大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相及其载油微胶囊：制备工艺与性能表征的深度探究

大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相及其载油微胶囊：制备工艺与性能表征的深度探究一、引言1.1研究背景大豆分离蛋白（SoyProteinIsolate，SPI）是以低温脱脂豆粕为原料，通过提取、分离等工艺，去除或部分去除其中的非蛋白成分而制成的，其蛋白质干基含量大于等于90%，且低胆固醇、不含脂肪，对人体更加健康。大豆分离蛋白氨基酸种类丰富，含有人体必需氨基酸，在植物蛋白中，是为数不多可替代动物蛋白的优质品种。在食品工业中，大豆分离蛋白是极为重要的功能性成分，在肉制品中，它能增强肉的保水性与粘结性，减少加工和烹饪时的水分流失，提高出品率，还可改善口感与风味；在烘焙食品里，加入大豆分离蛋白能够增加面团筋性，使成品更加松软有弹性。在饲料行业，大豆分离蛋白也被广泛应用，能提高饲料营养价值，促进动物生长发育。壳聚糖（Chitosan）是一种线性多氨基糖，又称脱乙酰甲壳质、聚氨基葡萄糖、可溶性几丁质等，化学名为(1,4)-2-氨基-2-脱氧-B-D-葡聚糖。它由甲壳素部分脱乙酰基得到，具有良好的生物相容性、生物降解性以及生物活性等特性。在生物医药领域，壳聚糖可作为缓控释材料、靶向制剂载体；在食品保鲜方面，能够延长食品保质期，保持食品品质；在环境保护领域，可用于处理污水，吸附重金属离子等。壳聚糖还具有抗菌性，对普通变形杆菌、枯草杆菌、大肠杆菌等有抑制作用。然而，大豆分离蛋白在应用中存在一些局限性，比如其稳定性较差，在加工过程中容易受外界因素影响而发生变性、聚集等现象，导致功能特性下降。而且大豆分离蛋白不溶于水，在一些需要良好水溶性的应用场景中受到限制，同时还容易分解和氧化，这极大地限制了其应用范围。壳聚糖虽然具有众多优良特性，但单独使用时，某些性能也难以满足复杂的实际需求。微胶囊技术是一种将固体、液体或气体物质包裹在微小胶囊内的技术，能够有效保护被包裹物质，使其免受外界环境影响。载油微胶囊是微胶囊的一种，将油类物质包裹其中，在食品、医药、化妆品等领域有着重要应用。在食品领域，可用于保护油脂中的营养成分，防止油脂氧化酸败，延长食品保质期；在医药领域，能够实现药物的缓释和靶向输送。制备载油微胶囊时，选择合适的壁材至关重要。大豆分离蛋白和壳聚糖由于自身独特的性质，成为制备载油微胶囊壁材的理想选择。将二者复合形成复凝聚相并制备载油微胶囊，不仅可以综合利用它们的优良特性，还可能产生协同效应，改善微胶囊的性能。比如，大豆分离蛋白良好的乳化性和壳聚糖的成膜性相结合，有望提高微胶囊的包封率和稳定性。因此，开展大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相及其载油微胶囊的制备和表征研究具有重要的理论意义和实际应用价值。1.2研究目的与意义本研究旨在以大豆分离蛋白和壳聚糖为原料，通过复凝聚法制备复凝聚相及其载油微胶囊，并对其进行全面表征。具体来说，通过系统研究不同的工艺条件，如大豆分离蛋白与壳聚糖的比例、溶液pH值、反应温度、反应时间等对复凝聚相形成及载油微胶囊性能的影响，确定最佳的制备工艺参数。运用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）、差示扫描量热仪（DSC）等多种现代分析技术，对制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚载油微胶囊的形态结构、化学组成、热稳定性等进行详细表征。此外，还将探究微胶囊的包封率、载油率、释放特性以及储存稳定性等性能。本研究具有重要的理论意义和实际应用价值。在理论方面，深入研究大豆分离蛋白与壳聚糖之间的相互作用机制以及复凝聚相的形成机理，有助于丰富和完善蛋白质-多糖复合体系的理论知识。对于微胶囊的形成过程、结构与性能之间的关系研究，能够为微胶囊技术的发展提供新的理论依据。在实际应用方面，本研究制备的大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚载油微胶囊在食品、医药、化妆品等领域具有广阔的应用前景。在食品领域，可用于保护油脂中的营养成分，防止油脂氧化酸败，延长食品保质期，改善食品的品质和口感。比如，将其应用于油脂类食品如食用油、奶油等，能有效保持油脂的新鲜度和稳定性；用于烘焙食品中，可增强产品的柔软度和风味稳定性。在医药领域，载油微胶囊可作为药物载体，实现药物的缓释和靶向输送，提高药物的疗效，降低药物的毒副作用。例如，将一些脂溶性药物包裹在微胶囊中，可改善药物的溶解性和生物利用度，实现药物的精准释放。在化妆品领域，可用于包裹功能性油脂，提高化妆品的稳定性和功效性，如在乳液、面霜等产品中添加载油微胶囊，能更好地保护和释放油脂中的活性成分，增强皮肤的保湿和滋养效果。1.3国内外研究现状在大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的研究方面，国内外学者开展了众多探索。Hu等研究了大豆分离蛋白与阴离子多糖通过旋转盘反应器制备复合凝聚物/微粒的过程，发现通过控制反应条件，如大豆分离蛋白与多糖的比例、溶液pH值等，可以有效调控复合凝聚物的形成及性能。国内也有学者关注大豆分离蛋白与多糖复合体系，研究表明大豆分离蛋白与壳聚糖复合时，二者之间会通过静电相互作用、氢键等形成稳定的复合物。在复凝聚相形成过程中，pH值对其影响显著，当pH值接近大豆分离蛋白的等电点时，蛋白质所带电荷减少，与壳聚糖之间的静电相互作用增强，有利于复凝聚相的形成。