肉桂醛對(duì)乳清濃縮蛋白微膠囊品質(zhì)的影響

胡 艷 ，盧 航，劉 飛，王語嫣，彭 芬

（1.貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院，貴州貴陽 550005；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430070）

微膠囊具有保護(hù)功能性油脂和敏感性組分、掩蓋不良?xì)馕?、改變產(chǎn)品狀態(tài)與性質(zhì)以及控制活性組分的體內(nèi)吸收和釋放等功能，這些被包裹的活性組分被稱為芯材，其可以被包埋在另一種材料的外殼內(nèi)，這種具有臨時(shí)或永久保護(hù)作用的材料被稱為壁材。微膠囊在食品、醫(yī)藥、農(nóng)藥、化妝品等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。自20世紀(jì)50年代以來，涌現(xiàn)出大量制備微膠囊的新方法，如噴霧干燥[1?2]、冷凍噴霧干燥[3]、復(fù)凝聚[4]、電噴霧[5?6]和抗溶劑沉淀[7]等方法。其中，噴霧干燥法是一種應(yīng)用廣泛且實(shí)用性強(qiáng)的微膠囊制備法，具有經(jīng)濟(jì)性，易操作，適用于熱敏性物料，產(chǎn)品分散性和溶解性良好等特點(diǎn)。在食品工業(yè)領(lǐng)域，蛋白質(zhì)常用作微膠囊的壁材，其中乳清蛋白因其優(yōu)良的乳化性能和抗氧化活性備受關(guān)注[8?9]。然而，單一的乳清蛋白作壁材所制備的微膠囊對(duì)功能性油脂和營(yíng)養(yǎng)素包封率較低。相比于單一壁材，復(fù)配壁材更具優(yōu)勢(shì)。Shamaeiet等[10]利用蛋白脫脂奶粉和吐溫80復(fù)配，通過噴霧干燥法制備核桃油微膠囊，包封率高達(dá)91%。Carneiro等[11]研究不同壁材復(fù)配所制備的微膠囊對(duì)亞麻籽油包封效率和氧化穩(wěn)定性的影響，結(jié)果表明麥芽糖糊精和改性淀粉（Hi-Cap 100 TM和CapsulTA?）對(duì)亞麻籽油的包封率高達(dá)90%，而麥芽糊精與乳清濃縮蛋白復(fù)配能有效地保護(hù)亞麻籽油免受脂質(zhì)氧化。這些利用復(fù)配壁材制備的微膠囊，壁材間主要是通過物理相互作用結(jié)合形成一層致密的外殼，這種結(jié)合方式作用力較弱，在噴霧干燥過程中微膠囊容易破裂致使油相溢出[12]?；瘜W(xué)修飾方面，主要利用多糖與蛋白間的美拉德反應(yīng)，以美拉德反應(yīng)的產(chǎn)物作為微膠囊壁材。目前，鮮有關(guān)于利用脂溶性醛組分與蛋白間相互作用修飾微膠囊界面的報(bào)道。

肉桂醛（Cinnamaldehyde，CA），一種疏水性芳香醛，是肉桂精油中的主要成分，它具有良好的抗菌和抗氧化活性[13?14]，可作為一種天然的抗氧化和抗菌劑添加至食品體系中。課題組前期研究表明，利用殼聚糖的氨基與CA的醛基發(fā)生席夫堿反應(yīng)，從而調(diào)控殼聚糖膜的理化特性。所制備的殼聚糖膜表面光滑，機(jī)械性能優(yōu)良，且具有更好的抗菌活性，尤其是對(duì)真菌的抑制作用更為顯著[14]。此外，Chen等[8]研究表明，CA可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)納米乳劑的理化性質(zhì)，這是因?yàn)镃A與蛋白質(zhì)通過席夫堿反應(yīng)在乳液液滴界面交聯(lián)，使得更多的蛋白質(zhì)積聚在液滴表面，從而形成更穩(wěn)定的乳液。

本研究在前期工作基礎(chǔ)上，設(shè)想在微膠囊構(gòu)建過程中引入CA對(duì)微膠囊界面進(jìn)行化學(xué)修飾，探究CA對(duì)乳清濃縮蛋白（Whey protein concentrate,WPC）微膠囊品質(zhì)的影響。同時(shí)，研究WPC濃度、CA的添加量以及油相含量對(duì)微膠囊粉末品質(zhì)的影響，從而得到最佳制備條件以提高微膠囊的穩(wěn)定性和包封率。為利用單一的蛋白作壁材構(gòu)建高效穩(wěn)定的微膠囊提供了一種新思路，并為蛋白微膠囊粉末體系的應(yīng)用和相關(guān)產(chǎn)品開發(fā)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

