多不飽和脂肪酸糖玻璃微膠囊化的研究

孟宏昌

(漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院,漯河 462002)

多不飽和脂肪酸糖玻璃微膠囊化的研究

孟宏昌

(漯河職業(yè)技術(shù)學(xué)院,漯河 462002)

研究了以阿拉伯膠和糖類(lèi)為復(fù)合壁材,亞麻酸為芯材,通過(guò)噴霧干燥實(shí)現(xiàn)玻璃化微膠囊包埋多不飽和脂肪酸,利用 Schaal烘箱法評(píng)價(jià)其氧化穩(wěn)定性。結(jié)果表明,DE15～17的麥芽糊精替代 40%的阿拉伯膠作為復(fù)合壁材,亞麻酸含量不超過(guò) 30%時(shí),制備的微膠囊包埋效率較高。在 63℃通風(fēng)條件下加速氧化,過(guò)氧化值(POV)未超過(guò) 6 mmol/kg,根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式預(yù)計(jì)在 22℃存儲(chǔ)保質(zhì)期可達(dá) 24個(gè)月以上。

糖玻璃微膠囊 多不飽和脂肪酸 亞麻酸 氧化穩(wěn)定性

多不飽和脂肪酸在防治心血管疾病、改善大腦功能、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)、促進(jìn)生長(zhǎng)發(fā)育、維持皮膚健康以及抗炎、抗癌等方面發(fā)揮了積極的作用。但是,多不飽和脂肪酸極易氧化,且氧化使產(chǎn)品中多不飽和脂肪酸的含量減少,氧化后產(chǎn)生的過(guò)氧化物以及低級(jí)醛、酮有害健康,并產(chǎn)生令人惡心的腥異味,嚴(yán)重影響食品的風(fēng)味。目前,國(guó)內(nèi)陸續(xù)開(kāi)發(fā)出了采用傳統(tǒng)的微膠囊技術(shù)將多不飽和脂肪酸微膠囊化的產(chǎn)品,但由于多不飽和脂肪酸本身溶解有微量氧、微膠囊壁緊密性低、有微孔,囊內(nèi)的多不飽和脂肪酸可通過(guò)微孔滲出或空氣中氧透過(guò)微膠囊壁等原因,往往出現(xiàn)微膠囊化的多不飽和脂肪酸比未微膠囊化的更易氧化、腥異味更嚴(yán)重,從而使得多不飽和脂肪酸的應(yīng)用受到限制。對(duì)于易氧化、易揮發(fā)物質(zhì)的包埋,國(guó)外已開(kāi)始考慮采用玻璃化微膠囊技術(shù)。但對(duì)多不飽和脂肪酸玻璃化微膠囊的研究國(guó)內(nèi)外的報(bào)道甚少。玻璃化微膠囊技術(shù)是指將芯材包封于呈玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)的糖類(lèi)壁材中的一種微膠囊化方法[1-3]。本文研究了復(fù)合碳水化合物作為壁材,以亞麻酸為芯材,通過(guò)玻璃化微膠囊技術(shù),將多不飽和脂肪酸包封于玻璃態(tài)壁材中,起到改變其物理性狀、防止氧化、掩蓋腥異味等重要作用。微膠囊化亞油酸可以將液體亞油酸轉(zhuǎn)化為容易貯存、運(yùn)輸和使用方便的固體粉末。由于亞油酸被壁材所形成的膜包裹,可以防止氧氣、熱、光以及化學(xué)物質(zhì)的破壞,具有不易酸敗的熱穩(wěn)定性,可以長(zhǎng)時(shí)間保持質(zhì)量和風(fēng)味不變。

1 材料與方法

1.1 主要材料

α-亞麻酸原液ALA(游離型):許昌元化生物科技有限公司;麥芽糖、乳糖、蔗糖、葡萄糖、麥芽糊精、玉米糖漿、阿拉伯膠等壁材:市售,食用級(jí);其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器設(shè)備

