雞肉香味料微膠囊包埋技術(shù)

崔海輝，諶迪，張子睿，吳清盛，茅小燕，盧文靜，唐宏剛，孟祥河， 肖朝耿*，劉雪峰，張建成

(1.浙江育英職業(yè)技術(shù)學院，浙江 杭州 310018； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學院 食品科學研究所，浙江 杭州 310021； 3.浙江工業(yè)大學 海洋學院，浙江 杭州 310014； 4.浙江農(nóng)道食品有限公司，浙江 建德 310000； 5.杭州耐雀生物科技有限公司，浙江 杭州 310000)

微膠囊化是將一種物質(zhì)包埋至另一種壁材物質(zhì)內(nèi)部，從而產(chǎn)生納米級別(納米膠囊化)、微米級別(微米膠囊化)、毫米級別(毫米膠囊化)尺寸大小微粒的過程。被膠囊包被的物質(zhì)，可以被稱為芯材，能夠包埋活性試劑的物質(zhì)稱為壁材。微膠囊技術(shù)具有以下優(yōu)點[1]：膠囊化可通過減少其對外界環(huán)境的反應(例如熱量、濕度、空氣和光線)來保護芯材不受降解；減緩由于外界環(huán)境導致的芯材的汽化或轉(zhuǎn)化率降低；可改變原始材料的物理特性以便于處理；產(chǎn)品可在一段時間內(nèi)緩慢釋放，也可在某一特定刺激下集中釋放；芯材的味道可以被掩蓋；少量芯材可以被稀釋使用，但在宿主材料中仍能均勻分散；可被用來分離混合物中的組分，防止相互反應。

膠囊化已廣泛用于色素、香料、維生素和其他敏感性的食品成分，以增加其保質(zhì)期[2]。噴霧干燥是一種常用的制備微膠囊的方法，首先壁材、芯材混合形成乳化液，經(jīng)過前處理的乳化液被送入噴霧干燥器，在高溫高壓下形成粒徑微小的噴霧干燥微膠囊。噴霧干燥可將壁材中的水迅速蒸發(fā)出去，保證芯材不會被高溫所破壞，由于干燥速度快，操作簡單，產(chǎn)物分離簡單，可進行連續(xù)生產(chǎn)。

噴霧干燥過程中可使用不同類型的包埋劑：碳水化合物(變性淀粉、麥芽糊精、阿拉伯膠)、脂類(硬脂酸、單、雙甘油酯)和蛋白質(zhì)(明膠、酪蛋白、大豆分類蛋白)。孫愛蘭等[3]用噴霧干燥制備香味料微膠囊，選擇殼聚糖作為壁材，通過單因素及正交試驗研究壁材濃度、乳化劑用量、芯壁比例等對微膠囊化效果的影響，確定了最佳工藝條件。羅斌等[4]將鴨血雞肉肽、單甘脂以一定比例溶解于大豆油中作為芯材，輔以酪蛋白和麥芽糊精的混合物為壁材，通過動態(tài)超高壓微射流處理混合乳狀液，再進行噴霧干燥得到鴨血雞肉香味料微膠囊。葛艷蕊等[5]將玫瑰香味料與適量乳化劑和蒸餾水混合后快速均質(zhì)乳化，加熱并且加入β-環(huán)糊精，繼續(xù)攪拌，在一定溫度下包埋一定時間，微膠囊從溶液中析出后，分離干燥粉碎得到粉末狀的固體香味料微膠囊。

在食品工業(yè)中，雞肉香味料常用來增加食品香味，但因受環(huán)境影響，香味在食品加工貯藏過程中極易散失，主要是受溫度、光照、濕度等條件影響。微膠囊技術(shù)能提升多數(shù)風味物質(zhì)的利用率，而且可使那些由于條件限制不能被利用的物質(zhì)應用于食品工業(yè)。在碳水化合物類壁材中，像變性淀粉、β-環(huán)糊精和麥芽糊精等是常用壁材。碳水化合物安全無毒易降解，不污染環(huán)境，用途極廣。變性淀粉和麥芽糊精是兩種優(yōu)良的賦形劑，易制成膜、纖維、球粒及粉末和溶液[6]。因故旨在利用微膠囊技術(shù)輔以變性淀粉、麥芽糊精等包埋劑，最大程度地保護和保持食品中的風味。