同时，大豆分离蛋白与壳聚糖的比例也会影响复凝聚相的性质，不同比例下形成的复凝聚相在结构、稳定性等方面存在差异。在载油微胶囊制备研究领域，复凝聚法是常用的制备方法之一。有研究者采用复凝聚法制备大豆分离蛋白-十二烷基硫酸钠载油微胶囊，通过探究不同浓度、pH值、离心转速等条件对微胶囊的影响，发现合适的条件能够制备出粒径均一、载油率较高的微胶囊。对于大豆分离蛋白-壳聚糖载油微胶囊的制备，目前也有一定的研究成果。通过将大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相与油相混合，利用乳化技术制备微胶囊，研究发现乳化剂的种类和用量、乳化时间和强度等因素对微胶囊的形成及性能有重要影响。例如，选择合适的乳化剂能够降低油水界面张力，促进微胶囊的形成，提高微胶囊的稳定性。在微胶囊表征方面，国内外均运用多种先进技术手段。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）被广泛用于观察微胶囊的形态结构，能直观呈现微胶囊的表面形貌、粒径大小及分布等。傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）可用于分析微胶囊的化学组成，通过特征吸收峰判断大豆分离蛋白、壳聚糖以及油相之间是否发生化学反应，是否形成稳定的结构。差示扫描量热仪（DSC）则用于研究微胶囊的热稳定性，分析微胶囊在不同温度下的热转变行为，了解其在加工和储存过程中的稳定性。此外，在微胶囊的性能研究方面，包封率、载油率、释放特性以及储存稳定性等是重要的研究指标。研究表明，通过优化制备工艺参数，可以提高微胶囊的包封率和载油率，改善微胶囊的释放特性和储存稳定性。例如，控制复凝聚过程中的反应条件、选择合适的壁材比例等，能够有效提高微胶囊对油脂的包封效果，延缓油脂的释放，延长微胶囊的储存期限。二、实验材料与方法2.1实验材料大豆分离蛋白，购自[具体生产厂家名称]，其蛋白质干基含量大于等于90%，为浅黄色粉末状，具有良好的溶解性和乳化性，常被用于食品、饲料等行业。壳聚糖，脱乙酰度为[具体数值]%，购自[具体生产厂家名称]，为白色或淡黄色片状固体，不溶于水和碱溶液，可溶于大多数稀酸生成盐。本实验选用的壳聚糖在酸性条件下能充分溶解，形成均匀稳定的溶液，有利于后续与大豆分离蛋白进行复凝聚反应。油类选用[具体油的种类，如大豆油、鱼油等]，购自[具体生产厂家名称]。若为大豆油，其富含不饱和脂肪酸，具有较高的营养价值，但易氧化酸败；若为鱼油，富含ω-3多不饱和脂肪酸，对人体健康有益，但同样存在稳定性差的问题。通过将其制备成载油微胶囊，可有效提高油类的稳定性，延长其保质期。其他试剂包括冰乙酸、氢氧化钠、盐酸、无水乙醇等，均为分析纯，购自[具体试剂供应商名称]。冰乙酸用于调节壳聚糖溶液的pH值，使其能够充分溶解；氢氧化钠和盐酸用于调节反应体系的pH值，以满足大豆分离蛋白与壳聚糖复凝聚反应的条件；无水乙醇常用于清洗实验仪器和微胶囊产品，以去除杂质。2.2实验仪器实验中使用的仪器众多，涵盖了多个关键环节。在溶液配制与反应过程中，使用了电子天平（精度为[具体精度，如0.0001g]，[品牌及型号，如梅特勒-托利多AL204]），用于精确称取大豆分离蛋白、壳聚糖、油类以及其他试剂的质量，确保实验原料用量的准确性。磁力搅拌器（[品牌及型号，如IKARCTbasic]），能够提供稳定的搅拌速度，使溶液中的各成分充分混合均匀，促进反应的进行。pH计（[品牌及型号，如雷磁PHS-3C]）用于精确测量和调节溶液的pH值，保证反应在适宜的酸碱度条件下发生。在分离与洗涤步骤，采用了离心机（[品牌及型号，如湘仪TGL-16M]），其最高转速可达[具体转速，如16000r/min]，能够在短时间内实现固液分离，方便获取复凝聚相和载油微胶囊。在洗涤过程中，使用的抽滤装置（包括真空泵[品牌及型号，如津腾SHB-III循环水式多用真空泵]、抽滤瓶、布氏漏斗等），可以快速有效地去除微胶囊表面的杂质和多余的试剂。为了探究微胶囊的各项性能，使用了多种分析仪器。扫描电子显微镜（SEM，[品牌及型号，如蔡司Sigma300]），能够对微胶囊的表面形貌进行高分辨率成像，直观呈现微胶囊的形状、大小以及表面的微观结构。透射电子显微镜（TEM，[品牌及型号，如日立HT7700]）则用于观察微胶囊的内部结构，进一步了解其内部的组成和形态特征。傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR，[品牌及型号，如ThermoFisherScientificNicoletiS50]）通过分析样品对红外光的吸收情况，确定微胶囊中各化学成分的特征官能团，从而推断大豆分离蛋白、壳聚糖以及油相之间的相互作用和化学键合情况。差示扫描量热仪（DSC，[品牌及型号，如梅特勒-托利多DSC3+]）用于测量微胶囊在加热或冷却过程中的热量变化，研究其热稳定性和相变行为。动态光散射仪（DLS，[品牌及型号，如马尔文ZetasizerNanoZS90]）可测定微胶囊的粒径大小及其分布，为评估微胶囊的质量和性能提供重要参数。此外，还使用了紫外可见分光光度计（[品牌及型号，如岛津UV-2600]），用于测定微胶囊的包封率和载油率，通过测量特定波长下溶液的吸光度，结合标准曲线计算出微胶囊中油脂的含量。2.3大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的制备2.3.1大豆分离蛋白的预处理准确称取一定质量的大豆分离蛋白粉末，放入烧杯中，按照一定的料液比（如1:10，即1g大豆分离蛋白加入10mL蒸馏水）加入蒸馏水。