沙棘籽油微膠囊的制備及其性質(zhì)研究

劉光憲 周巾英 祝水蘭 熊慧薇 馮健雄

(1. 江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330200；2. 江西師范大學(xué)，江西 南昌 330022)

沙棘籽油微膠囊的制備及其性質(zhì)研究

劉光憲1,2周巾英1祝水蘭1熊慧薇1馮健雄1

(1. 江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330200；2. 江西師范大學(xué)，江西 南昌 330022)

以沙棘籽油為芯材，采用CAS/MD、OSA/MD、WPI/GA/MD 3種壁材配方，通過噴霧干燥制備沙棘籽油微膠囊，并對微膠囊的性質(zhì)和微觀結(jié)構(gòu)進行研究，用氣相色譜法測定微膠囊化前后沙棘籽油脂肪酸含量變化。結(jié)果表明：3種配方的微膠囊產(chǎn)品均具有較低的含水量和較高的溶解性，其中以CAS/MD為壁材制備的沙棘籽油微膠囊包埋率最高，微膠囊粒徑小，表面光滑，熱穩(wěn)定性良好，壁厚度均一，沙棘籽油在膠囊中分布均勻，噴霧干燥制備過程未對沙棘籽油中的功能性成分產(chǎn)生影響。

沙棘籽油；噴霧干燥；微膠囊；性質(zhì)；微觀結(jié)構(gòu)；脂肪酸

Abstract： The sea-buckthorn seed oil microcapsules were prepared by spray drying technique with three kinds of recipes (CAS/MD, OSA/MD, WPI/GA/MD). The properties and microstructure of sea-buckthorn seed oil microcapsules were studied. Moreover, the content of fatty acid in sea-buckthorn seed oil before and after microencapsula-tion was determined by gas chromatography. The results showed that the microcapsules of the three formulations had low water content and high solubility. The encapsulation efficiency of sea-buckthorn seed oil microcapsule prepared with CAS/MD as wall material was highest. The sea-buckthorn seed oil microcapsules had small particle size, smooth surface, good thermal stability and uniform wall thickness. The distribution of seabuckthorn seed oil in capsules was uniform. The process of spray drying did not affect the functional components in sea-buckthorn seed oil.

Keywords： sea-buckthorn seed oil; spray drying; microcapsule; properties; microstructure; fatty acid

沙棘為胡頹子科沙棘屬落葉灌木，在中國西北、華北等地區(qū)種植廣泛，具有極強的生存能力。研究[1-2]發(fā)現(xiàn)，沙棘籽的含油量為1.4%～13.7%，不飽和脂肪酸含量高達71.2%～76.0%，其中亞油酸含量高達35.6%～39.0%，α-亞麻酸次之，含量達27.8%～33.4%。沙棘籽油是一種有效的保健品和理想的天然藥物原料，可廣泛應(yīng)用于保健食品、醫(yī)藥和化妝品行業(yè)[3]。由于沙棘籽油中不飽和脂肪酸含量較高，容易受到外界環(huán)境影響而發(fā)生氧化酸敗,采用微膠囊化技術(shù)將沙棘籽油進行包埋，可提高油脂在加工和貯藏過程中的穩(wěn)定性、延長貨架期，同時將油脂由液態(tài)轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的固態(tài)，具有更好的操作性，能拓展其在食品中的應(yīng)用范圍。已有學(xué)者采用此方法對芝麻油[4]、月見草油[5]、石榴籽油[6]、山蒼子油[7]等不飽和脂肪酸含量較高的功能性油脂進行包埋，顯著提升了這些油脂的抗氧化能力。

目前，對沙棘籽的研究主要集中于油脂提取[8]、脂肪酸組成分析[1]、蛋白肽制備[9]及功能特性研究[3]等方面。但采用噴霧干燥技術(shù)對沙棘籽油微膠囊化的研究較少，且主要集中于噴霧干燥工藝優(yōu)化，而在壁材篩選、熒光標(biāo)記法檢驗包埋率、微膠囊產(chǎn)品性質(zhì)評價等方面鮮見報道[10]，優(yōu)質(zhì)壁材的篩選關(guān)乎微膠囊的包埋率及產(chǎn)品的加工特性。為此，本研究擬采用不同壁材制備沙棘籽油微膠囊，比較包埋效果，并對其性質(zhì)進行研究，以期為沙棘籽的開發(fā)利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

