大蒜精油微膠囊包埋互藝研究

王賽賽，陶寧萍

(上海海洋大學食品學院，上海201306)

大蒜精油微膠囊包埋互藝研究

王賽賽，陶寧萍*

(上海海洋大學食品學院，上海201306)

以大蒜精油為研究對象，采用噴霧干燥技術(shù)對大蒜精油進行包埋，以包埋率為主要測定指標，通過單因素實驗確定最佳工藝參數(shù)為均質(zhì)1次，均質(zhì)時間2min，均質(zhì)壓力25MPa，大蒜精油添加量為20%;壁材組成為預(yù)糊化淀粉20%、β－環(huán)糊精30%、酪蛋白酸鈉2%，所得產(chǎn)品包埋率可達91.08%。電子掃描顯微鏡觀察到微膠囊產(chǎn)品表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)良好，具有良好的包埋效果。

大蒜精油，微膠囊，噴霧干燥

大蒜(Garlic，Allium sativum)為百合科蔥屬植物的地下鱗莖，有“天然抗生素”之稱。經(jīng)多年的研究發(fā)現(xiàn)，大蒜的藥用價值主要在于其中的含硫化合物，將其提取純化所得到的油狀物即為大蒜精油。大蒜精油對多種致病真菌和病毒有抑制和殺滅作用，并具有抗高血壓、抗血栓、抗癌作用，可用于治療和預(yù)防許多疾?。?－4］，但大蒜精油具有易揮發(fā)、不穩(wěn)定及對人體粘膜具有較強刺激等缺陷，極大地限制了其在食品中的應(yīng)用，所以采取一定的方法對其特有的刺激性氣味進行掩蔽，具有一定的現(xiàn)實意義。李瑜、許時嬰［5］曾以乙烷基纖維素和鄰苯二甲酸醋酸纖維素為壁材對干燥的蒜粉進行流化床包埋;陳雪峰、劉迪［6］采取了阿拉伯膠和麥芽糊精為包埋壁材掩蔽臭味;何榮海、馬海樂等［7］以阿拉伯膠、麥芽糊精、明膠蔗糖等復(fù)合壁材對大蒜素進行包埋。本實驗主要以大蒜精油為研究對象，采取噴霧干燥技術(shù)，利用變性淀粉和麥芽糊精復(fù)配作為主要包覆壁材，優(yōu)化生產(chǎn)工藝及參數(shù)，以期對大蒜精油的不良氣味有更好的掩蔽效果，為工業(yè)化生產(chǎn)大蒜精油微膠囊產(chǎn)品提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大蒜精油 河南懷遠遠洋香料有限公司;阿拉伯膠、乳清蛋白 美國斯比凱可公司;變性淀粉 上海國民淀粉化學(上海)公司;酪蛋白酸鈉 廣州斯德寶香精香料有限公司;麥芽糊精、β－環(huán)糊精、果膠

上海聯(lián)合食品添加劑有限公司;卵磷脂 上?？抵Z執(zhí)信食品有限公司;以上試劑 均為食品級;其他試劑 均為分析純。

BüCHI 290型噴霧干燥機 瑞士布奇公司;GYB60－6S型高壓均質(zhì)機 上海東華高壓勻漿泵廠;BS124S型電子分析天平 德國賽多利斯(SARTORIUS)股份公司;HWS26型電熱恒溫水浴鍋

上海一恒科技有限公司;NDJ－5S型數(shù)字式粘度計

上海精密科學儀器有限公司;FJ200實驗室高剪切乳化機 上海索祥機電設(shè)備制造有限公司;101A－1型干燥箱 上海市實驗儀器總廠;XL－30型電子顯微鏡 荷蘭飛利浦公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大蒜精油微膠囊的制備 制備好的壁材溶液中加入大蒜精油和乳化劑，高速分散后進行高壓均質(zhì)，所得乳化液經(jīng)噴霧干燥即可得到微膠囊成品。

