光皮梾木籽油微膠囊化及其制品的理化性質(zhì)

李 斌 許 彬 程 爽 張?chǎng)析?/p>

(南陽(yáng)理工學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院;河南省工業(yè)微生物資源與發(fā)酵技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南陽(yáng) 473004)

微膠囊化技術(shù)是利用天然的或者合成的高分子成膜材料作為壁材，把分散的固態(tài)物質(zhì)、液體甚至氣體作為芯材完全包埋起來，使之形成具有密封或半透性囊膜的微型顆粒的技術(shù)［1］。微膠囊可以保護(hù)芯材物質(zhì)免受外界環(huán)境的不良影響，掩蓋芯材的氣味、改善其顏色和味道，降低其潛在毒性，改變芯材性能，使其表現(xiàn)出不同的理化性質(zhì)，降低揮發(fā)性物質(zhì)在儲(chǔ)藏過程中的損失，并且能控制其釋放，還可以在一個(gè)系統(tǒng)中分別包埋混合后會(huì)失效的化合物。因此，微膠囊化技術(shù)可廣泛地應(yīng)用在食品、醫(yī)學(xué)、農(nóng)藥、化妝品等多個(gè)領(lǐng)域［2－4］。

光皮梾木(Cornus Wilsoniana)屬山茱萸科梾木屬植物，它是一種野生的木本油料樹種，生態(tài)適應(yīng)性廣，具有深根性、萌芽力強(qiáng)、速生等特點(diǎn)，適宜在貧瘠干旱的丘陵山地和非耕地生長(zhǎng)。種籽中不飽和脂肪酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90.25% ～91.29%高于果肉中不飽和脂肪酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為76.16% ～79.72%，種籽中多不飽和脂肪酸總量高于單不飽和脂肪酸，果肉則相反［5］。光皮梾木籽油含有油酸、亞油酸、抗氧化色素(如β－胡蘿卜素)、維生素E等，其中油酸和亞油酸的比例適當(dāng)，各占總不飽和酸的30%左右［6］。正是由于其不飽和脂肪酸的含量較高，使其具有一定的醫(yī)療保健作用，經(jīng)臨床應(yīng)用能夠在一定程度上預(yù)防和降低高血脂癥、冠心病、高血壓等心血管疾病的發(fā)病率［7］。用合適的壁材包埋油脂，通過微膠囊化技術(shù)，不僅能保持油脂原有的特性和功能，又能彌補(bǔ)其不足，提高抗氧化穩(wěn)定性，延長(zhǎng)油脂的保質(zhì)期;改善了其對(duì)水的溶解性和乳化能力;在加工中易與其他粉狀的原料混合，簡(jiǎn)化加工工序［8］。2013年國(guó)家批準(zhǔn)光皮梾木油為新食品原料。目前對(duì)光皮梾木籽油的研究更多的是對(duì)籽油成分的研究，通過對(duì)光皮梾木籽油微膠囊工藝的研究，為光皮梾木籽油的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

光皮梾木籽:采自河南省南陽(yáng)市南召縣石門鄉(xiāng)竹園村;麥芽糊精、大豆分離蛋白、大豆卵磷脂:食品級(jí);石油醚(沸程30～60℃)、無水乙醇、丙酮:分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SC5+1L超臨界CO2萃取裝置;FW－100高速萬能粉碎機(jī);ZILI－8－100實(shí)驗(yàn)型高壓均質(zhì)機(jī);YC－015實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)。

