獼猴桃籽油微膠囊的制備及其品質(zhì)研究

王冰清，陳加蓓，胡 疊，陳功錫

(1.吉首大學(xué) 植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 吉首 416000；2.吉首大學(xué) 生物資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 吉首 416000)

獼猴桃為獼猴桃科獼猴桃屬多年生藤本植物果實(shí)的總稱，民間統(tǒng)稱陽桃、羊桃、藤梨等，是一類形態(tài)特別、營(yíng)養(yǎng)豐富、風(fēng)味鮮美的特色水果。獼猴桃籽作為獼猴桃加工的副產(chǎn)品，含油量 23.50%～28.85%，最高可達(dá) 35.62%，獼猴桃籽油中α-亞麻酸含量高達(dá)63.99%[1]。α-亞麻酸是一種多元不飽和脂肪酸，易受空氣中的氧氣、水分、光照等環(huán)境因素的影響而發(fā)生氧化反應(yīng)，使油脂酸敗變質(zhì)，從而縮短了油脂的貯存時(shí)間。為了解決油脂的貯存問題，急需尋找一種好的方法來延長(zhǎng)油脂的貯存期。

微膠囊是一種能包埋和保護(hù)某些物質(zhì)的具有聚合物壁殼的微型“容器”，能夠?qū)怏w、液體或固體包裹形成微粒[2-3]，使被包埋的物質(zhì)免受外界因素如光、氧氣、溫度、濕度的影響，掩蔽不良?xì)馕禰4-6]，在科研和生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用。雖然目前關(guān)于油脂微膠囊的研究較多，但主要集中在揮發(fā)性油脂微膠囊制備方面，對(duì)非揮發(fā)性油脂微膠囊制備方面只有蘇子油[7]、胡麻籽油[8]、牡丹籽油[9]、山核桃油[10]、獼猴桃籽油[11]等少量報(bào)道，且主要集中在噴霧干燥法制備油脂微膠囊的工藝研究上，對(duì)制備出的微膠囊性能品質(zhì)研究較少，尤其還未見利用其他方法制備非揮發(fā)性油脂微膠囊的報(bào)道。噴霧干燥法、分子絡(luò)合法都是常用的微膠囊制備方法。噴霧干燥法雖然操作簡(jiǎn)單、可大規(guī)模生產(chǎn)，但是生產(chǎn)過程中對(duì)設(shè)備要求比較高，會(huì)增加成本；比較而言，分子絡(luò)合法具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件要求不高并且包埋效果較好等優(yōu)點(diǎn)。本文擬以β-環(huán)糊精為壁材，以獼猴桃籽油為芯材，采用分子絡(luò)合法中的飽和水溶液法，制備獼猴桃籽油微膠囊，并對(duì)制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對(duì)微膠囊的品質(zhì)進(jìn)行研究，以期得到最佳的微膠囊產(chǎn)品，為亞麻酸產(chǎn)業(yè)和獼猴桃產(chǎn)業(yè)的深入開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

獼猴桃籽油(芯材)：來自湘西“米良一號(hào)”美味獼猴桃基地采購(gòu)的果實(shí)，經(jīng)超臨界CO2萃取獲得，其亞麻酸含量為63.99%，湘西老爹生物有限公司提供。

β-環(huán)糊精(壁材)，AR級(jí)；硫代硫酸鈉、無水碳酸鈉、碘化鉀、可溶性淀粉、石油醚(沸程30～60℃)、無水乙醚、無水乙醇、氨水、冰乙酸、三氯甲烷，均為分析純。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，DZF-6050型真空干燥箱， SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水真空泵，EyelaOSB-2100型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，TDZ4臺(tái)式離心機(jī)，HH恒溫水浴鍋，101-0AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，JA1003電子分析天平，生物學(xué)顯微鏡。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 獼猴桃籽油微膠囊制備工藝

采用飽和水溶液法[12-13]。取β-環(huán)糊精加入15倍去離子水中，加熱溶解，降至一定溫度。準(zhǔn)確量取一定量的獼猴桃籽油，加入15倍無水乙醇溶解，再勻速逐滴加入β-環(huán)糊精飽和水溶液中，以 300 r/min 轉(zhuǎn)速于磁力攪拌器上攪拌一定時(shí)間后，置于4℃冰箱中靜置24 h，真空抽濾，濾餅先用適量去離子水沖洗，再用石油醚多次洗滌，洗去未被包埋的β-環(huán)糊精和獼猴桃籽油，觀察抽濾瓶中的溶液，直到滴下的液體呈現(xiàn)澄清透明，然后將所得濾餅置于60℃真空干燥箱中干燥24 h，即可得到獼猴桃籽油微膠囊。