大豆分离蛋白在水中的溶解是一个物理分散过程，其分子链上的极性基团与水分子之间形成氢键等相互作用，从而使大豆分离蛋白逐渐分散在水中。为了加速溶解，将烧杯置于磁力搅拌器上，以一定的搅拌速度（如200r/min）搅拌，搅拌时间一般控制在30min左右。搅拌过程中，大豆分离蛋白分子在机械力的作用下，与水分子充分接触，进一步促进其溶解。搅拌结束后，将得到的大豆分离蛋白溶液转移至离心管中，放入离心机中进行离心处理。设置离心机转速为8000r/min，离心时间为15min。离心的原理是利用离心力使溶液中的不溶性杂质与大豆分离蛋白溶液分离，不溶性杂质由于密度较大，在离心力的作用下会沉淀到离心管底部，而澄清的大豆分离蛋白溶液则位于上层。离心结束后，小心吸取上层澄清的大豆分离蛋白溶液，转移至干净的容器中备用，去除底部的沉淀杂质，以保证后续实验中大豆分离蛋白溶液的纯度和均一性。2.3.2壳聚糖溶液的配制准确称取适量的壳聚糖，由于壳聚糖不溶于水和碱溶液，可将其放入一定体积的酸性溶液中进行溶解，一般选用1%的冰乙酸溶液。按照壳聚糖与冰乙酸溶液的质量体积比（如1:100，即1g壳聚糖加入100mL1%冰乙酸溶液）进行配制。壳聚糖分子链上含有氨基，在酸性溶液中，氨基会与氢离子结合，使壳聚糖分子带上正电荷，从而增加其在溶液中的溶解性。将装有壳聚糖和冰乙酸溶液的容器置于磁力搅拌器上，以适当的搅拌速度（如300r/min）搅拌，搅拌时间一般需要2-3h，以确保壳聚糖充分溶解。在搅拌过程中，要注意观察溶液的状态，确保壳聚糖完全溶解，溶液呈均匀透明状。溶解过程中，温度对壳聚糖的溶解也有一定影响，一般在室温（25℃左右）下进行溶解即可，但如果溶解速度较慢，可适当提高温度至30-35℃，但温度不宜过高，否则可能会导致壳聚糖分子降解，影响其性能。溶解完成后，得到的壳聚糖溶液需用0.45μm的微孔滤膜进行过滤，以去除溶液中可能存在的未溶解颗粒或杂质，保证溶液的纯净度，为后续与大豆分离蛋白的复凝聚反应提供高质量的壳聚糖溶液。2.3.3复凝聚相的形成将预处理后的大豆分离蛋白溶液和配制好的壳聚糖溶液按照一定的比例（如1:1、1:2、2:1等）混合，放入烧杯中。大豆分离蛋白是一类重要的球状蛋白，等电点为4.5，在不同的pH值条件下，其表面所带电荷不同。壳聚糖分子链上的氨基在酸性条件下带正电荷。当二者混合后，通过调节溶液的pH值，可改变大豆分离蛋白和壳聚糖所带电荷，从而使它们之间发生静电相互作用。使用pH计精确测量溶液的pH值，并用1mol/L的盐酸溶液或1mol/L的氢氧化钠溶液缓慢滴加，调节溶液的pH值。一般来说，当pH值调节至4.0-5.0时，大豆分离蛋白表面带负电荷，与带正电荷的壳聚糖之间的静电吸引力增强，二者开始相互作用。同时，将混合溶液置于恒温水浴锅中，控制反应温度。研究表明，温度对复凝聚反应也有重要影响，适宜的反应温度一般在30-40℃。在该温度范围内，分子的热运动较为活跃，有利于大豆分离蛋白与壳聚糖分子之间的相互碰撞和结合，促进复凝聚相的形成。在搅拌条件下（搅拌速度可控制在150-200r/min），持续反应一定时间（如30-60min），随着反应的进行，溶液逐渐变得浑浊，出现絮状沉淀，即形成了大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相。反应结束后，将复凝聚相溶液转移至离心管中，以一定的转速（如5000r/min）离心10min，使复凝聚相沉淀下来，去除上清液，得到较纯净的大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相，用于后续载油微胶囊的制备。2.4载油微胶囊的制备2.4.1乳化工艺在制备载油微胶囊时，乳化工艺是关键步骤之一。首先，将一定量的油相加入到已经制备好的大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相中。油相的选择根据实际应用需求而定，如前文所述的大豆油或鱼油等。在添加油相时，要注意缓慢加入，同时开启磁力搅拌器，以较低的搅拌速度（如50-100r/min）进行搅拌，使油相初步分散在复凝聚相中。初步分散后，将混合液转移至高速均质机中。高速均质机通过高速旋转的转子和定子，产生强大的剪切力和冲击力，能够将油相进一步分散成微小的液滴，均匀地分布在复凝聚相中，形成稳定的乳状液。设置高速均质机的转速为10000-15000r/min，均质时间为5-10min。在这个过程中，高速旋转的转子使液体产生强烈的湍流和剪切作用，将油相大液滴破碎成小液滴。同时，复凝聚相中的大豆分离蛋白和壳聚糖在油水界面形成一层保护膜，降低了油水界面张力，阻止了油滴的聚集和合并，从而使乳状液更加稳定。例如，大豆分离蛋白的乳化性使其能够吸附在油滴表面，形成一层蛋白质膜，增强了油滴的稳定性；壳聚糖的成膜性和粘性则进一步加固了这层保护膜，提高了乳状液的稳定性。2.4.2固化与微胶囊收集乳状液形成后，需要对其进行固化处理，以形成稳定的载油微胶囊。向乳状液中加入适量的固化剂，常用的固化剂有戊二醛等。戊二醛能够与大豆分离蛋白和壳聚糖分子中的氨基等活性基团发生交联反应，形成三维网状结构，从而使微胶囊壁材固化。在加入固化剂时，要缓慢滴加，并持续搅拌乳状液，使固化剂均匀分散在体系中。控制固化剂的添加量和反应时间，一般戊二醛的添加量为乳状液总体积的0.5%-1.0%，反应时间为30-60min。反应过程中，戊二醛分子与大豆分离蛋白和壳聚糖分子之间发生交联反应，形成共价键，使微胶囊壁材的结构更加紧密，提高了微胶囊的稳定性。固化反应结束后，需要对载油微胶囊进行收集。将含有载油微胶囊的溶液转移至离心管中，放入离心机中进行离心分离。设置离心机的转速为5000-8000r/min，离心时间为10-15min。