壁材對高載量南瓜籽油微膠囊理化性質的影響

張存存 - 袁繼鳳 - 譚志超 - 許洪高 -

(1. 北京寶得瑞生物科技有限公司，北京 101117；2. 北京市科學技術研究院生物醫(yī)藥與營養(yǎng)健康協同創(chuàng)新中心，北京 100089；3. 北京市營養(yǎng)源研究所，北京 100069；4. 北京市系統(tǒng)營養(yǎng)工程技術研究中心，北京 100069)

南瓜籽油(尤其是超臨界CO2萃取工藝制成的南瓜籽油)含有大量的亞油酸、類胡蘿卜素和谷甾醇[1-3]。谷甾醇作為一種循環(huán)系統(tǒng)藥物的功能成分，對調整血脂、降低血清膽固醇具有獨到的好處；此外，谷甾醇還具有抑制前列腺肥大，改善膀胱收縮，對尿頻、膀胱壓迫、排尿障礙有明顯改善效果[4]。

微膠囊化技術是一種應用廣泛的包埋技術，通過制備水包油型(O/W型)乳液、固體微囊實現功能性成分的靶向傳送和釋放是營養(yǎng)健康領域的重要課題。目前主要集中于功能性壁材的開發(fā)，如蛋白—多酚復合壁材的開發(fā)[5-6]，在提高微膠囊芯材裝載量和包埋率的前提下，開發(fā)品質穩(wěn)定、貨架期長的微膠囊產品成為產業(yè)化的要點。

牛廣財等[7-8]研制的南瓜籽油微膠囊載油量20%左右，包埋率分別為90.20%，81.05%。韓麗麗等[9]研究了50%載油量的紫蘇子油微膠囊粉，當選用變性淀粉為壁材時，最高包埋率為93.86%，但未對貨架期內芯材紫蘇子油質量的變化進行研究。徐江波等[10]選用亞麻籽膠作為壁材，制備了載油量高達55.45%的紫蘇子油微膠囊，包埋率僅為92.36%。QB/T 4791—2015規(guī)定植物油脂粉末表面油含量占脂肪的比例須≤5.0%，即微膠囊化油脂粉末包埋率>95%。上述研究的包埋率相對較低，且未對微膠囊所包埋芯材在長貨架周期內的穩(wěn)定性進行研究，不具備工業(yè)化應用價值。在前期試驗的基礎上，試驗擬選擇酪蛋白酸鈉和辛烯基琥珀酸淀粉鈉兩種壁材為研究對象，以麥芽糊精、超臨界CO2南瓜籽油、乳化劑(單雙甘油脂肪酸酯、大豆磷脂等)為基礎配方，載油量控制在50%～51%，研究不同壁材包埋的南瓜籽油微膠囊粉的性質，尤其是芯材在貨架期內理化指標的變化，旨在開發(fā)高載量(50%)長貨架期的微膠囊包埋技術，為油溶性功能成分在健康產業(yè)領域的工業(yè)化應用提供指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

南瓜籽油：超臨界CO2萃取工藝，北京寶得瑞健康產業(yè)有限公司；

精煉南瓜籽油(不添加抗氧化劑)：市售；

酪蛋白酸鈉：≥90%，新西蘭恒天然集團；

抗壞血酸、抗壞血酸鈉：食品級，石藥集團維生藥業(yè)(石家莊)有限公司；

D-異抗壞血酸鈉：食品級，江西省德興市百勤異VC鈉有限公司；

六偏磷酸鈉和磷酸氫二鉀：食品級，徐州振華食品有限公司；

大豆磷脂：10%，美國ADM公司；

單雙甘油脂肪酸酯：食品級，愛爾蘭Kerry集團；

辛烯基琥珀酸淀粉鈉：CREAMER 46，宜瑞安食品配料有限公司；

正己烷、濃鹽酸、氫氧化鉀、甲醇、乙醚、石油醚(沸程30～60 ℃)、三氯甲烷、冰醋酸、無水乙醇、硫代硫酸鈉、碘化鉀、三氟化硼—乙醚溶液(30%)等：分析純，國藥集團化學試劑北京有限公司。

1.2 儀器與設備

旋轉蒸發(fā)儀：RE-52A型，上海亞榮生化儀器廠；

超聲波細胞破碎儀：Scientz-IID型，寧波新芝生物科技有限公司；

恒溫恒濕培養(yǎng)箱：LHS-250SC型，上海一恒科學儀器有限公司；

分光光度計：UV-VIS1800型，東京島津株式會社；

噴霧干燥機：QZR-5型，無錫市林洲干燥設備有限公司；

高壓均質機：Panda Plus 2000型，德國GEA集團。

1.3 微膠囊粉工藝

噴霧干燥技術制備微膠囊粉的基本工藝包括：① 將連續(xù)相(水相)的物料進行溶解；② 將分散相(油相)的物料預先溶解；③ 向高速剪切攪拌下的連續(xù)相溶液中加入分散相物料，剪切乳化制成粗乳液，再進一步采用高壓均質乳化包埋；④ 乳化后的物料進行殺菌和噴霧干燥成型。