1.2.2 獼猴桃籽油微膠囊包埋效果評(píng)價(jià)

獼猴桃籽油微膠囊包埋效果包括微膠囊的包埋率和產(chǎn)率[12]。包埋率為獼猴桃籽油微膠囊包埋的芯材質(zhì)量與制備時(shí)投放的芯材質(zhì)量之比[13]；包埋產(chǎn)率為獼猴桃籽油微膠囊質(zhì)量與制備時(shí)投放的壁材芯材質(zhì)量和之比，即微膠囊得率。

1.2.2.1 包埋率的測(cè)定

采用堿性乙醚法[14]。 準(zhǔn)確稱取獼猴桃籽油微膠囊(m)置于加塞三角瓶中，加 60℃熱水 30 mL，使樣品充分溶解分散，再加3 mL 氨水，置于60℃恒溫水浴中加熱 5 min，再振搖 2 min，加 30 mL無水乙醇，混合，于冷水中冷卻后再加 50 mL 無過氧化物的乙醚，塞上塞子，振搖 30 s，小心開塞，放出氣體，再加入50 mL 石油醚，再振搖30 s，靜置 30 min，使其分層，取上層溶液于已恒重的燒瓶中(m1)，蒸干，回收石油醚和乙醚，放入 70～80℃真空干燥箱中1.5 h，取出置于干燥器中冷卻到室溫后，稱重(m2)。

式中：ρ為獼猴桃籽油的密度；V為加入的獼猴桃籽油的體積，mL。

1.2.2.2 微膠囊產(chǎn)率的測(cè)定

式中：m3為加入的β-環(huán)糊精的質(zhì)量，g。

1.2.3 獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)

1.2.3.1 感官狀態(tài)觀察

由無感官缺陷的10位評(píng)審，運(yùn)用感官評(píng)定方法評(píng)定獼猴桃籽油微膠囊的氣味、色澤、組織狀態(tài)等感官性狀。

1.2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)觀察

觀察其顆粒形狀、粒徑分布情況和表面結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行拍攝。

1.2.3.3 理化特性分析

水分含量的測(cè)定，參照 GB 5009.3—2016方法；密度的測(cè)定，參照文獻(xiàn)[15]的方法；溶解度的測(cè)定，參照文獻(xiàn)[16]的方法。

1.2.3.4 貯藏氧化穩(wěn)定性研究

根據(jù)Schaal烘箱法[17]，將經(jīng)優(yōu)化工藝制備的獼猴桃籽油微膠囊與獼猴桃籽油置于(62±1)℃條件下進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，每隔24 h取樣測(cè)定獼猴桃籽油和獼猴桃籽油微膠囊7 d內(nèi)的過氧化值的變化。過氧化值的測(cè)定參照GB 5009.227—2016。獼猴桃籽油微膠囊的破壁提油方法參考1.2.2.1。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 壁油比的確定

在包埋時(shí)間60 min、包埋溫度35℃條件下，分別采用壁油比為1∶1、3∶1、5∶1、7∶1、9∶1對(duì)獼猴桃籽油進(jìn)行包埋，考察不同壁油比對(duì)獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)率及包埋率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 壁油比對(duì)包埋效果的影響

由圖1可知，壁油比對(duì)微膠囊包埋率的影響明顯，對(duì)微膠囊產(chǎn)率的影響較小。當(dāng)壁油比小于3∶1時(shí)，隨著壁油比的升高，獼猴桃籽油微膠囊的包埋率顯著升高；當(dāng)壁油比為3∶1時(shí)，包埋率達(dá)到最大值，包埋效果最好，之后隨著壁油比的增大，包埋率緩慢下降；當(dāng)壁油比超過7∶1時(shí)，包埋率迅速降低，微膠囊產(chǎn)率變化一直趨于平穩(wěn)。當(dāng)壁油比過低時(shí)，β-環(huán)糊精不足以包埋所有的獼猴桃籽油，因此包埋效果較差；當(dāng)壁油比過高時(shí)，由于β-環(huán)糊精分子之間相互競(jìng)爭(zhēng)作用，β-環(huán)糊精的空腔不能全部被填滿，包埋率降低。因此，當(dāng)壁油比為3∶1時(shí)，包埋效果最佳。