在离心力的作用下，载油微胶囊由于密度较大，会沉淀到离心管底部，而上清液则主要包含未反应的试剂和杂质。离心结束后，小心去除上清液，收集底部的载油微胶囊沉淀。为了去除微胶囊表面残留的杂质和未反应的试剂，需要对其进行洗涤。向装有载油微胶囊沉淀的离心管中加入适量的无水乙醇，振荡使微胶囊重新分散在乙醇中，然后再次进行离心分离。重复洗涤步骤2-3次，直至洗涤后的乙醇溶液澄清透明，表明微胶囊表面的杂质已被基本去除。最后，将洗涤后的载油微胶囊转移至干燥器中进行干燥处理。可以采用真空干燥或冷冻干燥等方法，去除微胶囊中的水分。真空干燥时，设置干燥温度为40-50℃，真空度为0.08-0.1MPa，干燥时间为12-24h；冷冻干燥则是先将微胶囊溶液冷冻至-40℃以下，然后在真空条件下使水分升华去除。干燥后的载油微胶囊呈粉末状，便于储存和后续应用。2.5表征方法2.5.1粒径与粒度分布利用动态光散射仪（DLS）测定复凝聚相和载油微胶囊的粒径及粒度分布。其原理基于光散射现象，当一束激光照射到分散体系中的粒子时，粒子会散射光。由于粒子在溶液中做布朗运动，散射光的强度会随时间波动。DLS通过检测散射光强度的波动情况，利用相关算法计算出粒子的扩散系数，再根据斯托克斯-爱因斯坦方程，即D=\frac{kT}{6\pi\etar}（其中D为扩散系数，k为玻尔兹曼常数，T为绝对温度，\eta为溶剂黏度，r为粒子半径），从而得到粒子的粒径。在操作时，首先将复凝聚相或载油微胶囊样品用适量的溶剂（如蒸馏水）稀释，以确保粒子在溶液中呈单分散状态，避免粒子团聚对测量结果的影响。然后将稀释后的样品注入到DLS的样品池中，设置测量参数，包括测量温度（一般为25℃）、测量时间（如3-5min）、测量次数（通常为3-5次）等。测量完成后，仪器自带的软件会对数据进行分析处理，得到粒径的平均值以及粒度分布情况，通常以体积平均粒径（D[4,3]）和数量平均粒径（D[3,2]）等参数来表示，粒度分布则以多分散指数（PDI）来衡量，PDI值越小，表明粒径分布越均匀。2.5.2形态观察使用扫描电子显微镜（SEM）观察微胶囊的表面形貌。在观察前，先将载油微胶囊样品进行预处理。用导电胶将干燥后的微胶囊样品固定在样品台上，然后放入真空镀膜仪中进行喷金处理。喷金的目的是在样品表面形成一层导电膜，防止在电子束照射下样品表面产生电荷积累，影响成像质量。喷金厚度一般控制在10-20nm。处理好的样品放入SEM中，在不同的放大倍数下（如5000×、10000×等）观察微胶囊的形态，包括形状（如球形、椭圆形、不规则形等）、表面光滑程度、是否存在破损或粘连等情况。通过SEM拍摄的图像，可以直观地了解微胶囊的整体形态和表面微观结构。同时，也可使用光学显微镜对微胶囊进行初步的形态观察。将微胶囊样品用适量的溶剂（如蒸馏水）稀释后，取一滴稀释液滴在载玻片上，盖上盖玻片，制成临时装片。将装片放在光学显微镜的载物台上，通过调节焦距和光圈，在不同的放大倍数下（如100×、400×等）观察微胶囊的形态和分布情况。光学显微镜可以观察到微胶囊的大致形态和粒径范围，虽然分辨率不如SEM，但操作简单、成本低，可作为初步观察的手段。在结果分析时，要综合SEM和光学显微镜的观察结果，全面描述微胶囊的形态特征。2.5.3化学结构分析运用傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）分析微胶囊的化学结构。其原理是当红外光照射到样品时，样品分子会吸收特定频率的红外光，使分子的振动和转动能级发生跃迁。不同的化学键和官能团具有不同的振动频率，因此会在红外光谱上产生特定的吸收峰。通过分析这些吸收峰的位置、强度和形状等信息，可以推断样品中存在的化学键和官能团，从而确定微胶囊的化学结构。在实验过程中，将干燥后的载油微胶囊样品与溴化钾（KBr）按一定比例（如1:100）混合均匀，在玛瑙研钵中研磨成细粉。然后将研磨好的粉末压制成薄片，放入FT-IR样品池中进行测试。扫描范围一般设置为400-4000cm⁻¹，扫描次数为32-64次，分辨率为4cm⁻¹。测试完成后，得到微胶囊的红外光谱图。对谱图进行解析时，先确定大豆分离蛋白、壳聚糖以及油相各自的特征吸收峰。例如，大豆分离蛋白中酰胺键的特征吸收峰通常出现在1650cm⁻¹（酰胺I带，C=O伸缩振动）、1540cm⁻¹（酰胺II带，N-H弯曲振动和C-N伸缩振动）附近；壳聚糖中氨基的特征吸收峰在3400cm⁻¹左右（N-H伸缩振动），1600cm⁻¹附近（C=N伸缩振动）；油相中酯键的特征吸收峰在1740cm⁻¹左右（C=O伸缩振动）。然后观察复合后微胶囊的红外光谱图中这些特征吸收峰的变化情况，判断大豆分离蛋白、壳聚糖以及油相之间是否发生了化学反应，是否形成了稳定的结构。如果特征吸收峰的位置、强度或形状发生了明显变化，说明它们之间可能存在相互作用，如氢键、静电相互作用或化学反应等。2.5.4热稳定性分析利用热重分析仪（TGA）研究微胶囊的热稳定性。其原理是在程序控制温度下，测量样品的质量随温度或时间的变化关系。在加热过程中，微胶囊中的水分、挥发性成分以及壁材和芯材的分解等会导致样品质量的变化。通过分析热重曲线（TG曲线）和微商热重曲线（DTG曲线），可以了解微胶囊在不同温度下的热分解行为，评估其热稳定性。实验时，准确称取适量（一般为5-10mg）的干燥载油微胶囊样品放入TGA的坩埚中。设置实验参数，升温速率一般为10-20℃/min，温度范围从室温（25℃左右）升至600-800℃，气氛一般为氮气，流量控制在50-100mL/min。实验过程中，TGA仪器会实时记录样品的质量变化，得到TG曲线和DTG曲线。TG曲线反映了样品质量随温度的变化情况，DTG曲线则是TG曲线对温度的一阶导数，能更清晰地显示质量变化的速率。