柚子籽油微膠囊制備工藝優(yōu)化及穩(wěn)定性研究

葉 茂 鄧毛程 陳燕鴻 尹愛(ài)國(guó)

(廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)學(xué)院1,廣州 510300) (廣東省特色調(diào)味品工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心2,廣州 510300) (廣東石油化工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院3,茂名 525000)

柚子籽油是蕓香科(Rutaceae)柑橘屬(Citru)植物柚子的種子油脂，其含量豐富，一般在40%以上，富含亞油酸、油酸等不飽和脂肪酸以及檸檬苦素等活性物質(zhì)，有較高的實(shí)用價(jià)值，也可以作為新的油料能源[1，2]，因此，柚子籽油具有較大的開(kāi)發(fā)和利用潛力。然而，柚子籽油本身具有不良苦味，且營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不穩(wěn)定，對(duì)光熱敏感，較易被氧化酸敗[3]，極大限制了其在食品中的應(yīng)用。利用微膠囊技術(shù)對(duì)油脂進(jìn)行包埋，可有效保護(hù)油脂的營(yíng)養(yǎng)和功能物質(zhì)，同時(shí)提升其抗氧化性、保質(zhì)期、水溶性以及加工性質(zhì)[4]。

目前微膠囊化的主要方法包括噴霧干燥法、空氣懸浮法、擠壓包埋法、分子包埋法、銳孔凝固法、離心擠出法、旋轉(zhuǎn)懸浮分離法、凝聚法等[5，6]。其中，噴霧干燥法是最常用的一種微膠囊制備方法，具有工藝操作簡(jiǎn)單、產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)[7]，被廣泛應(yīng)用在食品微膠囊制備工業(yè)中。迄今國(guó)內(nèi)外研究噴霧干燥法制備油脂微膠囊涉及有油茶籽[4]、大鯢油[5]、核桃油脂[6]、亞麻籽油[8]、棕櫚油[9]、椰子油[10]、牡丹籽油[11]、紅瓜子油[12]、光皮梾木籽油[13]等多種油脂。目前關(guān)于柚子籽油微膠囊的制備鮮有報(bào)道，為此，本研究采用噴霧干燥法制備微膠囊化柚子籽油，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)對(duì)微膠囊化的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，并研究柚子籽油微膠囊產(chǎn)品的基本性質(zhì)和穩(wěn)定性，旨在為進(jìn)一步擴(kuò)寬柚子籽油產(chǎn)品使用范圍。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

柚子籽油，本實(shí)驗(yàn)室提取[14]；β-環(huán)糊精、變性淀粉、大豆分離蛋白明膠：食品級(jí)。

1.2 主要儀器與設(shè)備

YCYN-8000T噴霧干燥器；GYB-3011超高壓連續(xù)勻質(zhì)機(jī)；SP-18熱式磁力攪拌器；DX-S26電熱恒溫水浴鍋；101-3AB恒溫鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 柚子籽油微膠囊的制備工藝

將復(fù)合壁材溶解于60 ℃的蒸餾水中，加入一定量的柚子籽油和乳化劑(大豆卵磷脂)后，在磁力攪拌器60 ℃水浴下300 r/min攪拌30 min，形成穩(wěn)定的乳狀液后，經(jīng)過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)后，進(jìn)行噴霧干燥，即得柚子籽油微膠囊。

1.3.2 壁材的確定

選取β-環(huán)糊精、大豆分離蛋白、明膠和變性淀粉進(jìn)行兩兩組合復(fù)配(質(zhì)量比=1∶1)為壁材，壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，在芯壁比1∶1，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃)得到微膠囊，計(jì)算包埋率[15]。

1.3.3 包埋率的計(jì)算

稱取柚子籽油微膠囊置于50 mL燒杯中，選取石油醚作為溶劑加入，充分振蕩后過(guò)濾得到濾液，置于55 ℃的水浴中加熱蒸出石油醚，得到微膠囊表面油含量，然后采用索氏提取法測(cè)定微膠囊的總油含量，依據(jù)下列公式計(jì)算柚子籽油微膠囊包埋率。

