壁材種類及濃度對高載量紫蘇籽油微膠囊特性的影響

韓麗麗，侯占群，文 劍，吳逸民，錢英燕，龔樹立（中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京100015）

壁材種類及濃度對高載量紫蘇籽油微膠囊特性的影響

韓麗麗，侯占群，文 劍，吳逸民，錢英燕，龔樹立*
（中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院，北京100015）

為篩選出適于噴霧干燥法制備高載量（50%）紫蘇籽油微膠囊的壁材，本文以可溶性大豆多糖、阿拉伯膠、Capsule淀粉、純膠2000、HI-CAP 100為壁材，研究了壁材種類及其濃度對紫蘇籽油微膠囊特性的影響。結(jié)果表明，壁材濃度20%時，純膠2000和HI-CAP 100作為壁材制備的微膠囊產(chǎn)品的表面油含量較低（分別為3.05%、3.31%），且包埋率較高（分別為93.86%、93.33%），包埋效果明顯優(yōu)于其他壁材。因此，純膠2000和HI-CAP 100是制備高載量紫蘇籽油微膠囊的優(yōu)良壁材。

紫蘇籽油，微膠囊，壁材，噴霧干燥，高載量

紫蘇（Perilla frutescens（L.）Britte）在我國已有兩千多年的種植歷史，是衛(wèi)生部首批頒布的60種藥食兩用植物之一［1］。紫蘇籽油中α-亞麻酸含量約占60%［2］，可作為我國居民膳食中ω-3多不飽和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty acids，PUFAs）的重要來源加以開發(fā)利用。（ω-3）PUFAs是維持機體健康所必需的營養(yǎng)物質(zhì)，具有防治心血管疾病、癌癥、炎性疾病和抑郁癥等疾病的功效［3-4］。然而，（ω-3）PUFAs對光、熱、氧等因素極不穩(wěn)定，易氧化導(dǎo)致油脂品質(zhì)下降，這在一定程度上限制了紫蘇籽油在食品工業(yè)中的應(yīng)用推廣。

微膠囊技術(shù)是利用一種或幾種復(fù)合的成膜材料將固體、液體或氣體進行包覆，從而形成粒徑在1～ 1000 μm、囊壁的厚度在0.1～200 μm的微粒。該技術(shù)具有改善芯材理化性質(zhì)、控制芯材釋放、提高芯材穩(wěn)定性、屏蔽不良風(fēng)味等諸多優(yōu)點［5］，是當(dāng)今食品行業(yè)的研究熱點。目前，國內(nèi)外關(guān)于噴霧干燥微膠囊化紫蘇籽油的研究報道極少，崔凱［6］和劉大川等［7］采用大豆分離蛋白、麥芽糊精為復(fù)合壁材，研制了載油量分別為28.57%、40%的紫蘇籽油微膠囊；陳琳等［8］采用低粘度辛烯基琥珀酸淀粉酯制備了載油量20%的紫蘇籽油微膠囊。然而，關(guān)于高載量（≥50%）紫蘇籽油微膠囊的制備僅徐江波等［9］進行了相關(guān)研究，作者以亞麻籽膠為壁材，經(jīng)工藝優(yōu)化，得到含油量55.45%、包埋率92.36%的紫蘇油微膠囊產(chǎn)品，但亞麻籽膠在水中溶解度較低、溶解后粘度較大，且價格較高，工

業(yè)化應(yīng)用受到較大限制。

在實際生產(chǎn)中，高載量紫蘇籽油微膠囊的制備對提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本具有重要意義。為此，本研究采用噴霧干燥法對紫蘇籽油進行微膠囊化研究，從微膠囊壁材角度出發(fā)，通過考察其種類及濃度對高載量紫蘇籽油微膠囊特性的影響，篩選出適于制備高載量紫蘇籽油微膠囊的壁材，為進一步拓展紫蘇籽油微膠囊在不同食品體系中的應(yīng)用提供了理論及技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紫蘇籽油 河北欣奇典生物科技有限公司；大豆多糖-S-CA200 不二富吉（北京）科技有限公司；阿拉伯膠 天津濱海捷成專類化工有限公司；Capsule變性淀粉、純膠2000、HI-CAP 100 國民淀粉（上海）有限公司；正己烷、乙醚、石油醚（30～60℃沸程）、95%乙醇，均為分析純 北京化工廠。

