冷凍干燥法制備甜杏仁油微膠囊

楊海燕，于 蒙，劉姍姍，侯偉偉

冷凍干燥法制備甜杏仁油微膠囊

楊海燕，于 蒙，劉姍姍，侯偉偉

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與藥學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052)

以酪蛋白、麥芽糊精為壁材，甜杏仁油為芯材，優(yōu)化確定最佳微膠囊化工藝，采用冷凍干燥法制備甜杏仁油微膠囊。結(jié)果表明，利用冷凍干燥法制備甜杏仁油微膠囊的最佳配方為芯材含量22%、乳化劑含量2.2%、酪蛋白含量5%、均質(zhì)時(shí)間7min。在此條件下，得到甜杏仁油微膠囊粉末質(zhì)地疏松，包埋率85.83%。

甜杏仁油；微膠囊；冷凍干燥

杏仁油含有豐富的油酸和亞油酸，兩種含量總和可高達(dá)91%以上，其中單不飽和脂肪酸和多不飽和脂肪酸總和可達(dá)95%以上，單不飽和脂肪酸高達(dá)70%以上，此外杏仁油還含有VE，其中包括α-生育酚和γ-生育酚等成分[1]。但因其不飽和脂肪酸含量高，極易氧化，造成營(yíng)養(yǎng)成分的損失及品質(zhì)的下降，使其應(yīng)用受到限制。

油脂微膠囊化是指利用一定技術(shù)把油脂封閉包裹與5～200μm的小膠囊里，形成小球狀的微膠囊；得到的油脂微膠囊產(chǎn)品既能防止油脂氧化，又便于運(yùn)輸和計(jì)量使用，使用時(shí)散落性十分優(yōu)良[2-4]?，F(xiàn)已經(jīng)有了山蒼子精油[5-6]、玉米胚芽油[7]、葵花籽油[8]、丁香油[9]、檸檬精油[10]、亞油酸的微膠囊化[11]，油脂微膠囊化后，產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)因子及特有氣味能很好的保存，同時(shí)微膠囊化后可降低不飽和脂肪酸被包埋后的氧化速率[12]。目前已有研究采用冷凍干燥法制備蜂膠紫蘇、茶多酚等微膠囊產(chǎn)品[8,13-15]，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)冷凍干燥的方法將甜杏仁油進(jìn)行微膠囊化，將液態(tài)油脂轉(zhuǎn)變?yōu)榉勰┯椭琜16]，使之更適合現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)，能夠更廣泛的應(yīng)用于食品中。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甜杏仁油 新疆奧力克農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司；單甘酯浙江金華有限公司；麥芽糊精、酪蛋白(均為食品級(jí))；石油醚、無(wú)水乙醇、無(wú)水乙醚、氨水均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

JTM-608膠體磨 上海東華高壓勻漿泵廠；NCJJ-0.1/100高壓均質(zhì)機(jī) 通用機(jī)械有限公司；FA1604電子分析天平 上海電子儀器廠；DHG-9070A電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司；GKC可控硅恒溫水浴鍋 上海錦屏儀器儀表有限公司；BYK冷凍干燥機(jī)北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 工藝流程

甜杏仁油+乳化劑(單甘脂)+壁材(麥芽糊精和酪蛋白)→混合→膠體磨→均質(zhì)→冷凍干燥→甜杏仁油微膠囊粉末

1.3.2 工藝最優(yōu)參數(shù)的確定

通過(guò)單因素試驗(yàn)結(jié)果確定冷凍時(shí)間4h，干燥時(shí)間15h，依次改變芯材含量、乳化劑含量、酪蛋白含量、均質(zhì)時(shí)間，以甜杏仁油微膠囊包埋率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行研究分析，并確定4因素3水平的最佳參數(shù)進(jìn)行響應(yīng)面分析。試驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平及編碼表見(jiàn)表1。

表1 甜杏仁油微膠囊制備工藝響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平表Table 1 Coded values and corresponding actual values of the optimization parameters used in response surface analysis