本文主要是以噴霧干燥法制備雞肉香味料微膠囊，最終對微膠囊的理化性質(zhì)進行研究，對于微膠囊進行微膠囊效率評價[7]。微膠囊效率指產(chǎn)品微膠囊中測得的被包埋的芯材含量與微膠囊產(chǎn)品中總的芯材含量之比，是衡量微膠囊包埋效果的重要指標，反映有多少芯材物質(zhì)未被包埋而留在微膠囊產(chǎn)品的表面，是評價微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標[7]。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗原料為變性淀粉(柯瑞納(上海)貿(mào)易有限公司)和麥芽糊精(山東西王食品有限公司)；試驗試劑有石油醚、乙醚、三醋酸甘油酯(上海凌峰化學試劑有限公司)。

儀器設備。ALB-224電子天平(賽多利斯科學儀器(北京)有限公司)，KF6102電子天平(浙江凱豐集團有限公司)，計重電子天平(福州倉山衡展儀器有限公司)，85-2型數(shù)顯恒溫磁力攪拌器(金壇市江南儀器廠)，T18-BASIC高速分散機(艾卡(廣州)儀器設備有限公司)，SD-BASIC噴霧干燥機(英國LabPlant公司)，AH110D納米均質(zhì)機(安拓思納米技術(shù)(蘇州)有限公司)，DK-8D數(shù)顯恒溫水浴鍋(江蘇金怡儀器科技有限公司)，SER148索氏抽提器(北京盈盛恒泰科技有限責任公司)，HC103水分測定儀(梅特勒-托利多(上海)有限公司)。

1.2 試驗工藝流程

乳化。將去離子水加熱至60～70 ℃，開啟恒溫攪拌器后緩緩將變性淀粉和麥芽糊精溶解于其中。繼續(xù)加熱至75～80 ℃，直至形成均勻分散的淀粉乳，然后將溶液冷卻至20～30 ℃。將實驗室制備的雞肉香味料以1∶4的比例完全溶解至三醋酸甘油酯中，并緩慢加入到淀粉乳中，攪拌至分散均勻。

剪切均質(zhì)。將乳化液過高速分散攪拌機2～3次，將剪切后的溶液過均質(zhì)機2次，均質(zhì)壓力為170/40 bar，控制溫度(<30 ℃)后進行噴霧干燥。

噴霧干燥?？刂屏弦旱倪M料溫度、噴霧干燥機的噴射壓力。進風溫度為170～190 ℃，出風溫度為85 ℃，料液通過噴霧干燥機干燥，得到產(chǎn)品雞肉香味料微膠囊。

1.3 測定方法

1.3.1 微膠囊的表征

包埋率測定(油含量的測定)。表面油及總油的測定參考劉紹明[8]的方法并稍作修改。準確稱取3.00 g樣品，置于樣品筒中，用意大利SER-148抽提設備抽提其中的脂肪，將接收瓶在105 ℃下烘干，通過作差法測定油脂重量為其總油。總油含量為總油重與樣品微膠囊總重之比[9]。同理，準確稱取3.00 g樣品，置于錐形瓶中，加人乙醚浸泡提取5 min后，用濾紙過濾樣品，并用乙醚洗滌錐形瓶和濾渣，收集濾渣置入樣品筒中，用SER-148設備抽提其中的脂肪，將接收瓶在105 ℃下烘干，通過作差法測定油脂的重量為其包埋油。包埋油含量為包埋油重與樣品微膠囊總重之比[9]?？赏ㄟ^表面油及總油含量計算微膠囊的包埋率。

水分含量的測定。微膠囊樣品的水分含量采用梅特勒托利多水分儀測定。將1.3～1.7 g樣品微膠囊放置于儀器中，儀器自動加熱至105 ℃烘干水分，并且自動測量樣品的減重，所得減重百分比即為樣品的水分含量。