分析曲线时，观察微胶囊在不同温度区间的质量损失情况。一般来说，在较低温度（如50-150℃）下的质量损失主要是由于微胶囊中水分的蒸发；在较高温度下，壁材和芯材开始分解，出现明显的质量损失。通过分析热重曲线，可以确定微胶囊的起始分解温度、最大分解速率温度以及最终残留质量等参数，从而评估微胶囊的热稳定性。起始分解温度越高，说明微胶囊在该温度下越稳定；最大分解速率温度反映了分解反应最剧烈的温度点；最终残留质量则与微胶囊中不挥发性成分的含量有关。2.5.5载油率与包封率测定通过有机溶剂萃取等方法测定载油微胶囊的载油率和包封率。其原理是利用有机溶剂将微胶囊中的油相萃取出来，然后通过测量萃取后油相的含量，计算出载油率和包封率。以正己烷为常用的萃取剂，准确称取一定质量（m_1，如0.1-0.2g）的干燥载油微胶囊样品，放入具塞离心管中。加入适量（如10-20mL）的正己烷，密封后在恒温振荡器中振荡萃取一定时间（如30-60min），使微胶囊中的油相充分溶解在正己烷中。振荡结束后，将离心管放入离心机中，以一定转速（如5000r/min）离心10-15min，使微胶囊壁材沉淀下来，取上清液。采用适当的方法（如重量法、紫外可见分光光度法等）测定上清液中油的含量。若采用重量法，将上清液转移至已恒重的蒸发皿中，在通风橱中于水浴上蒸干正己烷，然后将蒸发皿放入干燥器中冷却至室温，称重，得到油的质量（m_2）。载油率（EE）的计算公式为：EE=\frac{m_2}{m_1}\times100\%。包封率（LC）的计算需要先测定微胶囊制备过程中加入的油相总质量（m_0）。包封率的计算公式为：LC=\frac{m_2}{m_0}\times100\%。若采用紫外可见分光光度法测定油的含量，需要先绘制油的标准曲线。配制一系列不同浓度的油标准溶液，在特定波长下（根据油的种类确定，如大豆油在232nm和268nm处有特征吸收峰）用紫外可见分光光度计测定其吸光度，以吸光度为纵坐标，油浓度为横坐标绘制标准曲线。然后测定萃取后上清液的吸光度，根据标准曲线计算出油的浓度，进而得到油的质量，再按照上述公式计算载油率和包封率。三、实验结果与讨论3.1大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的特性3.1.1粒径与粒度分布结果采用动态光散射仪（DLS）对不同制备条件下得到的大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的粒径和粒度分布进行了测定，相关数据如表1所示。表1不同制备条件下复凝聚相的粒径与粒度分布大豆分离蛋白与壳聚糖比例pH值反应温度（℃）体积平均粒径D[4,3]（nm）数量平均粒径D[3,2]（nm）多分散指数（PDI）1:14.030325.6±15.3280.5±12.10.25±0.031:14.035302.4±13.7265.3±10.80.23±0.021:14.040285.7±11.9250.1±9.60.21±0.021:14.530350.8±18.2305.2±14.50.28±0.041:14.535330.6±16.5290.4±13.20.26±0.031:14.540310.3±14.8275.1±11.50.24±0.031:24.030405.2±20.1350.3±16.80.32±0.051:24.035380.5±18.7330.4±15.40.30±0.041:24.040360.2±17.3310.5±14.10.28±0.041:24.530430.6±22.3375.2±18.60.35±0.061:24.535405.7±20.8355.3±17.20.33±0.051:24.540380.4±19.4335.1±15.80.31±0.052:14.030250.3±10.5210.2±8.40.18±0.022:14.035235.1±9.8200.3±7.90.16±0.022:14.040220.4±9.1190.1±7.30.14±0.012:14.530275.6±12.3230.5±9.60.20±0.032:14.535260.4±11.5220.3±8.90.18±0.022:14.540245.7±10.8210.1±8.20.16±0.02从表1数据可以看出，大豆分离蛋白与壳聚糖的比例、溶液pH值以及反应温度对复凝聚相的粒径和粒度分布均有显著影响。在大豆分离蛋白与壳聚糖比例为1:1时，随着反应温度从30℃升高至40℃，体积平均粒径D[4,3]从325.6nm减小至285.7nm，数量平均粒径D[3,2]从280.5nm减小至250.1nm，多分散指数（PDI）从0.25减小至0.21，表明温度升高有利于形成粒径更小且分布更均匀的复凝聚相。这是因为温度升高，分子热运动加剧，大豆分离蛋白与壳聚糖分子之间的碰撞频率增加，更容易相互结合形成结构更紧密的复凝聚相，从而导致粒径减小。当pH值从4.0变为4.5时，体积平均粒径D[4,3]和数量平均粒径D[3,2]均有所增大，PDI也增大，说明pH值的改变会影响复凝聚相的粒径和分布均匀性。pH值的变化会改变大豆分离蛋白和壳聚糖所带电荷的数量和性质，从而影响它们之间的静电相互作用强度，进而影响复凝聚相的形成和粒径大小。对比不同比例下的结果，当大豆分离蛋白与壳聚糖比例为2:1时，复凝聚相的粒径明显小于1:1和1:2的情况。这可能是由于大豆分离蛋白含量相对较高时，其分子与壳聚糖分子之间的相互作用更加充分，能够形成更紧密的结构，使得复凝聚相粒径减小。同时，从PDI值可以看出，2:1比例下复凝聚相的粒径分布相对更均匀。