1.3.3 甜杏仁油微膠囊包埋率的測(cè)定

微膠囊中油脂含量的測(cè)定：采用堿性乙醚法測(cè)定。精確稱取1g樣品置于分液漏斗中，加60℃熱水10mL，使樣品充分溶解分散，冷卻，再加1.25mL氨水，混合后加10mL乙醇，混合，再加25mL無(wú)過(guò)氧化物的乙醚，塞好塞子，振搖1min，小心開(kāi)塞，放出氣體，又加入25mL石油醚，再振搖，放出氣體后，將分液漏斗置于漏斗架上，靜置，使其分層，上層液中包含了全部油脂和油溶性物質(zhì)，收集上層液，蒸干溶劑，置于65℃真空干燥箱中蒸干至質(zhì)量恒定，取出置于干燥器中冷卻到室溫后稱量。的微膠囊粉末油脂產(chǎn)品，用40mL石油醚在輕微攪拌下準(zhǔn)確浸提1min，立即用G3砂芯漏斗抽濾，用25mL石油醚洗滌濾渣40s，立即抽濾，將濾液轉(zhuǎn)移至錐形瓶(M1)中，回收石油醚后蒸干，在65℃條件下真空烘干至質(zhì)量恒定(M2)。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 芯材含量對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響

甜杏仁油微膠囊包埋過(guò)程中確定乳化劑含量2%、酪蛋白含量4%、均質(zhì)時(shí)間5min條件下，考察芯材含量對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響結(jié)果見(jiàn)圖1。從圖1可知，隨著芯材含量增加，包埋率呈下降趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著壁材量的減少，使囊壁的厚度變小，芯材損失增大，包埋率降低，可以看出在芯材含量為20%時(shí)，可以取得比較滿意的結(jié)果。

圖1 芯材含量對(duì)包埋率的影響Fig.1 Effect of core material content on embedding rate

2.1.2 乳化劑含量對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響

甜杏仁油微膠囊包埋過(guò)程中確定芯材含量30%、酪蛋白含量4%、均質(zhì)時(shí)間5min條件下，考察乳化劑含量對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，乳化劑的添加量在小于2.2%時(shí)，隨乳化劑用量的增大，包埋率快速增加，但當(dāng)添加量超過(guò)2.2%后，包埋率略有下降，這是因?yàn)檫^(guò)高的乳化劑用量使乳狀液黏度過(guò)高，不利于均質(zhì)，同時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品的風(fēng)味，增大生產(chǎn)成本。

圖2 乳化劑含量對(duì)包埋率的影響Fig.2 Effect of emulsifier content on embedding rate

2.1.3 酪蛋白含量對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響

甜杏仁油微膠囊包埋過(guò)程中確定芯材含量30%、乳化劑含量2%、均質(zhì)時(shí)間5min條件下，考察酪蛋白含量對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3可以看出添加酪蛋白可以增加包埋率，隨著酪蛋白含量的增加包埋率也隨之增大，當(dāng)酪蛋白含量為6%與酪蛋白含量為7%對(duì)包埋率的影響不大。但酪蛋白用量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品黏度過(guò)高，不利于均質(zhì)，因此選用酪蛋白含量為6%。

圖3 酪蛋白含量對(duì)包埋率的影響Fig.3 Effect of casein content on embedding rate

2.1.4 均質(zhì)時(shí)間對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響

甜杏仁油微膠囊包埋過(guò)程中確定芯材含量30%、乳化劑含量2%、酪蛋白含量4%條件下，考察均質(zhì)時(shí)間對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響結(jié)果見(jiàn)圖4。從圖4可以看出隨著均質(zhì)時(shí)間的延長(zhǎng)，微膠囊的包埋率在前7min增加明顯，7min之后，包埋率略微下降。但隨著均質(zhì)時(shí)間的延長(zhǎng)，一方面乳化劑溫度升高，黏度下降，導(dǎo)致微膠囊穩(wěn)定性下降；另一方面乳化液微粒子的變化較大，微粒子的穩(wěn)定性降低，從而導(dǎo)致微膠囊穩(wěn)定性的下降。所以，均質(zhì)時(shí)間為7min較為合理。

圖4 均質(zhì)時(shí)間對(duì)包埋率的影響Fig.4 Effect of homogenization time on embedding rate

2.2 響應(yīng)面法包埋工藝的優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

根據(jù)Box-Behnken驗(yàn)設(shè)計(jì)原理，綜合分析單因素，選取芯材含量、乳化劑含量、酪蛋白含量、均質(zhì)時(shí)間4個(gè)因素，設(shè)計(jì)了4因素3水平的響應(yīng)面分析試驗(yàn)。

