普魯蘭在噴霧干燥法制備姜油樹脂微膠囊中的作用研究

張嬪娉，童群義

（江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122）

普魯蘭在噴霧干燥法制備姜油樹脂微膠囊中的作用研究

張嬪娉，童群義

（江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國家重點實驗室，江南大學(xué)食品學(xué)院，江蘇無錫214122）

研究了普魯蘭多糖在制備以大豆蛋白和麥芽糊精為壁材的姜油樹脂微膠囊過程中對乳化液的穩(wěn)定作用及其對微膠囊產(chǎn)品的影響，考察了使用不同比例的大豆蛋白和麥芽糊精作為壁材的微膠囊產(chǎn)品的各項指標以及不同工藝條件對最終微膠囊產(chǎn)品的影響。研究結(jié)果表明，普魯蘭多糖添加量在1%（w/v）時具有穩(wěn)定姜油樹脂乳化液的作用，同時可以獲得最大的包埋率；大豆蛋白與麥芽糊精最佳的添加比例為1∶2，固形物含量為20%（w/v），均質(zhì)壓力為30MPa（兩次），進風(fēng)溫度140℃，出風(fēng)溫度80℃。

姜油樹脂，微膠囊，普魯蘭多糖

姜科植物姜（Zingiber officinale Roscoe）的干燥根莖在我國乃至亞洲都被視為傳統(tǒng)藥食兼用植物，超臨界 CO2萃取干姜得到的姜油樹脂（ginger oleoresin）是棕色黏稠液體，除了具備姜的全部香氣味道以外，其主要成分姜酚還具有降血脂、健胃、抗炎及止吐等藥理功效［1］，因此在食品、醫(yī)藥工業(yè)都具有很高的應(yīng)用價值。但另一方面我們也應(yīng)看到，該產(chǎn)品為既粘又稠的油狀物，在水溶液中的分散性能差，直接用于食品加工或醫(yī)藥工業(yè)較困難。采用微膠囊技術(shù)改變姜油樹脂的狀態(tài)，將姜油樹脂轉(zhuǎn)變成固體粉末可以有效地解決上述問題，同時還方便其使用和貯藏運輸。普魯蘭多糖，又名短梗霉多糖、茁霉多糖，是出芽短梗霉（Aureobasidium pullulans）合成的一種細胞外水溶性大分子中性多糖［2］。普魯蘭多糖具有很好的成膜性，用它制成的各種膜都具有透明、彈性強、耐油、可熱封、可食、可生物降解、幾乎不透氧氣、不透氮氣和香氣等特點［3］。Matsumura等報道了普魯蘭在阿拉伯膠、麥芽糊精與油脂乳化體系中的乳化特性［4］；另有學(xué)者報道了以普魯蘭、阿拉伯膠和麥芽糊精為壁材所制備的微膠囊具有高包埋率［5］。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

姜油樹脂 深圳芳潤香化科技有限公司；大豆蛋白 南通光合生物技術(shù)有限公司；普魯蘭 日本林原生化有限公司（Hayashibara）；香蘭素 分析純，國藥集團有限公司。

NDJ-79旋轉(zhuǎn)式黏度計 同濟大學(xué)機電廠；DDS-11AT型電導(dǎo)率儀 上海雷磁儀器廠；UV-2100紫外可見光分光光度計 尤尼柯（上海）儀器有限公司；QZ-5高速離心噴霧干燥機 錫山市林洲干燥機廠；15MR-8TBA型均質(zhì)機 美國APV公司；Quanta -200掃描電鏡 荷蘭PHILIP公司；Mastersizer激光粒徑分布儀 英國MALVERN公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 微膠囊制備過程 按比例稱取一定質(zhì)量的大豆分離蛋白、麥芽糊精以及普魯蘭多糖，溶于水，攪拌均勻，然后邊加熱邊攪拌至80℃，保持30min，冷卻至室溫，加入姜油樹脂，攪拌均勻，用高速組織搗碎機分散1min（轉(zhuǎn)速8000～14000r/min），均質(zhì)后噴霧干燥。

