再生絲素蛋白與明膠為壁材的大蒜油微膠囊的制備研究

陳佳弘,江虹銳,姜 毅,白云霞,趙謀明,劉小玲

(廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧 530004)

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再生絲素蛋白與明膠為壁材的大蒜油微膠囊的制備研究

陳佳弘,江虹銳,姜 毅,白云霞,趙謀明,劉小玲*

(廣西大學(xué)輕工與食品工程學(xué)院,廣西南寧 530004)

以再生絲素蛋白與明膠復(fù)配作為壁材,利用噴霧干燥法制備大蒜油微膠囊。論文以乳狀液的乳化能力、穩(wěn)定性和微觀形態(tài)、微膠囊的包埋率和產(chǎn)率為指標(biāo),探討了壁材種類、芯材/壁材比例和乳化劑的親水親油平衡值(HLB)對微膠囊形成的影響。結(jié)果表明:再生絲素蛋白與明膠以1∶1 (g/g)復(fù)合配制為壁材溶液,加入壁材質(zhì)量50%的大蒜油及 HLB值為12.9的復(fù)合乳化劑,該體系的乳狀液性質(zhì)穩(wěn)定,噴霧干燥前不發(fā)生相分離。經(jīng)噴霧干燥制備的大蒜油微膠囊的包埋率和產(chǎn)率最大,分別為85%和88%。大蒜油微膠囊表面光滑,為直徑10～20 μm均勻球狀顆粒;當(dāng)儲存至21 d時,微膠囊中的大蒜油保留率為88.2%。結(jié)論:再生絲素蛋白是一種理想的大蒜油微膠囊壁材,對大蒜油起到較好的保護(hù)作用。

再生絲素蛋白,大蒜油,微膠囊,噴霧干燥

來源于絲綢工業(yè)下腳料的蠶絲資源豐富。其中絲素蛋白(silk fibroin,SF)占蠶絲重量的75%～83%[1],是蠶絲的主要成分,它與人體組織生物相容性高,藥物滲透強(qiáng),具有良好的機(jī)械性能和降解性,因此被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)療器材、組織工程[2]和藥物輸送系統(tǒng)[3]。天然絲素蛋白不溶于水,一般采用中性鹽溶液將其溶解制備成可溶性的再生絲素蛋白(regenerated silk fibroin,RSF)。研究表明再生絲素蛋白具有降血脂[4]、促進(jìn)酒精代謝[5]和降血糖[6]等功效,添加于食品中可以增加營養(yǎng)、促進(jìn)健康。它還具有乳化、起泡、凝膠等功能性質(zhì),可以改善食品的加工特性,日本早已研發(fā)出一系列添加再生絲素蛋白的飲料、果酒和糕點(diǎn),國內(nèi)也有研究者利用再生絲素蛋白良好的起泡性改善蛋糕的口感[7-8]。

大蒜油是一種從大蒜中提取所得的油溶性混合物,其主要成分為烯丙基硫醚類物質(zhì),包括二烯丙基二硫醚、二烯丙基三硫醚、二烯丙基硫醚等組分[9]。研究表明,大蒜油具有多種生物活性,如抗菌作用[10]、提高免疫力[11]和抗血脂[12]等功效。然而,由于大蒜油有強(qiáng)烈的大蒜臭味,且溶解性差、易揮發(fā),難以在食品中廣泛使用。為改善大蒜油的分散溶解性、減輕其異味并減少大蒜油中活性物質(zhì)的揮發(fā)損失,將其進(jìn)行微膠囊化是一種有效的方式。

微膠囊技術(shù)是指將微生物、細(xì)胞、酶、生物活性物質(zhì)等內(nèi)容物包埋、封存在聚合物包裹的、直徑在毫米至微米級的微型容器內(nèi)的一種技術(shù)。因微膠囊技術(shù)對包封物(芯材)具有保護(hù)、緩釋、改善性能等多種作用,因此在食品、日用化工、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

