山核桃油微膠囊技術(shù)研究

王順民，薛正蓮，余建斌

（1.安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽蕪湖241000；2.寧夏吳凱生物科技有限責(zé)任公司，寧夏石嘴山753202）

山核桃油微膠囊技術(shù)研究

王順民1，薛正蓮1，余建斌2

（1.安徽工程大學(xué)生物與化學(xué)工程學(xué)院，安徽蕪湖241000；2.寧夏吳凱生物科技有限責(zé)任公司，寧夏石嘴山753202）

通過復(fù)凝聚法和分子包埋法對山核桃油微膠囊的制備進行了研究。在復(fù)凝聚法中，最佳條件是：海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%，氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%，壁材∶心材比例為1∶2，pH為5.0。在此條件下微膠囊的包埋率為97.74%。在分子包埋法中，最佳條件是：超聲時間20min，壁材與心材比例為1∶8，超聲溫度為40℃，超聲功率為320W。在此條件下微膠囊的效率為66.01%。

山核桃油，微膠囊，復(fù)凝聚法，分子包埋法

山核桃油中富含高達(dá)90%的多種不飽和脂肪酸[1]，具有益智、促進血液循環(huán)、保護皮膚、防癌防輻射、抗衰老、預(yù)防心腦血管疾病等作用[2-3]。而且，山核桃油作為保健食品原料已被應(yīng)用于嬰幼兒食品及各種功能性食品。但由于山核桃油中不飽和脂肪酸對光、氧、熱等因素較為敏感，易發(fā)生氧化、聚合、轉(zhuǎn)位重排等反應(yīng)，不利于加工和貯藏。研究多樣化的山核桃油產(chǎn)品，提高油脂的穩(wěn)定性，是一個亟待解決的問題。微膠囊技術(shù)具有保護活性心材物質(zhì)、減少外界不良因素（如光、氧和水等）的影響、控制心材的釋放速度、便于加工和處理等作用。微膠囊技術(shù)還可以解決山核桃油儲存和利用過程中的一些不利因素[4-5]。因此，本文采用兩種方法分別對山核桃油進行微膠囊化技術(shù)研究，以期找出山核桃油微膠囊化的最優(yōu)條件，為山核桃油的進一步開發(fā)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

山核桃油 產(chǎn)自蕪湖市的新鮮山核桃，破碎提取出山核桃油備用；海藻酸鈉、殼聚糖、無水氯化鈣、乙醚、冰乙酸、β-環(huán)糊精、氫氧化鈉 以上均為分析純，購于中國國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

FA1004電子分析天平 賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；PHS-2F型數(shù)字pH計 上海精密科學(xué)儀器有限公司；SHB-Ⅲ型循環(huán)水式多用真空泵 鄭州市上街華科儀器廠；HH-2恒溫水浴鍋 金壇市杰瑞爾公司；L-550臺式低速大容量離心機 長沙湘儀離心機有限公司；WF-100高速萬能粉碎機 黃驊市振興機電儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 海藻酸鈉/殼聚糖制備山核桃油微膠囊 殼聚糖溶液配制：將一定量的固體殼聚糖加入到一定量的乙酸溶液中，加入一定量的無水氯化鈣，并用0.2g/mL的NaOH溶液調(diào)節(jié)殼聚糖溶液pH。

微膠囊的制備：取一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的海藻酸鈉溶液，將其與核桃油按一定比例混合，用勻漿機勻漿后用注射器加入到殼聚糖氯化鈣溶液中，固化30min，過濾、洗滌，收集微球，于50℃烘箱中干燥6～8h[6]。包埋率的測定：準(zhǔn)確稱取微膠囊化產(chǎn)品m1，置于已稱量為m2的三角瓶中，加入30mL無水乙醚，提取5min。用已知量為m3的濾紙過濾樣品，將三角瓶和濾紙移入50℃烘箱，20min后取出，置于干燥器中冷卻后稱量為m4，So=m1+m2+m3-m4。以石油醚作溶劑，用索氏抽提法提取6～12h后，在103℃下干燥6h，冷卻稱量，再干燥至恒重[6-7]。

1.2.2 用分子包埋法對核桃油進行微膠囊化 β-環(huán)糊精溶液的制備：稱取一定量的β-環(huán)糊精，與蒸餾水以β-環(huán)糊精∶蒸餾水=1∶25的比例混合。然后在100℃的水浴中溶解，制成溶液。將用無水乙醇溶液溶解好的核桃油溶液加入已制備好的β-環(huán)糊精溶液中，在超聲波裝置中超聲一定時間，然后在冰箱中靜置24h后，抽濾并用無水乙醇溶液清洗后在50℃烘箱中干燥4h后稱重[8]，計算得率。