LPG-50型高速離心式噴霧干燥機(jī):常州科茂干燥設(shè)備有限公司;GZX-GF101-0-BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海躍進(jìn)醫(yī)療器械廠;XHF-1型高速分散器:上海金達(dá)生化儀器廠。

1.3 玻璃化微膠囊的基本原理

玻璃化微膠囊包埋的基本原理是將壁材物質(zhì)在較低的溫度下首先溶解在水等溶劑中,由于水等溶劑的增塑作用,大大降低了壁材溶液體系的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度 (Glass transition temperature,Tg),在較低的溫度下壁材溶液體系處于一種黏流態(tài),此時(shí)將脂肪酸乳化分散其中,接著將乳化液霧化于熱氣流中迅速脫水干燥,使壁材體系 Tg迅速提高,直至超過(guò)微囊表面溫度,使壁材呈玻璃態(tài)包埋住乳化分散其中的脂肪酸。其工藝流程如下:

1.4 分析方法

1.4.1 微膠囊包埋效果的評(píng)價(jià)

1.4.1.1 表面油及包埋率[8]

稱取 3 g左右微膠囊樣品 (Ws),分散于 20 mL石油醚中,于 200 r/min搖床振蕩 5 min,抽濾,濾液置于105℃干燥已恒重的燒杯中,然后在105℃的恒溫箱中烘 1 h,冷卻,稱重并計(jì)算浸出油質(zhì)量(W1)

式中:C為微膠囊含油量/%。

1.4.1.2 溶劑浸出率[9]

稱取 3 g左右微膠囊樣品 (Ws),分散于 20 mL石油醚,于 200 r/min搖床振蕩 1 h,抽濾,濾液置于105℃干燥已恒重的燒杯中,然后在 105℃的恒溫箱中烘 1 h,冷卻,稱重并計(jì)算浸出油重(W2)。

式中:C為微膠囊含油量/%。

1.4.2 玻璃化微膠囊抗氧化性能試驗(yàn)方法[7]

采用 Schaal烘箱法測(cè)定玻璃化微膠囊多不飽和脂肪酸的氧化穩(wěn)定性,即把玻璃化多不飽和脂肪酸微膠囊置于 (63±1)℃的數(shù)顯恒溫箱內(nèi),并通以3 mL/s的空氣,敞口,定時(shí)測(cè)定 POV的變化。根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式,Schaal烘箱法的 1 d相當(dāng)于 1個(gè)月的貨架壽命,分析其保質(zhì)期和抗氧化性能。

1.4.3 過(guò)氧化值的測(cè)定[9]

稱取微膠囊樣品 3 g左右(精確至 0.000 1 g)于100 mL具塞錐形瓶中,加入 12 mL蒸餾水,磁力攪拌10 min使樣品溶解;然后準(zhǔn)確量取氯仿/甲醇 (15 mL/30 mL)混合液加入,磁力攪拌混勻 10 min后,再準(zhǔn)確加入 15 mL氯仿,繼續(xù)磁力攪拌混勻2 min,再加入 15 mL蒸餾水,磁力攪拌混勻 5 min,接著將混合液轉(zhuǎn)移至離心管中,4 000 r/min離心 5 min使完全分層,用刻度吸管小心準(zhǔn)確吸取下層氯仿層5 mL于已恒重的小燒杯中,105℃恒溫箱中烘 1 h后,干燥器中冷卻 15～20 min,稱重,計(jì)算燒杯中油質(zhì)量 (W)。另準(zhǔn)確吸取剩余氯仿層 20 mL于 250 mL蒸餾瓶中,用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀于 40℃水浴、真空揮干氯仿,加入氯仿/冰醋酸(2∶3,體積比)30 mL,使油溶解,然后加入1 mL飽和 KI溶液,加塞搖勻,暗處放置 3 min,取出加入 30 mL蒸餾水,振搖,加入 5 mL 1%淀粉溶液,立即用 0.01 mol/L硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至藍(lán)色消失,記下滴定所用體積 (V2/mL)。同時(shí)做空白滴定,記下滴定所用體積(V1/mL)。

