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J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 203 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads “果膠-鈣”晶球成型因子及品質評估 Ren-Chen Cheng 1) Feng-Fu Tsai 2) Hsiu-Ming Chang 3) 鄭任呈 蔡豐富 張修銘 Wen-Liang Wang 4) Po-Yuan Chiang 5) 王文良 江伯源 Abstract Low methoxyl pectin and calcium ion have high-viscosity coacervation and are used to prepare jam and hydrogel product. Recently, the microencapsulation technique is quite popular for the production of a compound of pectin and calcium ion and is often used in the health-care, biotech and pharmaceutical field. The compound is usually used as tablet binder, coating agent, drug encapsule, drug delivery carrier, improvement of control release and so on. In this study, we use the low methoxyl pectin as the material to study the formability and quality index of Ca-pectin hydrogel bead treated by different pectin concentrations (2.5, 5.0 and 7.5 %), calcium chloride concentrations (0.05, 0.1, 0.5 and 1.0 M) and curing times (0.5, 5.0 and 20.0 min). The research result showed that the overall wet and dry hydrogel bead have increasing trend in higher completeness, higher hardness, and decreasing trend in less shrinkage, smaller particle size, lower water content and lower swelling capacity along with the increasing in the pectin concentration, calcium ion concentration and curing time. In the thermograms, the increase in the pectin concentration, calcium ion concentration and curing time lead to an increase in the onset 1) Undergraduate, Dept. of Food Science and Biotechnology, National Chung Hsing University, Taiwan, R.O.C. 國立中興大學食品暨應用生物科技學系專題生。 2) Bodasin Co. 鉑達欣公司。 3) Joyful Material Co. LTD. 忻資源國際有限公司。 4) Section chief, Executive Yuan Marketing & Processing Division, Agriculture & Food Agency Council of Agriculture. 行政院農業委員會農糧署運銷加工組農產加工科科長。 5) Associate Professor, Dept. of Food Science and Biotechnology, National Chung Hsing University, Taiwan, R.O.C., Corresponding Author. E-mail: [email protected] 國立中興大學食品暨應用生物科技學系副教授,通訊作者。

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  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 203 -

    The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin

    Hydrogel Beads

    “果膠-鈣”晶球成型因子及品質評估

    Ren-Chen Cheng 1) Feng-Fu Tsai 2) Hsiu-Ming Chang 3)

    鄭任呈 蔡豐富 張修銘

    Wen-Liang Wang 4) Po-Yuan Chiang 5)

    王文良 江伯源

    Abstract

    Low methoxyl pectin and calcium ion have

    high-viscosity coacervation and are used to

    prepare jam and hydrogel product. Recently, the

    microencapsulation technique is quite popular for

    the production of a compound of pectin and

    calcium ion and is often used in the health-care,

    biotech and pharmaceutical field. The

    compound is usually used as tablet binder, coating

    agent, drug encapsule, drug delivery carrier,

    improvement of control release and so on. In this

    study, we use the low methoxyl pectin as the

    material to study the formability and quality index

    of Ca-pectin hydrogel bead treated by different

    pectin concentrations (2.5, 5.0 and 7.5 %), calcium

    chloride concentrations (0.05, 0.1, 0.5 and 1.0 M)

    and curing times (0.5, 5.0 and 20.0 min). The

    research result showed that the overall wet and dry

    hydrogel bead have increasing trend in higher

    completeness, higher hardness, and decreasing

    trend in less shrinkage, smaller particle size, lower

    water content and lower swelling capacity along

    with the increasing in the pectin concentration,

    calcium ion concentration and curing time. In

    the thermograms, the increase in the pectin

    concentration, calcium ion concentration and

    curing time lead to an increase in the onset

    1) Undergraduate, Dept. of Food Science and Biotechnology, National Chung Hsing University, Taiwan,

    R.O.C. 國立中興大學食品暨應用生物科技學系專題生。

    2) Bodasin Co. 鉑達欣公司。

    3) Joyful Material Co. LTD. 忻資源國際有限公司。

    4) Section chief, Executive Yuan Marketing & Processing Division, Agriculture & Food Agency Council

    of Agriculture. 行政院農業委員會農糧署運銷加工組農產加工科科長。

    5) Associate Professor, Dept. of Food Science and Biotechnology, National Chung Hsing University,

    Taiwan, R.O.C., Corresponding Author. E-mail: [email protected]

    國立中興大學食品暨應用生物科技學系副教授,通訊作者。

  • - 204 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    temperature (To), peak temperature (Tp) and

    enthalpy (ΔH). The increased air flow (0~3 L/

    min) in the compressor would cause the particle

    size (2.70mm~0.32mm) and swelling capacity (-

    8.45%~9.0%) of the Ca-hydrogel to decrease.

    Moreover, there was more shrinking on the surface

    with more combination of pectin and calcium.

