大蒜精油微膠囊的制備工藝

李宇，孫鐘雷*，羅人舒

長(zhǎng)江師范學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與生物工程學(xué)院（重慶 408100）

大蒜精油是從大蒜中提取純化而得到的透明微黃色油狀物，是大蒜中非常重要的功能性物質(zhì)。大蒜精油中最具有研究?jī)r(jià)值的是活性硫化物[1]，具有預(yù)防和治療心血管疾病、降低血脂、抗高血壓、抗血栓和抗癌等作用。大蒜精油氣味沖鼻，有特殊的辛辣味，并且它的活性化合物性質(zhì)不穩(wěn)定，容易在加工和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中揮發(fā)，或易受環(huán)境的影響而變質(zhì)[2-3]，同時(shí)大蒜精油在水中的溶解度很低，在很大程度上限制了它在食品工業(yè)中的應(yīng)用。殼聚糖是甲殼素的衍生物，有很好的成膜性、吸附性、通透性和保濕性[4]等，在食品工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛[5]。羧甲基纖維素鈉無(wú)味無(wú)臭無(wú)毒，能夠吸水膨脹，有較好的吸濕性[6]。以殼聚糖和羧甲基纖維素鈉為壁材制備微膠囊已有一些研究[7-10]，但是作為復(fù)配壁材包埋大蒜精油尚未見(jiàn)報(bào)道。因此，試驗(yàn)以大蒜精油為芯材，羧甲基纖維素鈉與殼聚糖作為復(fù)合壁材，采用乳化-固化法制備大蒜精油微膠囊，增加了大蒜精油微膠囊壁材選用的廣域性，為大蒜精油在食品工業(yè)上的應(yīng)用奠定了一定的理論基礎(chǔ)，具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

主要原料：大蒜精油（吉安市華碩香料油有限公司）、殼聚糖（食品級(jí)，天和生物科技有限公司）、羧甲基纖維素鈉（食品添加劑，高要市蜜丹兒商貿(mào)有限公司）。

化學(xué)試劑：冰乙酸、無(wú)水乙醇、戊二醛、亞硫酸氫鈉（均為分析純）；偏磷酸-乙酸溶液、碘酸鉀、溴的CCl4溶液、醋酸鋅（均為化學(xué)純）。淀粉碘化鉀試紙（上海磊固儀器有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

JJ-1B恒速增力電動(dòng)攪拌器，金壇市城東新瑞儀器廠；LDZ5-2離心機(jī)，北京京立離心機(jī)有限公司；LGJ-10冷凍干燥機(jī)，北京松源華興科技發(fā)展有限公司；OPTEC光學(xué)顯微鏡，重慶奧特光學(xué)儀器有限公司；HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；PE20 pH計(jì)，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；EL204電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；BCD-195KANDZ海爾冰箱，中國(guó)（青島）海爾集團(tuán)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

大蒜精油→乳化→調(diào)節(jié)pH→固化→洗滌→冷凍干燥→成品

1.3.2 操作要點(diǎn)

將3%羧甲基纖維素鈉在60 ℃恒溫水浴鍋中加熱融化成透明狀態(tài)，加入2 mL大蒜精油，轉(zhuǎn)速為800 r/min，攪拌2 min，使二者充分混合?；旌暇鶆蚝髮⑥D(zhuǎn)速調(diào)至1 000 r/min，加入3%殼聚糖溶液，繼續(xù)乳化10 min。乳化完成后，加入少量的10%冰乙酸溶液，用pH計(jì)調(diào)整溶液的pH為4.5。再將1 mL戊二醛溶液緩慢滴入乳化液中，攪拌器轉(zhuǎn)速為1 000 r/min，持續(xù)攪拌40 min進(jìn)行固化。最后將大蒜精油微膠囊溶液依次用亞硫酸氫鈉，無(wú)水乙醇洗滌，重復(fù)多次，在離心機(jī)中離心，收集下層沉淀的微膠囊，置于冷凍干燥機(jī)中干燥成粉末，即為成品。

1.3.3 大蒜精油微膠囊形態(tài)觀察

用膠頭滴管吸取少量大蒜精油微膠囊分散液于載玻片上，并蓋上蓋玻片，于顯微鏡下觀測(cè)形態(tài)并拍照。

1.3.4 大蒜精油微膠囊包埋率測(cè)定

方法如下：取蒸餾水10 mL，加95%乙醇5 mL，醋酸鋅溶液1 mL，在低溫?cái)嚢柘拢娩宓腃Cl4溶液滴定，淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)，記錄耗用溴溶液體積V0為空白。

取微膠囊樣品液10 mL，加95%乙醇5 mL，醋酸鋅溶液1 mL，在低溫?cái)嚢柘?，用溴的CCl4溶液滴定，淀粉碘化鉀試紙變藍(lán)，記錄耗用溴溶液體積V為空白。

式中：M為溴的CCl4溶液濃度，mol/L；V為耗用溴的CCl4溶液體積，mL；V0為空白耗用溴的CCl4溶液體積，mL；V’為樣品液用量，mL；0.555 5為1 g溴與大蒜5種有效成分之間的換算系數(shù)；159.80為溴的分子量。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合壁材比對(duì)大蒜精油微膠囊品質(zhì)的影響

壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變殼聚糖與羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比分別為0.8∶1，1.2∶1，1.6∶1和2∶1，考察殼聚糖與羧甲基纖維素鈉的質(zhì)量比對(duì)大蒜精油品質(zhì)的影響，結(jié)果如圖1所示。如圖可知，當(dāng)復(fù)合料比為0.8∶1時(shí)，大蒜精油微膠囊產(chǎn)率較低，且包埋劑對(duì)大蒜精油包覆不完全。當(dāng)復(fù)合料比為2∶1時(shí)，溶液黏度很大，微膠囊容易聚集，不夠均勻，且仍有少許精油浮于溶液表面。綜合分析，較佳的復(fù)合壁材比為1.6∶1。

2.2 壁芯比對(duì)大蒜精油微膠囊品質(zhì)的影響

復(fù)合壁材比1.6∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變壁芯比為0.5∶1，2∶1，4∶1和6∶1，考察壁芯比對(duì)大蒜精油成形品質(zhì)的影響，結(jié)果如圖2所示。如圖可知，當(dāng)壁芯比為0.5∶1時(shí)，壁材較少不足以包裹芯材，導(dǎo)致包埋率較低，多數(shù)大蒜精油浮在溶液表面。當(dāng)壁芯比為6∶1時(shí)，大蒜精油太少，導(dǎo)致壁材使用率較低，形成的微膠囊數(shù)量過(guò)少。綜合分析，較佳的壁芯比為2∶1。

圖1 不同復(fù)合壁材比對(duì)大蒜精油微膠囊形態(tài)（×100）及包埋率的影響

圖2 不同壁芯比對(duì)大蒜精油微膠囊形態(tài)（×100）及包埋率的影響

2.3 戊二醛添加量對(duì)大蒜精油微膠囊品質(zhì)的影響

復(fù)合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，pH為4.5，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變戊二醛添加量分別為0.5，1，1.5和2 mL，考察戊二醛添加量對(duì)大蒜精油固化效果的影響，結(jié)果如圖3所示。如圖可知，當(dāng)戊二醛添加量較少時(shí)，微膠囊顆粒較大，包埋率較低。添加量多于2 mL時(shí)包埋率又呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，添加量為1.5 mL時(shí)，微膠囊顆粒形成較均勻且分散。綜合分析，戊二醛較佳添加量為1.5 mL。

圖3 不同戊二醛添加量對(duì)大蒜精油微膠囊形態(tài)（×100）及包埋率的影響

2.4 pH對(duì)大蒜精油微膠囊品質(zhì)的影響

復(fù)合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變?nèi)芤簆H分別為3.5，4.0，4.5和5.0，考察pH對(duì)大蒜精油微膠囊成形品質(zhì)的影響。結(jié)果如圖4所示。如圖可知，pH能影響羧甲基纖維素鈉的黏稠度，pH越小，黏稠度越小，微膠囊在溶液中分布越分散。當(dāng)pH為3.5時(shí)，微膠囊在溶液中很分散，包埋率較低。當(dāng)pH越大，微膠囊在溶液中分散越均勻，綜合分析，pH較佳為4.5。

2.5 攪拌速度對(duì)大蒜精油微膠囊品質(zhì)的影響

復(fù)合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5固定不變，改變攪拌速度分別為800，1 000，1 200和1 400 r/min，考察攪拌速度對(duì)大蒜精油微膠囊成形品質(zhì)的影響，結(jié)果如圖5所示。如圖可知，當(dāng)攪拌速度小時(shí)，微囊顆粒較大且溶液中有油滴尚未包埋。當(dāng)攪拌速度過(guò)大時(shí)，微囊顆粒較小，表示儀器剪切力過(guò)大，不適用于微膠囊成形。綜合分析，最佳攪拌速度為1 200 r/min。

圖4 不同pH對(duì)大蒜精油微膠囊形態(tài)（×100）及包埋率的影響

2.6 大蒜精油微膠囊配方參數(shù)正交試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過(guò)以上單因素試驗(yàn)，得出復(fù)合壁材比、壁芯比、戊二醛添加量、pH、攪拌速度的因素水平，正交試驗(yàn)的因素水平及結(jié)果分析見(jiàn)表1。

從表1的正交試驗(yàn)結(jié)果可以看出：影響殼聚糖、羧甲基纖維素鈉制備大蒜精油微膠囊包埋率的因素主次順序是：壁芯比、戊二醛、復(fù)合壁材比、pH、攪拌速度。經(jīng)極差分析可知，最優(yōu)組合為A3B2C3D3E4，而正交試驗(yàn)列表中得分最高的是A3B4C2D1E3，所以還需要增加一組驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，最優(yōu)的組合是A3B2C3D3E4，即大蒜精油微膠囊的最佳條件是殼聚糖、羧甲基纖維素鈉復(fù)合壁材比為1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 400 r/min，在此條件下微膠囊的包埋率為90.98%。

表1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析表

3 結(jié)論

以大蒜精油為芯材，殼聚糖和羧甲基纖維素鈉為復(fù)合壁材，探討了乳化-固化法制備大蒜精油微膠囊的工藝流程，運(yùn)用光學(xué)顯微鏡確定大蒜精油微膠囊的基本形態(tài)，加成法測(cè)定包埋率，確定出大大蒜精油微膠囊制備的最佳工藝為：復(fù)合壁材料比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 400 r/min。通過(guò)該工藝制備的大蒜精油微膠囊顯微形態(tài)呈圓形，粒徑均勻呈分散狀態(tài)，包埋率達(dá)到90.98%。