微膠囊的壁材一般可分為天然高分子材料和半合成或合成的高分子材料。其中,明膠、阿拉伯膠、海藻酸鹽、甲殼胺等天然高分子因其穩(wěn)定、無毒、成膜性和成球性較好,是最常用的壁材;而蛋白質(zhì)類的壁材,如大豆蛋白、明膠、玉米蛋白、乳清蛋白等具有乳化性質(zhì),能形成具有良好彈性的界面膜,且本身富有營養(yǎng),也常被做為微膠囊壁材使用[13]。再生絲素蛋白具備良好的溶解性、乳化性、成膜性和起泡性,可作為微膠囊壁材的選擇性替代品。

為此,本研究從廢繭絲開始,自制再生絲素蛋白,將其應(yīng)用于大蒜油微膠囊的制備,探討大蒜油微膠囊形成的影響因素,并通過多指標(biāo)體系評價微膠囊化效果,從而制備得到一種具有較好穩(wěn)定性的大蒜油微膠囊產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

大蒜油 有效成分含量為99.1%,包含50%二烯丙基二硫醚,33%二烯丙基三硫化醚,16%二烯丙基硫醚，江西省吉水縣康民本草藥用油提煉廠;阿拉伯膠(Arabic gum,AG) 食品級，上海康達(dá)食品工程有限公司;明膠Gelatin,G 食品級，河南鴻鑫食化有限公司;廢蠶絲 浙江桐鄉(xiāng)道樸絲綢有限公司;食品級司盤20、食品級吐溫20 廣州潤華食品添加劑有限責(zé)任公司;碳酸鈉、乙醇 分析純，天津市北辰方正試劑廠。

SHJ-A數(shù)顯恒溫磁力攪拌水箱 杭州聚同電子有限公司;101-1型電熱鼓風(fēng)干燥箱 北京科偉永興儀器有限公司;ZY-MU-1000全自動高級分離純化系統(tǒng) 上海紫裕生物科技有限公司;DC-1500噴霧干燥機(jī) 上海達(dá)程實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;T25高速分散均質(zhì)機(jī) 德國IKA公司;STARTER 3100C電導(dǎo)率儀 美國奧豪斯公司;DMM-300型電子顯微鏡 上海蔡康光學(xué)儀器有限公司;UV6100紫外可見分光光度計(jì) 上海美譜達(dá)儀器有限公司;KS1730T超聲波清洗機(jī) 北京科璽超聲波清洗機(jī)有限公司;5418R離心機(jī) 德國EPPENDORF公司;F16502掃描電鏡 荷蘭PHENOM公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 再生絲素蛋白粉的制備 參考董文秀[14]的方法并略作修改。將10 g廢蠶絲加入1000 mL的碳酸鈉溶液(碳酸鈉濃度為5 g/L)中,在100 ℃加熱30 min去除絲膠蛋白,用去離子水洗凈,利用電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干至恒重備用。將8 g烘干后制備的絲素蛋白置于140 mL氯化鈣-乙醇溶液(氯化鈣濃度為4 mol/L,乙醇體積分?jǐn)?shù)為30%)中95 ℃加熱溶解,溶液用5000 Da超濾膜進(jìn)行超濾脫鹽,脫鹽后的再生絲素蛋白溶液在進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃,出風(fēng)溫度80 ℃下噴霧干燥即可獲得水溶性的再生絲素蛋白粉末。

1.2.2 大蒜油微膠囊的制備及其工藝研究 大蒜油微膠囊的制備工藝流程為:壁材溶液配制(壁材濃度為10%,m/v)→加入大蒜油→均質(zhì)乳化(10000 r/min均質(zhì)2 min)→乳化液噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃,出風(fēng)溫度80 ℃)→微膠囊產(chǎn)品。

1.2.2.1 微膠囊壁材的篩選 分別測定五種微膠囊壁材RSF、AG、G、RSF+G(1∶1)、RSF+AG(1∶1)的乳化能力,配制五種壁材溶液并加入芯材大蒜油(芯材/壁材比例為50%),測定乳化液的乳化穩(wěn)定性,并觀察乳化液的微觀形態(tài),測定微膠囊的包埋率和產(chǎn)率,確定合適的壁材。