1.2.2 微膠囊包埋率的測定

1.2.2.1 標準曲線繪制 姜油樹脂中總姜酚是6-、8-、10-姜酚的混合物，平均分子量304.46g/mol。由于香草醛（152.15g/mol）和姜酚結(jié)構(gòu)相似，二者的乙醇溶液在280nm均有吸收峰，因此用香草醛作對照品［6］。配制2560μg/mL的香草醛乙醇溶液，精密吸取0.2、0.4、0.6、0.8、1mL至10mL容量瓶中，用乙醇定容，測定280nm處的吸光度A，以香草醛濃度C為橫坐標，吸光度A為縱坐標，計算得標準曲線為A= 1.697C+0.0098（r2=0.9995）。

1.2.2.2 微膠囊中姜油樹脂含量的檢測 微膠囊中姜油樹脂含量是指裸露于微膠囊表面和被壁材包埋住的姜油樹脂量之和。準確稱量微膠囊產(chǎn)品4.5g左右，加水15mL形成均一體系，在高速離心機中轉(zhuǎn)動20min，倒掉上清液，瀝干離心桶底部殘留物表面的水分。以無水乙醇提取離心桶中姜油樹脂油溶性成分，所得濾液定容至50mL。用紫外分光光度計在280nm下測其吸光值，查標準比色曲線方程得出微膠囊中姜油樹脂含量［7］。

1.2.2.3 微膠囊表面姜油樹脂含量的檢測 準確稱取微膠囊產(chǎn)品4.5g，加入25mL無水乙醇，在攪拌器上攪拌5min，所得濾液定容至50mL。用紫外分光光度計在280nm下測其吸光值，查標準比色曲線方程得出微膠囊表面姜油樹脂含量［7］。

1.2.3 乳化液性質(zhì)的測定

1.2.3.1 乳化液黏度的測定 采用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式粘度計測定乳化液的黏度。

1.2.3.2 乳化液粒徑與多分散性指數(shù)（PDI）的測定

粒徑大小與PDI均可以表征乳化液的穩(wěn)定性程度，PDI表征了乳化液中粒子大小的均一程度，其值越小，表明體系越均一。

1.2.3.3 乳化液電導(dǎo)率 對乳化液的電性質(zhì)研究最多的是電導(dǎo)，用電導(dǎo)法可以對乳化液的穩(wěn)定性進行監(jiān)控［8］。利用乳化液不穩(wěn)定時，其電導(dǎo)發(fā)生顯著變化的原理，在25℃下每隔1h測定一次電導(dǎo)率。

1.2.3.4 乳化液穩(wěn)定性指數(shù)（ESI）測定 在離心管中加入乳化液，在離心機轉(zhuǎn)速為1000r/min的轉(zhuǎn)速下離心10min，觀察離心管中上清液的體積，上清液體積越小，說明乳化液越穩(wěn)定［9］。

1.2.4 微膠囊產(chǎn)品各指標的測定

1.2.4.1 水分測定 105℃烘箱法［10］。

1.2.4.2 流動性 休止角注入法［11］。

1.2.4.3 溶解性 參考文獻［7］。

1.2.4.4 微膠囊化產(chǎn)品堆密度的測定 將微膠囊產(chǎn)品倒入到帶刻度的量筒中，計算單位體積微膠囊產(chǎn)品的重量［12］。

1.2.4.5 微膠囊產(chǎn)品外形結(jié)構(gòu)觀察 取一些樣品，均勻分散后，用雙面膠粘于樣品臺上，用IB-3型離子濺射器在樣品表面噴涂一層150A的金粉，之后在掃描電鏡（SEM）下細致觀察微膠囊的外形結(jié)構(gòu)，加速電壓為5kV。