酪朊酸鈉(CAS)：食品級，鄭州科旭化工有限公司；

乳清分離蛋白(WPI)：食品級，鄭州明瑞化工產(chǎn)品有限公司；

變性淀粉(OSA)：食品級，實驗室自制；

阿拉伯膠(GA)：食品級，天津海濱捷成化工有限公司；

麥芽糊精(MD)：食品級，江西金穗豐糖業(yè)有限公司；

沙棘籽油：食品級，江西雪松天然藥用油有限公司；

異硫氰酸熒光素異構(gòu)體Ⅰ、尼羅紅染料：光譜純，北京索萊寶科技有限公司；

鹽酸、石油醚、無水乙醇、正己烷等：分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

高壓均質(zhì)機：GYB60-6S型，上海東華高壓均質(zhì)機有限公司；

噴霧干燥機：MDRP-5型，無錫市現(xiàn)代噴霧干燥設(shè)備有限公司；

激光粒度儀：Nicomp 380 ZLS型，美國PPS公司；

環(huán)境掃描顯微鏡：Quanta200F型，美國FEI公司；

激光掃描共聚焦顯微鏡：LSM710型，德國Zeiss公司；

差示掃描量熱儀：DSC8000型，美國PE公司；

分散機：T25型，德國IKA公司；

氣相色譜儀：6890N型，配FID檢測器，美國安捷倫公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 沙棘籽油微膠囊的制備 按表1制備沙棘籽油微膠囊，將壁材溶解于蒸餾水中，再將已溶有乳化劑的沙棘籽油加入壁材溶液中，采用分散機將兩相混勻，得到預(yù)乳狀液，再經(jīng)高壓均質(zhì)后噴霧干燥得沙棘籽油微膠囊，其中噴霧干燥進料速率25 r/min，進風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度90～95 ℃。

表1 沙棘籽油微膠囊配方

1.3.2 包埋率的測定

(1) 表面油含量的測定：參照文獻[11]修改如下：稱取沙棘籽油微膠囊2 g(m0)于錐形瓶中，用 40 mL石油醚浸提1 min后，過濾，再用25 mL石油醚洗滌濾渣，過濾，用已恒重的平底燒瓶(m1)收集濾液，并旋蒸回收濾液中的石油醚，105 ℃烘干至恒重得平底燒瓶的質(zhì)量(m2)。表面組含量按式(1)計算：

(1)

式中：

C——表面油含量，%；

m0——沙棘籽油微膠囊質(zhì)量，g；

m1——平底燒瓶空瓶質(zhì)量，g；

m2——平底燒瓶和沙棘籽油質(zhì)量，g。

(2) 總油含量的測定：采用堿性乙醚提取法[12]。

(3) 包埋率按式(2)計算：

(2)

式中：

C——包埋率，%；

m1——表面油含量，g；

m2——產(chǎn)品總油含量，g。

1.3.3 粒度的測定 取少量的沙棘籽油微膠囊溶解在40 ℃超純水中得到復(fù)原乳狀液，取100 μL復(fù)原乳狀液用超純水稀釋至5 mL，用激光粒度儀測定其平均粒徑及分布。

1.3.4 水分含量的測定 準(zhǔn)確稱取1 g微膠囊樣品于105 ℃的烘箱中重復(fù)干燥至前后2次質(zhì)量差不超過2 mg。干燥前后微膠囊樣品的質(zhì)量差即為樣品的水分含量。

1.3.5 溶解度的測定 參照文獻[13]修改如下：準(zhǔn)確稱取微膠囊樣品1 g 溶解于25 mL 蒸餾水中，并不停攪拌。將溶解的樣品轉(zhuǎn)入離心管中經(jīng)3 000 r/min離心10 min后，傾去上清液，加入少量蒸餾水，再次離心分離上清液，用少量蒸餾水將沉淀洗至已恒重的蒸發(fā)皿中，105 ℃干燥至恒重，前后質(zhì)量差即為樣品的溶解度。

1.3.6 DSC分析 稱取2.0 mg樣品置于鋁盒，用差示掃描量熱儀測定樣品的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度，掃描溫度-10～200 ℃，掃描速度10 ℃/min，空鋁盒作參比。

1.3.7 微觀結(jié)構(gòu)測定

(1) 表觀形態(tài)：采用環(huán)境掃描電鏡觀察。取少量沙棘籽油微膠囊撒在粘有導(dǎo)電膠帶的樣品臺上，去除多余的微膠囊后置于樣品室中，調(diào)整加速電壓為8 kV，放大3 000倍數(shù)對樣品進行表面結(jié)構(gòu)觀察。

