香糟鹵氣味模擬物微膠囊包埋條件的優(yōu)化

劉 野,蘇柯冉,宋煥祿

(北京工商大學(xué)食品學(xué)院,北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100048)

香糟鹵氣味模擬物微膠囊包埋條件的優(yōu)化

劉 野,蘇柯冉,宋煥祿

(北京工商大學(xué)食品學(xué)院,北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類健康高精尖創(chuàng)新中心,
北京市食品風(fēng)味化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100048)

為減少香糟鹵在貯藏過程中的香氣損失,本研究選用9種香糟鹵關(guān)鍵香氣化合物乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙醇、丁二酸二乙酯、苯乙醇、異戊醇、醋酸、糠醛、2-羥基-4-甲基戊酸乙酯為芯材,以大豆分離蛋白、麥芽糊精為壁材,通過對(duì)大豆分離蛋白添加量、均質(zhì)時(shí)間、乳化劑添加量和芯材添加量四個(gè)因素進(jìn)行單因素和響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)對(duì)包埋條件進(jìn)行優(yōu)化,得到最佳條件為:大豆分離蛋白的添加量為4.11%,乳化劑添加量為2.22%,芯材添加量為19.33%,均質(zhì)時(shí)間為7.39 min,得到微膠囊的包埋率為70.12%，驗(yàn)證值與模型預(yù)測(cè)值(69.59%)非常接近,證明了回歸模型擬合較好。因此,響應(yīng)曲面優(yōu)化香糟鹵模擬物的微膠囊包埋條件是可行的。

香糟鹵,微膠囊,香氣,優(yōu)化

香糟鹵是一種傳統(tǒng)調(diào)味料,在浙江、福建和廣東地區(qū)用來烹飪菜肴[1]。香糟鹵是在陳年酒糟中加入紹興酒、食鹽、白糖、桂花醬等調(diào)味料,攪拌均勻經(jīng)紗布過濾得到的體態(tài)透明澄清的液體[2]。生產(chǎn)香糟鹵的酒糟中含有豐富的蛋白質(zhì)(14.15%)、粗淀粉(49.96%)和纖維素,再次發(fā)酵使酒糟中的蛋白質(zhì)等大分子分解,使得到的糟汁中具有豐富的氨基酸如色氨酸、賴氨酸、脯氨酸等18種氨基酸[3]。并且大分子碳水化合物經(jīng)分解得到許多雙糖,多糖更利于消化吸收,使香糟味道更加甘甜。香糟鹵中含有大量乙醇,長(zhǎng)期存放使香糟鹵中的氣味物質(zhì)隨乙醇一同揮發(fā),久而久之使香糟鹵的氣味變淡。并且香糟鹵水分含量很高,給貯藏和運(yùn)輸造成不便,且常溫存放很容易腐敗變質(zhì)。因此,采取一定措施減少其風(fēng)味損失并降低水分含量對(duì)香糟鹵的生產(chǎn)和消費(fèi)具有重要意義。

目前,關(guān)于延緩風(fēng)味釋放的方法主要包括采用新型包裝材料(如聚乙烯對(duì)苯二甲酯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯和玻璃材料等[4-5])防止風(fēng)味散失;通過低溫儲(chǔ)藏抑制微生物生長(zhǎng)和酶的活性以減緩脂肪和蛋白質(zhì)的分解速度進(jìn)而降低風(fēng)味變化[6-7];以及涂膜法和充氣包裝也可以在一定程度上提升產(chǎn)品的感官品質(zhì)[8-9]。然而，以上方法均不能解決風(fēng)味損失和含水量過高的問題。

微膠囊技術(shù)是用天然或人工合成的高分子材料為壁材,將均勻分散的固體、液體或氣體包封在其中的技術(shù)。該技術(shù)可以有效保護(hù)芯材不受外界環(huán)境的影響,降低風(fēng)味物質(zhì)揮發(fā),控制芯材釋放等,故其被廣泛應(yīng)用于化工、生物醫(yī)藥、食品、化妝品等多種領(lǐng)域[10]。肉桂醛屬于易揮發(fā)精油,在肉桂醛進(jìn)行微膠囊包埋的實(shí)驗(yàn)中得到肉桂醛的包埋率最高達(dá)到93.8%,掃描電鏡觀察表面,微膠囊顆粒均勻,并且熱穩(wěn)定性好[11]。甜橙精油的微膠囊的儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)表明,復(fù)合壁材制備的甜橙精油的殘留率較高,并且釋放速率也較其他包埋材料微膠囊產(chǎn)品低[12]。