1.3 方法

1.3.1 超臨界CO2萃取光皮梾木籽油

稱取一定量光皮梾木籽粉末裝于萃取器中，萃取壓力40 MPa，萃取溫度45℃，CO2流速30 L/h，萃取時(shí)間 120 min，得光皮梾木籽油［9］。

1.3.2 光皮梾木籽油的品質(zhì)測(cè)定

1.3.2.1 透明度、氣味、滋味的鑒定

按照GB/T 5525—2008植物油脂透明度、氣味、滋味鑒定法［10］。

1.3.2.2 油脂水分及揮發(fā)物的測(cè)定

按照GB 5009.236—2016動(dòng)植物油脂水分及揮發(fā)物的測(cè)定［11］。

1.3.2.3 酸價(jià)的測(cè)定

按照 GB 5009.229—2016食品中酸價(jià)的測(cè)定［12］。

1.3.2.4 過氧化值的測(cè)定

按照GB 5009.227—2016食品中過氧化值的測(cè)定［13］。

1.3.2.5 不溶性雜質(zhì)含量的測(cè)定

按照GB/T 15688—2008動(dòng)植物油脂不溶性雜志含量的測(cè)定［14］。

1.3.2.6 砷含量的測(cè)定

按照GB 2009.11—2014食品中總砷及無機(jī)砷的測(cè)定［15］。

1.3.3 光皮梾木籽油微膠囊制備

按比例準(zhǔn)確稱取一定量的大豆分離蛋白和麥芽糊精(大豆分離蛋白和麥芽糊精的質(zhì)量比為1∶1)作為復(fù)合壁材，溶入60℃蒸餾水中，攪拌均勻，加入芯材(光皮梾木籽油)和乳化劑(大豆卵磷脂)，50℃ 800 r/min攪拌均勻，形成穩(wěn)定乳狀液后，均質(zhì)(壓力40 MPa)，進(jìn)行噴霧干燥，即得光皮梾木籽油微膠囊［16］。

1.3.4 包埋率的計(jì)算

稱取2 g光皮梾木籽油微膠囊于試管中，用50 mL正己烷分3次加入到試管中，每次渦旋混合2 min，過濾，合并濾液于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)圓底燒瓶中，50℃下蒸干溶劑，計(jì)算燒瓶前后質(zhì)量差即為微膠囊的表面油含量［17］。

稱取2 g光皮梾木籽油微膠囊樣品，反復(fù)研磨后，以石油醚作溶劑，用索式抽提法測(cè)定微膠囊的總油量。

包埋率=(總油量 －表面油含量)/總油量 ×100%

1.3.5 單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用1.3.2的方法制備光皮梾木籽油微膠囊，分別考察復(fù)合壁材含量(5%、10%、15%、20%、25%)、芯材與壁材的配比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)、乳化劑添加量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)及進(jìn)風(fēng)溫度(150、160、170、180、190 ℃)對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化效果的影響，以包埋率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1.3.6 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以復(fù)合壁材含量、芯材與壁材的配比、乳化劑添加量、進(jìn)風(fēng)溫度為4個(gè)因素，各取3個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。采用L9(34)正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)(正交試驗(yàn)的因素和水平見表1)，并以包埋率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算得到最優(yōu)工藝條件，并在該條件下重復(fù)3次實(shí)驗(yàn)。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.3.7 光皮梾木籽油微膠囊的理化性質(zhì)測(cè)定

1.3.7.1 水分含量的測(cè)定

精確稱量微膠囊2 g于鋁盒中，在105℃烘箱中干燥4～6 h 至恒重，稱重［17］。

水分含量=(烘干前微膠囊質(zhì)量－烘干后微膠囊質(zhì)量)/烘干前微膠囊質(zhì)量×100%

1.3.7.2 溶解性的測(cè)定

取微膠囊粉末0.5 g置于150 mL、50℃恒溫蒸餾水中，攪拌，計(jì)算微膠囊完全溶解的時(shí)間［17］。

1.3.7.3 休止角的測(cè)定

固定一個(gè)漏斗于鐵架臺(tái)上，向漏洞中加入光皮梾木籽油微膠囊粉末，計(jì)算微膠囊形成的堆與水平面的夾角即為休止角［17］。

1.3.7.4 堆密度的測(cè)定

將一定量的光皮梾木籽油微膠囊倒入25 mL量筒中，記錄單位體積微膠囊產(chǎn)品的重量［17］。

2 結(jié)果與分析

2.1 超臨界CO2萃取光皮梾木籽油的品質(zhì)測(cè)定

由表2可知，超臨界CO2萃取法提取的光皮梾木籽油的油脂品質(zhì)符合食用植物原油的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