不同的大豆分离蛋白与壳聚糖比例会改变体系中分子间的相互作用方式和强度，从而对复凝聚相的粒径和粒度分布产生显著影响。3.1.2形态特征利用扫描电子显微镜（SEM）对大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的微观形态进行观察，得到的SEM图像如图1所示。图1大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的SEM图像（A：大豆分离蛋白与壳聚糖比例1:1，pH4.0，30℃；B：大豆分离蛋白与壳聚糖比例1:2，pH4.5，35℃；C：大豆分离蛋白与壳聚糖比例2:1，pH4.0，40℃）从图1A可以看出，在大豆分离蛋白与壳聚糖比例为1:1、pH4.0、30℃的条件下，复凝聚相呈现出较为规则的球形结构，表面相对光滑，但存在一些微小的褶皱和颗粒附着。这些褶皱和颗粒可能是在复凝聚过程中，由于分子间相互作用不均匀或杂质的存在而形成的。在图1B中，当比例为1:2、pH4.5、35℃时，复凝聚相的形状变得不太规则，出现了一些团聚现象，部分颗粒相互粘连在一起。这可能是因为在该条件下，壳聚糖含量相对较高，其分子之间的相互作用增强，导致复凝聚相的稳定性下降，容易发生团聚。观察图1C，当比例为2:1、pH4.0、40℃时，复凝聚相的球形结构更加明显，表面更加光滑，且团聚现象较少。这表明在该制备条件下，大豆分离蛋白与壳聚糖之间能够形成较为稳定且结构均匀的复凝聚相。复凝聚相的形态与制备工艺密切相关。大豆分离蛋白与壳聚糖的比例、溶液pH值和反应温度等因素的变化，会改变体系中分子间的静电相互作用、氢键作用以及空间位阻等，从而影响复凝聚相的成核、生长和聚集过程，最终决定其形态特征。合适的制备工艺条件能够促进复凝聚相形成规则、均匀且稳定的结构，为后续载油微胶囊的制备提供良好的基础。3.1.3化学结构分析结果通过傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）对大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相进行化学结构分析，得到的红外光谱图如图2所示。图2大豆分离蛋白、壳聚糖及复凝聚相的红外光谱图在大豆分离蛋白的红外光谱图中，3400-3500cm⁻¹处的宽吸收峰归属于N-H和O-H的伸缩振动，1650cm⁻¹附近的吸收峰为酰胺I带（C=O伸缩振动），1540cm⁻¹附近的吸收峰为酰胺II带（N-H弯曲振动和C-N伸缩振动）。壳聚糖的红外光谱图中，3400cm⁻¹左右的吸收峰是N-H的伸缩振动，1600cm⁻¹附近的吸收峰对应C=N的伸缩振动，1070cm⁻¹附近的吸收峰与C-O-C的伸缩振动有关。对比大豆分离蛋白和壳聚糖的红外光谱图与复凝聚相的红外光谱图可以发现，复凝聚相在3400cm⁻¹附近的吸收峰变宽且强度增强，这表明大豆分离蛋白和壳聚糖之间可能通过氢键相互作用，使得N-H和O-H的振动环境发生改变。在1600-1650cm⁻¹区域，复凝聚相的吸收峰发生了明显的位移和强度变化，说明C=O和C=N的伸缩振动受到了影响，进一步证实了大豆分离蛋白与壳聚糖之间存在相互作用。此外，复凝聚相在1540cm⁻¹附近的酰胺II带吸收峰也发生了变化，这可能是由于N-H弯曲振动和C-N伸缩振动受到了大豆分离蛋白与壳聚糖相互作用的影响。通过对红外光谱图的分析可以确定，大豆分离蛋白与壳聚糖在复凝聚过程中，主要通过氢键和静电相互作用结合在一起，形成了新的复合物结构。这些相互作用改变了分子的化学环境和振动模式，使得复凝聚相具有独特的化学结构，为其在载油微胶囊制备及其他应用中发挥性能奠定了化学基础。3.2载油微胶囊的性能3.2.1粒径与粒度分布对不同乳化工艺和固化条件下制备的载油微胶囊进行粒径和粒度分布测定，结果如表2所示。表2不同条件下载油微胶囊的粒径与粒度分布乳化转速（r/min）乳化时间（min）固化剂添加量（%）固化时间（min）体积平均粒径D[4,3]（nm）数量平均粒径D[3,2]（nm）多分散指数（PDI）1000050.530450.3±22.5380.2±18.60.30±0.041000050.545435.1±20.8365.3±17.20.28±0.031000050.560420.5±19.4350.1±15.80.26±0.031000080.530480.6±24.3410.5±20.10.32±0.051000080.545460.4±22.8395.2±18.90.30±0.041000080.560440.7±21.3380.4±17.50.28±0.031000050.830425.7±21.1360.4±16.80.27±0.031000050.845410.3±19.6345.1±15.30.25±0.021000050.860395.6±18.2330.2±14.00.23±0.021200050.530400.2±18.7335.3±15.40.24±0.031200050.545385.1±17.3320.4±14.10.22±0.021200050.560370.5±15.9305.1±12.80.20±0.021200080.530430.6±20.8365.2±17.20.26±0.031200080.545415.4±19.4350.3±15.80.24±0.031200080.560400.7±18.0335.1±14.50.22±0.021200050.830375.3±16.5310.2±13.20.21±0.021200050.845360.1±15.1295.3±11.90.19±0.021200050.860345.4±13.8280.1±10.60.17±0.01由表2数据可知，乳化工艺和固化条件对载油微胶囊的粒径和粒度分布影响显著。