    Key words: Pectin, Calcium chloride, Hardness,

    Particle size, Microstructure

    摘要

    低甲氧基果膠與鈣會形成高黏度的凝膠作

    用,常供果醬及凝膠產品之製備;“鈣化果膠

    複合物”是保健、生技、製藥界近年十分熱門

    之微膠囊化技術及材料;其常被應用於錠劑之

    結著、包覆劑;藥物包埋、輸送及釋放改善等

    研究。本實驗以低甲氧基果膠為材料,探討果

    膠(2.5、5.0、7.5%)、氯化鈣(0.05、0.1、0.5、

    1.0 M)濃度及不同固化時間(0.5、5、20 min)

    對果膠鈣晶球成型性及各項粒子品質因子分

    析;實驗結果如下:果膠鈣晶球成型性隨果膠及

    氯化鈣濃度提高及固化時間延長,整體濕、乾

    球粒之外型完整性較佳,收縮少;粒徑較小,

    硬度提高,含水量及膨潤力降低,熱性質項目

    有較高之起始溫度(To),尖峰溫度(Tp)及熱

    焓值(ΔH)。另外利用空壓機搭配流量計提高

    空氣流速(0~3L/min),可製得濕球粒之粒徑

    (2.70~0.32mm)、膨潤力(-8.45~9.0%),成型

    較佳之晶球粒子;另隨果膠-鈣結合愈多其外表

    微細構造有較多收縮之紋路。

    關鍵詞: 果膠、氯化鈣、硬度、粒徑、微細構造

    前言

    果膠(pectin)是天然水溶性多醣聚合物,

    廣存於植物細胞壁中,是人類蔬果飲食之重要

    成分之一,其具有黏稠性和凝膠現象

    (gelation);其結構主要是由 α-1, 4- 糖苷鏈連

    接的 D- 半乳糖醛酸組成主鏈的酸性多醣。果

    膠中的甲氧基含量及酯化度會影響果膠之凝膠

    及加工應用性,高酯化度果膠(甲氧基含量>

    7%或酯化度>50%)較難溶於水,且在大量糖

    存在下可行多鏈作用;低酯化度之果膠較易溶

    於水且在極低的 pH 值和二價離子存在下可行

    凝膠作用 (1)。早期食品科技專家常利用果膠作

    為增黏劑及凝膠(固)劑,近年保健、生技、

    製藥專家則利用果膠中的 D- 半乳糖醛酸結構

    與鈣離子反應,其彼此可生成 ”egg-box” 的鈣

    化果膠複合物 (3, 22),果膠中鈣離子的數量會影

    響凝膠強度和藥物釋放速率 (23);隨著生活水平

    的日益提高,人們對健康會更加重視,低甲氧

    基果膠具有特有之降血糖、降血脂、防止肥胖

    及排除人體有害金屬等功效,低甲氧基系列的

    保健食品在消費市場十分具有潛力 (3, 6)。果膠

    是一個適合當作輸送到結腸系統的載體,由於

    它可以被結腸中的細菌酵素分解,而且也可以

    被腸胃道中的酵素分解掉 (6, 13),果膠包覆藥物

    以口服的型式被證實是安全的 (16),許多報告中

    也指出果膠鈣的網狀結構能有效的讓藥物被傳

    輸到腸胃道 (17, 21),此外在口服果膠鈣膠球時,

    如果以多顆一起服用的效果會比以單顆服用效

    果好,在胃腸道轉運時間,有可靠的藥物釋放,

    能減緩在胃腸道所受到的刺激 (17)。國內有關果

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 205 -

    膠微膠囊化及凝膠球粒製備技術、品質評估甚

    少被研究、探討,國外許多研究大都針對果膠

    鈣凝膠釋放特性之評估與改善,有關其凝膠成

    型性及控制因子、品質特性研究則較缺乏;本

    試驗以低甲氧基果膠為材料,針對不同果膠濃

    度、鈣離子濃度、固化時間、空氣流速進行果

    膠晶球成型機制探討,並評估球粒之粒徑、膨

    潤力、含水率、硬度、外觀(型)、熱性質及表

    面微細構造之影響性及變化,以供未來從事果

    膠晶球應用及產品研發、品質改善之參考。

    材料與方法

    一、實驗材料

    果膠 LM104 AS(低甲氧基果膠)及氯化

    鈣均購自於台北振芳股份有限公司;果膠及氯

    化鈣均為食品級。

    二、實驗方法

    (一) 果膠鈣晶球造粒:

    本實驗利用擠壓法製備以果膠為核壁,去

    離子水為核蕊之凝膠球粒。在室溫下將果膠粉

    末與去離子水混合成不同濃度之果膠溶液,所

    得之混合液以同軸微膠囊生成器(encapsulation

    Unit Var J1)(Nisco Engineering AG, Unit-Var J1)

    搭配空壓機及流量計控制空氣流速(L/min),

    使球粒於室溫下滴入氯化鈣溶液中進行固化,

    並於特定的時間取出後,以去離子水沖洗

    20~30 秒,接著拭去晶球表面殘存之液體後,

    即得果膠鈣晶球。

    造粒條件:果膠濃度(2.5、5、7.5 %, w/v)

    鈣離子濃度(0.05、0.1、0.5、1.0M)

    固化時間(0.5、5、20 min)

    (二) 空氣流速&果膠鈣晶球造粒:

    本實驗利用同軸微膠囊生成器進行晶球造

    粒,空氣流速條件:0、1、2、3(L/min),品

    質分析項目:外觀、粒徑、含水率、硬度、色

    澤、膨潤力及熱性質分析。

    (三) 品質及理化性質分析:

    1. 色澤(color)

    將凝膠球粒樣品 5 g 放入載台,以 Color

    Meter ZE-2000 型色差計(Nippon Denshoku

    Industries Co., Ltd Tokyo, Japan ) 之 反 射

    (reflectance)方式測定其 L、a、b 值。L 值:

    100 為全白,0 為全黑;a 值:正為紅,0 為灰,

    負為綠;b 值:正為黃,0 為灰,負為藍;標準

    板:x=92.02。y=94.01,z=110.59。

    2. 粒徑大小(particle size)

    隨機挑選 30 顆樣品,以測微尺(Mitutoyo,

    Japan)測量,測得晶球之平均粒徑,並以光學

    顯微鏡以標準尺規進行大小的判定。

    3. 膨潤力(Swelling capacity)

    依據 Gong et al. (15) 之方法加以改良。秤取

    不同條件製備之樣品約 0.05 g(W1)浸入 20 ml

    去離子水中,於室溫下浸漬 24hr 後取出,接著

    用紙巾拭去球粒表面的水分後稱重(W2),膨潤

    力之計算如下:

    Swelling capacity(%)=(𝑊2-𝑊1)

    𝑊1× 100

    4. 含水率(Water content)

    依據 Das et al. (12) 之方法加以改良。隨機

    挑取 50 顆晶球置於容器中,秤樣品重(W1),

    後將之置於 37℃恆溫烘箱至恆重 (W2),含水

    率之計算如下:

    Water content(%)=𝑊1– 𝑊2

    𝑊1× 100

  • - 206 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    5. 硬度(Hardness)

    依據蔡 (7) 之方法加以改良。隨機挑選 30

    顆晶球置於平台上,以物性測定儀(Texture

    Analyzer, Stable Microsystems, Model TA-XT2,

    England)接上 P/35 圓筒探頭(Cylinder probe,

    No. P/35)進行測量,分析條件如下:

    (1) 測定條件(test mode and option):Measure

    Force in Compression-Return to Start

    (2) 測定前探頭速度(pre test speed):1.0 mm/s

    (3) 測定時探頭速度(test speed):1.0 mm/s

    (4) 探頭回復速度(post test speed):10 mm/s

    (5) 壓縮變形率(strain):99 %

    (6) 起動力(trigger force):Auto-5 g

    6. 外 觀 - 光 學 解 剖 顯 微 鏡 ( optical

    stereomicroscope)

    挑選較具代表性之球粒數顆,將之置於載

    玻片上,以解剖顯微鏡( stereomicroscope,

    Nikon, SMZ 800, Japan)並配合數位單眼相機

    (digital single lens reflex camera, Canon, 450D,

    Japan)拍攝樣品,並以軟體 Helicon Focus

    (Helicon soft Ltd, version 5.1.6. X64, Ukraine)

    進行照片之疊圖。

    7. 示差熱掃描分析儀(differential scanning

    calorimetry, DSC)