表2 超臨界CO2萃取法提取的油脂品質(zhì)

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)分析

2.2.1 復(fù)合壁材含量對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響

在60℃蒸餾水中分別加入5%、10%、15%、20%、25%的復(fù)合壁材，攪拌均勻，加入芯材(芯材與壁材的配比為1∶3)和2.0%乳化劑，50℃ 800 r/min攪拌均勻，均質(zhì)，進(jìn)行噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度180℃，出風(fēng)溫度80℃，進(jìn)料速度25 mL/min)，以包埋率為指標(biāo)，考察復(fù)合壁材含量對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 復(fù)合壁材含量、芯材與壁材的配比、乳化劑添加量和進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)包埋率的影響

由圖1可知，隨著復(fù)合壁材含量的增加，光皮梾木籽油微膠囊包埋率逐漸增大，當(dāng)復(fù)合壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到15%時(shí)，包埋率可達(dá)82.56%，其后，隨著復(fù)合壁材含量的進(jìn)一步增加，包埋率開始下降。這是因?yàn)閺?fù)合壁材含量過低，所形成的乳液中水分含量較高，不利于噴霧干燥造粒;如果復(fù)合壁材含量過高，體系中固形物含量過高，乳液黏度過大，流動(dòng)性變差，不利于均質(zhì)乳化，也容易堵塞噴霧干燥機(jī)的噴頭，不利于噴霧干燥造粒［16］。

2.2.2 芯材與壁材的配比對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響

在60℃蒸餾水中加入10%的復(fù)合壁材，攪拌均勻，加入2.0%乳化劑和芯材(芯材與壁材的配比分別為 1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)，50 ℃ 800 r/min 攪拌均勻，均質(zhì)，進(jìn)行噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度180℃，出風(fēng)溫度80℃，進(jìn)料速度25 mL/min)，以包埋率為指標(biāo)，考察芯材與壁材的配比對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，隨著壁材含量的增加微膠囊包埋率逐漸升高，這是因?yàn)楸诓暮吭黾尤闋钜吼ざ仍黾樱兄谔岣呷闋钜悍€(wěn)定性，干燥后囊壁殼厚、空隙小致密且能增加微膠囊粒徑，延長(zhǎng)儲(chǔ)存期［20］。但是壁材含量過高，微膠囊表面吸附的油脂就多，包埋率反而下降;而且壁材含量過高會(huì)使乳液黏度過大，流動(dòng)性變差，霧化速度變低，油脂的損失增大，也會(huì)降低微膠囊的包埋率。

2.2.3 乳化劑添加量對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響

在60℃蒸餾水中加入10%的復(fù)合壁材，攪拌均勻，加入芯材(芯材與壁材的配比為1∶3)和乳化劑(乳化劑添加量分別是 1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)，50℃ 800 r/min攪拌均勻，均質(zhì)，進(jìn)行噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度180℃，出風(fēng)溫度80℃，進(jìn)料速度25 mL/min)，以包埋率為指標(biāo)，考察乳化劑添加量對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

乳化劑大豆卵磷脂具有親脂性，經(jīng)過充分?jǐn)嚢瑁贵w系形成油/水型乳濁液，減小了兩相的界面張

力，降低了形成乳狀液的能量［16］。由圖1可知，隨著大豆卵磷脂添加量的增加，光皮梾木籽油微膠囊的包埋率也隨之增大。當(dāng)其添加量達(dá)到2.0%時(shí)，微膠囊的包埋率可達(dá)到81.56%。當(dāng)乳化劑濃度超過2.0%時(shí)，光皮梾木籽油微膠囊的包埋率趨于穩(wěn)定。