2.1.2 包埋時(shí)間的確定

在壁油比3∶1、包埋溫度35℃條件下，分別在包埋時(shí)間30、60、90、120、150 min的條件下制備獼猴桃籽油微膠囊，考察不同包埋時(shí)間對(duì)獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)率及包埋率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 包埋時(shí)間對(duì)包埋效果的影響

由圖2可知：包埋時(shí)間小于90 min時(shí)，隨著包埋時(shí)間的延長(zhǎng)，獼猴桃籽油微膠囊包埋率和產(chǎn)率隨之升高；當(dāng)包埋時(shí)間達(dá)到90 min時(shí)，包埋率和產(chǎn)率達(dá)到最大值；之后隨著包埋時(shí)間的延長(zhǎng)包埋率和產(chǎn)率開始下降。包埋時(shí)間過短時(shí)，β-環(huán)糊精與獼猴桃籽油接觸不充分，獼猴桃籽油未能完全被β-環(huán)糊精所包埋，因此包埋率較低；包埋時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，在不斷攪拌的狀態(tài)下，氫鍵斷裂，β-環(huán)糊精與獼猴桃籽油之間的疏水作用可能被破壞[18]。因此，當(dāng)包埋時(shí)間為90 min時(shí)，包埋效果最佳。

2.1.3 包埋溫度的確定

在壁油比3∶1、包埋時(shí)間60 min條件下，分別在包埋溫度25、30、35、40、45℃條件下制備獼猴桃籽油微膠囊，考察不同包埋溫度對(duì)獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)率及包埋率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 包埋溫度對(duì)包埋效果的影響

由圖3可知，包埋溫度對(duì)微膠囊包埋率以及產(chǎn)率的影響非常顯著。隨著包埋溫度的升高，微膠囊包埋率和產(chǎn)率先增大后逐漸降低，包埋率和產(chǎn)率分別在35℃和30℃時(shí)達(dá)到最大值。這是由于當(dāng)包埋溫度較低時(shí)，β-環(huán)糊精在水中的溶解度較小，沒有較多分子狀態(tài)的β-環(huán)糊精包埋獼猴桃籽油，包埋率較低，在包埋溫度升高到35℃時(shí)，此時(shí)溫度適宜，包埋率和微膠囊產(chǎn)率都相對(duì)較高，包埋效果最佳，當(dāng)繼續(xù)升高溫度，體系的熱量不斷增加，可能會(huì)導(dǎo)致包埋反應(yīng)朝著反方向進(jìn)行[19]，影響包埋效果。因此，選擇包埋溫度為35℃，此時(shí)包埋效果最好。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以壁油比、包埋時(shí)間、包埋溫度為因素，以綜合評(píng)分(綜合評(píng)分=(包埋率×0.7+微膠囊產(chǎn)率×0.3)×100)為指標(biāo)，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化獼猴桃籽油微膠囊的制備工藝條件。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表1，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可知，影響獼猴桃籽油微膠囊包埋效果的因素主次順序?yàn)镃>A>B，即包埋溫度>壁油比>包埋時(shí)間，最優(yōu)組合條件是A2B2C1，即壁油比為 4∶1、包埋時(shí)間為90 min、包埋溫度為30℃，此時(shí)包埋率為74.52%，微膠囊產(chǎn)率為79.33%，綜合評(píng)分為75.96。

2.3 微膠囊品質(zhì)評(píng)價(jià)

2.3.1 感官狀態(tài)

實(shí)驗(yàn)所得的獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品為淡黃色粉末狀固體，無結(jié)塊、雜質(zhì)，流動(dòng)性良好，無異常氣味。

2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)

在200倍與400倍生物學(xué)顯微鏡下觀測(cè)，所得獼猴桃籽油微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由圖4可知，獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品大體上呈現(xiàn)圓球形、橢球形，大小不是非常均一，這可能是由于制片時(shí)獼猴桃籽油微膠囊沒有完全分散。同時(shí)在400倍顯微鏡下觀察，獼猴桃籽油微膠囊內(nèi)部的空腔充滿了獼猴桃籽油，說明制備的獼猴桃籽油微膠囊對(duì)猴桃籽油具有較好的包埋效果。

2.3.3 物理特性

所制備的獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品的水分含量為4.76%，較為干燥；密度為0.44 g/cm3；溶解度為92.55%，復(fù)溶性能較好。

2.3.4 貯藏氧化穩(wěn)定性

對(duì)獼猴桃籽油與獼猴桃籽油微膠囊在(62±1)℃條件下進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，7 d內(nèi)的過氧化值變化情況如圖5所示。