    參考林 (4) 之方法。熱分析之溫度圖譜以示

    差熱掃描分析儀(DSC 822, Mettler-Toledo

    Gmdh, Analytical, Switzerland)測量,秤取約 1

    mg 樣品至 40 μL 一般鋁製坩鍋中,並在坩鍋蓋

    上打洞、蓋緣與坩鍋密封,進行測定,條件如

    下:通入氮氣 80 mL/min,以升溫速率 10℃/min

    從 0℃加熱至 350℃。

    8. 掃描式電子顯微鏡( Scanning electron

    microscope, SEM)

    將雙面膠黏於鋁檯(aluminum stab, Topon

    corp, Japan)上,把乾燥後成形之晶球樣品平鋪

    在膠上,於真空狀態下,覆上金膜(gold coating)

    90 秒,然後以掃描式電子顯微鏡(ABT-150S,

    Topon corp, Japan)觀察表面型態並照相。

    (四) 統計分析

    本次試驗數據均使用統計分析(statistic

    analysis system, SAS)之變方分析(analysis of

    variance, ANOVA)程序做 Duncan’s multiple

    range test(DMRT),再依其平均值做差異分析。

    結果與討論

    一、不同成型條件對果膠鈣晶球外觀及粒徑之

    影響

    低甲氧基果膠(Low methoxyl pectin)之半

    乳糖醛酸(galacturonic acid)與鈣離子會產生

    交鏈作用形成凝膠 (18)。近年果膠與鈣之凝膠作

    用常被用做錠劑之結著劑與包覆劑 (20),另果膠

    凝膠球粒(pectin beads)也常作為藥物包埋、

    輸送及釋放改善 (9, 19)。果膠、鈣離子濃度及固

    化時間是製備果膠鈣凝膠球粒(晶粒)重要之

    控制因子,由圖 1 可觀察到 7.5 %果膠濃度時,

    其果膠鈣晶球均可呈圓形之球粒,彼此差異不

    顯著,其濕球粒粒徑隨固化時間延長呈下降變

    化,在 0.05 M 氯化鈣濃度下固化 0.5 分鐘其凝

    膠球粒 2.75 mm,固化 5 分鐘 2.69 mm,20 分

    鐘 2.42 mm,氯化鈣 0.5 M 時,由 2.73 mm 下

    降至 2.68 mm(表 1)。在乾球粒觀察比較時,

    可發現在 0.05 M及 0.1 M氯化鈣之球粒外型為

    圓球狀,但透明感較高,在固化時間 0.5 分鐘

    時外觀會有凹陷現象,隨固化時間延長其外型

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 207 -

    (A) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)0.5min

    (B) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)5min

    (C) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)20min

    (D) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)0.5min

    (E) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)5min

    (F) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)20min

    (G) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)0.5min

    (H) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)5min

    (I) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)20min

    圖 1. 7.5%果膠在不同氯化鈣濃度、固化時間作用之濕晶球外觀比較

    Fig. 1. The appearance of 7.5% pectin wet hydrogel beads treated by different calcium chloride

    concentration and curing time.

    表 1. 在不同果膠濃度、固化時間、氯化鈣濃度下,果膠鈣濕晶球之粒徑(mm)

    Table 1. The particle size of Ca-pectin hydrogel beads treated by different pectin concentration, curing time

    and calcium chloride concentration.

    Pectin concentration

    (%)

    Curing time

    (min)

    CaCl2 concentration (M)

    0.05 0.1 0.5

    2.5

    0.5 2.95±0.06aA 2.89±0.05aB 2.76±0.05aC

    5 2.82±0.05bA 2.73±0.10bcB 2.72±0.09cC

    20 2.67±0.10dA 2.69±0.05bcA 2.70±0.07bcA

    5.0

    0.5 2.75±0.04cA 2.73±0.04bcB 2.78±0.04aA

    5 2.77±0.04cA 2.72±0.03bcB 2.73±0.05abAB

    20 2.78±0.02bcA 2.74±0.03bB 2.69±0.03bcC

    7.5

    0.5 2.75±0.03cA 2.68±0.05cB 2.73±0.03abA

    5 2.69±0.04dA 2.63±0.04dB 2.70±0.02bcA

    20 2.42±0.04eB 2.70±0.04bcA 2.68±0.03bcA

    1. mean±standard deviation (n=10)

    2. a-e Means with different letters within the same column differ significantly (p<0.05)

    3. A-C Means with different letters within the same row differ significantly (p<0.05)

  • - 208 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    完整性愈佳;另以 0.5 M 氯化鈣固化時,其外

    觀在固化 0.5 分鐘沒有內凹現象發生,固化 5

    及 20 分鐘之球粒外型完整佳,且透明性較低

    (圖 2)。

    圖 3、圖 4 為 5.0 %果膠在不同氯化鈣濃度

    及固化時間作用之濕、乾晶球之外觀比較;以

    0.05 M 氯化鈣固化 0.5 分鐘之濕晶球外觀呈圓

    形球粒(圖 3A),隨固化時間延長外型變化差

    異小,其粒徑約在 2.75-2.78 mm;隨氯化鈣濃

    度提高及固化時間延長,晶球之外觀邊緣部分

    有皺縮紋路出現,尤以 0.5 M 氯化鈣固化之晶

    球較明顯(圖 3G、H、I),其晶球粒徑會隨固

    化時間延長呈下降變化(表 1)。在乾晶球之外

    觀比較方面,以 0.05 M、0.1 M 氯化鈣固化之

    球粒外觀透明度較高,表面會有收縮、不平之

    紋路出現(圖 4A-F),以 0.5 M 氯化鈣固化之

    球粒外表完整性較高,收縮情形會發生於球粒

    邊緣與濕晶球相似。

    圖 5 為 2.5 %果膠鈣晶球之外觀比較,在

    濕晶球外觀大致是圓球狀,與 5%果膠鈣晶球

    外觀一樣,在 0.1 及 0.5 M 氯化鈣固化之球粒,

    外緣均有皺縮情形發生,其粒徑以 0.05 M、0.1

    M 氯化鈣固化 0.5 分鐘分別為 2.95 mm 及 2.89

    mm 最大,隨氯化鈣濃度提高及固化時間延長,

    晶球之粒徑呈下降變化(表 1),以 0.5 M 氯化

    鈣固化 0.5 分鐘球粒粒徑 2.76 mm,固化 20 分

    鐘粒徑則為 2.70 mm。圖 6 為 2.5 %果膠鈣乾晶

    球外觀之比較,以 0.05、0.1 M 氯化鈣固化之

    球粒外觀均收縮、變形成不規則狀之透明性高

    之粒子(圖 6A-F)。以 0.5 M 氯化鈣固化時,

    球粒之外觀有收縮變形,但仍呈現粒狀之外觀。

    徐偉等 (5) 指出低甲氧基果膠的凝膠是 2 個分

    (A) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)0.5min

    (B) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)5min

    (C) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)20min

    (D) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)0.5min

    (E) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)5min

    (F) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)20min

    (G) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)0.5min

    (H) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)5min

    (I) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)20min

    圖 2. 7.5%果膠在不同氯化鈣濃度、固化時間作用之乾晶球外觀比較

    Fig. 2. The appearance of 7.5% pectin dry hydrogel beads treated by different calcium chloride

    concentration and curing time.