1.4 試驗方法

1.4.1 酪蛋白酸鈉、辛烯基琥珀酸淀粉鈉添加量的確定

(1) 以酪蛋白酸鈉為主壁材，麥芽糊精為填充劑，制備載油量為50%的南瓜籽油微膠囊粉，酪蛋白酸鈉添加量分別為6.0%，8.2%，10.0%，14.0%。

(2) 以辛烯基琥珀酸淀粉鈉為主壁材，麥芽糊精為填充劑，制備載油量為50%的南瓜籽油微膠囊粉，辛烯基琥珀酸淀粉鈉添加量分別為17%，20%，22%，27%，32%。

1.4.2 抗氧化體系的確定 辛烯基琥珀酸淀粉鈉為主壁材的南瓜籽油微膠囊使用抗壞血酸作為抗氧化劑體系，酪蛋白酸鈉為主壁材的南瓜籽油微膠囊使用抗壞血酸鈉配伍乳化劑和緩沖劑作為抗氧化體系，具體試驗配方見表1。

表1 抗壞血酸鈉、乳化劑和緩沖劑的添加比例

1.4.3 水分的測定 參照張慧等[11]的方法。

1.4.4 表面油含量的測定 參照SC/T 3505—2006。

1.4.5 過氧化值與酸價的測定 稱量50 g油粉，加入200 mL正己烷，冰水浴中190 W超聲提取10 min，時間間隔(工作時間∶間歇時間)9.9∶3.0，有機試劑過無水硫酸鈉；加入150 mL正己烷，285 W超聲提取10 min，合并有機試劑，減壓旋轉蒸發(fā)后分別參照GB 5009.227—2016、GB 5009.229—2016對所提取芯材進行過氧化值和酸價測定。

1.4.6 貨架期加速試驗 參照食藥監(jiān)辦食監(jiān)三函[2013]500號及Taoukis等[12]的方法，修改如下：將試驗樣品采用單層PE膜內包裝和鋁箔復合膜外包裝封裝后，于38 ℃、75% RH貯藏，每7 d進行一次樣品的理化和感官檢測。

1.4.7 感官評定 挑選5名有經驗的技術員組成感官品評小組進行感官評定，每次取5 g樣品。

(1) 觀察粉體的吸濕性和流動性，樣品應疏松且具有較好的流動性，無吸潮結塊現象。

(2) 嗅聞樣品，樣品應具有南瓜籽油微膠囊粉自身所特有的典型香氣，無油脂哈敗味或異味。

(3) 用100 mL、80 ℃蒸餾水溶解，樣品應具有產品原有的氣味和滋味，無可察覺的不良異味且溶解性良好。

1.5 數據分析

所有檢測樣品進行2個平行，選用OriginPro 7.5軟件對數據進行單邊方差分析(ANOVA)，部分數據選用平均值進行表示，顯著性分析采用Turkey檢驗，顯著性水平0.05。

2 結果與分析

2.1 不同壁材對南瓜籽油微膠囊表面油含量的影響

2.1.1 酪蛋白酸鈉 由圖1可知，酪蛋白酸鈉添加量對產品表面油含量影響較大，當添加量為8.2%～10.0%時，產品表面油含量為1.1%～1.2%，與張海玲[13]的研究結果類似。說明過低或過高的酪蛋白酸鈉對乳液體系的穩(wěn)定性均存在不利影響。

圖1 酪蛋白酸鈉添加量對南瓜籽油微膠囊粉表面油含量的影響

Figure 1 Effect of sodium caseinate addition on the surface oil of pumpkin seed oil microcapsule powders

2.1.2 辛烯基琥珀酸淀粉鈉 由圖2可知，辛烯基琥珀酸淀粉鈉添加量對產品表面油含量影響較大，當添加量為20%～32%時，產品表面油含量穩(wěn)定且較低，為1.6%～1.8%；當添加量為17%時，產品表面油含量為3.5%。根據50%載油量的微膠囊粉表面油判定標準，結合辛烯基琥珀酸淀粉鈉的成本因素，選擇20%的添加量。韓麗麗等[9]使用辛烯基琥珀酸淀粉鈉制備50%載油量的紫蘇子油微膠囊時，樣品表面油含量為3.31%，顯著高于試驗樣品的，可能與均質乳化工藝參數不同有關。