PB602-N型電子精密天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；SDF0.4型多用分散機 江陰精細(xì)化工機械有限公司；T25基本型ULTRA-TURRAX分散機 德國IKA公司；HomoLab型高壓均質(zhì)機 意大利FBF公司；MYP11-2A型磁力攪拌器 上海梅穎浦儀器儀表制造有限公司；B-290小型噴霧干燥機 瑞士歩琦實驗室儀器公司；S3500型激光粒度分析儀 美國麥奇克有限公司；Phenom ProX型掃描電子顯微鏡 復(fù)納科學(xué)儀器（上海）有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 紫蘇籽油微膠囊的制備 分別采用可溶性大豆多糖（Soluble Soybean Polysaccharide，SSPS）、阿拉伯膠（Gum Arabic，GA）、Capsule變性淀粉、純膠（Purity Gum，PG）2000及HI-CAP 100作為壁材，對紫蘇籽油進行微膠囊化研究。準(zhǔn)確稱取一定量的壁材溶于50～60℃蒸餾水中，充分溶解后加入紫蘇籽油剪切乳化，30 MPa壓力下均質(zhì)兩次，制得載油量50%的乳狀液，最后經(jīng)噴霧干燥制得紫蘇籽油微膠囊，噴霧干燥條件為進風(fēng)溫度140℃、出風(fēng)溫度80℃、進料溫度50℃，具體工藝流程如下：

1.2.2 紫蘇籽油微膠囊性質(zhì)分析

1.2.2.1 表面油含量的測定 準(zhǔn)確稱取質(zhì)量（m）約為2 g的紫蘇籽油微膠囊于錐形瓶中，加入20 mL正己烷，充分振蕩2 min后過濾，濾液放入已烘干至恒重（m1）的脂肪瓶，再用20 mL正己烷分兩次洗滌錐形瓶，濾液合并至脂肪瓶，蒸餾并回收正己烷后，將脂肪瓶置于70℃烘箱中烘至恒重（m2）。計算公式如下：

1.2.2.2 總含油量的測定 微膠囊總含油量的測定參照《GB/T 5009.6-2003食品中脂肪的測定》中的酸水解法［10］。準(zhǔn)確稱取質(zhì)量（m0）約為2 g的紫蘇籽油微膠囊于50 mL大試管中，加入8 mL水，待樣品混勻后加入10 mL鹽酸，置于80℃水浴鍋中，不斷振搖至樣品消化完全，取出試管。加入10 mL乙醇混合，冷卻后移入100 mL具塞量筒中，用25 mL乙醚分?jǐn)?shù)次清洗試管，清洗液一并導(dǎo)入量筒中，振搖1 min后開塞放氣，加塞靜置12 min，用乙醚-石油醚等量混合液沖洗瓶塞及筒口附著的脂肪，振搖1 min后靜置30 min，將醚層移入已恒重的（m3）脂肪瓶內(nèi)，再加5 mL乙醚于具塞量筒內(nèi)，振搖，靜置后，仍將醚層轉(zhuǎn)移至原脂肪瓶，蒸餾并回收乙醚石油醚混合液后，于（100±5）℃烘箱中干燥至恒重（m4）。計算公式如下：

1.2.2.3 包埋率的測定 紫蘇籽油微膠囊的包埋率是評價油脂包埋效果的重要指標(biāo)，反映了紫蘇籽油被包埋的程度，是選擇壁材和確定微膠囊制備工藝的重要依據(jù)［11］。計算公式如下：

1.2.2.4 粒徑測定 采用激光粒度分析儀測定紫蘇籽油微膠囊的平均粒徑及粒度分布，儀器基于靜態(tài)激光衍射技術(shù)對顆粒粒徑進行測定。紫蘇籽油微膠囊樣品的粒徑測定采用干法分析。

1.2.2.5 微膠囊表面形態(tài)的觀察 采用掃描電鏡對紫蘇籽油微膠囊的表面結(jié)構(gòu)進行觀察。將紫蘇籽油微膠囊分散于導(dǎo)電膠上，吹去多余粉末，樣品杯放于艙內(nèi)后進行觀察并拍照，加速電壓5 kV，放大倍數(shù)為2000～3000倍。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析及作圖 采用SPSS 19.0對數(shù)據(jù)進行單因素方差分析，以p≤0.05為顯著性檢驗標(biāo)準(zhǔn)，通過Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 壁材種類及濃度對紫蘇籽油微膠囊表面油含量及包埋率的影響