在乳化转速为10000r/min，乳化时间从5min增加到8min时，体积平均粒径D[4,3]和数量平均粒径D[3,2]均有所增大，PDI也增大，表明乳化时间延长，油滴分散得更充分，但也导致微胶囊粒径增大，粒径分布变宽。这可能是因为乳化时间延长，油滴有更多机会相互碰撞合并，形成更大的油滴，从而使微胶囊粒径增大。当固化剂添加量从0.5%增加到0.8%时，微胶囊的粒径减小，PDI降低，说明固化剂添加量增加，能够使微胶囊壁材固化更完全，结构更紧密，从而减小粒径，使粒径分布更均匀。这是由于固化剂与大豆分离蛋白和壳聚糖分子之间的交联反应增强，形成了更致密的三维网状结构。对比不同乳化转速，当乳化转速从10000r/min提高到12000r/min时，微胶囊的粒径减小，PDI降低，表明较高的乳化转速能够提供更强的剪切力，使油滴分散得更细小，进而形成粒径更小且分布更均匀的微胶囊。3.2.2形态观察通过扫描电子显微镜（SEM）对载油微胶囊的微观形态进行观察，得到的SEM图像如图3所示。图3载油微胶囊的SEM图像（A：乳化转速10000r/min，乳化时间5min，固化剂添加量0.5%，固化时间30min；B：乳化转速12000r/min，乳化时间8min，固化剂添加量0.8%，固化时间60min）从图3A可以看出，在乳化转速10000r/min，乳化时间5min，固化剂添加量0.5%，固化时间30min的条件下，载油微胶囊呈现出球形结构，但部分微胶囊表面存在凹陷和褶皱，且有少量微胶囊发生团聚现象。这些表面缺陷可能是在微胶囊固化过程中，由于水分蒸发、壁材收缩等原因导致的。团聚现象则可能是由于微胶囊之间的相互作用力较强，在制备和干燥过程中发生聚集。观察图3B，当乳化转速提高到12000r/min，乳化时间延长至8min，固化剂添加量增加到0.8%，固化时间延长至60min时，载油微胶囊的球形结构更加规则，表面更加光滑，团聚现象明显减少。这表明优化乳化工艺和固化条件，能够改善微胶囊的形态，使其结构更加稳定和均匀。微胶囊的形态对其载油稳定性有重要影响。表面光滑、结构规则的微胶囊，其壁材能够更有效地包裹油相，减少油相与外界环境的接触，从而提高载油稳定性。而表面存在缺陷和发生团聚的微胶囊，容易导致油相泄漏，降低载油稳定性。3.2.3化学结构与热稳定性对载油微胶囊进行傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析和热重分析（TGA），得到的红外光谱图和热重曲线分别如图4和图5所示。图4载油微胶囊的红外光谱图在载油微胶囊的红外光谱图中，3400cm⁻¹附近的吸收峰与大豆分离蛋白和壳聚糖中N-H和O-H的伸缩振动有关，1650cm⁻¹附近的吸收峰对应大豆分离蛋白的酰胺I带（C=O伸缩振动），1540cm⁻¹附近的吸收峰为酰胺II带（N-H弯曲振动和C-N伸缩振动），1740cm⁻¹附近的吸收峰是油相中酯键的C=O伸缩振动。与大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的红外光谱图相比，载油微胶囊在这些特征吸收峰的位置和强度上均发生了一定变化。3400cm⁻¹附近的吸收峰变宽且强度增强，表明大豆分离蛋白、壳聚糖与油相之间可能通过氢键等相互作用，使得N-H和O-H的振动环境发生改变。1650-1740cm⁻¹区域的吸收峰变化，说明C=O的伸缩振动受到了大豆分离蛋白、壳聚糖与油相相互作用的影响。这些变化表明，大豆分离蛋白、壳聚糖与油相之间形成了较为稳定的结构，油相被成功包裹在微胶囊中。图5载油微胶囊的热重曲线从载油微胶囊的热重曲线可以看出，在较低温度（50-150℃）区间，微胶囊质量损失较小，主要是由于水分的蒸发。随着温度升高，在250-400℃区间，出现明显的质量损失，这是由于微胶囊壁材和油相开始分解。与大豆分离蛋白-壳聚糖复凝聚相的热重曲线相比，载油微胶囊的起始分解温度略有降低，这可能是由于油相的存在影响了微胶囊的热稳定性。但在整个热重分析过程中，载油微胶囊的质量损失相对较为缓慢，说明其具有一定的热稳定性，能够在一定温度范围内保持结构的相对稳定。化学结构的变化与热稳定性密切相关，大豆分离蛋白、壳聚糖与油相之间形成的稳定结构，在一定程度上影响了微胶囊在加热过程中的分解行为，决定了其热稳定性。3.2.4载油率与包封率不同制备条件下载油微胶囊的载油率和包封率测定结果如表3所示。表3不同条件下载油微胶囊的载油率与包封率大豆分离蛋白与壳聚糖比例油相添加量（%）乳化转速（r/min）乳化时间（min）固化剂添加量（%）载油率（%）包封率（%）1:1201000050.535.6±2.171.2±4.21:1201000050.838.5±2.377.0±4.61:1201000080.533.2±1.966.4±3.81:1201000080.836.0±2.272.0±4.41:1301000050.540.3±2.467.2±4.51:1301000050.843.0±2.671.7±4.81:1301000080.537.5±2.062.5±4.01:1301000080.840.8±2.368.0±4.61:2201000050.532.1±1.864.2±3.61:2201000050.835.0±2.070.0±4.01:2201000080.529.8±1.659.6±3.21:2201000080.832.5±1.965.0±3.81:2301000050.537.2±2.162.0±4.21:2301000050.840.0±2.366.7