2 結(jié)果與分析

2.1 海藻酸鈉/殼聚糖制備山核桃油微膠囊的研究

2.1.1 海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成型效果的影響 在氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，殼聚糖溶液的pH為4.5，壁材/心材比值為1∶1.5的條件下，分別采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的海藻酸鈉溶液進行山核桃油微膠囊包埋，考察海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成型效果的影響，結(jié)果見表1。由表1可知：隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，微膠囊成型效果逐漸提高。原因在于海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)太低時，殼聚糖海藻酸鈉聚電解質(zhì)膜過薄，形成的微膠囊機械強度低，不能有效地對心材進行包埋；然而，海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時，鉆孔時需很大壓力，體系粘度大，擠出困難且擠出后易變形。由實驗可知，海藻酸鈉最佳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的海藻酸鈉對應(yīng)的微膠囊成型效果Table 1 Effect of sodium alginate concentration on micro-encapsulation formed

2.1.2 氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成型效果的影響 在海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，殼聚糖溶液的pH為4.5，壁材/心材比值為1∶1.5的條件下，分別采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的氯化鈣溶液進行微膠囊包埋，考察氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對成型效果的影響，結(jié)果見表2。由表2可知，隨著氯化鈣溶液質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，微膠囊產(chǎn)品成型效果也逐漸變好。但氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高時，所得的微膠囊產(chǎn)品粒徑增大、囊壁變厚、成型不好。因此選擇氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%～3.0%。

表2 不同氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)對應(yīng)的微膠囊成型效果Table 2 Effect of calcium chloride concentrationon micro-encapsulation formed

2.1.3 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對微膠囊包埋率的影響 在氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，殼聚糖溶液的pH為4.5，壁材/心材比值為1∶1.5的條件下，分別采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的殼聚糖溶液進行微膠囊包埋，考察殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對微膠囊包埋率的影響，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，隨著殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，包埋率也隨著提高，但殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過2.0%時，包埋率反而有所下降。其原因可能是由于殼聚糖在微膠囊表面復(fù)合形成聚電解質(zhì)半透膜，限制心材從微膠囊到水相的擴散，提高心材的包埋率，但同時殼聚糖會粘附在微膠囊表面，增加了微膠囊的質(zhì)量，從而減少了心材在微膠囊中的質(zhì)量比率，導(dǎo)致包埋率下降。因此，選擇殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.0%為宜。

圖1 殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)對包埋率的影響Fig.1 Effect of chitosan concentration on embed rates

圖2 殼聚糖溶液pH對包埋率的影響Fig.2 Effect of chitosan pH on embed rates

2.1.4 殼聚糖溶液pH對包埋率的影響 在氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，壁材/心材比值為1∶1.5的條件下，分別采用pH為4.0、4.5、5.0、5.5和6.0的殼聚糖溶液進行微膠囊包埋，考察pH對包埋率的影響，結(jié)果見圖2。由圖2可以看出，隨著殼聚糖溶液pH的增大，包埋率也隨著提高，但殼聚糖溶液pH超過5.0時，包埋率反而有所下降。其原因可能是隨著pH的增高，殼聚糖的成膜性能下降，它

與海藻酸鈉發(fā)生聚合反應(yīng)后不能將油進行包埋。

2.1.5 壁材與心材質(zhì)量比對包埋率的影響 在氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，殼聚糖溶液的pH為4.5的條件下，采用壁材/心材的質(zhì)量比為1∶1、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5和1∶3.0，進行山核桃油微膠囊包埋，考察壁材與心材質(zhì)量比對包埋率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可以看出，隨著壁材∶心材比值的增大，包埋率也增大，但當(dāng)壁材∶心材比值大于1∶2時，包埋率卻在減小。原因可能是心材質(zhì)量過大時，壁材顯得太薄不能很好地包裹心材，使包埋率下降。

圖3 壁材與心材比對包埋率的影響Fig.3 Effect of the ratio of wall material to core material on embed rates

2.1.6 正交設(shè)計實驗結(jié)果分析 根據(jù)以上單因素實驗結(jié)果，采用L9（33）正交實驗以氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)、殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)、pH影響因子作為考察因素，并以微膠囊包埋率為指標(biāo)來確定最佳工藝條件。因素水平及正交實驗結(jié)果分析詳見表3和表4。

表3 海藻酸鈉/殼聚糖制備山核桃油微膠囊正交實驗因素水平表Table 3 Factors and levels of orthogonal tests in microcapsulation by sodium alginate/chitosan encapsulation method

表4 海藻酸鈉/殼聚糖制備山核桃油微膠囊正交實驗結(jié)果及分析Table 4 Results of orthogonal tests in microcapsulation by sodium alginate/chitosan encapsulation method