圖5 獼猴桃籽油微膠囊化前后過氧化值對(duì)比

由圖5可知，在(62±1)℃加速氧化條件下，初始階段獼猴桃籽油過氧化值的變化較緩慢，前5 d過氧化值由5.75 mmol/kg上升到15.75 mmol/kg，上升10 mmol/kg，5 d后，獼猴桃籽油的過氧化值急速增加，7 d時(shí)過氧化值上升到25.50 mmol/kg，而獼猴桃籽油微膠囊過氧化值的變化一直比較緩慢，保持在10 mmol/kg以下。這可能是由于獼猴桃籽油本身含有少量抗氧化物質(zhì)[20]，在初始階段，起到了抗氧化作用，阻止獼猴桃籽油過氧化值的急速增加，當(dāng)抗氧化物質(zhì)被完全氧化后，獼猴桃籽油失去了抗氧化物質(zhì)的保護(hù)，過氧化值急劇升高。而獼猴桃籽油微膠囊表面有一層壁材膜的保護(hù)，能夠阻止空氣中的氧氣、水分與油脂的接觸，這有效減緩了獼猴桃籽油被氧化的速率，因此獼猴桃籽油微膠囊化能夠顯著延長(zhǎng)油脂的貯存期。

2.4 討論

(1)噴霧干燥法和分子絡(luò)合法都是常用的微膠囊制備方法。相比姚茂君等[11]采用噴霧干燥法制備獼猴桃籽油微膠囊而言，本研究采用分子絡(luò)合法制備獼猴桃籽油微膠囊，其對(duì)設(shè)備要求不高且包埋效果更好，更能夠適合實(shí)際生產(chǎn)需要。而本文選擇β-環(huán)糊精作為分子絡(luò)合法包埋壁材是因?yàn)棣?環(huán)糊精是由D-葡萄糖七分子進(jìn)行環(huán)狀聯(lián)結(jié)而成的化合物，具有一個(gè)相對(duì)疏水的中心和一個(gè)相對(duì)親水的表面[21]，能將獼猴桃籽油包埋在中央，無毒、熱穩(wěn)定且不與芯材獼猴桃籽油發(fā)生反應(yīng)[22]，相對(duì)于其他包埋壁材如淀粉、麥芽糊精、蛋白質(zhì)和殼聚糖等，能更好地保護(hù)芯材，延長(zhǎng)芯材的貯藏時(shí)間[23]。

(2)通過對(duì)分子絡(luò)合法制備獼猴桃籽油微膠囊的工藝進(jìn)行研究，可為亞麻酸微膠囊產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供參考。但本研究在實(shí)驗(yàn)室中完成，針對(duì)工業(yè)化生產(chǎn)中成本、設(shè)備、安全、環(huán)保等問題，在進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件和參數(shù)方面仍需要不斷探索和努力。比如本研究實(shí)驗(yàn)中針對(duì)微膠囊制備工藝中將抽濾后的濾餅多次用石油醚洗滌這一操作環(huán)節(jié)，在實(shí)際操作過程中，還可以考慮采用價(jià)格更加低廉、安全程度更高的無水乙醇替代，也可考慮將濾餅用石油醚攪拌溶解后真空抽濾，如此重復(fù)2～3次，再用去離子水多次洗滌抽濾，最終達(dá)到徹底洗去未被包埋的β-環(huán)糊精以及粘附在微膠囊表面的獼猴桃籽油的目的。

3 結(jié) 論

以β-環(huán)糊精為壁材、獼猴桃籽油為芯材制備獼猴桃籽油微膠囊，并通過單因素實(shí)驗(yàn)、正交實(shí)驗(yàn)對(duì)獼猴桃籽油微膠囊的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化。得到的最佳制備工藝條件為壁油比4∶1、包埋時(shí)間90 min、包埋溫度30℃，在此工藝條件下制備所得的獼猴桃籽油微膠囊包埋率為74.52%，產(chǎn)率為79.33%，包埋效果良好。在最佳工藝條件下制備的獼猴桃籽油微膠囊為淡黃色粉末狀固體，流動(dòng)性良好，微觀上呈圓球形、橢球形。微膠囊化處理能夠有效避免獼猴桃籽油與外界環(huán)境接觸，防止被氧化，延長(zhǎng)獼猴桃籽油的貯存期，較好地解決獼猴桃籽油中亞麻酸等不飽和脂肪酸的貯存等問題，有利于研制出更多更適宜的亞麻酸新產(chǎn)品。