壁材濃度過高時，會出現(xiàn)壁材未完全溶解、料液粘度過高的情況，給高壓均質(zhì)和噴霧干燥帶來困難，為此，本研究中所考察的壁材濃度范圍為5%～20%，其中，SSPS濃度為20%時，由于料液粘度較大，未能制備紫蘇籽油微膠囊。

由圖1、圖2可知，壁材種類對紫蘇籽油微膠囊的表面油含量及包埋率影響顯著（p＜0.05），所有濃度下，各壁材對紫蘇籽油的包埋效果依次為：PG 2000、HI-CAP 100＞Capsule＞SSPS、GA。Tonon等［12］制備載油量40%的亞麻籽油微膠囊時，同樣發(fā)現(xiàn)HI-CAP 100對亞麻籽油的包埋效果顯著優(yōu)于GA。變性淀粉分子結(jié)構(gòu)中引入的疏水性辛烯基，是其具有良好乳化性和包埋性的基礎(chǔ)［13］，此外，其良好的成膜性也可加快微膠囊的形成，從而避免油脂遷移至顆粒表面［12］。研究表明，隨著變性淀粉酯化取代度的增加，其乳化性及乳化穩(wěn)定性可得到提高［14-15］。據(jù)此可推斷，PG 2000、HI-CAP 100、Capsule三種變性淀粉的包埋性能之所以有所差異，可能與其酯化取代度有關(guān)。本研究中GA、SSPS制備的微膠囊的包埋率較低，說明GA與SSPS

不適于高載量紫蘇籽油微膠囊的制備。盡管有相關(guān)文獻報道［16-17］，載油量低于25%時，GA、SSPS制備的微膠囊產(chǎn)品具有良好的包埋效果。然而，隨著載油量的升高，油/水界面不能完全被GA或SSPS所吸附，乳液穩(wěn)定性較差，液滴間易相互聚結(jié)，噴霧干燥時較大的液滴易出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，致使較多的油脂裸露在微膠囊表面。此外，Hojjati等［18］以SSPS為壁材制備芯壁比1∶1的角黃素微膠囊時，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的微膠囊化效率也較低，僅為78.5%。

從圖1、圖2中還可以看出，壁材濃度對不同壁材制備的紫蘇籽油微膠囊的表面油含量及包埋率也具有一定影響。PG 2000、HI-CAP 100作為壁材時，隨著壁材濃度增加，油脂的包埋效果得到提高，微膠囊表面油含量逐漸降低，包埋率明顯升高，且差異顯著（p＜0.05）。芯壁比固定時，提高壁材濃度，料液固形物含量增大，較多研究顯示，適當(dāng)?shù)靥岣吡弦旱墓绦挝锖浚捎行Ц纳莆⒛z囊產(chǎn)品的包埋效果［19-21］。這是由于固形物含量增大使得料液粘度升高，一方面根據(jù)斯托克斯理論，液滴運動速率降低，不易聚結(jié)，霧化時不易破裂，可有效地包埋芯材；另一方面，噴霧干燥時微膠囊外殼的形成時間縮短，芯材不易擴散至微膠囊表面，從而可獲得低表面油含量的微膠囊產(chǎn)品。壁材濃度20%時，PG 2000、HI-CAP 100制備的微膠囊表面油含量分別為3.05%、3.31%，包埋率分別為93.86%、93.33%，具有良好的包埋效果。Capsule、SSPS、GA作為壁材時，壁材濃度≥10%時，微膠囊的表面油含量、包埋率均無顯著性差異（p＞0.05），表面油含量始終在10%以上，包埋率低于80%。

圖1 壁材種類及濃度對微膠囊表面油含量的影響Fig.1 Effect of the type and concentration of wall materials on the surface oil content of microcapsules

圖2 壁材種類及濃度對微膠囊包埋率的影響Fig.2 Effect of the type and concentration of wall materials on the encapsulation efficiency of microcapsules