從表4的正交實驗結(jié)果可以看出：影響海藻酸鈉/殼聚糖制備山核桃油微膠囊包埋率的因素主次順序是：殼聚糖溶液pH、CaCl2質(zhì)量分?jǐn)?shù)、殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)。經(jīng)極差分析可知：最優(yōu)組合為A3B2C2，即海藻酸鈉/殼聚糖制備山核桃油微膠囊的最佳條件是：海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%，氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%，壁材∶心材質(zhì)量比為1∶2，pH為5.0，在此條件下微膠囊的包埋率為97.74%。

2.2 分子包埋法制備山核桃油微膠囊的研究

2.2.1 壁材與心材比對微膠囊得率的影響 在40℃下，時間為30min，功率為240W的條件下，分別采用壁材與心材比為1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的條件進行分子包埋法制備山核桃油微膠囊的研究，考察壁材與心材比對微膠囊得率的影響，結(jié)果見圖4。由圖4可知，隨著壁材∶心材比值的增大，得率也增大，但當(dāng)壁材∶心材比值大于1∶6時，得率卻在減小。因β-環(huán)糊精是由7個葡萄糖殘基構(gòu)成的環(huán)狀分子，β-環(huán)糊精分子的內(nèi)腔為疏水性，而親水的羥基分布在β-環(huán)糊精分子的上下端面上。具備疏水基的外來分子在外力的作用下，就會靠疏水基間的親和力與之結(jié)合。因此，β-環(huán)糊精絡(luò)合心材的量是有限的，在最大絡(luò)合山核桃油量以內(nèi)，隨著油量的增加，得率增加。當(dāng)β-環(huán)糊精分子內(nèi)腔被山核桃油分子完全占領(lǐng)后，增加山核桃油的量，得率會逐漸下降。

圖4 壁材與心材比對微膠囊得率的影響Fig.4 Effect of the ratio of wall material to core material on the efficiency

圖5 超聲時間對微膠囊得率的影響Fig.5 Effect of time of ultrasonic on the efficiency

2.2.2 超聲時間對微膠囊得率的影響 在40℃下，壁材與心材比為1∶6，功率為240W的條件下，分別采用時間為10、20、30、45、60min的條件制備山核桃油微膠囊，考察時間對微膠囊得率的影響，結(jié)果見圖5。由圖5可知，隨著時間的延長，得率會增加，20min后又逐漸減小。說明在超聲波處理過程中，隨著時間的延長，山核桃油分子進入β-環(huán)糊精分子內(nèi)的量逐漸增多，當(dāng)β-環(huán)糊精內(nèi)腔完全被山核桃油分子占領(lǐng)后，繼續(xù)用超聲波處理，山核桃油分子可能在超聲波外力的作用下又回到溶液中，因此，得率呈下降趨勢。

2.2.3 超聲溫度對微膠囊得率的影響 在時間為30min，功率為240W，壁材與心材比為1∶6的條件下，分別采用溫度為20、30、40、50、60℃的條件制備山核桃油微膠囊，考察溫度對微膠囊得率的影響，結(jié)果見圖6。由圖6可知，當(dāng)超聲溫度低于40℃時，隨著溫度的增大，微膠囊得率增大。但當(dāng)超過40℃時，微膠囊隨著超聲溫度的增大而降低。這可能由于開始時溫度低，β-環(huán)糊精的溶解性也較低，當(dāng)溫度升高時，β-環(huán)糊精溶解性增大而使得率增大。由于包埋反應(yīng)也是放熱反應(yīng)，因此，當(dāng)溫度達(dá)到一定值時，心材中的低沸點成分容易揮發(fā)而影響包埋效果，從而使微膠囊得率下降。

圖6 超聲溫度對微膠囊得率的影響Fig.6 Effect of temperature of ultrasonic on the efficiency

2.2.4 超聲功率對微膠囊得率的影響 在40℃，時間為30min，壁材與心材比為1∶6的條件下，分別采用功率為200、240、280、320、360W的條件進行微膠囊，考察超聲功率對微膠囊得率的影響，結(jié)果見圖7。由圖7可知，當(dāng)超聲功率低于280W時，微膠囊得率隨著超聲功率的增大而增大；當(dāng)超聲功率高于280W時，得率反而隨著超聲功率的增大而減小。在超聲波處理過程中，隨著功率的增加，山核桃油分子進入β-環(huán)糊精分子內(nèi)的量逐漸增多；另一方面，當(dāng)功率超過一定值時，山核桃油分子可能在超聲波外力的作用下又回到溶液中。因此，功率超過一定值得率反而呈下降趨勢。

圖7 超聲功率對微膠囊得率的影響Fig.7 Effect of power of ultrasonic on the efficiency

2.2.5 正交設(shè)計實驗結(jié)果及分析 根據(jù)以上單因素實驗結(jié)果，采用L9（34）正交實驗以超聲時間、壁材∶心材、超聲溫度、超聲功率作為考察因素，并以微膠囊得率為指標(biāo)來確定最佳工藝條件。見因素水平表5及正交實驗結(jié)果分析表6。

