肉豆蔻精油微膠囊化及其穩(wěn)定性研究

吳邦富 董緒燕 鄧乾春 從仁懷 魏芳 陳洪 呂昕 臧茜茜 黃鳳洪

摘 要：目的：肉豆蔻精油因刺激性氣味及易揮發(fā)的特點限制了其在食品中的應用，為提高肉豆蔻精油的適用性，利用噴霧干燥技術制備肉豆蔻精油微膠囊。方法：以辛烯基琥珀酸淀粉酯/麥芽糊精（OSA/MD）為復合壁材制備微膠囊，采用氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）法測定了包埋前后肉豆蔻精油的成分組成及相對含量，并對微膠囊穩(wěn)定性進行考察。結果：制備的肉豆蔻精油微膠囊包埋率和保留率分別達到99.28%和88.15%，且40℃時保持穩(wěn)定。結論：以辛烯基琥珀酸淀粉酯/麥芽糊精（OSA/MD）為復合壁材，利用噴霧干燥技術制備肉豆蔻精油微膠囊包埋效果好，且穩(wěn)定性得到明顯提高。

關鍵詞：肉豆蔻精油;氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用;微膠囊;儲藏穩(wěn)定性

肉豆蔻作為一種藥食兩用的植物，在中醫(yī)中具有歸脾胃，溫中行氣，澀腸止瀉等功效，主要用于脾胃虛寒、久瀉不止、脘腹脹痛，食少嘔吐等癥[1]。同時，從肉豆蔻中提取的精油還是一種國際上應用廣泛的天然香料，被我國《食品安全國家標準食品添加劑使用標準》（GB 2760—2014）收錄作為允許使用的食品用天然香料，廣泛應用于各種烘焙食品、糖果、布丁、肉類、香腸、調(diào)料以及飲料等食品加工中[2]。另外，肉豆蔻精油具有良好的抑菌效果，可以作為高效、安全的天然食品防腐保鮮劑使用，應用前景廣泛[3]。但肉豆蔻及其精油具有刺激性氣味，穩(wěn)定性和水溶性差，在制劑中易揮發(fā)，性質(zhì)不穩(wěn)定，遇光、熱易氧化分解，從而嚴重影響了肉豆蔻的功效[4]。目前對于肉豆蔻精油包埋技術的研究主要使用β-環(huán)糊精分子包合法[5-7]，楊紅艷等[8]對飽和水溶液法、研磨法、超聲法3種β-環(huán)糊精包合方法進行了比較，發(fā)現(xiàn)使用飽和水溶液法效果最好。這種方法雖然制備條件溫和，工序簡單，精油在制備過程中比較穩(wěn)定，但依然存在精油載荷率偏低、包封效率不高的問題，且不利于工業(yè)化生產(chǎn)。本文采用乳化、噴霧干燥法制備出肉豆蔻精油微膠囊，并對其熱穩(wěn)定性進行考察，提高了肉豆蔻揮發(fā)油的利用率和穩(wěn)定性，為肉豆蔻精油的應用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

肉豆蔻精油，江西安邦藥業(yè)有限公司;辛烯基琥珀酸淀粉酯，宜瑞安（國民淀粉）食品配料有限公司;麥芽糊精，DE值5-20，山東西王糖業(yè)有限公司;α-松油醇標準品（質(zhì)量純度≥98.5%），Sigma-Aldrich公司;正己烷（色譜純），Thermo Fisher公司;實驗用水為Merk Milli-Q超純水。

1.2 試驗儀器與設備

7890A-5795C氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀，美國Agilent公司;7890A氣相色譜儀，美國Agilent公司;MTV-100多管漩渦混合儀，杭州奧盛儀器有限公司;IKA T25高速剪切機，德國IKA公司;Nano DeBee微射流高壓均質(zhì)機，美國Nano DeBee公司;YC-1800噴霧干燥機，上海雅程儀器設備有限公司;ZRD-7080鼓風干燥箱，上海智誠分析儀器制造有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 肉豆蔻精油成分分析