1.2.2 壁材的確定 根據(jù)參考文獻選定變性淀粉、麥芽糊精、乳清蛋白等多種壁材復(fù)配對大蒜精油進行包埋［8］，由包埋率確定最佳壁材組合。

1.2.3 工藝條件的優(yōu)化 采取單因素實驗，對均質(zhì)壓力、均質(zhì)時間、均質(zhì)次數(shù)等進行優(yōu)化，確定最佳工藝參數(shù)。并優(yōu)化固形物含量及芯材、壁材配比。

1.2.4 乳狀液及微膠囊產(chǎn)品指標的測定

1.2.4.1 乳狀液穩(wěn)定性［9］采用具塞量筒法。將100mL乳狀液置于100mL具塞量筒中，40℃水浴保溫24h，讀取游離水層的體積，計算乳狀液的穩(wěn)定性。

乳狀液穩(wěn)定性(%)=(乳化液含水總量－游離水量)/乳化液含水總量×100%

1.2.4.2 乳狀液粘度 將一定量乳狀液置于100mL燒杯中，采用NDJ－5S型數(shù)字式粘度計室溫下測定。1.2.4.3 大蒜精油微膠囊產(chǎn)品感官評定 參照文獻［10］。

1.2.4.4 水分含量 參照GB/T 5413.8－1997。

1.2.4.5 包埋率［11］包埋率(%)=［1－(產(chǎn)品表面油含量/產(chǎn)品中的總油含量)］×100%

表面油含量的測定:采取有機溶劑萃取間接測定法;總油提取:羅紫－哥特里法［12］。加入氨水破壞微膠囊壁材，用乙醇、乙醚和石油醚提取其中的大蒜精油。

1.2.5 微膠囊超微結(jié)構(gòu)觀察［13］將少許產(chǎn)品置于貼了雙面膠的樣品臺上，稍壓實，吹去表面多余粉末后噴金，用掃描電子顯微鏡分別觀察微膠囊表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，加速電壓為25kV。

2 結(jié)果與分析

對芯材大蒜精油進行感官分析及成分測定，所用芯材為具有濃烈大蒜刺激味的淡黃色澄清液體，其酸價為1.87mg(KOH)/g，過氧化值為0.40mmol/kg，有效成分大蒜素二烯丙基三硫醚的含量為14.51%［14］。

2.1 大蒜精油微膠囊壁材的確定

選取五組壁材，制得大蒜精油微膠囊產(chǎn)品，并對乳狀液的穩(wěn)定性、粘度及產(chǎn)品的感官、包埋率、水分含量等特性進行比較，結(jié)果見表1。

組1為變性淀粉、酪蛋白酸鈉與果膠復(fù)配。大蒜中果膠含量為1%～3%，且果膠具有很多保健作用，但果膠溶于水后為粘稠溶液，溶解性相對較差，作為包埋壁材性能較差［15］。從實驗結(jié)果也可以看出，此組包埋率僅為58.46%，其乳狀液穩(wěn)定性最差。阿拉伯膠是一種天然的植物膠，作為壁材具有良好的附著力和成膜性，但噴霧干燥過程中高溫受熱會使得膠體分子降解，乳化性能下降，導致包埋率降低。組2以阿拉伯膠和麥芽糊精復(fù)配所得的大蒜精油微膠囊包埋率為66.24%，而阿拉伯膠價格相對較貴，且膠類物質(zhì)黏度較高，乳狀液穩(wěn)定性較差。有文獻闡述變性淀粉是在原淀粉基礎(chǔ)上加了疏水和親水側(cè)鏈，有親水親油雙重性質(zhì)，從而具有優(yōu)良的成膜性和乳化性，與傳統(tǒng)壁材阿拉伯膠相比，包油量可大大提高。變性淀粉與乳清蛋白復(fù)配較第1組相比提高到78.40%，但產(chǎn)品為微黃色，感官質(zhì)量較差。酪蛋白酸鈉具有良好的增粘力和蛋白特有的起泡性和保氣性，且作為一種動物蛋白，還含有人體所需的多種必需氨基酸和微量元素。組4乳狀液穩(wěn)定性較好，產(chǎn)品性狀優(yōu)良，噴霧干燥可順利進行，但產(chǎn)品水分含量相對較高。組5在組4基礎(chǔ)上增加了β－環(huán)糊精，環(huán)糊精在空間結(jié)構(gòu)上呈螺旋狀，具有略呈錐形的中空圓筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)。利用它的疏水空腔生成絡(luò)合物的能力，被廣泛用于微膠囊包埋的壁材。且環(huán)糊精變性溫度高于200℃，不易吸濕，此組壁材復(fù)配的微膠囊包埋效果最佳，可達86.45%。