微膠囊包埋率(MEE)=

1.3.4 單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用1.3.1的方法制備柚子籽油微膠囊，以包埋率為指標(biāo)，分別考察復(fù)合壁材比、壁材含量、芯壁比、乳化劑添加量及進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)柚子籽油微膠囊的影響。

1.3.5 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在單因素實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的基礎(chǔ)上，以壁材比(A)、壁材含量(B)、芯壁比(C)、乳化劑添加量(D)、進(jìn)風(fēng)溫度(E)為因素，取3個(gè)水平進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，選用L18(37)進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，以包埋率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，得到最佳工藝參數(shù)，因素水平表如表1所示。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

1.3.6 微膠囊水分的測(cè)定

微膠囊含水量的測(cè)定按照GB 5009.3—2016[16]。

1.3.7 微膠囊推積密度的測(cè)定[4]

準(zhǔn)確稱取5 g(精確至0.01 g)柚子籽油微膠囊產(chǎn)品，裝入50 mL量筒中，來(lái)回左右晃動(dòng)約100次，使微膠囊自然沉降，讀取體積度數(shù)。

式中：M為微膠囊的質(zhì)量/g；V為微膠囊的體積/mL。

1.3.8 微膠囊是散落性[10]

稱取約10 g的柚子籽油微膠囊產(chǎn)品，添加至固定的漏斗中，將其自然下落到水平圓盤上，自然形成微膠囊堆，測(cè)定其高度H和半徑R，根據(jù)公式計(jì)算休止角。休止角越大散落性越差，休止角越小散落性越好。

式中：H為微膠囊堆積高度/mm；D為堆積直徑/mm。

1.3.9 微膠囊穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)

熱穩(wěn)定性：取一定量的柚子籽油微膠囊產(chǎn)品放入80 ℃烘箱中，2 h后取出測(cè)定包埋率；紫外線穩(wěn)定性：取一定量的柚子籽油微膠囊產(chǎn)品室溫至于紫外燈(功率30 W，樣品距離光源50 cm)下照射24 h，測(cè)定包埋率[17]；貯藏穩(wěn)定性：將柚子籽油和柚子籽油微膠囊產(chǎn)品同時(shí)放入65 ℃烘箱中進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)試不同時(shí)間的過(guò)氧化值[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用SPSS24.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同壁材對(duì)柚子籽油微膠囊包埋率的影響

不同的壁材決定了微膠囊產(chǎn)品不同的性質(zhì)，如溶解性、成膜性和親油性等[5]。從圖1可看出，各組壁材在相同條件下所得柚子籽油微膠囊的包埋率均有不同，其中第4組(大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精)包埋率最高，超過(guò)50%，表現(xiàn)出較好的包埋效果，故選擇大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精復(fù)合壁材。

注：組1～組6分別為明膠/β-環(huán)糊精、明膠/變性淀粉、β-環(huán)糊精/變性淀粉、大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精、大豆分離蛋白/明膠、大豆分離蛋白/變性淀粉。
圖1 壁材對(duì)柚子籽油微膠囊包埋率的影響

2.2 柚子籽油微膠囊制備單因素實(shí)驗(yàn)分析

2.2.1 復(fù)合壁材比對(duì)微膠囊制備的影響

選取不同的復(fù)合壁材間質(zhì)量比(大豆分離蛋白∶β-環(huán)糊精)為1∶0.25、1∶0.5、1∶0.75、1∶1、1∶1.5，研究壁材間質(zhì)量比對(duì)柚子籽油微膠囊制備的影響，結(jié)果如圖2所示。壁材比對(duì)微膠囊制備的影響是顯著的，隨著壁材間質(zhì)量比的變化，微膠囊的包埋率也隨之變化，當(dāng)壁材間質(zhì)量比為1∶0.75時(shí)，柚子籽油微膠囊包埋率達(dá)到最大值，為57.8%，但在壁材間質(zhì)量比超過(guò)1∶0.75時(shí)，包埋率有所下降，這可能由于大豆分離蛋白減少，使得油滴聚集或出現(xiàn)破乳現(xiàn)象，使包埋率下降[4]。故選定柚子籽油微膠囊制備的最適壁材間質(zhì)量比為1∶0.75。