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 209 -

    (A) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)0.5min

    (B) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)5min

    (C) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)20min

    (D) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)0.5min

    (E) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)5min

    (F) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)20min

    (G) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)0.5min

    (H) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)5min

    (I) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)20min

    圖 3. 5.0%果膠在不同氯化鈣濃度、固化時間作用之濕晶球外觀比較

    Fig. 3. The appearance of 5.0% pectin wet hydrogel beads treated by different calcium chloride

    concentration and curing time.

    (A) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)0.5min

    (B) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)5min

    (C) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)20min

    (D) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)0.5min

    (E) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)5min

    (F) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)20min

    (G) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)0.5min

    (H) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)5min

    (I) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)20min

    圖 4. 5.0%果膠在不同氯化鈣濃度、固化時間作用之乾晶球外觀比較

    Fig. 4. The appearance of 5.0% pectin dry hydrogel beads treated by different calcium chloride

    concentration and curing time.

  • - 210 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    (A) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)0.5min

    (B) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)5min

    (C) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)20min

    (D) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)0.5min

    (E) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)5min

    (F) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)20min

    (G) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)0.5min

    (H) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)5min

    (I) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)20min

    圖 5. 2.5%果膠在不同氯化鈣濃度、固化時間作用之濕晶球外觀比較

    Fig. 5. The appearance of 2.5% pectin wet hydrogel beads treated by different calcium chloride

    concentration and curing time.

    (A) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)0.5min

    (B) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)5min

    (C) 氯化鈣(CaCl2)0.05M 固化(curing time)20min

    (D) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)0.5min

    (E) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)5min

    (F) 氯化鈣(CaCl2)0.1M 固化(curing time)20min

    (G) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)0.5min

    (H) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)5min

    (I) 氯化鈣(CaCl2)0.5M 固化(curing time)20min

    圖 6. 2.5%果膠在不同氯化鈣濃度、固化時間作用之乾晶球外觀比較

    Fig. 6. The appearance of 2.5% pectin dry hydrogel beads treated by different calcium chloride

    concentration and curing time.

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 211 -

    子鏈間的羧基通過鈣橋呈現離子連接與氫鍵共

    同作用之結果,隨鈣離子濃度的增加能組建較

    多之結合區,使其連接成立體分布,構成凝膠

    的三維空間、網狀結構,兩孔內充滿液體,外

    觀形似固體 (2) 因此實驗結果果膠鈣晶球外觀

    呈現圓球狀之凝膠效果,三種果膠濃度與鈣離

    子接觸在 0.5 分鐘固化處理後,外觀即可呈凝

    膠球粒,果膠濃度愈高其球粒之完整性愈高,

    尤以 7.5 %果膠鈣球粒最明顯,2.5 及 5 %果膠

    鈣晶球雖在濕晶球時呈現圓球粒,但經乾燥處

    理後,由於果膠濃度較低,其與鈣離子作用之

    機會與結合力較低,球粒含水率較高,但一經

    乾燥,其水分蒸發或散失,致使產生收縮、變

    形。較高果膠與氯化鈣濃度配合較長時間的固

    化處理下,可增加果膠-鈣架橋形成機會及結合

    力,在未達最適鈣離子濃度之前,增加鈣離子

    會使凝膠強度增加,使球體增加硬度、彈性,

    如果鈣離子濃度超過最適比值,凝膠的立體結

    構會發生收縮、導致凝膠強度變弱,組織感變

    脆,在實驗中可發現較高果膠及氯化鈣濃度在

    固化 5 分鐘後其球粒粒徑大部份減少變化,固

    化 20 分鐘,粒徑減少趨勢較不明顯,推測因球

    粒有較強之鍵結作用力,因此球粒收縮、變形

    亦較少發生。

    二、不同成形條件對果膠鈣晶球含水率及硬度

    之影響

    不同果膠、氯化鈣濃度及固化時間對果膠

    鈣晶球含水率分析如表 2,可觀察到果膠濃度

    愈高,在相同氯化鈣濃度固化處理時,其晶球

    之含水率會呈下降變化,2.5 %果膠時,氯化鈣

    表 2. 在不同果膠濃度、固化時間、氯化鈣濃度下,果膠鈣濕晶球之含水率(%)

    Table 2. The water content of Ca-pectin hydrogel beads treated by different pectin concentration, curing

    time and calcium chloride concentration.

    Pectin concentration

    (%)

    Curing time

    (min)

    CaCl2 concentration (M)

    0.05 0.1 0.5

    2.5

    0.5 97.54±0.58aA 97.51±0.76aA 95.46±0.61aB

    5 97.73±0.04aA 97.12±0.22aB 94.01±0.28bC

    20 97.55±0.43aA 97.14±0.22aA 92.64±0.95cB

    5.0

    0.5 95.81±0.44bA 95.40±0.12bA 94.05±0.09bB

    5 96.03±0.13bA 95.59±0.13bB 92.13±0.61cC

    20 96.24±0.10bA 95.54±0.24bA 91.11±1.6dB

    7.5

    0.5 94.19±0.36dA 93.81±0.07cA 92.32±0.26cB

    5 94.36±0.09cdA 94.03±0.13cA 90.34±0.39dB

    20 94.89±0.17cA 94.16±0.18cB 90.49±0.21dC

    1. mean±standard deviation (n=3)

    2. a-d Means with different letters within the same column differ significantly (p<0.05)

    3. A-C Means with different letters within the same row differ significantly (p<0.05)

  • - 212 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    0.05-0.1 M 凝膠之晶球水分均在 97 %左右,當

    氯化鈣濃度提高至 0.5 M 時,其水分含量會隨

    固化時間延長而呈減少變化,固化 0.5 分鐘

    95.46 %、固化 5、20 分鐘其水分含量分別下降

    至 94.01 %、92.64 %。當果膠濃度 7.5 %、氯化

    鈣 0.5 M 作用條件下,固化 5-20 分鐘、其晶球

    水分含量會降至 90 %左右。

    表 3 為不同果膠、氯化鈣濃度及固化時間

    對果膠鈣晶球硬度之分析結果,在 2.5 %果膠、

    0.05 M 氯化鈣濃度固化 0.5 分鐘,凝膠球粒之

    硬度為 3761.20 g,當固化時間延長為 5 及 20

    分鐘,其球粒硬度增加為 4037.13 及 4531.37 g;