2.2 抗氧化體系對南瓜籽油微膠囊表面油含量的影響

2.2.1 以酪蛋白酸鈉為壁材的微膠囊 水相中應用抗壞血酸、抗壞血酸鈉、D-異抗壞血酸鈉等水溶性抗氧化劑可以延長微膠囊中油溶性芯材在貨架期的穩(wěn)定性[14-15]。但酪蛋白酸鈉壁材溶液中添加抗壞血酸后，會出現片狀絮凝物，無法進行下一步乳化包埋試驗。由圖3可知，酪蛋白酸鈉壁材溶液中加入抗壞血酸鈉和D-異抗壞血酸鈉，南瓜籽油微膠囊粉表面油含量升高，且均超出2.5%的上限標準，配方需要進一步優(yōu)化。

圖2 辛烯基琥珀酸淀粉鈉對南瓜籽油微膠囊粉表面油含量的影響

Figure 2 Effect of sodium starch octenyl succinate on the surface oil of pumpkin seed oil microcapsule powders

圖3 抗氧化劑對蛋白壁材南瓜籽油微囊粉表面油含量的影響

Figure 3 Effect of antioxidants on the surface oil of pumpkin seed oil microcapsule powders used sodium caseinate as wall material

在酪蛋白酸鈉壁材溶液中加入緩沖劑和乳化劑，如磷酸氫二鉀、單雙甘油脂肪酸酯、大豆磷脂等，可一定程度地減輕單獨應用抗壞血酸鈉對蛋白壁材南瓜籽油微膠囊包埋效果的負面影響。單雙甘油脂肪酸酯HLB值為3～4[16]，大豆磷脂HLB值為7～10[17]，選擇單雙甘油脂肪酸酯和大豆磷脂配伍作為蛋白壁材配方中的乳化劑。由表2可知，加入抗壞血酸鈉能使蛋白壁材南瓜籽油微膠囊表面油含量升高，由配方1的1.70%升高至配方2的3.00%；添加0.30%磷酸氫二鉀緩沖鹽，可使表面油由3.00% 降低至2.10%，說明緩沖鹽的加入有利于蛋白壁材的包埋；當磷酸氫二鉀添加量為0.50% 時，產品表面油含量回升，說明適量的緩沖鹽可以螯合體系中可能存在的自由基或金屬離子[18]，從而對包埋起正作用；將單雙甘油脂肪酸酯和大豆磷脂質量比從2∶1調整為7∶5，即升高復合乳化劑HLB值，可使產品表面油含量從2.10%下降至1.50%。故蛋白壁材南瓜籽油微囊粉抗氧化體系為單雙甘油脂肪酸酯0.35%、大豆磷脂0.25%、抗壞血酸鈉0.20%及磷酸氫二鉀0.30%。

表2乳化劑和緩沖劑的添加比例對蛋白壁材南瓜籽油微膠囊表面油含量的影響

Table 2 Effect of emulsifies and buffers on the surface oil of pumpkin seed oil microcapsule powders,used sodium caseinate as wall material

配方12345表面油含量/%1.703.002.103.601.50

2.2.2 以辛烯基琥珀酸淀粉鈉為壁材的微膠囊 在水相體系中加入0.20%抗壞血酸后不會出現片狀絮凝物，乳液體積穩(wěn)定，產品表面油含量為1.80%，而未添加組為1.00%，加入0.20%抗壞血酸后表面油略升高，且均達到表面油含量≤2.50%的指標要求，可見抗壞血酸的添加對產品表面油含量無顯著影響，與抗壞血酸對以酪蛋白酸鈉為壁材的南瓜籽油微膠囊表面油含量影響不同，可能是由于抗壞血酸加入水相后使其呈弱酸性，而辛烯基琥珀酸淀粉鈉與酪蛋白酸鈉對pH的敏感度不同，故以辛烯基琥珀酸淀粉鈉為主要壁材的南瓜籽油微膠囊可以用抗壞血酸作抗氧化劑。

2.3 南瓜籽油微膠囊粉穩(wěn)定性

2.3.1 以酪蛋白酸鈉為壁材的微膠囊 南瓜籽油中不飽和脂肪酸占總脂肪酸含量的81%，亞油酸接近53%[19]，還富含植物甾醇和角鯊烯[1]，故南瓜籽油微膠囊粉容易氧化變質。由表3可知，以8.2%，10.0%酪蛋白酸鈉為壁材的50%載油量的南瓜籽油微膠囊粉過氧化值分別在貨架期加速試驗的第35和第42天超標。

由表4可知，添加抗氧化體系后，產品酸價、過氧化值在貨架期加速試驗90 d內均無顯著性變化(P>0.05)，感官及表面油指標也無顯著性差異(P>0.05)。以酪蛋白酸鈉為壁材配方制備的南瓜籽油微囊粉，在包裝形式為內袋采用單層PE膜，外袋采用鋁箔復合膜時，常溫貨架期可推斷為24個月。