圖2 壁材間質(zhì)量比對(duì)柚子籽油微膠囊包埋率的影響

2.2.2 壁材含量對(duì)微膠囊制備的影響

壁材相當(dāng)于微膠囊的外殼，壁材含量適當(dāng)增加有利于微膠囊外殼的形成，提高致密度；但過(guò)高含量則會(huì)使得溶液黏度增加，噴頭容易堵塞，影響噴霧干燥使包埋率下降[15]。在選取壁材間質(zhì)量比1∶0.75，芯壁比1∶1，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃)的條件下，考查不同壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)(20%、25%、30%、35%、40%)對(duì)微膠囊制備的影響，結(jié)果如圖3所示。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，柚子籽油微膠囊包埋率最高，達(dá)到63.3%。

圖3 壁材含量對(duì)柚子籽油微膠囊包埋率的影響

2.2.3 芯壁比對(duì)微膠囊制備的影響

芯材占壁材含量(芯壁比)可以通過(guò)油的負(fù)載率來(lái)影響微膠囊的包埋率和工藝成本[15]。因此，在選取壁材間質(zhì)量比1∶0.75，壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%，噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃)的條件下，考查不同芯壁比對(duì)柚子籽油微膠囊制備的影響，結(jié)果見(jiàn)圖4。當(dāng)芯壁的質(zhì)量比為1∶2時(shí)，柚子籽油微膠囊的包埋率最高，為74.2%；如果繼續(xù)提高芯壁比，將導(dǎo)致乳狀液濃度增加，流動(dòng)性變差，噴霧干燥過(guò)程中容易發(fā)生黏壁現(xiàn)象，微膠囊的包埋率下降[17]。

圖4 芯壁比對(duì)柚子籽油微膠囊包埋率的影響

2.2.4 乳化劑含量對(duì)微膠囊制備的影響

大豆卵磷脂具有親脂性，能形成油/水型乳濁液，通過(guò)減小界面張力，從而降低形成乳狀液的能量。因此，我們?cè)谝源蠖孤蚜字瑸槿榛瘎?、壁材間質(zhì)量比1∶0.75、壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、芯壁比1∶2、噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃，出風(fēng)溫度80 ℃)的條件下，考查不同乳化劑含量對(duì)柚子籽油微膠囊制備的影響，結(jié)果如圖5所示。乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.25%～1.25%內(nèi)，隨著添加量的增加包埋率不斷增加；但乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過(guò)1.25%以后，包埋率反而逐漸降低，其原因可能是大豆卵磷脂過(guò)量，使水油兩相結(jié)合緊密度下降，均質(zhì)效果變差，并且產(chǎn)生大量泡沫，阻礙了芯材和壁材的結(jié)合，導(dǎo)致包埋率下降[4]，所以選擇乳化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.25%為宜。

圖5 乳化劑含量對(duì)柚子籽油微膠囊包埋率的影響

2.2.5 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)微膠囊制備的影響

在壁材間質(zhì)量比1∶0.75，壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%，芯壁比1∶2，乳化劑1.25%的條件下，考查噴霧干燥進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)柚子籽油微膠囊制備的影響，結(jié)果如圖6所示。升高適當(dāng)進(jìn)口溫度可以提高包埋率，過(guò)高溫度則會(huì)使包埋率下降，制備柚子籽油微膠囊的最佳進(jìn)風(fēng)溫度是180 ℃，此時(shí)的包埋率為80.3%。

圖6 進(jìn)口溫度對(duì)柚子籽油微膠囊包埋率的影響

2.3 柚子籽油微膠囊制備正交試驗(yàn)分析

由表2和表3可知，各因素影響柚子籽油微膠囊包埋率的主次順序?yàn)椋盒颈诒?壁材比>乳化劑添加量>壁材含量>進(jìn)口溫度，其中芯壁比對(duì)包埋率影響極顯著(F>F0.01)，壁材比和乳化劑添加量對(duì)包埋率影響顯著(F0.01>F>F0.05)。制備響柚子籽油微膠囊最佳工藝為A1B2C3D3E1，即為壁材間質(zhì)量比1∶0.5、壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、芯壁比1∶1、乳化劑1.5%、進(jìn)口溫度170 ℃。在該最佳工藝條件下，經(jīng)3次重復(fù)性驗(yàn)證，得到的柚子籽油微膠囊包埋率為(88.9±2.1)%，比優(yōu)化前提高10.7%。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表3 正交實(shí)驗(yàn)方差分析