2.2 制取微膠囊的單因素實驗

影響微膠囊包埋率的因素很多，主要包括均質(zhì)次數(shù)、均質(zhì)壓力、均質(zhì)時間、大蒜精油添加量、固形物含量及配比等。

2.2.1 均質(zhì)次數(shù)對大蒜精油微膠囊包埋率的影響實驗中使用變性淀粉30%、β－環(huán)糊精20%、酪蛋白酸鈉2%的復(fù)合壁材，均質(zhì)壓力為20MPa，均質(zhì)時間3min，芯材大蒜精油添加量15%，進風溫度180℃，出風溫度70℃，制得大蒜精油微膠囊包埋成品，并測得包埋率，各組測得的包埋率如圖1。由圖可見，未均質(zhì)進行噴霧干燥進行微膠囊包埋時包埋率最低，而且乳狀液黏度相對較大，噴霧干燥時粘壁現(xiàn)象較嚴重。均質(zhì)1次時包埋率達到最高86.45%，但經(jīng)2次和3次均質(zhì)后包埋率反呈下降趨勢。

圖1 不同均質(zhì)次數(shù)的大蒜精油微膠囊包埋率

乳狀液噴霧干燥之前進行均質(zhì)可以相應(yīng)提高乳化效果，但均質(zhì)次數(shù)過多會因為乳狀液內(nèi)能增加而不利于乳狀液的穩(wěn)定，且芯材與空氣的接觸隨均質(zhì)次數(shù)增加而增多，進而使產(chǎn)品品質(zhì)下降，故均質(zhì)次數(shù)為2次和3次時包埋率反而出現(xiàn)下降的趨勢。均質(zhì)1次時包埋率較未均質(zhì)和均質(zhì)2次都有顯著性提高，最終選定均質(zhì)次數(shù)為1次。

2.2.2 大蒜精油添加量對微膠囊包埋率的影響 芯材添加量是影響微膠囊質(zhì)量的一個重要指標。芯材添加量過高，會使殘留在壁材表面的芯材量增加，而導致包埋率下降;芯材添加量過低，則增加壁材的消耗量，從而增加成本，且最終產(chǎn)品中的有效成分含量較低。由圖2可以看出，芯材添加量為10%、15%和20%時，大蒜精油微膠囊包埋率相差不大，分別為86.31%、86.45%和86.20%，無顯著性差異，而芯材添加量大于20%時，微膠囊包埋率呈明顯下降趨勢，當芯材添加量為30%時微膠囊包埋率僅為81.92%。這是因為隨著芯材添加量的增加，表面油含量增加，而導致微膠囊化效率下降。同時考慮到微膠囊化的成本及最終產(chǎn)品中有效成分大蒜精油的含量，最終確定芯材添加量為20%。