1.2.2.2 芯材/壁材比例的確定 以再生絲素蛋白與明膠1∶1 (g/g)復(fù)配作為壁材,分別比較芯材/壁材的比例為10%～100%時,所形成乳化液的乳化穩(wěn)定性,觀察乳化液的微觀形態(tài),并測定所得微膠囊的包埋率和產(chǎn)率,確定合適的芯壁材比。

1.2.2.3 乳化劑HLB值的確定 以再生絲素蛋白與明膠1∶1 (g/g)復(fù)配作為壁材,分別比較不同HLB值乳化劑(乳化劑的用量為芯壁材混合液的0.3%,g/g)對乳液的乳化能力的影響,配制壁材溶液并加入芯材大蒜油(芯材/壁材比例為50%),測定乳化液的乳化穩(wěn)定性并觀察乳化液的微觀形態(tài),測定微膠囊的包埋率和產(chǎn)率,確定合適的乳化劑HLB值。其中混合乳化劑由司盤20(HLB值為4.7)和吐溫20(HLB值為16.9)按公式(1)[15]配制為HLB值8.9～16.9的混合乳化劑。

HLBab=HLBa×A+HLBb×B

式(1)

1.2.3 乳化能力的測定 采用電導(dǎo)率法[16]。向100 g質(zhì)量濃度為10%壁材溶液中加入一定質(zhì)量的大蒜油,用10000 r/min高速分散均質(zhì)機(jī)攪拌2 min,立即用電導(dǎo)率測定儀測定混合液的電導(dǎo)率(μs/cm)。重復(fù)上述操作,記錄不同芯材/壁材比例下乳化液的電導(dǎo)率值。當(dāng)油滴不能均勻分布在水相中且出現(xiàn)相分離時,乳液的電導(dǎo)率發(fā)生突變,可根據(jù)電導(dǎo)率的突變反映壁材對芯材的荷載能力。當(dāng)電導(dǎo)率值發(fā)生突變時,所對應(yīng)的芯材/壁材比例即代表壁材的乳化能力。

1.2.4 乳化穩(wěn)定性 配制50 g質(zhì)量濃度為10%的壁材溶液置于100 mL燒杯中,向其中加入大蒜油,用10000 r/min高速分散均質(zhì)機(jī)攪拌2 min,倒入100 mL量筒,靜置后觀察乳化層高度隨時間的變化[17]。乳化穩(wěn)定性按式(2)計(jì)算:

式(2)

1.2.5 微膠囊包埋率的測定 參考Wang[18]的測定方法。將25.0 mg大蒜油用無水乙醇溶解,定容到250 mL,分別取1.0、2.0、3.0、2.0、3.0、6.0 mL溶液用乙醇定容到250 mL,使用UV6100紫外可見分光光度計(jì)測定吸光度,波長為217 nm[18]。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,大蒜油濃度C與吸光度A的線性回歸方程為A=0.042C-0.029,R2=0.9992。

微膠囊產(chǎn)品表面大蒜油含量測定:準(zhǔn)確稱取大蒜油微膠囊1000 mg,放在濾紙上,然后用 10 mL的無水乙醇浸泡洗滌濾紙上的樣品,收集濾液,待溶劑全部從漏斗中流出后,重復(fù)洗滌六次,測定收集濾液中的大蒜油含量。微膠囊產(chǎn)品中包埋的大蒜油含量測定:將上述用無水乙醇清洗后的微膠囊轉(zhuǎn)移到50 mL加塞錐形瓶,加入20 mL無水乙醇,置于超聲波清洗機(jī)中超聲60 min,微膠囊中的大蒜油被乙醇提取。將含有大蒜油的乙醇提取液于5000 r/min離心15 min,取上清液測定大蒜油的濃度。

微膠囊的包埋率[18]按式(3)計(jì)算:

包埋率(%)=微膠囊中包埋的大蒜油含量/(微膠囊中包埋的大蒜油含量+微膠囊表面大蒜油含量)×100

式(3)

1.2.6 微膠囊的產(chǎn)率 精確稱取1000 mg微膠囊,并計(jì)算制備過程加入乳狀液中芯材的質(zhì)量,微膠囊產(chǎn)率[19]按式(4)計(jì)算:

式(4)