2 結(jié)果與討論

2.1 普魯蘭多糖對姜油樹脂乳化效果的影響

乳化液不穩(wěn)定時，其電導(dǎo)率會發(fā)生顯著變化，因此可通過測定乳化液電導(dǎo)率來考察其穩(wěn)定性。本研究固定大豆蛋白與麥芽糊精的比例為1∶2，姜油樹脂添加量為壁材的10%（w/w），測定電導(dǎo)率隨時間的變化，結(jié)果見圖1。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，幾種乳化液均較穩(wěn)定，電導(dǎo)率的變化幅度都不是很大，但是可以很明顯的看出，添加有普魯蘭多糖的乳化液電導(dǎo)率更趨平穩(wěn)。

圖1 電導(dǎo)率隨時間的變化趨勢

穩(wěn)定的乳化液液滴之所以能保持良好的分散狀態(tài)，是由粒子間的靜電排斥及空間位阻作用造成的［13］，因此乳化液的穩(wěn)定性與其粒徑大小有關(guān)。當姜油樹脂乳化液中添加有少量普魯蘭多糖時，可形成均勻的乳化液滴，但這種液滴隨著放置時間的延長會逐步聚集形成比較大的液滴。從表1可以看出，在制備初期，普魯蘭起到了穩(wěn)定姜油樹脂乳化液的作用，使乳化液的粒徑分布更加均勻，添加有1%普魯蘭的姜油樹脂乳化液的多分散性指數(shù)更小，這與電導(dǎo)率的測定結(jié)果是一致的。而在放置2d后其效果卻與預(yù)計結(jié)果相反，添加有1%普魯蘭的姜油樹脂乳化液平均粒徑增大，多分散性指數(shù)也增大，使得乳化液的穩(wěn)定性變差。

表1 乳化液放置前后的粒徑變化

2.2 壁材組成對微膠囊工藝效果的影響

實驗發(fā)現(xiàn)添加有不同程度普魯蘭多糖可以提高或降低最終微膠囊產(chǎn)品的包埋率，結(jié)果見表2。當普魯蘭多糖濃度在1%（w/v）以內(nèi)時，體系黏度的提高可以減少液滴在干燥過程中內(nèi)部的渦流湍動，同時普魯蘭具有很好的成膜性，在干燥過程中能在液滴表面形成一層光滑的膜，相對減少芯材向壁表面的擴散和遷移，因此有利于包埋率的提高。而當普魯蘭多糖濃度超過1%時，體系黏度過高不利于噴霧干燥過程的閃蒸脫水，囊殼不能快速形成，從而導(dǎo)致包埋率下降，因此普魯蘭多糖最佳的添加量為1%（w/v）。

表2 普魯蘭添加量對包埋率和黏度的影響

從表3可以看出，在保持普魯蘭多糖添加量為1%，姜油樹脂添加量為壁材的10%（w/w）時，如果大豆蛋白質(zhì)用量太少，所得乳化液穩(wěn)定性不好，不足以乳化姜油樹脂，在大豆蛋白與麥芽糊精比例為1∶4時，穩(wěn)定性指數(shù)很小，在噴霧過程中乳化液分層，因此最終沒有測定包埋率。大豆蛋白與麥芽糊精之比為1∶3時，噴霧過程中乳化液未見分層，但是所得微膠囊壁基質(zhì)的致密性不夠好，因此微膠囊化效率低下。當?shù)鞍踪|(zhì)用量太多時，微膠囊壁基質(zhì)對在效率測定過程中有機溶劑向內(nèi)部滲透的阻隔能力下降［14］，因此大豆蛋白與麥芽糊精之比為1∶1時效率也有所下降。表3顯示，當大豆蛋白與麥芽糊精最佳的添加比例為1∶2時可以獲得最高的包埋效率。