2.2 不同壁材對紫蘇籽油微膠囊粒徑的影響

壁材濃度15%時，不同壁材制備的紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)品的粒徑分布見圖3。從圖3可以看出，采用不同壁材制備的微膠囊顆粒集中在5～200 μm之間，SSPS、GA、Capsule、PG 2000和HI-CAP 100為壁材制備的微膠囊的平均粒徑依次為（168.7±8.2）、（166.3± 5.7）、（164.0±7.1）、（109.4±5.5）、（110.3±6.8）μm。較大顆粒（＞100 μm）的出現(xiàn)可能與微膠囊表面的油脂有關(guān)，表面油的存在促使微粒間形成橋鍵，進而微粒間相互聚結(jié)，產(chǎn)生大粒徑的微粒［22］，由于SSPS、GA及Capsule對紫蘇籽油的包埋效果較差，微膠囊表面油含量較高，大顆粒更易形成，故產(chǎn)品粒徑較大。

圖3 不同壁材制備的微膠囊的粒徑分布圖Fig.3 Particle size distributions of microcapsules prepared with different wall materials

2.3 紫蘇籽油微膠囊表面形態(tài)

圖4 不同壁材制備的微膠囊的掃描電鏡圖Fig.4 Scanning electron microscopic images of the microcapsules prepared with different wall materials

紫蘇籽油微膠囊的表面形態(tài)反映了噴霧干燥過程中微膠囊壁材的成膜性。壁材濃度20%時，GA、Capsule、PG 2000、HI-CAP 100作為壁材制備的微膠囊產(chǎn)品的表面形態(tài)如圖4所示（放大倍數(shù)依次為3000、3000、2000、2000倍）。從圖4中可看出，微膠囊產(chǎn)品主要呈球形，顆粒大小不一，一些微小膠囊顆粒粘附在

大顆粒表面，除個別顆粒表面出現(xiàn)孔洞外，其他顆粒表面連續(xù)、致密，無裂縫和孔隙，說明微膠囊產(chǎn)品具有較好的完整性和致密性，能夠有效的隔絕氧氣與芯材的接觸，防止油脂氧化。其中，以HI-CAP 100為壁材制備的微膠囊顆粒較圓整，表面最為光滑，表明其具有良好的成膜性。而以GA、Capsule為壁材制備的微膠囊表面凹陷嚴(yán)重，說明噴霧干燥過程中顆粒發(fā)生皺縮，這將在一定程度上對產(chǎn)品的流動性產(chǎn)生影響。

3 結(jié)論

以微膠囊的表面油含量、包埋率、粒徑及其外觀為評價指標(biāo)，比較研究了SSPS、GA、Capsule、PG 2000 及HI-CAP 100五種不同微膠囊壁材對高載量紫蘇籽油微膠囊特性的影響。結(jié)果表明，PG 2000、HI-CAP 100對紫蘇籽油的包埋效果優(yōu)于另外三種壁材，是制備高載量（≥50%）紫蘇籽油微膠囊的優(yōu)良壁材，二者制備的微膠囊產(chǎn)品的表面油含量低至約3%，包埋率高達(dá)93%以上，且微膠囊表面連續(xù)、致密。由于HICAP 100原料價格較高，綜合考慮生產(chǎn)成本等因素，選擇PG 2000為壁材對高載量紫蘇籽油微膠囊進行后續(xù)研究工作。

紫蘇籽油中多不飽和脂肪酸含量較高，極易氧化變質(zhì)，因此，在日后的研究工作中，需對高載量紫蘇籽油微膠囊的制備工藝進行優(yōu)化，并對其在貯存過程中的氧化穩(wěn)定性進行研究，為高載量紫蘇籽油微膠囊的工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

［1］韋保耀，黃麗，滕建文.紫蘇屬植物的研究進展［J］.食品科學(xué)，2005（4）：274-277.

［2］牟朝麗，陳錦屏.紫蘇油的脂肪酸組成、維生素E含量及理化性質(zhì)研究［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006 （12）：195-198.

［3］Harris W S，Miller M，Tighe A P，et al.Omega-3 fatty acids and coronary heart disease risk：Clinical and mechanistic perspectives［J］.Atherosclerosis，2008，197（1）：12-24.

［4］Mc Manus A，Merga M，Newton W.Omega-3 fatty acids.What consumers need to know［J］.Appetite，2011，57（1）：80-83.

［5］陳晶.水酶法提取亞麻籽油及其微膠囊化［D］.無錫：江南大學(xué)，2007.

［6］崔凱，丁霄霖.蘇子油的微膠囊化技術(shù)研究［J］.中國糧油學(xué)報，1997（6）：36-39.

［7］劉大川，李江平，劉曄，等.紫蘇油粉末制備工藝研究［J］.中國油脂，2008（11）：5-8.