2.3.2 以辛烯基琥珀酸淀粉鈉為壁材的微膠囊 由表5可知，未加抗氧化劑的淀粉壁材所制備的南瓜籽油微膠囊粉樣品過氧化值在貨架期加速試驗的第49天超標，且粉體有輕微的哈敗味。添加0.20%抗壞血酸的淀粉壁材配方，產品酸價、過氧化值、表面油含量等指標在貨架期加速試驗91 d內均無顯著變化(P>0.05)，感官合格。此淀粉壁材(以辛烯基琥珀酸淀粉鈉為主)配方制備的南瓜籽油微囊粉，內包材為單層PE膜，外包材為鋁箔復合膜時，常溫貨架期可推斷為24個月。

表3 酪蛋白酸鈉壁材(不含抗氧化體系)南瓜籽油微膠囊粉的貨架期加速試驗數據?

? 標準：過氧化值≤0.130 g/100 g，酸價≤1.00 mg KOH/g，水分≤5.00%，表面油含量≤2.50%，無哈敗味，流動性好。

表4 酪蛋白酸鈉壁材(含抗氧化體系)對南瓜籽油微膠囊粉穩(wěn)定性的影響?

? 標準：過氧化值≤0.130 g/100 g，酸價≤1.00 mg KOH/g，水分≤5.00%，表面油含量≤2.50%，無哈敗味，流動性好。

2.3.3 配方和工藝普適性驗證 采集市場上的3種精煉南瓜籽油，以表面油含量為指標驗證配方和工藝的普適性。由表6可知，市售精煉南瓜籽油脂肪酸組成相似，自榨南瓜籽油毛油、超臨界南瓜籽油毛油與精煉南瓜籽油在脂肪酸組成上有差異，可能與南瓜籽原料品種和工藝有關[20-21]，自產南瓜籽油毛油所用南瓜籽出自蜜本南瓜生產南瓜粉產生的南瓜籽下腳料。不同原料南瓜籽油所制微膠囊粉表面油含量最高為1.80%(<2.50%)，配方和工藝對于不同來源南瓜籽油均適用，且產品包埋率均高于文獻[7-10]所報道的。

2.4 無糖型南瓜籽油微囊粉的開發(fā)

如前所述，表4以酪蛋白酸鈉為壁材的南瓜籽油微膠囊配方中的填充劑為麥芽糊精，通過將麥芽糊精換成水溶性膳食纖維——聚葡萄糖，南瓜籽油微膠囊粉表面油指標間無顯著差異(P>0.05)。由表7可知，產品酸價、過氧化值在貨架期加速試驗90 d內均無明顯變化，感官、表面油指標無變化。此配方南瓜籽油微囊粉包材為內單層PE膜，外鋁箔復合膜，常溫貨架期推斷為24個月。蛋白—聚葡萄糖壁材的配方屬于無糖型，適用于糖尿病人群。

表5 抗壞血酸對以辛烯基琥珀酸淀粉鈉為壁材的南瓜籽油微膠囊粉理化指標的影響?

? 標準：過氧化值≤0.130 g/100 g，酸價≤1.00 mg KOH/g，水分≤5.00%，表面油含量≤2.50%，無哈敗味，流動性好。

表6 不同原料南瓜籽油對南瓜籽油微膠囊粉表面油含量的影響

表7 聚葡萄糖對南瓜籽油微膠囊粉穩(wěn)定性的影響?

? 標準：過氧化值≤0.130 g/100 g，酸價≤1.00 mg KOH/g，水分≤5.00%，表面油含量≤2.50%，無哈敗味，流動性好。

3 結論

根據“清潔標簽”原則，選擇酪蛋白酸鈉、辛烯基琥珀酸淀粉鈉為壁材，糊精為填充劑的壁材均不能保證載油量50%南瓜籽油微囊粉在貨架期加速試驗周期的穩(wěn)定性，需在壁材配方中添加抗氧化劑；蛋白型壁材中需通過添加乳化劑和磷酸鹽調節(jié)體系pH，而辛烯基琥珀酸淀粉鈉可以直接添加抗壞血酸達到目的。通過貨架期加速試驗，可推斷壁材中添加抗氧化劑可使產品在常溫下的貨架期達到24個月，過氧化值≤0.130 g/100 g，酸價≤1.00 mg KOH/g，表面油含量≤2.50%。酪蛋白酸鈉為壁材的南瓜籽油微膠囊可將配方中的糊精填充劑替換為聚葡萄糖而成為無糖南瓜籽油微膠囊粉。蛋白壁材抗氧化體系中單雙甘油脂肪酸酯、大豆磷脂、抗壞血酸鈉及磷酸氫二鉀的配伍比例可以通過試驗設計進一步優(yōu)化；抗壞血酸對淀粉壁材體系的抗氧化效果良好，其他抗氧化劑的適用性有待進一步論證；南瓜籽油微膠囊的常溫貨架期仍需進一步試驗佐證。