（1）試樣制備：稱取肉豆蔻精油樣品100mg于離心管中，加入10mL正己烷，振蕩溶解均勻，用0.22μm聚氟乙烯濾膜過濾后，取500μL于進樣瓶中進行氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀分析。（2）色譜條件：色譜柱：HP-5MS 5% phenyl Methyl siloxane彈性石英毛細管柱（250μm×30m，0.25μm）;進樣口溫度260℃;程序升溫40℃保持1min，然后以5℃/min升溫到220℃，保持1min;載氣為高純氦氣，流量1.0μL/min;進樣量1μL;分流比為80∶1;質(zhì)譜∶電子轟擊（EI）電離源，70eV;離子源溫度230℃，四級桿溫度150℃;質(zhì)量掃描范圍m/z 50～450。（3）數(shù)據(jù)檢索：檢索譜庫為NIST譜庫，采用面積歸一化的方法測定鑒定物質(zhì)的峰面積，并以鑒定物質(zhì)的峰面積計算相對含量。

1.3.2 肉豆蔻精油α-松油醇含量分析

（1）標準溶液配制：精密稱取α-松油醇標準品100mg，用正己烷溶解并定容至10mL棕色容量瓶中，得到10mg/mL的標準儲備液。再將其依次稀釋，最終得到10、5、2、1、0.5、0.1mg/mL的標準工作溶液。（2）測定：取適量α-松油醇標準液或待測液經(jīng)0.22μm濾膜過濾后，取500μL進氣相色譜儀測定。（3）色譜條件：色譜柱：Agilent HP-55% Phenyl Methyl Silox彈性石英毛細管柱（250μm×30m，0.25μm）;其他條件與 1.3.1中氣相色譜條件一致。

1.3.3 肉豆蔻精油微膠囊的制備 稱取32g辛烯基琥珀酸淀粉酯溶于蒸餾水中，近沸水預糊化10min，冷卻至室溫，磁力攪拌下加入21g麥芽糊精。充分溶解后加入16g肉豆蔻精油，再加入蒸餾水使體積達到100mL。溶液恒溫后10 000r/min高速剪切1min，在40MPa條件下均質(zhì)2個循環(huán)，得到穩(wěn)定乳液，進行噴霧干燥，噴霧干燥條件為：進風溫度110℃、進料蠕動泵轉(zhuǎn)速18r/min、噴霧壓力0.3MPa。干燥好的粉末樣品用密封袋裝好，置于4℃冰箱中低溫保藏。

1.3.4 微膠囊包埋率和保留率的測定 本試驗以α-松油醇含量來評價精油微膠囊的包埋率和保留率。（1）總精油中α-松油醇含量：稱取0.5g粉末，加入2.5mL超純水，渦旋5min，使壁材溶解，包埋精油溶出，再加入2.5mL正己烷，渦旋5min萃取總精油，4 000r/min離心，取上清，過膜后上氣相分析，利用α-松油醇標準工作曲線計算含量。（2）表面精油α-松油醇含量：稱取0.5g粉末，加入2.5mL正己烷，渦旋5min，萃取表面精油靜置分層后取上清，過膜后上氣相分析，利用α-松油醇標準工作曲線計算含量。（3）加標回收試驗：微膠囊粉末0.5g，往其中加入20mg的α-松油醇內(nèi)標物，分別測定加標和不加標的粉末中目標物的含量，重復3次。按式（1）、（2）計算精油微膠囊包埋率和保留率。