1.2.7 乳化液液滴形態(tài)觀察 壁材加入大蒜油進(jìn)行乳化后,用吸管吸取底部乳化液,滴加于載玻片上,覆蓋蓋玻片,利用DMM-300型電子顯微鏡觀察乳化液的微觀形態(tài)并拍照,放大倍數(shù)400倍。

1.2.8 樣品的微觀形貌觀察 利用F16502掃描電鏡觀察再生絲素蛋白和大蒜油微膠囊的微觀形態(tài),樣品進(jìn)行噴金后測定。

1.2.9 微膠囊大蒜油的保留率 將微膠囊置于棕色干燥器中,30 ℃恒溫儲藏,每隔7 d取出1.0000 g樣品,測定大蒜油的總含量,大蒜油保留率按式(5)計(jì)算[20]。

式(5)

式(5)中:C1為微膠囊中大蒜油的初始含量(%);C2為儲藏一段時間后微膠囊中大蒜油的含量(%)。

1.2.10 數(shù)據(jù)處理 采用SPSS 17.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,以p<0.05為顯著性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),所有測定至少重復(fù)3次。用Origin 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 微膠囊壁材的篩選

微膠囊壁材的乳化能力如圖1所示。當(dāng)向壁材溶液中不斷加入大蒜油乳化后,其電導(dǎo)率大幅度降低,然后趨于穩(wěn)定;當(dāng)大蒜油的加入量超過壁材的乳化能力時,乳化液的穩(wěn)定性降低,其電導(dǎo)率值會發(fā)生突變,根據(jù)電導(dǎo)率的突變點(diǎn)可判斷壁材的乳化能力。由圖1可知,使用單一壁材時,阿拉伯膠的乳化能力最好,當(dāng)芯材/壁材的比例超過75%時,其電導(dǎo)率值由40 μs/cm躍遷到1126 μs/cm;而再生絲素蛋白的乳化能力較低,僅為56.25%時。為改善再生絲素蛋白的乳化能力,考慮添加阿拉伯膠或明膠制備復(fù)合壁材。研究結(jié)果顯示,再生絲素蛋白與阿拉伯膠1∶1進(jìn)行復(fù)配后(RSF+AG),其乳化能力無顯著性增加(p>0.05);再生絲素蛋白與明膠1∶1進(jìn)行復(fù)配后(RSF+G),其乳化能力從原來的56.25%顯著性提高到68.8%(p<0.05)。

圖1 微膠囊壁材的乳化能力Fig.1 The emulsifying ability of the microcapsule material wall

在制備微膠囊過程中,壁材通過乳化作用包埋大蒜油,所獲得的乳化液需要放置一定時間才能完成噴霧干燥流程,因此,乳化液的穩(wěn)定性越高越有利于大蒜油的包埋。壁材溶液加入大蒜油均質(zhì)后,隨時間延長,其穩(wěn)定性變化如圖2所示。10 min時,各組乳化液均保持相對穩(wěn)定的狀態(tài),乳化穩(wěn)定性無顯著性差異(p>0.05)。20 min時,可以觀察到再生絲素蛋白為壁材的乳化液穩(wěn)定性最低,再生絲素蛋白與明膠復(fù)配后乳化液的穩(wěn)定性顯著增大至94%,而絲素蛋白與阿拉伯膠復(fù)配后乳化穩(wěn)定性沒有顯著性變化(p>0.05)。因此,向再生絲素蛋白中添加明膠,可提高其乳化能力和乳化穩(wěn)定性。

圖2 壁材種類對乳化液穩(wěn)定性的影響Fig.2 Effects of wall materials on emulsion stability

再生絲素蛋白的等電點(diǎn)為4.6，當(dāng)pH7.0時,阿拉伯膠和再生絲素蛋白帶負(fù)電,再生絲素蛋白溶液中加入阿拉伯膠后其乳化穩(wěn)定性變差,可能是再生絲素蛋白與阿拉伯膠熱力學(xué)不相容引起了相分離。蛋白質(zhì)和多糖混合可能存在三種狀態(tài):互溶、熱力學(xué)不相容引起相分離、靜電相互作用引起復(fù)合物的形成[21]。熱力學(xué)不相容性指當(dāng)兩種物質(zhì)帶有同種電荷時或者其中一個或兩個不帶電荷時,蛋白質(zhì)分子和多糖分子不發(fā)生相互作用,在溶液中以共溶的形式存在,一旦濃度超過一個特定的水平,當(dāng)靜電排斥作用或空間位阻作用強(qiáng)于平衡作用時,彼此發(fā)生相分離,形成富集蛋白質(zhì)的相和富集多糖的相[22]。