掃描電鏡SEM。參考孫忠于等[10]的方法，通過掃描電鏡觀察微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)。由于微膠囊樣品的粒徑較大，故可以利用直接分散法固定樣品[11]。在SEM載物臺上粘上雙面黑炭導電膠，借助牙簽將被測樣品顆粒直接分散在上面，用洗耳球輕吹試樣，除去附著的和未牢固固定的顆粒。撕開中間粘附樣品的兩條膠帶以制備微膠囊斷面。將樣品放入濺射鍍膜儀中噴金，接著將試樣臺放入掃描電鏡中，在加速電壓15 kV下觀察微膠囊的形態(tài)、粒徑和囊壁厚度。

1.3.2 噴霧干燥工藝單因素篩選

壁材配比(變性淀粉與麥芽糊精比例)。令固形物含量為30%，壁材∶芯材質(zhì)量比為4∶1，分別令變性淀粉與麥芽糊精的質(zhì)量比為1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1，剪切、均值后噴霧干燥，測定微膠囊的包埋率，確定最佳壁材配比。

壁芯比。令固形物含量為30%，選擇壁材配比中確定的最佳質(zhì)量比，分別令壁材∶芯材的質(zhì)量比為6∶1、5∶1、4∶1、3∶1、2∶1，剪切、均值后噴霧干燥，測定微膠囊的包埋率，確定最佳壁芯比。

進風溫度。令固形物含量為30%，選擇壁材配比和壁芯比中最佳質(zhì)量比與壁芯比，分別令進風溫度為170 ℃、175 ℃、180 ℃、185 ℃、190 ℃，剪切、均值后噴霧干燥，測定微膠囊的包埋率，確定最佳進風溫度。

1.3.3 正交試驗優(yōu)化噴霧干燥工藝

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，通過正交試驗對雞肉香味料微膠囊的制備配方進行優(yōu)化，選取3個顯著的因素：改性淀粉與麥芽糊精配比(A，1～3水平分別為1∶1、2∶1、3∶1)、壁材與芯材配比(B，1～3水平分別為2∶1、3∶1、4∶1)、進風溫度(C，1～3水平分別為170、180、190 ℃)，以包埋率為指標。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Design Expert 8.05 b軟件設計并分析響應面試驗數(shù)據(jù)對模型擬合的顯著性。在顯著性檢驗中，P<0.05為差異顯著，P<0.01為差異極顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素的影響

2.1.1 壁材配比微膠囊包埋效率的影響

變性淀粉溶液的粘度低，易成膜，同時具有較好的乳化性，是一種理想的壁材，但由其構(gòu)成壁材的微膠囊難以在水中溶解。倘若變性淀粉與其他水溶性壁材以一定的比例混合作為復合壁材，則可以解決壁材溶解性的問題。麥芽糊精的水溶性好，它和變性淀粉復合可極大提高壁材的水溶性，從而提高包埋效率。

在噴霧干燥的工藝條件下，令變性淀粉和麥芽糊精的比例分別為1∶3、1∶2、1∶1、2∶1、3∶1，而固定其他的試驗條件不變。

圖1 變性淀粉和麥芽糊精比例對雞肉香味料 微膠囊包埋率的影響

由圖1可知，雞肉香味料微膠囊的包埋率隨著變性淀粉比例的增加而增加，這是由于變性淀粉成膜性好，當壁材配比為2∶1時，包埋效率達到最大值，繼續(xù)提高變性淀粉的比例，包埋率則開始下降，可能是隨著變性淀粉的增加，壁材的溶解性能下降所造成。綜上可知，變性淀粉∶麥芽糊精=2∶1為最佳配比。

2.1.2 壁芯比對雞肉香味料微膠囊效果的影響

芯材與壁材形成乳化液，而乳化情況對芯材的包埋有很大影響。本試驗的芯材為液體雞肉香味料。

由圖2可知，當芯材∶壁材為3∶1時，微膠囊的包埋效率最高。如果芯材的含量過高，壁材無法將其完全包埋，從而減少芯材的包埋量，即降低微膠囊的包埋率。同時，微膠囊的表面會產(chǎn)生粘連，降低微膠囊的流動性。如果壁材的添加量過大，則會導致微膠囊中芯材的含量相對減少，噴霧干燥后形成較多的壁材微膠囊，沒有實際意義，且雖然隨著壁材的增加，溶液的乳化性會增大，但當溶液濃度增加時，溶液的稠度會增加，乳化液體不穩(wěn)定。故選擇芯材雞肉香味料和壁材的比率為3∶1為最佳工藝條件。