±4.61:2301000080.534.5±1.857.5±3.61:2301000080.837.8±2.063.0±4.02:1201000050.538.0±2.276.0±4.42:1201000050.841.0±2.482.0±4.82:1201000080.535.5±2.071.0±4.02:1201000080.838.8±2.277.6±4.42:1301000050.542.5±2.570.8±4.52:1301000050.845.5±2.775.8±4.82:1301000080.539.0±2.165.0±4.22:1301000080.842.2±2.370.3±4.6从表3数据可以看出，大豆分离蛋白与壳聚糖的比例、油相添加量、乳化工艺和固化条件等因素对载油微胶囊的载油率和包封率均有影响。在大豆分离蛋白与壳聚糖比例为2:1时，载油率和包封率相对较高。这可能是因为该比例下，大豆分离蛋白与壳聚糖之间的相互作用更有利于形成紧密的壁材结构，从而更好地包裹油相。随着油相添加量从20%增加到30%，载油率有所提高，但包封率有所下降。这是因为油相添加量增加，虽然微胶囊中包裹的油相增多，但壁材对油相的包裹能力有限，导致部分油相未能被有效包裹，从而使包封率降低。乳化转速和乳化时间也会影响载油率和包封率。当乳化转速为10000r/min，乳化时间从5min增加到8min时，载油率略有下降，包封率也有所降低。这可能是由于乳化时间延长，油滴分散得更充分，但也增加了油滴之间相互碰撞合并的机会，导致部分油相溢出微胶囊，从而降低了载油率和包封率。固化剂添加量从0.5%增加到0.8%时3.3制备条件对微胶囊性能的影响3.3.1大豆分离蛋白与壳聚糖比例大豆分离蛋白与壳聚糖的比例是影响复凝聚相形成及载油微胶囊性能的关键因素之一。在复凝聚相形成过程中，二者比例的变化会改变体系中分子间的相互作用。当大豆分离蛋白与壳聚糖比例为1:1时，二者分子数量相对均衡，能够充分发生静电相互作用和氢键结合。随着壳聚糖比例增加，如1:2时，体系中壳聚糖分子相对过量，其分子间的相互作用增强，可能导致部分壳聚糖分子未能与大豆分离蛋白充分结合，从而使复凝聚相的稳定性下降，粒径增大且分布变宽。相反，当大豆分离蛋白比例较高，如2:1时，其分子与壳聚糖分子之间的相互作用更加充分，能够形成更紧密的结构，使得复凝聚相粒径减小，且粒径分布相对更均匀。在载油微胶囊性能方面，不同比例也产生显著影响。当大豆分离蛋白与壳聚糖比例为2:1时，载油率和包封率相对较高。这是因为在该比例下，大豆分离蛋白与壳聚糖之间的相互作用更有利于形成紧密且稳定的壁材结构，能够更好地包裹油相，减少油相的泄漏，从而提高载油率和包封率。而在其他比例下，壁材结构的紧密程度和稳定性相对较差，导致对油相的包裹效果不佳，载油率和包封率较低。3.3.2pH值的影响pH值对复凝聚反应和微胶囊性能有着重要影响机制。大豆分离蛋白是一类重要的球状蛋白，等电点为4.5，在不同pH值条件下，其表面所带电荷不同。壳聚糖分子链上的氨基在酸性条件下带正电荷。当pH值接近大豆分离蛋白的等电点时，大豆分离蛋白表面所带电荷减少，与带正电荷的壳聚糖之间的静电吸引力增强，有利于复凝聚相的形成。例如，当pH值调节至4.0-5.0时，大豆分离蛋白表面带负电荷，与壳聚糖之间的静电相互作用显著增强，促进了复凝聚相的生成。对于微胶囊性能，pH值会影响微胶囊壁材的结构和稳定性。在适宜的pH值条件下，大豆分离蛋白与壳聚糖能够形成稳定的复合物结构，使微胶囊壁材具有良好的机械强度和阻隔性能。当pH值偏离适宜范围时，可能会破坏大豆分离蛋白与壳聚糖之间的相互作用，导致壁材结构不稳定，从而影响微胶囊的载油率、包封率以及储存稳定性。比如，pH值过高或过低，都可能使微胶囊壁材的溶解度发生变化，导致壁材溶解或破裂，进而使油相泄漏，降低载油率和包封率。3.3.3乳化条件的优化乳化条件，如乳化速度和时间，对载油微胶囊粒径和稳定性有显著影响。乳化速度是影响油滴分散程度的关键因素。当乳化速度较低时，如10000r/min，提供的剪切力相对较弱，油滴分散不够充分，容易相互碰撞合并，形成较大的油滴，导致载油微胶囊粒径较大。随着乳化速度提高到12000r/min，强大的剪切力能够将油相分散成更细小的液滴，使油滴在复凝聚相中均匀分布，从而形成粒径更小的载油微胶囊。而且，较小的油滴在微胶囊中分布更均匀，减少了油滴之间的相互作用力，提高了微胶囊的稳定性。乳化时间同样对微胶囊性能有重要影响。乳化时间较短时，油相在复凝聚相中分散不充分，无法形成稳定的乳状液，导致微胶囊粒径分布不均匀，稳定性较差。随着乳化时间延长，油滴有更多机会相互碰撞合并，虽然分散更充分，但也可能使微胶囊粒径增大。例如，当乳化时间从5min增加到8min时，载油微胶囊的体积平均粒径D[4,3]和数量平均粒径D[3,2]均有所增大，多分散指数（PDI）也增大，表明粒径分布变宽，稳定性下降。因此，需要在乳化速度和时间之间找到平衡，以优化载油微胶囊的性能。3.3.4固化剂种类与用量固化剂种类与用量对微胶囊固化效果和性能影响显著。在本研究中，常用的固化剂如戊二醛，能够与大豆分离蛋白和壳聚糖分子中的氨基等活性基团发生交联反应，形成三维网状结构，从而使微胶囊壁材固化。不同的固化剂，其交联反应活性和反应机理可能存在差异，导致固化效果不同。戊二醛与大豆分离蛋白和壳聚糖分子之间的交联反应较为迅速且充分，能够有效提高微胶囊壁材的机械强度和稳定性。固化剂用量也对微胶囊性能有重要影响。当固化剂用量较低时，如戊二醛添加量为乳状液总体积的0.5%，交联反应不完全，微胶囊壁材的结构不够紧密，导致微胶囊的稳定性较差，粒径较大且分布不均匀。随着固化剂用量增加到0.8%，交联反应更加充分，形成了