由圖3可以觀察到不同壁材的乳化液的微觀形態(tài)變化。在初始階段(0 min)乳化液中的乳滴均勻,直徑約為10 μm,隨著乳狀液靜置時間的延長,微膠囊粒徑逐漸增大,最后消失。乳狀液靜置10 min時,以阿拉伯膠為壁材的乳滴粒徑大小由10 μm逐漸增大到20 μm;以明膠為壁材的乳化液乳滴約為15 μm;而再生絲素蛋白的乳化液乳滴在10 min時完全消失。將再生絲素蛋白與阿拉伯膠復(fù)配后,乳滴在10 min完全消失,兩種材料復(fù)配后,其乳化穩(wěn)定性相對于再生絲素蛋白沒有明顯改變。再生絲素蛋白與明膠復(fù)配后,10 min時粒徑大小約為15～20 μm,其乳化穩(wěn)定性明顯優(yōu)于單獨(dú)使用再生絲素蛋白。乳狀液靜置20 min時可以觀察到僅有阿拉伯膠的乳狀液存在乳滴,保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。因此,再生絲素蛋白和明膠復(fù)配后,乳狀液的乳滴較穩(wěn)定,但其乳化穩(wěn)定性略低于阿拉伯膠,可以考慮添加乳化穩(wěn)定劑提高其穩(wěn)定性。

圖3 壁材種類對乳化液微觀形態(tài)的影響Fig.3 Effects of wall materials on microscopic morphology of emulsion

壁材種類對微膠囊包埋率和產(chǎn)率的影響見圖4。圖中,使用再生絲素蛋白與明膠復(fù)配、阿拉伯膠為壁材的微膠囊包埋率分別為79.7%和81.3%,二者無顯著性差異(p>0.05),但二者的包埋率顯著性高于其他類型的壁材(p<0.05)。劉丹[23]利用大豆分離蛋白和麥芽糊精作為壁材包埋大蒜油,制備的微膠囊包埋率僅為75%,低于再生絲素蛋白與明膠的復(fù)合壁材。比較圖4中微膠囊的產(chǎn)率可以得到類似的結(jié)論,再生絲素蛋白和明膠復(fù)配后其產(chǎn)率為85%,高于單獨(dú)使用再生絲素蛋白(76%)或明膠(83%);再生絲素蛋白和阿拉伯膠復(fù)配后其產(chǎn)率為64%,低于單獨(dú)使用再生絲素蛋白(76%)或明膠(84%)。綜合考慮,再生絲素蛋白和明膠復(fù)配后微膠囊包埋率和產(chǎn)率最高,選擇它們作為壁材進(jìn)一步研究。

圖4 壁材種類對微膠囊包埋率和產(chǎn)率的影響Fig.4 Influence of wall materials on embedding rate and yield of microcapsules

2.2 芯材/壁材比例的影響

圖5為不同芯材/壁材比例對乳化穩(wěn)定性的影響。隨著乳化液靜置時間延長,其乳化穩(wěn)定性逐漸降低。當(dāng)乳化液靜置10 min時,可以觀察到芯材/壁材比例10%的乳化液穩(wěn)定性最低(70%),芯材占壁材比例為25%和50%的乳化液穩(wěn)定性最高為100%。當(dāng)靜置時間超過10 min,觀察同一時間不同芯材占壁材比例下的乳化液乳化穩(wěn)定性,可知乳化穩(wěn)定性從高至低為:50%>25%>75%>100%>10%,芯材/壁材比例為50%時,乳化液穩(wěn)定性顯著高于其它比例(p<0.05)。