WPC 純度80%，美國(guó)Hilmar Ingredients公司；CA 純度95%，美國(guó)Aladdin工業(yè)公司；大豆油武漢益海嘉里有限公司食品級(jí)。

85-2磁力攪拌器 鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；Ultra-Turrax T25高速剪切機(jī) 德國(guó)IKA 公司；AH100B高壓均質(zhì)機(jī) 加拿大ATS Engineering 公司；YC100噴霧干燥機(jī) 上海雅程儀器設(shè)備有有限公司；Leica DM3000顯微鏡 德國(guó)Leica公司；Malvern 2000激光粒度分析儀 英國(guó)Malvern公司；S210-S pH計(jì) 梅特勒-托利多國(guó)際貿(mào)易（上海）有 限 公 司；JSM-6390LV掃 描 電 鏡（Scanning electronic microscopy） 日本NTC公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 乳液制備

1.2.1.1 水相制備 準(zhǔn)確稱取不同質(zhì)量的WPC粉末，緩慢地加入到磷酸緩沖液（5 mmol/L，pH=7）中，于室溫下攪拌至充分溶解，利用1 mol/L的HCl或NaOH調(diào)節(jié)溶液pH至7.0，隨后放入4 ℃冰箱貯藏12 h以充分水合，得到不同濃度的WPC溶液（1、3、5、7、9 wt%）備用。

1.2.1.2 油相制備 準(zhǔn)確稱取不同質(zhì)量的CA，加入大豆油中，于室溫下攪拌均勻，即得不同CA濃度的油相以備用，CA在最終乳液中的濃度分別為0、0.1、0.5、1、3 wt%。

1.2.1.3 高能法制備乳液 參考Hu等[15]的方法加以改動(dòng)，將不同濃度的WPC溶液（1、3、5、7、9 wt%）分別與大豆油以9:1的比例混合，經(jīng)高速剪切機(jī)，轉(zhuǎn)速12000 r/min，剪切3 min，完成預(yù)混；然后經(jīng)過高壓均質(zhì)機(jī)，在6.2×107Pa左右的壓力條件下，循環(huán)均質(zhì)5次，即得不同WPC濃度的乳液。大豆油中加入10 wt%的CA，使得最終乳液中CA含量為1wt%，即得不同WPC濃度且含CA的乳液。

將濃度為5wt%的WPC溶液與大豆油分別以不同比例（19:1、9:1、4:1）混合，按照上述制備方法，即得油相含量為5%、10%、20 wt%的乳液。含有CA的乳液，其含量仍為1%。

將濃度為5wt%的WPC溶液與大豆油（其中CA含量分別為0、1%、5%、10%、20 wt%）以9:1的比例混合，按照上述方法制備乳液，即得不同CA含量（0、0.1、0.5、1、2 wt%）的乳液。

1.2.2 噴霧干燥 將1.2.1中制備的乳液進(jìn)行噴霧干燥，選用直徑為0.5 mm的霧化噴嘴，進(jìn)風(fēng)溫度（180±5）℃，出風(fēng)溫度（90±5）℃，樣品流量為5 mL/min。噴霧干燥的粉末收集于密封袋中于干燥器中貯藏備用。

1.2.3 乳液表征

1.2.3.1 粒徑分析 使用激光粒度儀測(cè)定不同乳液樣品的粒徑及粒徑分布。采用濕樣法進(jìn)樣，分散相選取大豆油（折射率為1.473），連續(xù)相選取水（折射率為1.333），泵速設(shè)為2000 r/min，測(cè)定時(shí)吸取適量的乳液分散到連續(xù)相中，以確保遮光率在5%～10%之間。用D[3,2]表面積平均粒徑表示乳液粒徑，每個(gè)樣品平行測(cè)定三次。

1.2.3.2 微觀結(jié)構(gòu) 利用顯微鏡來觀察乳液樣品微觀結(jié)構(gòu)。將適量的樣品滴于載玻片上，用蓋玻片均勻壓片，保證無氣泡的前提下于40×倍物鏡下觀察，選取普遍存在的結(jié)構(gòu)形貌進(jìn)行拍照。

1.2.4 微膠囊表征

1.2.4.1 再分散性 稱取0.50 g微膠囊粉末溶于30 mL蒸餾水中室溫?cái)嚢枞芙?0 min，測(cè)定復(fù)溶乳液粒徑大小，與1.2.3.1方法相同。