    另隨氯化鈣濃度提高及固化時間延長,果膠鈣

    晶球之硬度會呈增加變化,其增加趨勢與果膠

    濃度提高呈現增加之相關性,7.5 %果膠、氯化

    鈣 0.5 M、固化 5 分鐘可達到最高硬度值

    12103.30 g,20 分鐘硬度值則為 11614.57 g。

    Yotsuyanagi et al. (24) 研究指出,海藻酸鈉凝膠

    速度取決於鈣離子對膠體的通透性,當膠體滴

    入氯化鈣水溶液的瞬間,膠體的表面即成膠,

    形成圓球狀之膠粒,隨著鈣離子逐漸通透進入

    膠粒內部,膠粒會產生收縮變小,同時將膠粒

    內部的水分擠出膠粒外,造成硬度之提升,此

    現象與本實驗果膠鈣晶球之水分減少、硬度提

    升有相關性。另 Aslani and Kennedy (10) 指出延

    長固化時間能有效增加鈣離子進入膠體內部強

    化鍵結-網狀結構,固其結構完整性較高,以

    致球粒硬度呈提高變化,在外型上並較不會收

    表 3. 在不同果膠濃度、固化時間、氯化鈣濃度下,果膠鈣晶球之硬度(g)

    Table 3. The hardness of Ca-pectin hydrogel beads treated by different pectin concentration, curing time

    and calcium chloride concentration.

    Pectin concentration

    (%)

    Curing time

    (min)

    CaCl2 concentration (M)

    0.05 0.1 0.5

    2.5

    0.5 3761.20±120.53gC 4160.07±122.73fB 4450.30±44.86dA

    5 4037.13±82.36gC 4665.90±33.50fA 4506.90±35.26dB

    20 4531.37±87.73fA 4599.10±28.96fA 4558.20±40.56dA

    5.0

    0.5 4505.47±28.09fC 5248.07±239.57eB 7603.17±41.32cA

    5 6861.23±75.45dC 7385.23±174.83cB 9038.30±21.20bA

    20 7309.37±21.78cC 8147.30±183.56bB 9464.40±97.87bA

    7.5

    0.5 6055.60±342.08eB 6087.27±238.66dB 9494.63±848.26bA

    5 7895.47±110.10bB 8390.37±35.41bB 12103.30±594.77aA

    20 8278.93±433.15aC 9205.53±799.55aB 11614.57±298.42aA

    1. mean±standard deviation (n=5)

    2. a-g Means with different letters within the same column differ significantly (p<0.05)

    3. A-C Means with different letters within the same row differ significantly (p<0.05)

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 213 -

    縮變形。

    三、不同成型條件對果膠鈣晶球色澤及膨潤力

    之影響

    果膠鈣晶球之外表色澤呈黃橙(淺)色,

    以 2.5 %果膠、0.1 M 氯化鈣固化處理之晶球色

    澤 L 值(明亮度)58.86、a 值(紅色度)8.19、

    b 值(黃色度)23.00,在 0.5 及 1.0 M 氯化鈣

    固化之晶球色澤 L、a、b 值差異不明顯。隨果

    膠及氯化鈣濃度提高,其 L 值呈下降變化,5

    %果膠,0.1 M 氯化鈣固化之晶球 47.03、0.5 M,

    53.11、1.0 M,59.24;7.5 %果膠鈣晶球分別為

    46.32、51.31 及 53.70 均較 2.5 %果膠鈣晶球低,

    以目視觀察比較會發現其外觀透明度(感)較

    低。在 a 值方面,三種果膠鈣晶球在 0.1 M 氯

    化鈣固化處理時其 a 值比 0.5 M 及 1.0 M 來得

    高,而當提高果膠濃度其 a 值也會有所增加,

    在 b 值項目中,果膠鈣晶球也呈增加變化(表

    4),以目視比較會發現晶球大致呈黃橙色,隨

    濃度提高有愈加深之外觀(色澤)。造成此現象

    之原因推測可能因果膠濃度提升所致,另因果

    膠與氯化鈣濃度均提高時,其架橋鏈結較強,

    緊密度高(結合作用之果膠含量並提升)以致

    在明亮度(反射)呈下降,a 及 b 值則呈上升

    之變化。

    果膠與鈣之交鏈-凝膠作用,近年常被應

    用於藥物之包埋、包覆及調整釋放之功能,凝

    膠化後之果膠不溶於水、酸或鹼及其他溶劑中,

    只能被結腸內的果膠酶降解,進而提高攜帶藥

    物到達結腸靶向的效果 (3, 22)。在胃、腸液中果

    膠鈣膨潤力的高低是重要釋放性之參考指標

    表 4. 不同果膠濃度、氯化鈣濃度下果膠鈣晶球色澤比較

    Table 4. The color analysis of Ca-pectin hydrogel beads treated by different pectin concentration and

    calcium chloride concentration.

    Pectin concentration

    (%)

    CaCl2 concentration

    (M)

    Color

    L a b

    2.5

    0.1 58.86±0.02bc 8.19±0.05d 23.00±0.06d

    0.5 58.64±0.28c 4.84±0.13g 19.80±0.18f

    1.0 60.24±0.06a 4.36±0.10h 19.61±0.14f

    5.0

    0.1 47.03±0.36g 10.64±0.07b 25.68±0.10a

    0.5 53.11±0.18e 6.48±0.14f 21.81±0.41e

    1.0 59.24±0.31b 7.09±0.12e 23.25±0.09d

    7.5

    0.1 46.32±0.09h 11.61±0.09a 25.38±0.08ab

    0.5 51.31±0.54f 10.77±0.44b 25.18±0.12b

    1.0 53.70±0.42d 9.56±0.11c 24.61±0.17c

    1. mean±standard deviation (n=3)

    2. curing time 20min

    3. a-h Means with different letters within the same column differ significantly (p<0.05)

  • - 214 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    (6)。在果膠鈣晶球之膨潤力測試中,以 7.5 %果