圖2 不同芯材添加量的微膠囊包埋率

2.2.3 均質(zhì)壓力對大蒜精油微膠囊包埋率的影響高壓均質(zhì)處理是為了使芯材與壁材進一步充分混合并高速分散，以便于微膠囊產(chǎn)品的制備。高壓均質(zhì)有利于形成較小而均勻的液滴，使乳狀液均勻，體系中不易發(fā)生液滴的凝結(jié)，而且乳狀液液滴越小，上浮速度就越慢，這對于提高乳狀液的穩(wěn)定性有利，噴霧干燥過程中液滴內(nèi)部油相粒子向液滴表面遷移的可能性降低，因而會使微膠囊化效率提高。但若均質(zhì)壓力過高，就會使液滴過小，過小的油滴比表面積大，表面能高，油滴趨于相互合并以降低表面能，對乳狀液的穩(wěn)定性及包埋率反而不利。由圖3可以看出，隨著均質(zhì)壓力的提高，微膠囊包埋率呈上升趨勢，而均質(zhì)壓力高于25MPa時，微膠囊包埋率反而出現(xiàn)下降趨勢，這主要是由于壓力過高使得液滴過小，增大了表面積，導致表面能增加，降低了乳狀液的穩(wěn)定性，進而使微膠囊包埋效率下降，故選取最佳均質(zhì)壓力為25MPa。

圖3 不同均質(zhì)壓力的大蒜精油微膠囊包埋率

2.2.4 均質(zhì)時間對大蒜精油微膠囊包埋率的影響 隨均質(zhì)時間的延長，乳狀液液滴直徑逐漸減小，乳狀液穩(wěn)定性增加，進而微膠囊包埋率提高，但均質(zhì)時間過長，會使液滴的比表面積繼續(xù)增大，表面能高，此時油滴呈趨于聚合趨勢，使乳狀液穩(wěn)定性較之前反而出現(xiàn)下降趨勢，進而導致微膠囊包埋率降低。如圖中所示，均質(zhì)時間為2min時，包埋率較其他條件有顯著性提高，達到89.62%，所以確定最佳均質(zhì)時間為2min。

圖4 不同均質(zhì)時間的大蒜精油微膠囊包埋率

2.2.5 變性淀粉與β－環(huán)糊精配比對大蒜精油微膠囊包埋率的影響 變性淀粉在原淀粉的基礎(chǔ)上添加了親水和疏水基團，有親水親油雙重性，具有良好的成膜性;而β－環(huán)糊精本身具有一疏水空腔，對臭味的掩蔽及芯材的包覆具有良好的效果。有研究表明，環(huán)糊精的載油量高于變性淀粉的載油量，而二者不同的配比對微膠囊的包埋率存在不同的影響。由圖5可以看出，當二者配比為2∶3時微膠囊包埋率顯著高于其他組，為91.08%。這可能與β－環(huán)糊精本身的包埋效果與變性淀粉的成膜性有關(guān)，變性淀粉含量過低，成膜性差;若含量升高則其中β－環(huán)糊精含量降低，載油量下降，而對于相同的芯材負荷率，包埋率下降。最終選定壁材配比為變性淀粉20%、β－環(huán)糊精30%、酪蛋白酸鈉2%。

圖5 不同變性淀粉和β－環(huán)糊精配比的微膠囊包埋率

陳雪峰、劉迪［6］所制取的大蒜油微膠囊包埋率最高為85.9%;何榮海、馬海樂等［7］通過噴霧干燥法制取的大蒜素微膠囊包埋率僅為82.6%;王忠寶、劉洪濤等［16］通過低溫烘干所制得的大蒜精油包合物包埋率最高為78.51%;蘇美瓊、李元瑞［17］通過自行設(shè)計的小型設(shè)備，所得產(chǎn)品包埋率為86.88%。本實驗采用噴霧干燥技術(shù)對包埋壁材及工藝進行了優(yōu)化，包埋率達到91.08%，對大蒜精油有較好的包覆作用，與文獻報道比較，包埋率較高，且產(chǎn)品細膩，性狀較好，對大蒜特有的刺激性氣味有較好的掩蔽效果。

2.3 大蒜精油微膠囊超微結(jié)構(gòu)的觀察

對所得的大蒜精油微膠囊成品進行電子掃描顯微鏡觀察，得到微膠囊產(chǎn)品的外部及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可更清楚直觀地觀察到微膠囊產(chǎn)品的包埋結(jié)構(gòu)及效果。