圖5 芯材/壁材比例對乳化液穩(wěn)定性的影響Fig.5 Influence of core material proportion on wall stability

圖6為不同芯材/壁材比例下微膠囊包埋率和產(chǎn)率的變化。芯材/壁材比例為25%～50%時,微膠囊的包埋率最高,分別為81%和79%,二者無顯著性差異(p>0.05)。芯材/壁材比例低于25%或高于50%時,微膠囊的包埋率都顯著降低(p<0.05),這是由于該比例下乳化液的穩(wěn)定性低,在噴霧干燥過程中芯材和壁材分離使包埋率降低。類似的,芯材/壁材的比例增加到50%時,微膠囊產(chǎn)率達(dá)到最大值為85%。因此,利用再生絲素蛋白與明膠復(fù)配作為壁材時,芯材/壁材比例應(yīng)為25%～50%,此時微膠囊的包埋率和產(chǎn)率最大。張郁松[24]等人利用阿拉伯膠為壁材噴霧干燥制備大蒜油微膠囊,當(dāng)芯材/壁材比例為20%時,包埋率達(dá)到最大值77%,再生絲素蛋白的復(fù)配壁材與之相比,不僅包埋率大,而且單位質(zhì)量的壁材能包埋更多芯材。

圖6 芯材/壁材比例對微膠囊包埋率和產(chǎn)率的影響Fig.6 Influence of core material proportion to wall material on embedding rate and yield of microcapsules

圖7為不同芯材/壁材比例下乳化液的微觀形態(tài)。圖中,芯材/壁材比例不同的乳化液在初始階段為均勻細(xì)小的乳滴,直徑為10 μm;10 min時,芯材/壁材比例為25%和50%的乳化液乳滴變大,約為25 μm,而75%比例的乳化液乳滴消失,說明75%比例下的乳化液乳化穩(wěn)定性最低。綜合考慮,再生絲素蛋白與明膠復(fù)配后,合適的芯材/壁材比例為50%,此時乳化液的乳化穩(wěn)定性、微膠囊的包埋率和產(chǎn)率均達(dá)到最大值。

圖7 芯材/壁材比例對乳化液微觀形態(tài)的影響Fig.7 Influence of core material proportion to wall material on microscopic morphology of emulsion

2.3 乳化劑的復(fù)配

以再生絲素蛋白與明膠為壁材,不同HLB值乳化劑對壁材乳化能力的影響見圖8,其中對照組未添加乳化劑。加入HLB值8.9和10.9的乳化劑后,乳化液的電導(dǎo)率值和對照組相比顯著增大(p<0.05),乳化液穩(wěn)定性較差;加入HLB值12.9、14.9和16.9的乳化液的電導(dǎo)率值一直維持在40 μs/cm,而對照(未加乳化劑)在芯材/壁材比例超過70%時,其電導(dǎo)率值就增大到1000 μs/cm以上。因此,HLB值12.9、14.9和16.9的乳化劑有利于壁材乳化能力提高。

圖8 乳化劑 HLB值對乳化能力的影響Fig.8 The influence of emulsifier HLB value on emulsifying ability

圖9顯示了添加乳化劑后對乳化液穩(wěn)定性的影響。由圖9可知,10 min時,壁材中添加HLB值為10.9和8.9的乳化劑,其乳化穩(wěn)定性低于對照組。靜置時間大于20 min時,乳化穩(wěn)定性由高至低排列為:HLB 12.9>HLB 14.9>HLB 16.9>對照>HLB10.9>HLB8.9。添加不同HLB值的乳化劑對乳化液的穩(wěn)定性會造成不同影響,綜合考慮,HLB值12.9的乳化劑能夠大幅度提高乳化液的乳化穩(wěn)定性。

圖9 乳化劑HLB值對乳化液穩(wěn)定性的影響Fig.9 The influence of emulsifier HLB value on emulsion stability

圖10顯示了添加乳化劑后乳化液的微觀形態(tài)變化?？梢杂^察到添加了HLB值12.9的乳化劑后,乳化液在20 min時仍存在乳滴,而對照組的乳化液中乳滴已消失,說明HLB值12.9的乳化劑有利于提高乳化液的乳化穩(wěn)定性。添加HLB值8.9乳化劑的樣品,10 min時乳滴消失,其乳化液的穩(wěn)定性低于對照組。