［8］陳琳，李榮，姜子濤，等.微膠囊化方法對紫蘇油包埋性能的比較研究［J］.食品工業(yè)科技，2013（20）：176-180.

［9］徐江波，肖江，陳元濤，等.噴霧干燥法制備紫蘇籽油微膠囊的研究［J］.中國調(diào)味品，2013（12）：9-13.

［10］GB/T 5009.6-2003，食品中脂肪的測定［S］.

［11］王彪.零反式脂肪酸植脂末的制備［D］.無錫：江南大學(xué)，2014.

［12］Tonon R V，Pedro R B，Grosso C R F，et al.Microencapsulation of Flaxseed Oil by Spray Drying：Effect of Oil Load and Type of Wall Material［J］.Drying Technology，2012，30（13）：1491-1501.

［13］謝巖黎，朱曉路，王芬.常用微膠囊壁材的分子結(jié)構(gòu)及流變學(xué)特性研究［J］.現(xiàn)代食品科技，2015（5）：59-64.

［14］別平平.辛烯基琥珀酸淀粉酯微膠囊壁材制備及應(yīng)用研究［D］.廣州：華南理工大學(xué)，2011.

［15］劉兆麗，曹亞峰，譚鳳芝.辛烯基琥珀酸淀粉酯對月見草油的微膠囊化［J］.大連輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報，2007（4）：337-341.

［16］Soottitantawat A，Takayama K，Okamura K，et al.Microencapsulation of l-menthol by spray drying and its release characteristics［J］.Innovative Food Science & Emerging Technologies，2005，6（2）：163-170.

［17］Gallardo G，Guida L，Martinez V，et al.Microencapsulation of linseed oil by spray drying for functional food application［J］.Food Research International，2013，52（2）：473-482.

［18］Hojjati M，Razavi S H，Rezaei K，et al.Spray drying microencapsulation of natural canthaxantin using soluble soybean polysaccharide as a carrier［J］.Food Science and Biotechnology，2011，20（1）：63-69.

［19］Jafari S M，Assadpoor E，Bhandari B，et al.Nano-particle encapsulation of fish oil by spray drying［J］.Food Research International，2008，41（2）：172-183.

［20］Tontul I，Topuz A.Influence of emulsion composition and ultrasonication time on flaxseed oil powder properties［J］.Powder Technology，2014，264：54-60.

［21］Tonon R V，Grosso C R F，Hubinger M D.Influence of emulsion composition and inletair temperature on the microencapsulation of flaxseed oil by spray drying［J］.Food Research International，2011，44（1）：282-289.

［22］Frascareli E C，Silva V M，Tonon R V，et al.Effect of process conditions on the microencapsulation of coffee oil by spray drying［J］.Food and Bioproducts Processing，2012，90（3）：413-424.

Preparation and evaluation of high-loaded perilla seed oil by microencapsulation with different wall materials

HAN Li-li，HOU Zhan-qun，WEN Jian，WU Yi-min，QIAN Ying-yan，GONG Shu-li*
（China National Research Institute of Food&Fermentation Industries，Beijing 100015，China）

Perilla seed oil was microencapsulated by spray drying with five different wall materials，including Soybean polysaccharide，Gum Arabic，Capsule，Purity Gum 2000 and HI-CAP 100.The effects of the type and concentration of wall materials on the properties of microcapsules were investigated，and then the potential wall material for preparing high-loaded（50%）microcapsules was screened out.Results indicated that with the wall material concentration of 20%，microcapsules prepared with Purity Gum 2000 and HI-CAP 100 showed lower surface oil content（3.05%and 3.31%，respectively）and higher encapsulation efficiency（93.86%and 93.33%，respectively）.It could be concluded that Purity gum 2000 and HI-CAP 100 were the potential wall materials for the preparation of high-loaded microcapsules.

perilla seed oil；microencapsulate；wall material；spray drying；high-loaded

TS201.1

A

1002-0306（2016）08-0167-04

10.13386/j.issn1002-0306.2016.08.026

2015－07－28

韓麗麗（1991-），女，碩士研究生，研究方向：微膠囊化功能性油脂，E-mail：hanll9105@163.com。

*通訊作者：龔樹立（1957-），男，教授級高級工程師，研究方向：功能食品飲料的研發(fā)，E-mail：shuligong@163.com。

國家自然科學(xué)基金（31501526）；北京市科技計劃項目（Z141100002614019）。