表3 不同壁材比對穩(wěn)定性指數(shù)和包埋率的影響

表4中，固形物含量在5%～20%之間變化時，隨著固形物含量的增加，產(chǎn)品的包埋率迅速上升，當固形物含量大于20%后，包埋率卻有所減少。這是由于固形物含量過低時，在噴霧干燥過程中，大量脫水導(dǎo)致有效成分過多的流失，使得包埋率較低。在固形物濃度大于20%后，水分蒸發(fā)速度可能受到影響，脫水速度太慢，粒子易于相互粘附聚結(jié)，噴霧干燥變得較為因難，表觀上粘壁比較歷害，因此取乳化液固形物濃度以20%為宜。若噴霧干燥塔型號和進、出風(fēng)溫度一定，對于同一種物料，濃度越高，越有助于形成大的干顆粒粒徑［15］，因而固形物含量高的產(chǎn)品溶解性較好。當固形物濃度為5%和10%時，所得姜油樹脂微膠囊粉末流動性極差，以至在測定流動性和堆積密度時無法實現(xiàn)粉的自由散落，這樣的粉在復(fù)水時勢必會嚴重結(jié)團，影響使用。因此，噴霧干燥法制備姜油樹脂微膠囊時應(yīng)該控制固形物含量為20%（w/v）。

表4 不同固形物含量微膠囊產(chǎn)品各項性質(zhì)的影響

2.3 工藝條件對微膠囊化工藝效果的影響

從表5可以看出，隨著均質(zhì)壓力的增大，乳化液液滴粒徑變小，包埋率隨之增大，但是終產(chǎn)品在水中溶解所需時間增大，不利于產(chǎn)品的使用，因此均質(zhì)壓力選擇30MPa為宜。

圖2表明，進風(fēng)溫度低時，液滴表面形成膜的時間長，液體顆粒干燥不完全，在封閉的管道中很容易黏結(jié)，只有細微的顆粒才能被收集到料斗中，因此其包埋率要低一些。進風(fēng)溫度高時，液滴成膜速度快，顆粒干燥完全，但微膠囊中的有效成分有所揮發(fā)或微囊內(nèi)部有效成分向囊壁擴散，導(dǎo)致包埋率反而下降，另外從圖3、圖4可以發(fā)現(xiàn)，進風(fēng)溫度過高，脫水速度過快造成微膠囊有少量破碎。綜合考慮兩個因素，進風(fēng)溫度選擇140℃。

表5 均質(zhì)壓力對微膠囊化工藝效果的影響

圖2 噴霧干燥進風(fēng)溫度對微膠囊化效果的影響

圖3 進風(fēng)溫度180℃時產(chǎn)品SEM

圖4 進風(fēng)溫度140℃時產(chǎn)品SEM

從表6可知，噴霧干燥出風(fēng)溫度從60℃升高到80℃，微膠囊產(chǎn)品的包埋率得到顯著提高，這是由于出風(fēng)溫度升高，有利于縮短產(chǎn)品顆粒的降速干燥過程，迅速形成完整致密的壁結(jié)構(gòu)，降低姜油樹脂有效成分的揮發(fā)損失，從而提高包埋率，同時微膠囊化終產(chǎn)品的水分含量也有顯著降低。水分含量的降低可以提高產(chǎn)品的貯存周期。但是在出風(fēng)溫度從80℃升高至120℃時，雖然水分含量有明顯降低，但是這卻需要損耗更多的能源，而且產(chǎn)品的包埋率并沒有得到有效的提高反而略有下降，因此在選擇出風(fēng)溫度時以80℃為宜。

表6 噴霧干燥出風(fēng)溫度對微膠囊化效果的影響

3 結(jié)論與展望

普魯蘭多糖在添加量為1%（w/v）時具有穩(wěn)定姜油樹脂乳化液的作用，可以使乳化液的粒徑分布更加均勻，同時可以使微膠囊產(chǎn)品具有更高的包埋率，但是其乳化液放置數(shù)天后穩(wěn)定性會變差。在制備姜油樹脂乳化液時大豆蛋白與麥芽糊精的適宜比例為1∶2，均質(zhì)壓力為30MPa（兩次），噴霧干燥的進風(fēng)溫度為140℃，出風(fēng)溫度為80℃。普魯蘭多糖對姜油樹脂乳化液體系的穩(wěn)定性作用還需進一步研究，乳化體系的穩(wěn)定主要是靜電穩(wěn)定和空間穩(wěn)定，普魯蘭多糖是一種中性的微生物多糖，因此推測其穩(wěn)定作用主要是靠其多糖鏈與蛋白質(zhì)發(fā)生的非化學(xué)鍵相互作用而產(chǎn)生的空間穩(wěn)定效果。