圖10 乳化劑HLB值對乳化液微觀形態(tài)的影響Fig.10 Influence of emulsifier HLB value on microscopic morphology of emulsion

由上文可知,HLB值12.9～16.9的乳化劑能夠提高壁材的乳化能力和乳化穩(wěn)定性,圖11探究了在這一范圍內(nèi)的乳化劑HLB值對微膠囊包埋率的影響。圖11顯示,在不同芯材/壁材比例下對照組的包埋率都最低,添加HLB 12.9～16.9乳化劑后包埋率和對照組相比都有顯著提高(p<0.05)。其中添加HLB值12.9的乳化劑后其包埋率最高,芯壁材比例為25%和50%,其包埋率分別為84%和85%,二者無顯著性差異(p>0.05),且都顯著高于對照組的最大包埋率81%(p<0.05)。

圖11 乳化劑HLB值對微膠囊包埋率的影響Fig.11 Influence of emulsifier HLB value on embedding rate of microcapsules

圖12可以觀察到對照組和添加乳化劑組的微膠囊產(chǎn)率變化趨勢相似,添加HLB值12.9的乳化劑后,不同的芯壁材比例下的微膠囊產(chǎn)率顯著高于對照組(p<0.05)。當(dāng)芯材/壁材比例50%時,各組產(chǎn)率都達(dá)到最大值,對照組的產(chǎn)率85%小于添加HLB12.9乳化劑的產(chǎn)率(88%)。因此,添加HLB值12.9的乳化劑能顯著提高微膠囊的包埋率和產(chǎn)率。已有學(xué)者對大蒜油微膠囊的乳化劑進(jìn)行了研究,劉丹[23]使用大豆分離蛋白和麥芽糊精作為復(fù)合壁材噴霧干燥制備大蒜油微膠囊,使用HLB值12.05的乳化劑后包埋率最大為82%。陳雪峰[25]等利用阿拉伯膠和麥芽糊精作為壁材,采用噴霧干燥法制備大蒜油微膠囊,研究發(fā)現(xiàn)添加HLB值8～16.9的乳化劑,包埋率呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢,使用HLB 12.02的乳化劑時包埋率最大為83%。同樣的,劉丹[23]使用大豆分離蛋白和麥芽糊精作為復(fù)合壁材噴霧干燥制備大蒜油微膠囊,使用HLB值12.05的乳化劑后包埋率最大為82%。這些研究者所選用乳化劑的HLB值和本文相似,但所制備的微膠囊包埋率都低于本文。

圖12 乳化劑HLB值對微膠囊產(chǎn)率的影響Fig.12 Influence of emulsifier HLB value on yield of microcapsules

綜上所述,利用再生絲素蛋白包埋大蒜油的最佳工藝條件為:壁材為再生絲素蛋白和明膠按質(zhì)量比1∶1復(fù)配,芯材/壁材比例為50%,乳化劑HLB值為12.9。制備的微膠囊包埋率為85%,微膠囊化產(chǎn)率為88%。Balasubramani[26]等用麥芽糊精為壁材利用噴霧干燥法包埋大蒜油,利用響應(yīng)面法優(yōu)化工藝條件,當(dāng)大蒜油濃度10%,麥芽糊精濃度為60%,噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度200 ℃,其包埋率為81.9%。王寅[10]以阿拉伯膠為壁材包埋大蒜油,當(dāng)芯材占壁材比例為20%時,微膠囊的包埋率達(dá)到最大值為81%。以上兩位研究者制備微膠囊的包埋率均低于再生絲素蛋白微膠囊;比較芯材占壁材的比例可知,再生絲素蛋白和明膠作為壁材時能包埋更多的大蒜油,壁材利用率最高。

2.4 再生絲素蛋白與大蒜油微膠囊的微觀形貌觀察

圖13為再生絲素蛋白和大蒜油微膠囊的掃描電鏡圖,再生絲素蛋白的粒徑約為5 μm,顆粒表面存在大量褶皺,利用其作為壁材制備的大蒜油微膠囊為球狀,直徑10～20 μm,囊壁表面較為光滑,包埋效果較好。