圖2 壁芯比對雞肉香味料微膠囊包埋率的影響

2.1.3 進風溫度對雞肉香味料微膠囊效果的影響

噴霧干燥生產(chǎn)微膠囊的工藝中，噴霧干燥的進風溫度對微膠囊的干燥速率有直接作用，最終產(chǎn)品的水分含量也和進風溫度有關(guān)，影響微膠囊的顆粒結(jié)構(gòu)。倘若微膠囊水分含量過低，表面結(jié)構(gòu)疏松，則會降低其緩釋性和對芯材的保護能力。

由圖3可知，進風溫度對雞肉香味料微膠囊的包埋率有較大影響。進風溫度較低時，溶液干燥速度慢，水分殘留在產(chǎn)品微膠囊中，則微膠囊強度低，不能完全包埋芯材。并且由于高水分含量導致噴霧時容易沾壁，會降低微膠囊的產(chǎn)率。隨著進風口溫度的升高，微膠囊的包埋率提高。當進風口溫度為180 ℃時，微膠囊的包埋率最高，此時霧滴中的水分能被迅速蒸發(fā)，壁材的成膜速度增加，微膠囊表面的膜能阻止芯材與高溫的直接接觸，減少了芯材的損失。若再進一步提高進風溫度，則水分含量喪失過多，使微膠囊表面干燥開裂，造成芯材損失，包埋率降低。

圖3 進風溫度對雞肉香味料微膠囊包埋率的影響

2.2 多因素的優(yōu)化

由表1可知，極差值比較結(jié)果為B>A>C，即壁芯比對微膠囊的包埋率的影響在三者之中最大；其次是壁材的復配比例，進風溫度對包埋效率的影響最小。得到的最佳組合為A2B2C3，即在變性淀粉和麥芽糊精的比值為2∶1、壁材和芯材的比值為3∶1、進風口的溫度為190 ℃時，微膠囊的包埋效率達到最高87.5%。

表1 多因素正交試驗的包埋率

2.3 微觀結(jié)構(gòu)觀察

通過電鏡掃描觀察微膠囊外部結(jié)構(gòu)。由圖4可知，經(jīng)過噴霧干燥制備的雞肉香味料微膠囊個體大部分為圓球形，表面雖然皺縮成豌豆狀，但無破裂和滲漏等現(xiàn)象，直徑為10～40 μm，說明微膠囊的制備配方合理、干燥效果較好。然而觀察到大多數(shù)微膠囊表面有向內(nèi)皺縮形成的皺紋，這與Klinkesorn等[12]報道一致，故認為這是由于第一次干燥過程中液滴不同部位干燥不均導致機械應力的結(jié)果。同時，為改善微膠囊的粒徑分布均勻情況，可能需要改變?nèi)闋钜旱奈锢硇誀?。Reineccius等[13]研究表明，更粘稠的乳狀液會產(chǎn)生更大的液滴尺寸，在這種情況下，由于顆粒固體含量高，因此顆粒很快干燥，可以更早形成顆粒結(jié)構(gòu)，并防止任何收縮。改變?nèi)闋钜盒誀畹姆椒ǔ淖內(nèi)芤号浔韧?，還可改變剪切和均質(zhì)的條件。

A、B、C、D分別為放大800，800，3 000，4 000倍圖4 微膠囊電鏡掃描照片

3 小結(jié)

本文選用了變性淀粉和麥芽糊精作為壁材，以雞肉香味料為芯材進行乳化均質(zhì)，最后噴霧干燥得雞肉香味料微膠囊。各反應因素對噴霧干燥制備雞肉香味料微膠囊的影響程度由大到小為壁芯比>壁材配比>進風溫度。以包埋率的最大值為優(yōu)化目標，微膠囊制備的優(yōu)化工藝條件為變性淀粉∶麥芽糊精為2∶1、壁芯比為3∶1、進風溫度為190 ℃，此時微膠囊的包埋率為87.5%。在優(yōu)化工藝條件下經(jīng)過噴霧干燥制備的雞肉香味料微膠囊個體大部分為圓球形，表面雖然皺縮成豌豆狀，但無破裂和滲漏等現(xiàn)象，直徑為10～40 μm，說明微膠囊的制備配方合理、干燥效果較好。