2.4 柚子籽油微膠囊的基本性質(zhì)

利用大豆分離蛋白和β-環(huán)糊精為壁材，通過(guò)噴霧干燥得到的柚子籽油微膠囊呈乳白色，粉末細(xì)致均勻。由表4可知，微膠囊產(chǎn)品的含水量3.64%，含水量較低，容易保存；微膠囊表面油和總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2.33%和21.5%，微膠囊的包埋率為89.2%，說(shuō)明微膠囊包埋過(guò)程中油脂揮發(fā)少，表面破損少，保證了微膠囊總油含量和質(zhì)量[5]；休止角為(37.4±0.62)°，容重為0.39 g/cm3，表明微膠囊產(chǎn)品的黏性小，形狀規(guī)則，表面光滑，流動(dòng)性好[5，10]。

表4 柚子籽油微膠囊的基本性質(zhì)

2.5 柚子籽油微膠囊的穩(wěn)定性

2.5.1 熱穩(wěn)定性和紫外穩(wěn)定性

經(jīng)測(cè)定，柚子籽油微膠囊在80 ℃環(huán)境下經(jīng)過(guò)2 h，包埋率由89.2%變?yōu)?0.8%，而產(chǎn)品經(jīng)過(guò)24 h紫外線照射處理，包埋率變?yōu)?1.8%，表明微膠囊產(chǎn)品具有較好的耐高溫和耐紫外線[17]。

2.5.2 儲(chǔ)存穩(wěn)定性

由圖7可以看出，在65 ℃加速氧化實(shí)驗(yàn)前期(24 h前)，柚子籽油和柚子籽油微膠囊的過(guò)氧化值變化區(qū)別不明顯，24 h后，柚子籽油和柚子籽油微膠囊的過(guò)氧化值變化區(qū)別差異明顯，柚子籽油的過(guò)氧化值增加速率明顯高于柚子籽油微膠囊，柚子籽油的過(guò)氧化值72 h后達(dá)到22.4 mmol/kg，發(fā)生明顯的氧化酸敗，而柚子籽油微膠囊的過(guò)氧化值增長(zhǎng)緩慢，72 h后的過(guò)氧化值為10.8 mmol/kg，遠(yuǎn)低于未微膠囊化的柚子籽油，表明微膠囊可以有效減緩柚子籽油的氧化速率，對(duì)柚子籽油起到很好的保護(hù)作用。

圖7 柚子籽油和微膠囊樣品過(guò)氧化值的變化(65 ℃)

3 結(jié)論

本研究采用噴霧干燥法，以柚子籽油為芯材，考察了不同壁材、壁材間質(zhì)量比、壁材含量、芯壁比、乳化劑含量和進(jìn)口溫度對(duì)柚子籽油微膠囊制備的影響，優(yōu)化了制備工藝條件。單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，制備柚子籽油微膠囊的最佳工藝條件為：大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精為復(fù)合壁材，壁材間質(zhì)量比1∶0.5、壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%、芯壁比1∶1、乳化劑1.5%、進(jìn)口溫度170 ℃，該制備工藝條件下得到的柚子籽油微膠囊包埋率為(88.9±2.1)%。制得的柚子籽油微膠囊產(chǎn)品呈乳白色，含水量較低，粉末細(xì)致均勻，黏性小，形狀規(guī)則，表面光滑，流動(dòng)性好，熱穩(wěn)定性和紫外線穩(wěn)定性均較好，基本滿足一般食品加工要求；加速氧化實(shí)驗(yàn)表明，微膠囊化的柚子籽油過(guò)氧化值變化速率緩慢，產(chǎn)品更加穩(wěn)定。本研究為柚子籽油產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供了參考。