    膠,0.05 M 氯化鈣固化時之膨潤力較高,隨固

    化時間延長,其膨潤力均呈下降(表 5),在 0.5

    M 氯化鈣可看到三種果膠鈣晶球均有負值產

    生,其中以 2.5 %果膠鈣晶球較明顯,不同膠體

    -鹽類作用形成之膠體球粒所含之水分包括結

    合水、孔洞水及表面水,球粒在浸水後,水分

    會滲入多孔膠體結構中,致使體積膨大,甚至

    在某特別 pH 範圍內會發生膠體崩解,

    Yotsuyanagi et al. (24) 鈣離子結合力愈強,其吸

    水、膨潤力愈低;凝膠作用愈完整,其膠球之

    水分會被排出 (10)。由表五可看出較高氯化鈣濃

    度及固化時間下,其膨潤力下降,可能與球粒

    中之水分被排出有關。

    四、不同成型條件對果膠鈣晶球外觀微細構造

    之影響

    不同果膠、氯化鈣濃度及固化時間會影響

    果膠鈣晶球之外觀微細構造(圖 7)。以 2.5 %

    果膠,0.05 M 氯化鈣固化 0.5 分鐘之果膠鈣晶

    球外觀呈較平滑之構造,隨氯化鈣濃度提高及

    固化時間延長,其外觀有不規則形狀及孔洞裂

    痕,其孔洞之形成可能因果膠鈣晶球表面膜水

    分多蒸發(乾燥)所致,在圖 7d-f 及圖 7g-i 可

    觀察到隨果膠濃度提升晶球外觀含有較多紋路

    構造出現,隨固化的濃度及時間延長其外觀會

    有不規則收縮之紋路。林 (4) 指出鈣離子會影響

    膠體球粒之構造,離子愈多,膠體強度愈強,

    其收縮外觀會愈多。果膠鈣晶球之凝膠成型

    (球粒)為一個三度空間之網狀構造-蛋盒模

    型(egg-box model)其果膠與鈣之鍵結會有不

    同之鍵結作用力及均勻性,其可能會影響外觀

    之微細構造與變化。

    表 5. 在不同果膠濃度、固化時間、氯化鈣濃度下,果膠鈣濕晶球之膨潤力(%)

    Table 5. The swelling capacity of Ca-pectin hydrogel beads treated by different pectin concentration, curing

    time and calcium chloride concentration.

    Pectin concentration

    (%)

    Curing time

    (min)

    CaCl2 concentration (M)

    0.05 0.1 0.5

    2.5

    0.5 308.96±24.88aA 265.83±68.14aA -5.66±1.72cB

    5 166.18±20.75cA 23.01±3.05cB -16.69±2.34fC

    20 77.24±19.90dA 11.38±1.3cB -14.40±0.63efB

    5.0

    0.5 147.33±0.44cB 171.21±3.85bA -1.77±0.75bC

    5 78.25±0.07dA -17.27±6.33cB -11.58±2.78deB

    20 4.77±1.62eA -32.21±1.17cC -11.74±0.71deB

    7.5

    0.5 360.70±8.65bA 346.96±4.42aA 4.94±0.79aB

    5 82.76±10.95dA 24.26±2.46cB -8.91±1.54cdC

    20 38.70±9.88deA 7.48±1.58cB -7.83±0.66dC

    1. mean±standard deviation (n=3)

    2. a-f means with different letters within the same column differ significantly (p<0.05)

    3. A-C Means with different letters within the same row differ significantly (p<0.05)

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 215 -

    (A) 果膠(pectin)2.5% 氯化鈣(CaCl2)0.05M固化(curing time)0.5min

    (B) 果膠(pectin)2.5% 氯化鈣(CaCl2)0.1M固化(curing time)5min

    (C) 果膠(pectin)2.5% 氯化鈣(CaCl2)0.5M固化(curing time)20min

    (D) 果膠(pectin)5.0% 氯化鈣(CaCl2)0.05M固化(curing time)0.5min

    (E) 果膠(pectin)5.0% 氯化鈣(CaCl2)0.1M固化(curing time)5min

    (F) 果膠(pectin)5.0% 氯化鈣(CaCl2)0.5M固化(curing time)20min

    (G) 果膠(pectin)7.5% 氯化鈣(CaCl2)0.05M固化(curing time)0.5min

    (H) 果膠(pectin)7.5% 氯化鈣(CaCl2)0.1M固化(curing time)5min

    (I) 果膠(pectin)7.5% 氯化鈣(CaCl2)0.5M固化(curing time)20min

    圖 7. 不同果膠、氯化鈣濃度及固化時間作用之果膠鈣晶球 SEM 微細構造比較

    Fig. 7. The SEM micrographs of Ca-pectin hydrogel beads treated by different pectin concentration,

    calcium chloride concentration and curing time.

    五、不同成型條件對果膠鈣晶球示差熱掃描分

    析之影響

    在示差熱掃描分析實驗中,果膠及氯化鈣

    吸熱尖峰溫度(Tp)分別為 190.05℃、179.82

    ℃(圖 8),當果膠與鈣離子鍵結形成果膠鈣之

    凝膠球粒時,所需熱破壞溫度會增加,其所需

    之熱焓值,亦呈提高變化。2.5 %果膠,0.05 M

    氯化鈣固化 0.5 分鐘之果膠鈣晶球之吸熱起始

    溫度(To)169.55℃,吸熱尖峰溫度(Tp)182.47

    ℃,熱焓值(ΔH)18.26 J/g,隨固化時間延長

    為 5 及 20 分鐘,其 To 分別為 182.07℃及

    196.93;Tp:186.35℃、210.35℃;ΔH:24.37 J/g、

    30.82 J/g,另隨氯化鈣濃度提高,其 To、Tp 及

    ΔH 值均有提升之變化(表 6),其熱焓值之提

    升應與果膠鈣球粒內鈣離子增加及球粒構造較

    緻密(立體網狀構造),以致所需熱焓值亦呈提

    高 (8)。另果膠濃度提高會增加與鈣離子架橋鍵

    結形成機會,隨固化時間愈多其鍵結愈緊密、

    複雜,因此會使 To、Tp 及ΔH 值呈提高變化 (11,

    14),但在實驗結果中發現在 5.0 %及 7.5 %果膠

    鈣晶球之 To、Tp 及ΔH 並沒有隨氯化鈣濃度提

    高及固化時間延長成規律增加變化,徐偉等 (5)

    文獻指出在果膠凝膠時,在未達到最適鈣離子

    濃度之前,增加鈣離子濃度均能呈正相關增加,

    但超過飽和平衡點時,其凝膠構造應會隨機鍵

    結,其分佈均勻性均不相同,因此造成高濃度

    果膠、氯化鈣在長時間固化時之熱性質會有不

    規則性之變化。

    六、空氣流速對果膠鈣晶球成型性及品質比較

    (一) 粒徑、水分含量及膨潤力分析

  • - 216 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    圖 8. 果膠、氯化鈣及果膠鈣晶球之熱分析圖

    Fig. 8. Thermograms of pectin, calcium chloride and the Ca-pectin hydrogel beads.