計(jì)算 POV(mmol/kg):

式中:c為硫代硫酸鈉溶液濃度/mol/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同糖類(lèi)與阿拉伯膠配用對(duì)玻璃化微膠囊包埋效果的影響

阿拉伯膠由于基本具備理想的噴霧干燥微膠囊化的壁材所必需的良好溶解性、乳化性、成膜性以及干燥性能好、濃溶液黏度低等特點(diǎn),成為一種重要的微膠囊壁材。而具有玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)的其他碳水化合物由于乳化性和成膜性較差,一般需要與阿拉伯膠配用。碳水化合物的聚合度是影響 Tg的主要因素,在聚合度低時(shí),隨著聚合度的增加,Tg急劇升高,聚合度高時(shí)(如淀粉),由于 Tg太高,因?yàn)楫?dāng)其溫度達(dá)到Tg之前就已分解,不能通過(guò)試驗(yàn)測(cè)定 Tg。因此,實(shí)驗(yàn)選擇了聚合度較低的麥芽糊精、乳糖、麥芽糖、蔗糖和葡萄糖。表 1為幾種糖類(lèi)與阿拉伯膠配用 (二者比例為 3∶7)時(shí),壁材玻璃化包埋多不飽和脂肪酸的試驗(yàn)結(jié)果。

表 1 不同糖類(lèi)對(duì)玻璃化微膠囊包埋效果的影響

由表1可知,隨著碳水化合物 Tg的降低,微膠囊表面油和溶劑浸出率有所升高,包埋率下降,特別是Tg低于 100℃時(shí)包埋效果下降明顯。麥芽糊精與阿拉伯膠的 Tg差異不大,二者配用時(shí)包埋效果差異小。

2.2 麥芽糊精DE值的影響

麥芽糊精DE值(指以葡萄糖計(jì)的還原糖占糖漿干物質(zhì)的百分比)不同,Tg也不相同。并研究不同DE值麥芽糊精對(duì)玻璃化微膠囊包埋效果的影響,結(jié)果見(jiàn)表2。

Tg是影響玻璃態(tài)微膠囊化效果的最為重要的因素。噴霧干燥時(shí),較高的 Tg不僅有利于玻璃態(tài)的形成和穩(wěn)定,而且有利于縮短粘流態(tài)向玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變所需的時(shí)間,有利于及時(shí)包埋多不飽和脂肪酸;但是過(guò)高的 Tg,會(huì)過(guò)早形成玻璃態(tài)硬殼,囊壁脆性大、缺乏塑性,易于因囊壁內(nèi)層水分的蒸發(fā)導(dǎo)致囊壁微孔和裂縫,造成囊壁致密性低,使溶劑浸出率高。

從表 2可知,麥芽糊精 Tg在 100℃以下、160℃以上時(shí)溶劑浸出率偏高,包埋效果較差,而 DE11～20范圍的麥芽糊精 Tg在 140～160℃,對(duì)微膠囊包埋效果影響較小。

表 2 不同DE值麥芽糊精對(duì)玻璃化微膠囊包埋效果的影響

2.3 阿拉伯膠比例的影響

阿拉伯膠是微膠囊壁材的主要部分,其優(yōu)良的乳化能力和成膜性是微膠囊包埋多不飽和脂肪酸的關(guān)鍵。選擇DE值 15～17麥芽糊精,研究阿拉伯膠比例的影響,結(jié)果見(jiàn)圖 1。

