,再選擇具代表性的圖譜。
DSC 溫度及熱量的修正均以銦(Indium)為標準,升溫速度為 10℃/min,濕態
樣品從10℃升溫至 90℃,乾態樣品從 10℃升溫至 200℃,記錄轉移溫度及 焓值,分析樣品熱安定性的變化。
5.8 流變性質分析
參考陳等(2005)的方法,以動態流變儀測量樣品的流變性質,液態樣品
選擇60mm 2o角錐板,固態樣品選擇 40mm及 20mm平板,利用stress sweep 確認黏彈範圍,並進行strain, frequency, time, temperature sweep,以決定不 同樣品的合適操作條件。實驗時,取適當的樣品量,蓋上防氣逸護罩(cover split)防止水分蒸發,以電子式控溫配合冷媒浴槽增加溫控準確度,以 2℃/min進行溫度掃描,記錄儲存模值、損失模值、損耗正切值(tanδ)、複數 黏度(complex viscosity, η*)及等流變性質,每樣品重複 2-3 次,取再現性數
據判讀分析。
5.9 影像分析 5.9.1 光學顯微鏡
以位相差及立體光學顯微鏡照像系統觀察微膠囊外型及大小。
5.9.2 掃瞄式電子顯微鏡
樣品經凍結處理後,再以冷凍乾燥機凍乾,將黑色膠帶黏貼於鋁台上,
樣品以輕灑方式平舖於黑色膠帶上,在真空狀態下,樣品表面以鍍金器鍍 上金膜一分鐘(35±1 mA/0.1 mbar),以掃瞄式電子顯微鏡觀察樣品表面形態。
5.10 統計分析
試驗結果以套裝軟體(SPSS,2005)進行統計分析,並以 Duncan's test,
顯著水準為α=0.05 比較數據平均值之差異性。
肆、結果與討論
1. 添加 HPMC 改善魚皮明膠的凝膠能力
1.1 魚皮明膠與 HPMC 之交互作用
濃度 6.67%的魚皮明膠布魯姆值為 246g 左右,隨著 HPMC 添加比例增 加,凝膠強度也隨著增加,添加量至 2%及 4%時,凝膠強度已達約 1000g 左右(表一),二者已無顯著差異,顯示添加 2%HPMC 已經足夠形成一定的
混合凝膠強度,更多的 HPMC 已無法明顯增加其凝膠強度,故後續實驗 HPMC 之添加量都固定為 2%。
單獨魚皮明膠與HPMC 未混合前,吸光值分別為 0.14 和 0.07 左右,並 未隨著靜置時間有明顯增加的趨勢。但二者均勻混合後,即呈現較高的吸 光值(0.33),在 4℃或 10℃靜置 1 小時後,吸光值都已達 1.0 左右(圖一),由
於明膠與多醣類溶液在 400nm 的吸光值增加,表示不溶性複合物的生成量 增加(Gilsenan et al., 2003;王和張,2004),故 HPMC 與明膠靜置凝膠過程 中相互結合形成水不溶性大分子複合物,證明二者有混合凝膠的效果。
在靜置初期(4 小時內),10℃靜置者吸光值大於 4℃靜置者,但靜置 8 小時後,4℃靜置者反大於 10℃靜置者(圖一),顯示在靜置初期,10℃靜置 的混合凝膠之交互作用較為明顯,靜置長時間後,4℃靜置的混合凝膠之交 互作用反而比較明顯。
魚皮明膠與 HPMC 混合凝膠的膠強度為單獨魚皮明膠 3-5 倍,且隨著
靜置時間,膠強度有逐漸上升的趨勢,在靜置17 小時後,即可達一高值,
之後並無顯著增加趨勢(表二)。另外,魚皮明膠及其混合凝膠在靜置初期,
10℃靜置增加膠強度效果比 4℃快,但是靜置 8 小時後,在 4℃靜置者的膠 強度,就明顯高於 10℃,此結果與吸光值在不同溫度下靜置的變化趨勢類 似。Harrington and Rao (1970)認為急速冷卻會造成數個明膠凝膠晶核靠近而 形成混亂的不定形區,推論是由於較高的靜置溫度在短時間內明膠分子形 成有秩序的結晶區,使膠體較低溫靜置者穩定,但長時間低溫靜置後,因 形成更大量結晶區及不定形區,亦可形成高凝膠強度。此推論正可說明魚 皮明膠與 HPMC 在高溫靜置時可較快速凝膠,但是低溫長時間靜置時可形 成結構較強的混合凝膠。
再者,由於 HPMC 無法形成固態膠體,但與魚皮明膠混合後樣品膠強 度約為單獨魚皮明膠的3-5 倍(表二),且混合凝膠吸光值遠高於單獨魚皮明 膠或 HPMC 的吸光值總和(圖一),證明 HPMC 對於魚皮明膠的凝膠能力 有相乘效果。
1.2 魚皮明膠與 HPMC 混合凝膠的流變性質
魚皮明膠在 TSRM 圖譜中,G’隨溫度升高而下降,在 8-10℃附近,即 明顯有下降之趨勢,在20℃附近,G’已趨近 0(圖二 A1 及 A2),在 4℃、
10℃靜置 1-24 小時,G’明顯增加,尤其在 4℃靜置條件下,靜置凝膠效果 較明顯,在掃瞄溫度 4℃附近 G’已高達 6-7kPa,為單獨魚皮明膠未靜置時
的 2 倍左右;10℃靜置對增高 G’的程度,就沒 4℃靜置效果明顯。魚皮明 膠添加 HPMC 後可提高 G’,尤其在 4℃靜置條件下,在掃瞄溫度 4℃附近 G’已高達 9-10kPa(圖二 B1),為單獨魚皮明膠未靜置時的 3 倍左右,靜置溫
度效果與單獨魚皮明膠情形類似,在4℃靜置對增高 G’的效果較 10℃靜置 時明顯(圖二 B2)。
在討論膠體的流變性與其結構時,G’為儲存模值,通常推估是由有效 分子鏈硬度、接合區強度(包括鍵結強度和形成接合區之分子鏈平均大小)
及鍵結數量所貢獻,可反映黏彈性物質固態相的鍵結強度。G’’為損失模值,
屬於流性性質,反映液態相的摩擦消耗量,是由小分子流動、分子鏈移動、
摩擦及官能基的振動與轉動所貢獻。η*為複數黏度,代表動態頻率下,以剪
摩擦及官能基的振動與轉動所貢獻。η*為複數黏度,代表動態頻率下,以剪