(2) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)：采用激光共聚焦顯微鏡觀察。以FITC和Nile Red分別標(biāo)記酪朊酸鈉和沙棘籽油，根據(jù)配方制備熒光標(biāo)記的沙棘籽油微膠囊。將此沙棘籽油微膠囊樣品用石油醚分散后平鋪于載玻片上，分別在490，512 nm的激發(fā)光下通過斷層掃描法觀察微膠囊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)[1]。

1.3.8 脂肪酸含量的測定 稱取5 g微膠囊置于150 mL錐形瓶中，加入50 mL石油醚，超聲振蕩10 min，過濾，再用20 mL 石油醚洗滌濾渣2次，最后將濾液45 ℃旋蒸回收石油醚得到油脂。脂肪酸甲酯化方法及色譜條件設(shè)置參考文獻[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 沙棘籽油微膠囊性質(zhì)分析

壁材的選擇對微膠囊的包埋率和穩(wěn)定性有重要的影響。3種壁材制備的沙棘籽油微膠囊產(chǎn)品的表面油、包埋率、粒徑、分散系數(shù)、水分含量及溶解度的結(jié)果見表2。由表2可知：

(1) CAS/MD復(fù)合壁材制備的樣品表面油含量最低，其包埋率最高，可達96.81%，與Ixtaina等[15]用酪朊酸鈉和乳糖復(fù)配作為壁材包埋芡歐鼠尾草精油的效果相近。以O(shè)SA/MD復(fù)合壁材制備的微膠囊包埋率為92.75%，而以WPI/GA/MD為壁材制備的微膠囊產(chǎn)品包埋率略低，是由于乳清濃縮蛋白的乳化性比酪朊酸鈉低，此外，由于阿拉伯膠中存在2%左右的蛋白片段，使其具有一定的乳化性[16]，在乳狀液形成過程中，阿拉伯膠與乳清分離蛋白在油滴表面發(fā)生競爭性吸附，也可能導(dǎo)致乳液穩(wěn)定性降低而包埋率下降。

表2 不同配方沙棘籽油微膠囊性質(zhì)的比較?

? 同列相同字母表示無顯著性差異(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P≤0.05)。

(2) 以CAS/MD為壁材制備的樣品粒徑及分散系數(shù)較小，乳液穩(wěn)定性高。

(3) 不同配方制備的微膠囊水分含量并沒有顯著性差異(P>0.05)。有研究[5,7]表明，乳狀液的固形物含量及噴霧干燥的條件與微膠囊的水分含量有關(guān)。在沙棘籽油微膠囊的制備過程中，由于所有樣品的干燥條件一致，水分充分蒸發(fā)，所有樣品中水分含量均低于干燥固體粉末水分含量的最大限度(3%～4%)，因此，可以保證微膠囊在貨架期內(nèi)的穩(wěn)定性，有利于產(chǎn)品的長期儲藏。

(4) 不同配方的微膠囊樣品均顯示出較高的溶解度，并且無顯著性差異(P>0.05)，是因為所使用的微膠囊壁材均具有很好的水溶性，提高了微膠囊產(chǎn)品的溶解度，有利于沙棘籽油微膠囊在各種食品配方中的應(yīng)用。此外，Regiane等[17]研究發(fā)現(xiàn)，溶解度還與微膠囊的油脂載量有關(guān)，隨著芯材油脂濃度的增大，疏水性也增加，在溶解的過程中，與水相的相互作用減少，可能導(dǎo)致溶解度降低。

2.2 熱穩(wěn)定性分析

由圖1可知，沙棘籽油微膠囊在69.02 ℃發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變。這表明在室溫條件下沙棘籽油微膠囊能夠保持穩(wěn)定的玻璃態(tài)，該狀態(tài)下微膠囊的分子流動阻力和分子黏度都較大，整個體系分子擴散速率以及分子間反應(yīng)速率很小，形態(tài)結(jié)構(gòu)未發(fā)生變化，囊壁通透性小，從而保證了微膠囊芯材物質(zhì)性質(zhì)的穩(wěn)定，其營養(yǎng)成分也得到有效的保護。由此可見，沙棘籽油微膠囊表現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性。

圖1 沙棘籽油微膠囊的DSC分析圖

Figure 1 Differential scanning calorimetry analysis of sea-buckthorn seed oil microcapsules

2.3 脂肪酸含量的變化

由表3可知，沙棘籽油主要脂肪酸組成為棕櫚酸、硬脂酸、棕櫚油酸、油酸、亞油酸、α-亞麻酸。其中多不飽和脂肪酸亞油酸和α-亞麻酸的含量均比較高。經(jīng)過噴霧干燥微膠囊化后，不飽和脂肪酸的相對含量略有降低，但變化不大，表明高壓均質(zhì)及噴霧干燥等制備過程對沙棘籽油中的脂肪酸組分及相對含量基本沒有影響，采用噴霧干燥法制備的沙棘籽油微膠囊可以有效地保護沙棘籽油中的營養(yǎng)物質(zhì)。