表5 分子包埋法制備山核桃油微膠囊正交實驗因素水平表Table 5 Factors and levels of orthogonal tests in microcapsulation by molecular encapsulation method

表6 分子包埋法制備山核桃油微膠囊正交實驗結(jié)果及分析Table 6 Results of orthogonal tests in microcapsulation by molecular encapsulation method

由表6正交實驗結(jié)果可以看出：影響分子包埋法制備山核桃油微膠囊得率的因素主次順序是：超聲溫度、超聲時間、壁材與心材比例、超聲功率。經(jīng)極差分析可知，最優(yōu)組合為A2B3C2D3，即分子包埋法制備山核桃油微膠囊的最佳條件是：超聲時間20min，壁材與心材比例為1∶8，超聲溫度為40℃，超聲功率為320W。在此條件下微膠囊的得率為66.01%。

3 結(jié)論

本文采用兩種方法對山核桃油微膠囊工藝進行了研究：海藻酸鈉/殼聚糖復(fù)凝聚法中，海藻酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%，殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%，氯化鈣質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.0%，壁材∶心材質(zhì)量比為1∶2，pH為5.0的條件下微膠囊的包埋率達(dá)97.74%。在β-環(huán)糊精分子包埋法中，超聲時間20min，壁材與心材比例為1∶8，超聲溫度為40℃，超聲功率為320W。在此條件下微膠囊的效率為66.01%。雖然兩種方法的原理不同，就本研究來說：復(fù)凝聚方法獲得的包埋率比較高，但操作比較復(fù)雜。β-環(huán)糊精包埋法操作較簡單，而且操作條件易于控制，但得率相對較低。而對于微膠囊后的山核桃的功能性質(zhì)及成分本文未作研究，需要以后進一步的深入研究。

[1]王順民，鄭丹，湯斌，等.山核桃油中的脂肪酸GC法分析[J].中國調(diào)味品，2009（1）：104-106.

[2]Sara Straniero，Gabriella Cavallini，Alessio Donati，et al. Deficiency and supplementation of PUFA in the diet have similar effects on the age-associated changes in rat-plasma cholesterol levels[J].Mechanisms of Ageing and Development，2008，129（12）：759-762.

[3]Mary F-F Chong，Stacey Lockyer，Caroline J Saunders，et al. Long chain n-3 PUFA-rich meal reduced postprandial measures of arterial stiffness[J].Clinical Nutrition，In Press，Corrected Proof，Available online 2 March 2010.

[4]Adem Gharsallaoui，Ga?lle Roudaut，Odile Chambin，et al. Applications of spray-drying in microencapsulation of food ingredients[J].An overview Food Research International，2007， 40（9）：1107-1121.

[5]包姍姍，胡未人，胡學(xué)超，等.多不飽和脂肪酸微膠囊化的研究進展[J].食品工業(yè)科技，2010，31（7）：386-390.

[6]趙傳奇，殷浦光，梁岐，等.殼聚糖-海藻酸鈉微膠囊緩釋制備紅景天苷微囊[J].食品發(fā)酵工業(yè)，2004，30（4）：66-69.

[7]閆向陽，李光水，雍國平.凝聚法制備薄荷腦微膠囊技術(shù)研究[J].食品科學(xué)，2005（3）：14-15.

[8]張俊，吉偉之，陳曉云，等.殼聚糖-海藻酸鈉微膠囊對葡萄多酚控制釋放的研究[J].食品化學(xué)，2004，25（5）：102-104.

Study on the microcapsule technology of walnut oil

WANG Shun-min1，XUE Zheng-lian1，YU Jian-bin2
（1.Biological and Chemical Engineering Institute，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China；2.Ningxia Wu-kai Biological Science and Technology Ltd.，Shizuishan 753202，China）

Based on the complex molecular embedding condensed and preparation methods of walnut oil microcapsules，walnut oil microcapsule preparation were studied.In the complex coacervation method，optimum conditions were：2.5%sodium alginate concentration，chitosan concentration was 2.0%，3.0%calcium chloride concentration，the wall material∶core material ratio was 1∶2，pH5.0，thus the encapsulation efficiency of microcapsule was up to 97.74%.Molecules embedding method，optimal conditions：ultrasound time for 20 minutes，the wall material and heartwood ratio 1∶8，ultrasonic temperature was 40℃，ultrasonic power was 320W，the efficiency of microcapsule was 66.01%.

walnut oil；microcapsule；complex coacervation method；molecular encapsulation method

TS201.1

B

1002-0306（2012）01-0268-05

2010－10－25

王順民（1975-），男，在讀博士，講師，研究方向:功能性食品。

安徽工程大學(xué)青年教師科研資助計劃項目（2008rzr006）。