目前,未有關(guān)于香糟鹵風(fēng)味方面研究,也未有關(guān)于香糟鹵風(fēng)味保持技術(shù)相關(guān)研究。由于香糟鹵含水量較大,直接對(duì)香糟鹵進(jìn)行包埋難度較大,并且成本較高。因此,本研究通過前期篩選出的香糟鹵關(guān)鍵香氣成分配制油基模擬溶液,采用微膠囊法對(duì)香糟鹵模擬物進(jìn)行包埋,對(duì)包埋條件進(jìn)行優(yōu)化,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香糟鹵 上海寶鼎釀造有限公司;金龍魚色拉油 嘉里糧油食品營(yíng)銷有限公司;乙醇、乙酸乙酯、異戊醇、乳酸乙酯、醋酸、糠醛、丁二酸二乙酯、2-羥基-4-甲基、戊酸乙酯、苯乙醇 標(biāo)準(zhǔn)品,美國Sigma公司;大豆分離蛋白 北京奧博星生物公司;麥芽糊精、蔗糖酯、單甘脂 北京博奧拓達(dá)公司;石油醚、乙醚、無水乙醇、氨水、醋酸 分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

78-1型電動(dòng)攪拌器、HH-1型數(shù)顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;T25型高速分散機(jī) 德國IKA公司;Alpha1-2型冷凍干燥機(jī) 德國Christ公司;SY6000型噴霧干燥機(jī) 北京中西遠(yuǎn)大科技有限公司;PHS-3C型pH計(jì) 上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司;DHG-9053A電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 香糟鹵氣味化合物模擬物的制備 根據(jù)前期香糟鹵氣味化合物的分析結(jié)果,得到香糟鹵中含有乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙醇、丁二酸二乙酯、苯乙醇、異戊醇、醋酸、糠醛、2-羥基-4-甲基戊酸乙酯9種關(guān)鍵氣味化合物,并通過標(biāo)準(zhǔn)品定量得到關(guān)鍵化合物的濃度。因此,香糟鹵關(guān)鍵氣味化合物模擬物是9種化合物以所檢測(cè)的濃度為配比,溶解到色拉油中,攪拌均勻得到的。以香糟鹵氣味化合物模擬物為芯材進(jìn)行微膠囊的制備。

1.2.2 微膠囊制備的工藝流程 大豆分離蛋白、麥芽糊精溶解在去離子水中,在60 ℃水浴加熱攪拌至充分溶解。加入單甘脂和蔗糖酯繼續(xù)攪拌,加入芯材后均質(zhì),再進(jìn)行噴霧干燥或預(yù)凍后冷凍干燥[13-15]。

1.2.3 單因素實(shí)驗(yàn)

1.2.3.1 大豆分離蛋白添加量對(duì)微膠囊包埋率的影響 乳化劑含量為2%,芯材含量為30%,均質(zhì)時(shí)間為5 min的條件下,大豆分離蛋白含量分別為3%、4%、5%、6%、7%,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時(shí),以包埋率為指標(biāo),測(cè)定大豆分離蛋白含量對(duì)包埋率的影響。

1.2.3.2 乳化劑添加量對(duì)微膠囊包埋率的影響 大豆分離蛋白含量為4%,芯材含量為30%,均質(zhì)時(shí)間5 min的條件下,乳化劑含量分別為1.6%、1.8%、2.0%、2.2%、2.4%,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時(shí),以包埋率為指標(biāo),測(cè)定乳化劑含量對(duì)包埋率的影響。

1.2.3.3 芯材添加量對(duì)微膠囊包埋率的影響 大豆分離蛋白含量為4%,乳化劑含量為2%,均質(zhì)時(shí)間5 min的條件下,芯材含量分別10%、20%、30%、40%、50%,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時(shí),以包埋率為指標(biāo),測(cè)定芯材含量對(duì)包埋率的影響。

1.2.3.4 均質(zhì)時(shí)間對(duì)微膠囊包埋率的影響 大豆分離蛋白含量為4%,乳化劑含量為2%,芯材含量為30%的條件下,均質(zhì)時(shí)間分別為4、5、6、7、8 min,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時(shí),以包埋率為指標(biāo),測(cè)定均質(zhì)時(shí)間對(duì)包埋率的影響。

1.2.4 響應(yīng)面優(yōu)化 在單因素的基礎(chǔ)上,使用Design Expert 9.0軟件以大豆分離蛋白量、乳化劑用量、均質(zhì)時(shí)間、芯材含量為響應(yīng)變量，以微膠囊的包埋率為響應(yīng)值對(duì)實(shí)驗(yàn)因素水平表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,實(shí)驗(yàn)因素水平見表1。

表1 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 The factors and levels table of response surface optimization experiment