2.2.4 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響

在60℃蒸餾水中加入10%的復(fù)合壁材，攪拌均勻，加入芯材(芯材與壁材的配比為1∶3)和2.0%乳化劑，50℃ 800 r/min攪拌均勻，均質(zhì)，進(jìn)行噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度分別是 150、160、170、180、190 ℃，出風(fēng)溫度80℃，進(jìn)料速度25 mL/min)，以包埋率為指標(biāo)，考察進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)光皮梾木籽油微膠囊化的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。隨著進(jìn)風(fēng)溫度的上升，微膠囊的包埋率逐漸增大，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度達(dá)到170℃時(shí)，包埋率為83.43%。這是因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)溫度的上升，使體系中的水分快速蒸發(fā)，在霧化后的水包油基團(tuán)表面快速形成微膠囊壁。微膠囊壁形成后，對(duì)油脂起到包裹作用，可防止油脂對(duì)外擴(kuò)散，所以包埋率上升。但是當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度進(jìn)一步上升，包埋率增長(zhǎng)緩慢甚至開始下降，這是因?yàn)檫M(jìn)風(fēng)溫度過高，水分蒸發(fā)過于迅速，導(dǎo)致部分微膠囊的囊壁破裂，油脂外逸，微膠囊表面油脂量增加，包埋率下降。

2.3 光皮梾木籽油微膠囊化條件的優(yōu)化

從表3中可以看出影響光皮梾木籽油微膠囊化的實(shí)驗(yàn)因素大小依次為A＞C＞B＞D，分別為復(fù)合壁材含量、乳化劑添加量、芯材與壁材的配比、進(jìn)風(fēng)溫度。從正交實(shí)驗(yàn)中可以得到各實(shí)驗(yàn)因素的最優(yōu)組合為A2B2C3D3，即復(fù)合壁材含量15%、芯材與壁材的配比1∶4、乳化劑添加量2.5%、進(jìn)風(fēng)溫度180℃。在最優(yōu)組合條件下，做3次驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別為:85.16%、85.23%、85.26%，平均包埋率為(85.22±0.05)%，大于 9組實(shí)驗(yàn)中的任一組合，為最佳組合。結(jié)果表明此次正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠穩(wěn)定，可以采用。

表3 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 光皮梾木籽油微膠囊的理化性質(zhì)測(cè)定

噴霧干燥微膠囊呈粉末狀、乳白色、顆粒細(xì)小。通常休止角在30°～45°表明流動(dòng)性較好，光皮梾木籽油微膠囊休止角均小于45°，表明流動(dòng)性較好。粉末具有較大的堆密度可以使其儲(chǔ)存在更小的容器中，減少粉末間空氣量、有助于防止氧化［17］。

表4 光皮梾木籽油微膠囊的理化性質(zhì)

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)采用超臨界CO2萃取光皮梾木籽油，采用用麥芽糊精和大豆分離蛋白作為微膠囊的復(fù)合壁材，大豆卵磷脂為乳化劑，采用噴霧干燥制備光皮梾木籽油微膠囊。在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過正交實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，得到噴霧干燥法制備光皮梾木籽油微膠囊的最佳工藝條件:復(fù)合壁材含量15%、芯材與壁材的配比1∶4、乳化劑添加量2.5%、進(jìn)風(fēng)溫度180℃。經(jīng)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)證明，采用該工藝參數(shù)所制備的光皮梾木籽油微膠囊的包埋率為(85.22 ±0.05)%。

通過本實(shí)驗(yàn)研究光皮梾木籽油微膠囊溶解性好，流動(dòng)性好，便于儲(chǔ)存，適合用于食品加工，加上其獨(dú)特優(yōu)異的生理保健功能，在食品行業(yè)有極大的開發(fā)潛力，同時(shí)也為南水北調(diào)中線水源地的貧瘠山地提供了一種既可保護(hù)生態(tài)，又可增加當(dāng)?shù)剞r(nóng)民收入的優(yōu)良樹種。