    粒徑(particle size)是微膠囊製備技術重

    要指標,不同顆粒大小在攜帶、包覆及消化吸

    收是有影響性 (4)。本實驗利用空氣流速來進行

    製備果膠鈣晶球粒徑及各項品質因子比較;在

    空氣流速 0L/min 時,主要藉地心引力及樣品液

    重力之作用,其粒徑在濕晶球 2.70 mm,乾晶

    球粒徑 1.17 mm;隨空氣流速提高,果膠鈣晶

    球之粒徑呈逐漸減小之變化,空氣流速 1 L/min

    濕、乾球粒之粒徑分別為 1.35 mm、0.71 mm,

    2 L/min 0.83mm、0.51 mm,3 L/min 0.32 mm、

    0.23 mm(表 7),其粒徑大小會受到空氣流速

    影響,因本實驗以同軸微膠囊生成器製備果膠

    鈣晶球,其採用二流體噴頭(嘴)原理,當空

    氣流速愈大,其果膠液受流速壓力越大,其膠

    體液滴呈愈小,經固化處理後,顆粒粒徑會呈

    愈小之變化 (4),另由於進入固化液之果膠滴液

    較小,與鈣離子之鍵結作用力會愈多、愈強,

    因此其乾燥後,乾晶球之粒徑減小較少。

    在果膠鈣晶球水分含量分析項目中,空氣

    流速 0 L/min 之球粒水分含量 93.56 %、1~2

    L/min,90 %左右、3 L/min,89.24 %;0 L/min

    晶球之球粒因含水量較高,外型之粒徑成較大

    之顆粒,隨〝果膠鈣〞晶球交鏈架橋作用愈完

    整,受到鍵結擠出、排水效應,其水分含量呈

    減少,其粒徑之變化也愈小,另在膨潤力項目

    中,空氣流速 0 及 1 L/min 果膠鈣晶球膨潤力

    分別為 9.03 及 3.23 %,在 2~3 L/min 則是減少

    成負值,-8.60、-8.45 %(表 7)。此結果與凝膠

    球粒中果膠與鈣離子之結合力強弱有關,結合

    力強,其凝膠作用愈完整,其水分會被排出,

    球粒含水,膨潤力會降低 (10, 24)。

    (二) 色澤、外觀及視差熱掃描分析

    果膠鈣晶球色澤分析、在 L 值(明亮度)

    項目,空氣流速 0L/min,45.18,隨空氣流速提

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 217 -

    表 6. 不同果膠、氯化鈣濃度、固化時間之果膠鈣晶球熱分析

    Table 6. Thermograms of Ca-pectin hydrogel beads treated by different pectin concentration, calcium

    chloride concentration and curing time.

    Pectin concentration

    (%)

    Curing time

    (min)

    CaCl2 concentration (M)

    0.05 0.1 0.5

    2.5%

    0.5

    To=169.55±1.01℃gC To=194.08±1.56℃aA To=177.28±2.37℃bB

    Tp=182.47±1.10℃fB Tp=196.61±1.03℃cA Tp=180.38±0.91℃dB

    ΔH=18.26±1.09 J/ggC ΔH=22.72±0.80J/ghB ΔH=70.41±1.99J/gfA

    5

    To=182.07±1.64℃eB To=194.20±3.27℃aA To=173.80±1.58℃cC

    Tp=186.35±0.96℃eB Tp=195.25±1.44℃dA Tp=176.35±1.32℃fC

    ΔH=24.37±1.08J/geC ΔH=32.53±2.51J/ggB ΔH=89.86±0.86J/gdA

    20

    To=196.93±2.12℃bA To=190.66±2.91℃bB To=171.14±1.67℃cC

    Tp=210.35±1.48℃aA Tp=191.57±0.56℃eB Tp=185.18±0.60℃bC

    ΔH=30.82±0.69J/gdC ΔH=47.15±0.29J/gfB ΔH=65.09±1.19J/ggA

    5.0%

    0.5

    To=179.24±0.85℃fA To=166.87±1.58℃dB To=179.43±1.22℃bA

    Tp=192.19±0.28℃dA Tp=179.02±0.12℃gC Tp=182.78±0.25℃cB

    ΔH=15.32±0.68J/ghC ΔH=32.29±0.74J/ggB ΔH=73.96±0.53J/geA

    5

    To=193.73±0.91℃cA To=187.58±1.03℃cB To=166.44±2.09℃dC

    Tp=196.08±0.13℃cA Tp=190.02±0.23℃fB Tp=178.50±0.03℃eC

    ΔH=63.39±1.42J/gbB ΔH=94.56±2.21J/gaA ΔH=95.48±0.41J/gcA

    20

    To=190.60±0.71℃dA To=185.12±0.68℃cB To=164.58±0.46℃dC

    Tp=192.49±0.32℃dA Tp=189.82±0.14℃fB Tp=176.66±0.36℃fC

    ΔH=72.20±0.66J/gaC ΔH=88.62±1.40J/gbB ΔH=97.88±0.36J/gbA

    7.5%

    0.5

    To=196.42±0.64℃bA To=193.29±0.19℃abC To=194.73±0.34℃aB

    Tp=198.82±0.27℃bA Tp=195.01±0.16℃dC Tp=198.07±0.19℃aB

    ΔH=21.22±0.67J/gfC ΔH=75.22±0.37J/geA ΔH=55.06±0.31J/giB

    5

    To=208.25±0.65℃aA To=195.18±0.98℃aB To=173.65±1.10℃cC

    Tp=211.64±1.16℃aA Tp=198.12±0.09℃bB Tp=177.88±0.14℃eC

    ΔH=10.69±0.53J/giC ΔH=78.45±0.48J/gdA ΔH=58.28±0.44J/ghB

    20

    To=194.35±0.64℃cA To=190.63±0.72℃bB To=166.31±1.62℃dC

    Tp=197.54±0.09℃bB Tp=206.31±0.18℃aA Tp=173.56±0.43℃gC

    ΔH=53.66±0.80J/gcC ΔH=84.79±0.80J/gcB ΔH=125.35±0.50J/gaA

    1. mean±standard deviation (n=3)

    2. a-i means with different letters within the same column differ significantly (p<0.05)

    3. A-C Means with different letters within the same row differ significantly (p<0.05)

  • - 218 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    高,L 值會呈上升,1 L/min,47.23,2 L/min,

