DOI: 10.1016/j.foodhyd.2022.107949

本研究通过同轴静电纺丝将β-胡萝卜素封装在两种不同的食品水胶体基质中，即纯普鲁兰多糖（PUL）及其与乳清蛋白分离物（WPI）的混合物（WPI:PUL重量比为30:70）。β-胡萝卜素在生成的WPI:PUL（30:70w/w）和PUL纳米纤维中的包封率分别达到了90%和95%。在检查的各种操作参数中，对包封效率影响最大的因素是油-β-胡萝卜素溶液（芯材）的流速。使用纯普鲁兰多糖作为壁材获得了更均匀的线状纳米纤维，而WPI:PUL（30:70w/w）共混物沿纤维轴周期性地形成具有珠状形态的纳米结构。β-胡萝卜素降解动力学遵循明显的一级反应模型，检查的所有基质和储存温度（25℃，35℃，45℃）在中等水活性水平下的速率常数最高。降解动力学似乎与纤维聚合物组分的分子流动性（即非晶态壁材的物理状态）没有直接关系，因为即使在低于其玻璃化转变温度（Tg）的温度下，β-胡萝卜素的损失也很明显。与纯PUL相比，电纺WPI:PUL纳米纤维更适合作为载体，在不同的储存温度、aw水平和UV-Vis照射下延迟β-胡萝卜素的氧化。总体而言，使用WPI:PUL（30:70w/w）混合物作为封装载体的同轴静电纺丝工艺似乎是制备富含β-胡萝卜素的功能性食品或膳食补充剂的有效技术。

图1.β-胡萝卜素负载电纺WPI:PUL（30:70w/w）（a）和PUL（b）纳米纤维的EE%预测值与实际值的对比图。

图2.响应面和等高线图显示了壳溶液流速、核溶液流速、外加电压对β-胡萝卜素负载WPI:PUL（30:70w/w）纳米纤维的EE%的影响。壳溶液流速与核溶液流速的关系（外加电压：21kV，针尖至收集器距离：18cm）（a）；核溶液流速与外加电压的关系（壳溶液流速：2.2mL/h，针尖至收集器距离：18cm）（b）；壳溶液流速与外加电压的关系（核溶液流速：0.15mL/h，针尖至收集器距离：18cm）（c）。

图3.响应面和等高线图显示了壳溶液流速、核溶液流速、外加电压对β-胡萝卜素负载PUL纳米纤维的EE%的影响。外加电压与核溶液流速的关系（壳溶液流速：2.2mL/h，针尖至收集器距离：18cm）（a）；外加电压与壳溶液流速的关系（核溶液流速：0.15mL/h，针尖至收集器距离：18cm）（b）。

图4.电纺β-胡萝卜素-WPI:PUL（30:70w/w）（a）（工艺条件：2.00mL/h，0.10mL/h，19kV和17cm）和β-胡萝卜素-PUL（b）（工艺条件：2.40mL/h，0.10mL/h，23kV和19cm）纳米纤维的SEM图像。比例尺10μm。

图5.在玉米油中的纯β-胡萝卜素溶液（a）、干燥的PUL（b）和WPI:PUL（30:70w/w）（c）纳米纤维，干燥的β-胡萝卜素负载WPI:PUL（30:70w/w）（d）和PUL（e）纳米纤维的红外吸收光谱。

图6.β-胡萝卜素负载WPI:PUL（30:70w/w）（a）和PUL（b）纳米纤维的水吸附等温线（温度25、35和45℃，水活性范围0.11-0.94）：菱形,25℃；正方形，35℃；三角形，45℃。插图给出了相应的GAB和BET图。

图7.封装在WPI:PUL（30:70w/w）（a）和PUL（b）纳米纤维中并在不同相对湿度环境下平衡（aw=0.0-0.94）的β-胡萝卜素的代表性DSC扫描；热谱图给出了相应样品的水分含量。

图8.两种封装基质（WPI:PUL（30:70w/w）（正方形）和PUL（实心圆））在三种储存温度25℃（a）、35℃（b）和45℃（c）下的Gordon-Taylor图（Tg与w2）。数据来源于样品的DSC扫描，这些样品之前储存在不同的相对湿度环境中以吸收水分。

图9.封装在WPI:PUL（30:70w/w）（正方形）和PUL（圆形）纳米纤维中的β-胡萝卜素的典型一级降解图（lnC/C0与时间的关系）。

图10.在不同温度和相对湿度下储存的封装β-胡萝卜素的降解速率常数的Arrhenius图。数据对应于用WPI:PUL（30:70w/w）（a）和PUL（b）纳米纤维封装的样品。

图11.WLF模型图说明了用WPI:PUL（30:70）（a）和PUL（b）纳米纤维封装的样品的降解率（k）和（lnk）-1（插图）对ΔT=T-Tg的依赖性：菱形，25℃储存的样品；正方形，35℃储存的样品；三角形，45℃储存的样品。

图12.游离以及WPI:PUL（30:70w/w）和PUL纳米纤维封装的β-胡萝卜素暴露于UV-Vis辐照时的降解图（lnC/C0与时间的关系）。