圖 1 阿拉伯膠比例的影響

由圖 1可知,隨著壁材中阿拉伯膠所占比例增加到 60%附近,表面油和溶劑浸出率迅速降至最低點(diǎn),之后阿拉伯膠比例繼續(xù)增加,二者略有升高;包埋率隨著壁材中阿拉伯膠所占比例增加到 60%達(dá)到最高,隨后變化較小。由于麥芽糊精沒(méi)有乳化能力,因此阿拉伯膠比例太低時(shí)不利于壁材有效包埋脂肪酸,導(dǎo)致表面油和溶劑浸出率較高、包埋率太低。

2.4 多不飽和脂肪酸含量的影響

多不飽和脂肪酸含量對(duì)多不飽和脂肪酸玻璃化微膠囊包埋效果的影響見(jiàn)圖 2。

由圖 2可見(jiàn),當(dāng)多不飽和脂肪酸含量超過(guò) 30%時(shí),由于壁材所占比例較少,形成的微囊壁太薄,導(dǎo)致表面油和溶劑浸出率均較高,包埋率下降。從結(jié)果來(lái)看,多不飽和脂肪酸含量不超過(guò) 30%時(shí),微膠囊包埋效果較好。

圖 2 多不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)多不飽和脂肪酸糖玻璃化包埋效果的影響

2.5 亞麻酸微膠囊的氧化穩(wěn)定性

采用 Schaal烘箱測(cè)定法,把玻璃化微膠囊亞麻酸置于(63±1)℃的數(shù)顯恒溫箱內(nèi),并通以 3 mL/s的空氣,敞口放置 56 d,每隔 96 h測(cè)定一次 POV值,結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 亞麻酸微膠囊在 Schaal烘箱試驗(yàn)中 POV的變化

根據(jù)Arrhenius經(jīng)驗(yàn)公式,Schaal烘箱法的1 d相當(dāng)于 1個(gè)月的貨架壽命,若以國(guó)標(biāo)規(guī)定的過(guò)氧化值6 mmol/kg為上限,分析其保質(zhì)期和抗氧化性能。由表可以看出,可以推算出所測(cè)微膠囊α-亞麻酸在22℃下的保質(zhì)期可達(dá)到 2年。

3 結(jié)論

以阿拉伯膠和糖類(lèi)為復(fù)合壁材,以亞麻酸為芯材,通過(guò)噴霧干燥實(shí)現(xiàn)玻璃化微膠囊包埋多不飽和脂肪酸。以DE15～17的麥芽糊精替代 40%的阿拉伯膠作為復(fù)合壁材,亞麻酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不超過(guò) 30%時(shí),制備的微膠囊包埋效率較高,穩(wěn)定性好?？梢?jiàn),具有較高 Tg的阿拉伯膠和麥芽糊精有利于噴霧干燥過(guò)程中囊壁及時(shí)形成玻璃態(tài),有效保護(hù)多不飽和脂肪酸受熱氧化。

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Microencapsulating PolyUnsaturated Fatty Acid in Saccharic Glassy State

Meng Hongchang
(Luohe Vocational and Technical College,Luohe 462002)

The glassymicroencapsulation of poly unsaturated fatty acid with Arabic gum and saccharide as com2 pound wallmaterials by the spray dryingmethod was studied.Linolenic acid was used as core material.The oxidation stability was estimated by Schaal oven-storage test.Results:The encapsulation efficiency is the bestwhen the ratio ofArabic gum and DE 15～17 malt dextrin is 3∶2 and the proportion of core material is below 30%.In a test of ac2 celerating oxidation,the peroxide value is less than 6 mmol/kg under the test condition of ventilating at 63℃,so a shelf-life ofmore than 24 months at 22℃could be anticipated according to Arrhenius empirical formula.

saccharic glassy microcapsule,poly unsaturated fatty acid,linolenic acid,oxidation stability

R943;TS225.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-0174(2010)05-0049-04

河南省教育廳自然科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(20008c550001)

2009-06-16

孟宏昌,男,1968年出生,副教授,食品工程