圖6 大蒜精油微膠囊的外部結(jié)構(gòu)(×1000)

圖6為大蒜精油微膠囊在電子顯微鏡下放大1000倍的外部結(jié)構(gòu)圖?？梢灾庇^地看到大蒜精油微膠囊顆粒呈不規(guī)則圓形，表面連續(xù)，但存在不同程度的凹陷，這可能是由于顆粒在干燥過程中產(chǎn)生不均勻收縮或在噴金過程中抽真空所導致的。顆粒直徑存在一定差異，一般為5～10μm，與李瑜、許時嬰等［5］得到的大蒜精油微膠囊比較，顆粒直徑較小，粉末更細膩。

圖7是電子掃描顯微鏡下放大15000倍的大蒜精油微膠囊的外部結(jié)構(gòu)圖。由電鏡照片來看，顆粒表面光滑，無裂縫，表面壁材具有很好的完整性。

圖7 大蒜精油微膠囊的外部結(jié)構(gòu)(×15000)

圖8是放大10000倍的大蒜精油微膠囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)電鏡照片。微膠囊內(nèi)部為一腔體，芯材大蒜精油包埋于腔體內(nèi)部，變性淀粉、β－環(huán)糊精與酪蛋白酸鈉所形成的壁材厚度為2μm左右，壁材中存在一定的孔隙，這可能是由于均質(zhì)過程中乳狀液內(nèi)部包埋了一定的空氣所導致。

大蒜精油微膠囊超微結(jié)構(gòu)觀察表明，以最佳工藝參數(shù)制備所得到的大蒜精油微膠囊具有良好的表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，進而推測本研究所選用的壁材組合及工藝參數(shù)對大蒜精油具有較好的包埋效果。

3 結(jié)論

以大蒜精油微膠囊產(chǎn)品的包埋率作為主要評價指標，本研究確定了微膠囊的最佳配方。其中，芯材大蒜精油添加量20%，壁材組成為變性淀粉20%、β－環(huán)糊精30%、酪蛋白酸鈉2%，乳化劑卵磷脂0.75%。

由單因素實驗確定最佳工藝參數(shù):高壓均質(zhì)1次，時間2min，壓力25MPa，進風溫度與出風溫度分別采取180℃和70℃，在最佳工藝參數(shù)下所得微膠囊包埋率為91.08%。

超微結(jié)構(gòu)觀察顯示顆粒呈不規(guī)則球形，表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)良好，無裂痕，從而證明大蒜精油微膠囊具有良好的包埋效果。

本研究所得的大蒜精油微膠囊產(chǎn)品潔白美觀，有蒜香味，作為方便調(diào)味品有一定的市場前景，本實驗為工業(yè)化生產(chǎn)大蒜精油微膠囊提供一定的理論依據(jù)。

圖8 大蒜精油微膠囊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(×10000)

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Study on the microencapsulation of garlic oil

WANG Sai－sai，TAO Ning－ping*
(College of Food Science＆Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China)

The spray－drying was used to embed the garlic oil into certain wall materials.Taking microencapsulation efficiency as the main evaluating index，and by single－factor experiment，the optimum processing conditions of microencapsulation of garlic oil were determined as follows:homogenizing times，homogenizing time，and homogenizing pressure were once，two minutes，25MPa respectively.The wall materials were determined as follows:modified starch 20%，β－cyclodextrin 30%，sodium caseinate 2%，and the proportion of garlic oil was 20%.Under the optimum conditions，the encapsulation efficiency can achieve 91.08%.By scanning electron microscppe(SEM)the micro－structure observation of the microcapsule of garlic oil，the results showed that both the surface and inside structures were good.

garlic oil;microencapsulation;spray－drying

TS225.1+9

B

1002－0306(2011)04－0228－05

2010－03－23 *通訊聯(lián)系人

王賽賽(1987－)，女，碩士研究生，研究方向:天然功能性物質(zhì)的開發(fā)利用。