2.4 微觀形態(tài)分析

2.4.1 SEM分析 由圖2可知，3種微膠囊均呈球形，其中以CAS/MD、OSA/MD 2種壁材制備的微膠囊表面光滑，無明顯的孔洞和破裂，具有較好的致密性。微膠囊結(jié)構(gòu)的完整性有利于保護油脂，延長產(chǎn)品的貨架期。以WPI/GA/MD為壁材制備的微膠囊部分表面粗糙且略有凹陷，但未發(fā)現(xiàn)明顯的破裂和空洞，可能是在噴霧干燥的冷卻階段，在高速率噴霧的情況下，液滴水分遷移，壁材的固化先于熱氣流，導(dǎo)致壁材不均勻收縮從而形成凹陷和褶皺[18]。

2.4.2 CLSM分析 為了驗證壁材的包埋效果，選擇包埋效果最佳的CAS/MD為壁材熒光標(biāo)記后的沙棘籽油微膠囊群體和個體進行激光共聚焦掃描見圖3。被Nile Red標(biāo)記的沙棘籽油在512 nm的激發(fā)光下呈現(xiàn)紅色，經(jīng)FITC標(biāo)記的CAS在488 nm的激發(fā)光下呈現(xiàn)綠色。由圖3可知，微膠囊呈球形，單核結(jié)構(gòu)，沙棘籽油分布在酪朊酸鈉與麥芽糊精形成的囊壁結(jié)構(gòu)中心，并完全被截留于囊壁結(jié)構(gòu)所包圍的腔體內(nèi)部。研究[19]顯示，這種核殼結(jié)構(gòu)有利于提高微膠囊的載油量和包埋率，此外微膠囊壁厚度也較為均一，囊壁結(jié)構(gòu)具有一定的機械強度和致密性，有利于保護芯材物質(zhì)，提高微膠囊的氧化穩(wěn)定性。

圖2 3種復(fù)合壁材制備沙棘籽油微膠囊的表面結(jié)構(gòu)

Figure 2 Outer structure of microcapsule of sea-buckthorn seed oil with different wall materials (×3 000)

表3 微膠囊化前后沙棘籽油微膠囊脂肪酸含量的變化?

? SFA為飽和脂肪酸，MUFA為單不飽和脂肪酸，PUFA為多不飽和脂肪酸；同行相同字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同字母表示差異顯著(P≤0.05)。

圖3 沙棘籽油微膠囊群體及個體激光共聚焦圖片

3 結(jié)論

研究制備了以CAS/MD、OSA/MD、WPI/GA/MD為壁材的3種沙棘籽油微膠囊，通過測定和比較微膠囊的性質(zhì)及結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)以CAS/MD為壁材制備的微膠囊表面油含量較低，包埋率高，平均粒徑較小，分布均勻，水分含量低，溶解度高，熱穩(wěn)定性良好；通過對3種配方制備的微膠囊的SEM觀察分析，表明CAS/MD、OSA/MD 2種壁材制備的微膠囊表面光滑，沒有出現(xiàn)孔洞或裂縫現(xiàn)象，且CAS/MD的包埋效果優(yōu)于OSA/MD；氣相色譜法分析脂肪酸，表明噴霧干燥制備過程未對沙棘籽油的脂肪酸組分產(chǎn)生影響，可以有效地保護油脂的功能特性和營養(yǎng)價值。該研究結(jié)果可為沙棘籽油在食品領(lǐng)域的開發(fā)和應(yīng)用提供理論依據(jù)，但微膠囊的抗氧化性、耐熱耐冷性等還需進一步研究。

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Preparation and properties of spray dried sea-buckthorn seed oil microcapsules

LIU Guang-xian1,2ZHOUJin-ying1ZHUShui-lan1XIONGHui-wei1FENGJian-xiong1

(1.JiangxiAcademyofAgriculturalSciences,Nanchang,Jiangxi330200,China;2.JiangxiNormalUniversity,Nanchang,Jiangxi330022,China)

10.13652/j.issn.1003-5788.2017.08.042

江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年基金(編號：2015CQN002)；江西省科技計劃(編號：20151BBF60021)

劉光憲，男，江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院助理研究員，江西師范大學(xué)在讀博士研究生。

馮健雄(1963—)，男，江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員，學(xué)士。 E-mail: fjx630320@163.com

2017—06—05