［1］Chrubasik S，Pittler M H，Roufogalis B D.Zingiberis rhizome：a comprehensive review on the ginger effect and efficacy profiles［J］.Phytomedicine，2005，12（9）：684-701.

［2］Catley B J，Ramsay A，Servis C.Observations on the structure of fungal extracellular-polysaccharide，pullulan［J］.Carbohydrate Research，1986，153（1）：79-86.

［3］殷小梅，許時嬰.可食茁霉多糖膜的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)研究［J］.食品科學(xué)，1998，19（2）：3-6.

［4］Matsumura Y，Satake C，Egami M，et al.Interaction of gum Arabic，maltodextrin and pullulan with lipids in emulsion［J］. Bioscience，Biotechnology，and Biochemistry，2000，64（9）：1827 -1835.

［5］Minemoto Y，Adachi S，Matsuno R.Solvent-extraction processes of linoleic acid encapsulated with gum Arabic，pullulan or maltodextrin at different weight ratios［J］.Food Science Technology Research，1999（5）：289-293.

［6］劉利萍，毛威，王秀珍，等.內(nèi)凝聚法制備姜油樹脂海藻酸鈣微囊［J］.中國醫(yī)藥工業(yè)雜志，2007，38（4）：285-287.

［7］吳雪，張少英.姜油樹脂的微膠囊化研究［J］.糧油加工與食品機械，2001（5）：28-30.

［8］趙斌，張根旺，楊天奎，等.磷脂微膠囊化乳化液穩(wěn)定性的研究［J］.中國糧油學(xué)報，2003，23（6）：121-126.

［9］孔保華，鄭冬梅，林淑英，等.魚油微膠囊技術(shù)的研究［J］.食品工業(yè)科技，1999，20（5）：8-10.

［10］黃偉坤.食品檢驗與分析［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，1997.

［11］鐘芳，王璋，許時嬰.噴霧干燥條件對豆粉速溶性的影響［J］.食品工業(yè)科技，2003，24（12）：17-20.

［12］劉文廣.噴霧干燥實用技術(shù)大全［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2001：10.

［13］孫哲浩，趙謀明，彭志英.蛋白質(zhì)與多糖類交互作用對食品乳狀液穩(wěn)定性的影響［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2000，26（2）：61-65.

［14］Young S L，et al.J Dairy Sci［J］.1993，76：2868-2877.

［15］Neil H M.Spray drying［J］.Food Tech，2001，65（4）：92-95.

Study on the effect of pullulan on the microencapsulation of ginger oleoresin prepared by spray-drying

ZHANG Pin-ping，TONG Qun-yi
（State Key Laboratory of Food Science and Technology，School of Food Science and Technology，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

The effect of pullulan in emulsification and its subsequent microencapsulation of ginger oleoresin were studied using soybean protein and maltodextrin as wall material.Different ratios of soybean and maltodextrin were used to evaluate the appropriate wall material for the encapsulation of ginger oleoresin prepared by spray drying. The optimal technology parameter was found as follows：pullulan concentration 1%（w/v），soybean protein/ maltodextrin ratio 1∶2，the wall material concentration 20%（w/v），the pressure of emulsion homogenization 30MPa（twice），the inlet air temperature 140℃，outlet air temperature 80℃.

ginger oleoresin；microencapsulation；pullulan

TS201.1

A

1002-0306（2011）01-0133-04

2010-01-06

張嬪娉（1985-），女，碩士研究生，主要從事碳水化合物研究。