運(yùn)用Design Expert 7.0軟件，以芯材含量、乳化劑含量、酪蛋白含量、均質(zhì)時(shí)間為響應(yīng)變量，以甜杏仁油微膠囊包埋率為響應(yīng)值(指標(biāo)值)對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到表3回歸方程方差分析表，利用軟件進(jìn)行非線性回歸的二次多項(xiàng)式擬合，得到預(yù)測(cè)模型如下：

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Box-Behnken experimental design and corresponding results for response surface analysis

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)和結(jié)果Table 3 Significance test for each regression coefficient in the fitted quadratic model

由表3回歸分析結(jié)果可知，對(duì)真空冷凍干燥甜杏仁油微膠囊化包埋率的影響排序，A＞B＞C＞D，即：芯材含量＞乳化劑用量＞酪蛋白含量＞均質(zhì)時(shí)間。從方差分析結(jié)果顯示該模型的F＝24.41＞F0.05(14,14)＝2.48，P＜0.001，表明回歸模型極顯著。失擬項(xiàng)F＝2.39＜F0.05(9,3)＝8.81，P＝0.2075＞0.05，不顯著，并且該模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)平方R2＝0.9606，修正相關(guān)系數(shù)平方R2Adj＝0.9213，說(shuō)明該模型與實(shí)際擬合較好，各具體試驗(yàn)因素對(duì)響應(yīng)值的影響不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，可以用于甜杏仁油微膠囊化包埋率的理論預(yù)測(cè)。

根據(jù)回歸方程，做出響應(yīng)面分析圖(圖5)，考察所擬合的響應(yīng)曲面的形狀，分析芯材含量、乳化劑含量、酪蛋白含量、均質(zhì)時(shí)間對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的影響。在考察的變量水平范圍內(nèi)，隨著乳化劑含量的增加和均質(zhì)時(shí)間的延長(zhǎng)，甜杏仁油微膠囊的包埋率增大，當(dāng)其水平超過(guò)一定值后，包埋率略有下降。

圖5 兩因素交互作用對(duì)包埋率影響的響應(yīng)面和等高線圖Fig.5 Response surface and contour plots for the effects of four variables on embedding rate

2.2.2 甜杏仁油微膠囊化工藝條件的驗(yàn)證

通過(guò)Design Expert 7.0軟件分析，得到的響應(yīng)面圖及等高線圖，各因素交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響可以直觀的反應(yīng)出來(lái)。為進(jìn)一步驗(yàn)證最佳點(diǎn)的值，通過(guò)軟件分析，得出最佳包埋工藝為芯材含量21.27%、乳化劑含量2.18%、酪蛋白含量為5.22%、均質(zhì)時(shí)間為6.78min；考慮實(shí)際操作性，故選定調(diào)整后工藝參數(shù)為芯材含量22%、乳化劑含量2.2%、酪蛋白含量為5%、均質(zhì)時(shí)間為7min，重復(fù)3次，測(cè)得包埋率為85.83%，與預(yù)測(cè)值86.77%較為接近，說(shuō)明該模型能很好的反映甜杏仁油微膠囊化效果。

3 結(jié) 論

通過(guò)冷凍干燥的方法對(duì)甜杏仁油進(jìn)行微膠囊化，通過(guò)單因素試驗(yàn)和Box-Behnken設(shè)計(jì)原理以及響應(yīng)面分析方法對(duì)包埋工藝進(jìn)行優(yōu)化，擬合芯材含量、乳化劑含量、酪蛋白含量、均質(zhì)時(shí)間4個(gè)因素對(duì)甜杏仁油微膠囊包埋率的回歸模型，經(jīng)檢驗(yàn)證明該模型合理可靠，能較好地預(yù)測(cè)甜杏仁油微膠囊化的包埋率。該模型確定的最優(yōu)工藝條件為芯材含量22%、乳化劑含量2.2%、酪蛋白含量為5%、均質(zhì)時(shí)間為7min。在此條件下，得到甜杏仁油微膠囊的包埋率為85.83%。通過(guò)模型系數(shù)顯著性檢驗(yàn)，得到因素的主效應(yīng)關(guān)系為：芯材含量＞乳化劑含量＞酪蛋白含量＞均質(zhì)時(shí)間。

[1]馬玉花, 趙忠, 李科友, 等. 超臨界CO2流體萃取杏仁油工藝研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2007, 23(4)∶ 272-275.

[2]朱明. 食品工業(yè)分離技術(shù)[M]. 北京∶ 化學(xué)工業(yè)出版社, 2005∶ 37-39.