包埋率（%）=總精油α-松油醇含量-表面精油α-松油醇含量總精油α-松油醇含量×100（1）

保留率（%）=樣品中實際α-松油醇含量樣品中理論α-松油醇含量×100（2）

1.3.5 儲藏穩(wěn)定性 取潔凈鋁制小盒，置于105℃烘箱中，斜蓋支于盒邊，加熱1h，取出放在干燥器內(nèi)，冷卻0.5h，稱量，重復干燥至前后質(zhì)量差不超過2mg，即為恒重。精確稱取5.000g肉豆蔻精油（或微膠囊粉末2.000g）放入鋁制小盒中，置40℃干燥箱中，瓶蓋斜支于盒邊，每隔2h將小盒蓋好取出，放入干燥器內(nèi)冷卻至恒重，分析精油成分和α-松油醇含量變化，每組3個平行。樣品在烘箱中隨加熱時間剩余質(zhì)量百分率按照式（3）計算。

剩余質(zhì)量百分率（%）=不同加熱時間樣品質(zhì)量初始樣品質(zhì)量×100（3）

2 結果與分析

2.1 肉豆蔻精油成分分析

由表1可知，GC-MS共鑒定出肉豆蔻精油中14種化合物，占總峰面積的91.54%，其中主要成分為單萜烯類和酚醇類物質(zhì)，如α-蒎烯（35.48%）、3-烯丙基-6-甲氧基苯酚（18.28%）、α-松油醇（12.84%）等，達到了揮發(fā)油總量的66.6%。

2.2 肉豆蔻精油微膠囊的包埋率和保留率

2.2.1 α-松油醇線性關系 以α-松油醇標準溶液濃度為橫坐標，樣品峰面積為縱坐標繪制標準曲線（圖1）。α-松油醇標準曲線回歸方程：Y=2 185X-325.9，R2=0.999。α-松油醇標準品溶液在0～10mg/mL內(nèi)線性關系良好。同時，加標回收率為109.16%，RSD=0.52%（n=3），回收率良好。

2.2.2 微膠囊中α-松油醇含量及包埋率和保留率 精油微膠囊的包埋率和保留率是評定精油微膠囊產(chǎn)品包埋效果的重要指標。精油微膠囊產(chǎn)品的包埋率高則裸露于微膠囊表面的精油就少，微膠囊化效率高。精油微膠囊產(chǎn)品的保留率越高，則芯材精油在制備過程中損失就越少，產(chǎn)品中的精油包埋量就越高。肉豆蔻精油經(jīng)過乳化、噴霧干燥之后得到的微膠囊顆粒細膩，水分低，分散性良好。從表2可以看出，包埋后的精油微膠囊包埋率達到了99%以上，說明包埋效果非常好。而總的α-松油醇含量也達到了理論含量的88.15%，說明大部分的精油在包埋過程中都被完好地保留了下來。部分精油則可能是由于在整個乳化及加熱過程中不可避免的因機械攪拌作用或加熱而揮發(fā)，從而造成精油的損失。

2.2.2 微膠囊中α-松油醇含量及包埋率和保留率 精油微膠囊的包埋率和保留率是評定精油微膠囊產(chǎn)品包埋效果的重要指標。精油微膠囊產(chǎn)品的包埋率高則裸露于微膠囊表面的精油就少，微膠囊化效率高。精油微膠囊產(chǎn)品的保留率越高，則芯材精油在制備過程中損失就越少，產(chǎn)品中的精油包埋量就越高。肉豆蔻精油經(jīng)過乳化、噴霧干燥之后得到的微膠囊顆粒細膩，水分低，分散性良好。從表2可以看出，包埋后的精油微膠囊包埋率達到了99%以上，說明包埋效果非常好。而總的α-松油醇含量也達到了理論含量的88.15%，說明大部分的精油在包埋過程中都被完好地保留了下來。部分精油則可能是由于在整個乳化及加熱過程中不可避免的因機械攪拌作用或加熱而揮發(fā)，從而造成精油的損失。