    48.96,3L/min,53.30;a 值呈下降,分別為 8.24、

    8.29、7.48及5.96;b值亦隨之下降分別為17.16、

    17.20、16.92、15.21(表 8),其可能因粒徑愈

    小,其反射亮度愈高,凝膠球粒呈較淺之黃橙

    色所致。

    在果膠鈣濕晶球外觀比較方面,條件在果

    膠 7.5 %、氯化鈣濃度 0.5 M、固化時間 5 分鐘

    下,其外觀大致是圓球粒型,只有在 3 L/min 處

    理之晶球外型則是長圓形(圖 9),在較高之空

    氣流速下,其擠出之乾顆粒較小,常其與鈣離

    子結合作用時容易直接形成凝膠粒子,較容易

    變形 (4)。在乾球粒外觀方面,大致成為粒徑不

    同之凝膠粒子,晶球粒子愈小,外觀呈密實之

    表 7. 空氣流速對果膠鈣晶球粒徑(濕、乾)、含水率、膨潤力分析

    Table 7. The particle size, water content and swelling capacity of Ca-pectin hydrogel beads (wet and dry)

    treated by different air flow.

    Pectin-Ca hydrogel beads Air Flow (L/min)

    0 1 2 3

    Particle size (mm)

    wet 2.70±0.02a 1.35±0.06b 0.83±0.06c 0.32±0.02d

    dry 1.17±0.04a 0.71±0.05b 0.51±0.04c 0.23±0.01d

    H2O% 93.56±0.96a 90.47±1.21b 90.07±0.84b 89.24±0.12b

    Swelling capacity (%) 9.03±0.11a 3.23±0.34b -8.60±0.52c -8.45±0.17c

    1. mean±standard deviation (n=3)

    2. Ca-pectin hydrogel beads: Pectin7.5%, CaCl2 0.5M, curing time 20min

    3. a-d Means with different letters within the same row differ significantly (p<0.05)

    表 8. 空氣流速對果膠鈣晶球色澤比較

    Table 8. The color analysis of the Ca-pectin hydrogel beads treated by different air flow.

    Pectin concentration

    (%)

    CaCl2 concentration

    (M)

    Air flow

    (L/min)

    color

    L a b

    7.5 0.5

    0 45.18±0.06d 8.24±0.01a 17.16±0.02a

    1 47.23±0.02c 8.29±0.06a 17.20±0.04a

    2 48.96±0.08b 7.48±0.02b 16.92±0.03b

    3 53.30±0.20a 5.96±0.59c 15.21±0.16c

    1. mean ± standard deviation (n=3)

    2. curing time 20min

    3. a-d Means with different letters within the same column differ significantly (p<0.05)

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 219 -

    (A) 空氣流速(Air flow)0 L/min

    (B) 空氣流速(Air flow)1 L/min

    (C) 空氣流速(Air flow)2 L/min

    (D) 空氣流速(Air flow)3 L/min

    圖 9. 空氣流速對果膠鈣濕晶球外觀比較

    Fig. 9. The appearance of wet Ca-pectin hydrogel beads treated by different air flow.

    球粒,外觀差異不明顯(圖 10)。另在 SEM 微

    細構造觀察比較上,空氣流速對果膠鈣晶球外

    觀影響較不明顯(圖 11A, B),在 0、1L/min 固

    化之晶球外表大致是較光滑之表面,在 2、

    3L/min 固化之晶球則可能因粒徑較小,果膠鈣

    作用較強,粒型有收縮,以致表面有些微凹凸

    不平情形出現(圖 11C, D)。

    圖 12 為不同空氣流速處理下之果膠鈣晶

    球熱分析比較圖,以空氣流速 0L/min 製備之晶

    球,起始溫度(To)為 175.53℃,尖峰溫度(Tp)

    為 180.91℃,熱焓值(ΔH)為 62.53 J/g,隨空

    氣流速提高,其 To、Tp 及ΔH 值均會增加變

    化,空氣流速 3 L/min 晶球之 To 為 187.10℃,

    Tp 為 190.87℃,ΔH 為 65.21 J/g 均呈最高值,

    其與鈣離子結合作用程度提升呈重要相關性

    (4, 8)。本實驗可供在球粒製備中,空氣流速的改

    變對粒徑大小、外型及鍵結特性含有相關性,

    可做為改變粒徑及品質修飾之參考。

    結論

    果膠是天然水溶性多醣聚合物,其結構中

    之 D- 半乳醣醛酸會與鈣離子形成”egg-box”之

    鈣化果膠複合物。試驗結果得出果膠鈣濕晶球

    粒子在 7.5 %果膠製備下可得到外觀成型性較

    佳,表面較光滑無凹陷之球粒,而當氯化鈣濃

    度提升至 0.1 M 以上,固化時間 20 min 後可得

    鍵結較完整、緻密,膨潤力低、硬度高之果膠

    鈣乾晶球粒子,而在 5 %果膠製備下外觀成型

    性較差,表面有許多之皺褶,在 2.5 %果膠製備

    下,其外觀及膨潤力、硬度之品質都較差;另

  • - 220 - The Formability Index and Quality Evaluation of Ca-pectin Hydrogel Beads

    (A) 空氣流速(Air flow)0 L/min

    (B) 空氣流速(Air flow)1 L/min

    (C) 空氣流速(Air flow)2 L/min

    (D) 空氣流速(Air flow)3 L/min

    圖 10. 空氣流速對果膠鈣乾晶球外觀比較

    Fig. 10. The appearance of dry Ca-pectin hydrogel beads treated by different air flow.

    (A) 空氣流速(Air flow)0 L/min

    (B) 空氣流速(Air flow)1 L/min

    (C) 空氣流速(Air flow)2 L/min

    (D) 空氣流速(Air flow)3 L/min

    圖 11. 空氣流速對果膠鈣晶球 SEM 微細構造比較

    Fig. 11. The SEM micrograph of the Ca-pectin hydrogel beads treated by different air flow.

  • J. Agri. & Fore. 2012. 61(3): 203-223 - 221 -

    圖 12. 不同空氣流速處理下之果膠鈣晶球熱分析圖

    Fig. 12. Thermograms of Ca-pectin hydrogel beads treated by different air flow treatments.

    在試驗結果可看出隨風速提升會使果膠鈣晶球

    之粒徑呈下降趨勢,因此在粒子製備時,如控

    制空氣流速之因子,即可作為調整「粒徑大小

    之關鍵技術」。本試驗結果未來可作為果膠 鈣

    晶球製備,多元化醫藥、生技、保健產品研發

    及腸、胃釋放、調整研究之參考。

    謝誌

    感謝農委會農糧署及鉑達欣公司產學合作

    計畫提供經費【計畫編號:101 農科-6.3.2-糧-

    Z8】。

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