1.2.5 微膠囊總油含量的測(cè)定 精確稱取1 g制備好的微膠囊產(chǎn)品加入到分液漏斗中,向分液漏斗中加入10 mL 60 ℃去離子水,搖動(dòng)分液漏斗,使微膠囊充分溶解。溶解后分別向分液漏斗中加入1.25 mL氨水、10 mL無水乙醇和25 mL無水乙醚。蓋上蓋子,充分晃動(dòng)分液漏斗,小心打開蓋子放出氣體,最后再加入25 mL沸程為30～60 ℃的石油醚。振蕩均勻后靜置,分層后放出下層液體,取上層澄清液至圓底燒瓶中,經(jīng)旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀旋蒸,放入烘箱中烘干至恒重[16]。計(jì)算公式如下:

式(1)

其中,M1是空?qǐng)A底燒瓶的質(zhì)量;M2是烘干后圓底燒瓶的質(zhì)量;M是微膠囊的質(zhì)量。

1.2.6 微膠囊表面油含量的測(cè)定 精確稱取微膠囊產(chǎn)品1 g置于100 mL燒杯中,加入50 mL的石油醚,攪拌后經(jīng)漏斗過濾到圓底燒瓶中,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)后放入烘箱中烘干至恒重[16]。計(jì)算公式如下:

式(2)

其中,M1為空?qǐng)A底燒瓶的質(zhì)量,M2為烘干后圓底燒瓶的質(zhì)量,M為微膠囊的質(zhì)量。

1.2.7 微膠囊包埋率的計(jì)算 微膠囊包埋率是微膠囊中被包埋的油脂與總油脂的比,其計(jì)算公式如下[17]:

包埋率(%)=(微膠囊總油含量-微膠囊表面油含量)/微膠囊總油含量×100

式(3)

1.2.8 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 根據(jù)響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)優(yōu)化后的條件,進(jìn)行香糟鹵模擬物進(jìn)行微膠囊包埋,測(cè)定其包埋率。平行操作三次,取平均值。

1.2.9 數(shù)據(jù)處理 采用Design Expert 9.0軟件進(jìn)行響應(yīng)曲面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析。采用SAS 8.12進(jìn)行因子方差分析及Ducan’s多重檢驗(yàn)(p<0.05)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果以x±s表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白添加量對(duì)微膠囊包埋率的影響

如圖1所示,微膠囊包埋率隨大豆分離蛋白含量的增加先增加后下降,當(dāng)大豆分離蛋白含量為4%時(shí),微膠囊包埋率最高(p<0.05)?？赡苁且?yàn)榇蠖狗蛛x蛋白含量的增加,溶液的濃度不斷增加,體系黏度也不斷加大,從而也增加了乳化難度,在相同的均質(zhì)時(shí)間下,大豆分離蛋白含量4%時(shí)的包埋率最大(p<0.05)。

圖1 大豆分離蛋白添加量對(duì)包埋率的影響Fig.1 The influence of soybean separation protein content on the embedding rate

2.2 乳化劑添加量對(duì)微膠囊包埋率的影響

從圖2中可以看出,乳化劑對(duì)包埋率的影響不是很大,處于50%～56%之間。乳化劑的增加使水-油體系在乳化過程中更易混合均勻。但隨著乳化劑的增加,體系黏度也不斷增加,這就增加了均質(zhì)難度,所以在2.2%時(shí)包埋率最高(p<0.05)。

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

2.3 芯材添加量對(duì)微膠囊包埋率的影響

從圖3可以看出,當(dāng)芯材含量在20%～30%時(shí),包埋率迅速下降(p<0.05)?？赡苁且?yàn)楸诓囊呀?jīng)達(dá)到飽和,芯材的不斷增加,使相對(duì)壁材減少,微膠囊壁變薄,微膠囊易被破壞所以包埋率隨芯材含量的增加,先升高后下降,芯材含量為20%時(shí),包埋率最大(p<0.05)。

圖3 芯材添加量對(duì)包埋率的影響Fig.3 The influence of core materials content on the embedding rate

2.4 均質(zhì)時(shí)間對(duì)微膠囊包埋率的影響

由圖4可以看出均質(zhì)時(shí)間為7 min時(shí),微膠囊的包埋率最大(p<0.05)。4～6 min時(shí)包埋率隨均質(zhì)時(shí)間的增加不斷升高(p<0.05),可能因?yàn)榇藭r(shí)間段微膠囊乳液還未充分乳化。而7 min以后微膠囊的包埋率開始下降,可能因?yàn)檫^度均質(zhì),體系溫度不斷升高,導(dǎo)致黏度下降,乳化液微粒子發(fā)生變化,使微膠囊體系的穩(wěn)定性下降。

圖4 均質(zhì)時(shí)間對(duì)包埋率的影響Fig.4 The influence of homogeneous time on the embedding rate

2.5 響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)

以大豆分離蛋白含量、乳化劑用量、均質(zhì)時(shí)間、芯材含量為響應(yīng)變量，以微膠囊的包埋率為響應(yīng)值，得到表2實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果。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:Y=69.22+1.37A+0.63B+1.34C-0.28D-0.42AB+0.050AC-0.45AD-0.30BC+0.38BD-0.28CD-6.09A2-2.81B2-1.74C2-3.26D2