2.3 肉豆蔻精油微膠囊的熱穩(wěn)定性

2.3.1 肉豆蔻精油及其微膠囊的熱穩(wěn)定性 肉豆蔻精油及其微膠囊在40℃烘箱中連續(xù)放置12h，精油質(zhì)量逐漸減少，最后剩下粘度極大的黃色硬膜，而微膠囊粉末未見明顯變化。從圖3可以看出，在剛開始的2h內(nèi)，精油迅速揮發(fā)，剩余質(zhì)量降至55.70%，其后速率緩慢。而包埋后的肉豆蔻精油質(zhì)量在12h連續(xù)加熱過程中未見明顯質(zhì)量變化，保持在99%以上。因此，微膠囊化后的肉豆蔻精油的熱穩(wěn)定性得到顯著提高。

2.3.2 肉豆蔻精油及包埋精油成分含量的變化 由表3可以看出，12h后肉豆蔻精油主要成分發(fā)生明顯變化，保留時間在12min以前的所有成分均已揮發(fā)或由于受熱遭到破壞，而包埋后的精油（表4）在連續(xù)加熱12h后主要成分基本維持不變，說明包埋后的精油成分更加穩(wěn)定，不易受外界環(huán)境影響。由圖4可知，加熱條件下未包埋的精油中α-松油醇損失顯著，從127.96mg/g減少到63.98mg/g，減少了50%，而包埋后精油α-松油醇只減少了5%左右。加熱過程中精油中低沸點的成分損失比高沸點損失的速度更快，而相對含量較高、沸點高的成分，雖然也有損失，但損失速度比較慢，從而在剩余成分中的相對含量反而比之前更高。其他更高沸點成分，如黃樟素等，由于相對含量本身就比較低，加熱過程中又有部分損失，故相對含量變化不大。

3 結論

本研究以辛烯基琥珀酸淀粉酯/麥芽糊精為復合壁材，利用噴霧干燥法制備肉豆蔻精油微膠囊，其精油包埋率及保留率分別達到99.28%和88.15%，包埋效果好，明顯高于傳統(tǒng)的β-環(huán)糊精分子包合法。噴霧干燥法微囊化工藝過程簡單，在短時間內(nèi)完成了對熱敏性物料的包埋，非常利于工業(yè)化生產(chǎn)，同時制備的肉豆蔻精油微膠囊熱穩(wěn)定得到明顯提高。該方法解決了肉豆蔻精油穩(wěn)定性和水溶性差，在制劑中易揮發(fā)，性質(zhì)不穩(wěn)定，遇光、熱易氧化分解的問題，為肉豆蔻精油進一步產(chǎn)品開發(fā)、應用及生產(chǎn)提供了研究基礎?！?/p>

參考文獻

[1]國家藥典委員會.中國藥典（一部）[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2015.

[2]Preedy V R.Essential Oils in Food Preservation，F(xiàn)lavor and Safety[M].Academic Press，2016.

[3]劉學銘，方少欽，唐道幫，等.我國熟肉制品微生物安全現(xiàn)狀與控制技術[J].現(xiàn)代食品科技，2012，1（1）：99-103.

[4]袁子民，賈天柱，王靜.肉豆蔻揮發(fā)油的研究進展[J].時珍國醫(yī)國藥，2005，16（12）：1201-1202.

[5]劉曉，魯茜，柯宏磊.肉豆蔻揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合工藝研究[J].徐州醫(yī)學院學報，2003，23（4）：312-314.

[6]沙瑩，張志蘭，曾一華.肉豆蔻揮發(fā)油β-環(huán)糊精包合物的制備工藝研究[J].中成藥，2005，27（1）：110-111.

[7]李成艦，夏新華，彭買姣.β-環(huán)糊精包合白術、肉豆蔻揮發(fā)油的工藝研究[J].湖南中醫(yī)藥大學學報，2007，27（4）：21-22.

[8]楊紅艷，王國炳，林三清.β-環(huán)糊精包合肉豆蔻揮發(fā)油的工藝研究[J].中國藥業(yè)，2009，18（7）：30-31.