[3]孫蘭萍, 馬龍, 張斌. 杏仁油微膠囊制備工藝的優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(9)∶ 253-257.

[4]劉福斌, 張根生, 劉廣, 等. 微膠囊化玉米胚芽油粉的研制[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2011, 27(2)∶ 173-177.

[5]WANG Ying, TAO ZiJiang, LI Rong. Complexation and molecular microcapsules of Litsea cubeba essential oil with β-cyclodextrin and its derivatives[J]. European Food Research and Technology, 2009, 228 (6)∶ 865-873.

[6]AYALA-ZAVALA J F, SOTO-VALDEZ H, GONZALEZ-LEON A, et al. Microencapsulation of cinnamon leaf (Cinnamomum zeylanicum) and garlic (Allium sativum) oils in β-cyclodextrin[J]. Journal of Inclusion Phenomena and Macrocyclic Chemistry, 2008, 60(3/4)∶ 359-368.

[7]陳明星, 陳冬梅, 李靜. 玉米胚芽油微膠囊化技術(shù)的研究[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工∶ 學(xué)刊, 2011, 238(3)∶ 84-86.

[8]AHN J H, KIM Y P, LEE Y M, et al. Optimization of microencapsulation of seed oil by eesponse aurface methodology[J]. Food Chemistry, 2008, 107(1)∶ 98-105.

[9]徐文秀, 吳彩娥, 李強(qiáng), 等. 丁香油噴霧干燥微膠囊技術(shù)研究[J]. 食品科學(xué), 2006, 27(1)∶ 278-281.

[10]NORMAND V, DARDELLE G, BOUQUERAND P E, et al. Flavor encapsulation in yeasts∶ limonene used as a model system for characterization of the release mechanism[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2005, 53(19)∶ 7532-7543.

[11]張連富, 李明, 李冀新. 亞油酸的微膠囊化研究[J]. 中國(guó)油脂, 2006, 31(7)∶ 56-59.

[12]黃鳳洪, 夏伏建, 王江薇, 等. 亞麻油粉末油脂制備的研究[J]. 中國(guó)油料作物學(xué)報(bào), 2002(4)∶ 65-69.

[13]DEBACH T H,, KULOZIK U. Influence of casein-based microencapsulation on freeze-drying and storage of probiotic cells[J]. Journal of Food Engineering, 2010, 98(3)∶ 309-316.

[14]李文艷, 吉挺. 冷凍干燥法制備蜂膠紫蘇微膠囊粉末[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010(3)∶ 380-382.

[15]譚明杰, 張春香. 冷凍干燥法茶多酚微膠囊的制備及其在煙用復(fù)合咀棒中的應(yīng)用研究[J]. 食品工業(yè), 2011(8)∶ 57-59.

[16]劉福斌, 張根生, 劉廣, 等. 微膠囊化玉米胚芽油粉的研制[J]. 現(xiàn)代食品科技, 2011, 27(2)∶ 173-177.

[17]王青, 邱斌, 馬燕, 等. 甜杏仁油成分分析及不同壁材微膠囊化的特性[J]. 食品科學(xué), 2009, 30(24)∶ 74-76.

[18]黃英雄, 孫紅明, 華聘聘. 微膠囊化粉末油脂制品表面油測(cè)定方法的研究[J]. 中國(guó)油脂, 2002, 27(4)∶ 61-63.

Preparation of Sweet Almond Oil Microcapsules by Freeze Drying Technology

YANG Hai-yan，YU Meng，LIU Shan-shan，HOU Wei-wei
(College of Food Science and Pharmaceutical Science, Xinjiang Agricultural University,830052, China)

This paper reports the optimization of process parameters for the preparation of sweet almond oil microcapsules using casein and maltodextrin as coating materials by freeze drying technology. The optimal preparation conditions were determined as 22% of sweet almond oil, 2.2% of emulsifier (glycerin monostearate), 5% of casein and 7 min of homogenization time. The microcapsules obtained under these conditions were loose, and the embedding rate was 85.38%.

sweet almond oil；microcapsules；freeze-drying technology

TS229

A

1002-6630(2012)18-0036-05

2012-05-06

新疆維吾爾自治區(qū)科技重大專項(xiàng)(200731136-3)

楊海燕(1962—)，女，教授，博士，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物提取與利用。E-mail：yanghaiyan123@yahoo.com.cn