圖13 再生絲素蛋白與大蒜油微膠囊的掃描電鏡圖(×2000)Fig.13 Scanning electron microscopy picture of garlic oil microcapsules(×2000)注:左圖為再生絲素蛋白,右圖為大蒜油微膠囊。

2.5 微膠囊產(chǎn)品在儲存期間大蒜油的保留率

圖14 微膠囊大蒜油的保留率Fig.14 Garlic oil retention during storage

大蒜油微膠囊儲存期間大蒜油的保留率見圖14,對照組為相同質(zhì)量的大蒜油。微膠囊儲存時間21 d時,大蒜油的保留率為88.2%,而對照組中大蒜油的保留率僅為11%,大蒜油微膠囊化后有利于大蒜油的保存,可以有效防止大蒜油損失。劉丹[23]以大豆蛋白和麥芽糊精為壁材制備大蒜油微膠囊,在真空條件下儲存24 d后大蒜油的保留率為77%,低于本實(shí)驗(yàn)的微膠囊大蒜油保留率,因此再生絲素蛋白和明膠的復(fù)合壁材結(jié)構(gòu)更緊密,對于大蒜油有更好的保護(hù)效果。

3 結(jié)論

利用再生絲素蛋白和明膠為壁材,采用噴霧干燥法制備大蒜油微膠囊,最佳的乳化條件為:再生絲素蛋白與明膠以1∶1 (g/g)復(fù)合配制為壁材溶液,加入壁材質(zhì)量50%的大蒜油及HLB值為12.9的復(fù)合乳化劑。此時微膠囊乳化液的穩(wěn)定性最高,20 min時乳化穩(wěn)定性仍為100%,乳化液經(jīng)噴霧干燥制備的微膠囊包埋率達(dá)85%,微膠囊化產(chǎn)率為88%,包埋效果好。大蒜油微膠囊儲存至21 d時,微膠囊中的大蒜油保留率為88.2%,對于大蒜油起到較好的保護(hù)作用。

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Study on the preparation of garlic oil microcapsuleswith regenerated silk fibroin and gelatin as wall material

CHEN Jia-hong,JIANG Hong-rui,JIANG Yi,BAI Yun-xia,ZHAO Mou-ming,LIU Xiao-ling*

(Institute of Light Industry and Food Engineering,Guangxi University,Nanning 530004,China)

The garlic oil microcapsules were prepared using regenerated silk fibroin and gelatin as wall materials by spray drying method. The effects of different wall materials,core/wall material ratio and the hydrophilic lipophilic balance(HLB)values of emulsifier on microcapsule formation with regard to emulsification ability,stability of the emulsifying liquid and microscopic morphology,the embedding rate and the yield of the microcapsule as the index,were discussed in this paper. Results show that regenerated silk fibroin and gelatin are compounded with 1∶1 (g/g)into wall solution,and the quality of garlic oil added to the solution accounted for 50% of the wall material. At the same time,the compound emulsifier is added with HLB value of 12.9,the prepared emulsion is stable to ensure that phase separation does not occur before spray drying. The embedding rate and the yield of the microcapsules prepared by spray drying is the largest,which are respectively 85% and 88%. Garlic oil microcapsules are 10～20 μm homogeneous particles and capsule wall surface smooth. The garlic oil retention rate was 88.2% when the microcapsules were stored until 21 d. Therefore regenerated silk fibroin is a kind of ideal garlic oil microcapsule wall material with good protective effect of garlic oil.

regenerated silk fibroin;garlic oil;microcapsules;spray drying

2017-01-23

陳佳弘(1992-),女,碩士研究生,研究方向:食品科學(xué),E-mail:15578039753@163.com。

*通訊作者:劉小玲(1972-),女,博士,教授,研究方向:生物大分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì),E-mail:13877173857@163.com。

廣西自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2016GXNSFEA380003)。

TS201.1

B

1002-0306(2017)13-0140-07

10.13386/j.issn1002-0306.2017.13.026