表2 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 2 Design and results of Box-Behnken experiment

表3 回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)和結(jié)果Table 3 Regression equation coefficient significance test and results

注:**表示極顯著(p<0.01),*表示顯著(0.01

圖5 交互作用對(duì)包埋率的影響Fig.5 The influence of interaction on the embedding rate

由回歸方程可知,芯材含量對(duì)香糟鹵模擬物包埋率有負(fù)效應(yīng),大豆分離蛋白量、乳化劑用量和均質(zhì)時(shí)間對(duì)其有正效應(yīng)。一次項(xiàng)中,A、B、C對(duì)結(jié)果影響均極顯著(p<0.01)，而交互項(xiàng)均不顯著(p>0.05)，但A2、B2、C2、D2均對(duì)結(jié)果影響均極顯著(p<0.01)。在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)大豆分離蛋白量、乳化劑用量、均質(zhì)時(shí)間和芯材含量,使香糟鹵模擬物包埋率達(dá)到所需水平。

F值可以反映各因素對(duì)香糟鹵模擬物包埋率的重要性,F值越大表明對(duì)包埋率的影響越大,即重要性越大。表3中,FA=75.92,FB=16.11,FC=72.28,FD=3.22,即各因素對(duì)包埋率影響程度的大小順序?yàn)?大豆分離蛋白添加量>均質(zhì)時(shí)間>乳化劑添加量>芯材添加量。通過Design Expert 8.0軟件分析,得出包埋率最高的優(yōu)化組合為A=4.11%、B=2.22%、C=7.39 min、D=19.33%,香糟鹵模擬物包埋率最高值為69.59%。響應(yīng)面圖見圖5，在每組交互作用的作用下,香糟鹵模擬物包埋率均有最大值。但各圖中兩因素對(duì)香糟鹵模擬物包埋率影響的大小只能通過方差分析得出,而不能僅依靠等高線的疏密度判斷。

為了驗(yàn)證微膠囊包埋的響應(yīng)面模型是否準(zhǔn)確,以大豆分離蛋白4.11%，乳化劑2.22%，芯材19.33%，均質(zhì)時(shí)間7.39 min配制微膠囊乳液,驗(yàn)證實(shí)際包埋率是否與模型中得到的包埋率一致。最終得到微膠囊包埋率為70.12%±0.56%,驗(yàn)證值與模型預(yù)測(cè)的最大值非常接近,證明了回歸模型擬合較好。因此,響應(yīng)曲面優(yōu)化香糟鹵模擬物的微膠囊包埋條件是可取的。

3 結(jié)論

通過單因素實(shí)驗(yàn)和Box-Behnken實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)以及響應(yīng)曲面分析對(duì)香糟鹵模擬物包埋條件進(jìn)行優(yōu)化,各因素對(duì)最終包埋率的影響大小關(guān)系為,大豆分離蛋白添加量>均質(zhì)時(shí)間>乳化劑添加量>芯材添加量。確定最優(yōu)包埋條件為:大豆分離蛋白添加量4.11%,乳化劑添加量為2.22%,芯材添加量為19.33%,均質(zhì)時(shí)間為7.39 min,此時(shí)微膠囊包埋率可達(dá)70.12%。

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Optimization of Xiangzaolu simulate substance microencapsulation condition

LIU Ye,SU Ke-ran,SONG Huan-lu

(Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health,Beijing Key laboratory of Flavor Chemistry, School of Food and Chemical Engineering,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

To reduce aroma loss during storage,nine kinds of key aroma compounds(ethyl acetate,ethyl lactate,ethanol,diethyl succinate,benzyl alcohol,amyl alcohol,acetic acid,furfural,2-hydroxy-4-methyl pentanoate)of xiangzaolu was selected as core material,and soy protein isolate and maltodextrin were taken as wall material. Univariate and response surface experiments were applied to analyze the best embedding condition through the isolated soy protein content,homogenization time,the amount of emulsifier and the core content. The optimal conditions were as follows:isolated soy protein content 4.11%,emulsifier content 2.22%,core content 19.33%,homogeneous time 7.39 min. The rate of microcapsules was 70.12%. The verified value was closed to the predicted maximum value(69.59%),which certified that the fitting of regression model was good. Hence,the optimized condition of Xiangzaolu simulate substance by response surface is feasible.

Xiangzaolu;microencapsulation;flavor;optimization

2016-09-26

劉野(1981-)，男，博士，副教授，研究方向：食品風(fēng)味化學(xué)，E-mail：liuyecau@126.com。

“十二五”國家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014BAD04B07)。

TS205.1

B

1002-0306(2017)08-0233-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.037