1.2.4.2 含水量 準(zhǔn)確稱取1.00 g微膠囊粉末于已恒重的鋁盒中，放在105 ℃烘箱內(nèi)烘至恒重（x）。含水量為烘干前后質(zhì)量減少的百分?jǐn)?shù)。

含水量（%）=（1?x）/1× 100

1.2.4.3 包封率 表面油（SO）測(cè)定常馨月等[16]的方法略微改動(dòng)，準(zhǔn)確稱取1.00 g微膠囊粉末于濾紙上，使用15 mL石油醚對(duì)粉末進(jìn)行沖洗，將沖洗后的石油醚轉(zhuǎn)移至空瓶中（m0），置于通風(fēng)櫥于45 ℃水浴蒸干，隨后在105 ℃烘箱中烘干至恒重，測(cè)量其質(zhì)量m1。

SO = m1－m0（m0，為空瓶質(zhì)量）

總油（TO）測(cè)定，根據(jù)AOAC法略有改動(dòng)。準(zhǔn)確稱取1.00 g微膠囊粉末加入抽脂管中并加入8 mL蒸餾水使其溶解，然后逐滴滴加10 mL濃鹽酸，70 ℃水浴1 h。冷卻至室溫，加入25 mL乙醚和25 mL石油醚，并將管劇烈振蕩。將乙醚和石油醚溶液（上清液）分離。剩余的水相添加15 mL乙醚和15 mL石油醚重復(fù)萃取兩次。將收集的乙醚和石油醚萃取液歸入空瓶中（m0），置于通風(fēng)櫥內(nèi)45 ℃水浴蒸干，后105 ℃烘干至恒重，測(cè)量其質(zhì)量m2。

TO = m2－ m0

包封率（EE）% = （TO - SO） / TO×100

1.2.4.4 溶解速率 溶解速率指在某一溶劑中單位時(shí)間內(nèi)溶解的溶質(zhì)量，本實(shí)驗(yàn)采用紫外分光光度計(jì)測(cè)定。稱取 30 mg 粉末放置于盛有 3 mL蒸餾水的比色皿（1×1）液面上，開始計(jì)時(shí)，記錄其在 620 nm 波長(zhǎng)下吸光值隨時(shí)間的變化。

1.2.4.5 微觀形貌 利用SEM觀察微膠囊的微觀形貌，取一定量微膠囊粉末，均勻分散后，使用雙面膠粘于樣品臺(tái)上，用IB-3離子濺射器在樣品表面噴涂一層150A的金粉，然后觀察微膠囊外形結(jié)構(gòu)。加速電壓為20 kV，放大倍數(shù)為1000和3000倍。

1.3 數(shù)據(jù)處理

為保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相對(duì)準(zhǔn)確性，所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次，實(shí)驗(yàn)結(jié)果用SPSS 18.0方差分析法（ANOVA）進(jìn)行差異顯著性分析（P＜0.05），所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 乳液及微膠囊的粒徑分布

2.1.1 WPC濃度和CA對(duì)乳液及微膠囊粒徑分布的影響 圖1為不同WPC濃度的乳液及微膠囊復(fù)溶液的粒徑分布。乳液的粒徑分布為雙峰，其中一個(gè)峰為肩峰，隨著WPC濃度增高，肩峰逐漸減弱（圖1A），表明乳液大液滴數(shù)量減少，粒徑分布更均一。Moisio等[17]所制備的亞納米乳液的粒徑分布出現(xiàn)了雙峰，小液滴峰的比例隨著蛋白質(zhì)濃度的增加而增加，這與本研究結(jié)果一致。圖1B 表明，當(dāng)油相中含有CA（10%）時(shí)，隨著WPC濃度的增加，乳液的粒徑分布向小粒徑偏移，且粒徑分布的肩峰強(qiáng)度有所減弱。該結(jié)果說明CA與WPC之間的互作強(qiáng)度能影響乳液的特性。WPC濃度較低時(shí)，WPC與CA發(fā)生席夫堿反應(yīng)，對(duì)油水界面的穩(wěn)定效果不佳[8]，可能促進(jìn)乳液聚集，從而出現(xiàn)粒徑較大的乳液液滴，導(dǎo)致測(cè)量時(shí)出現(xiàn)肩峰。

圖1 WPC濃度對(duì)乳液及微膠囊粒徑分布的影響Fig.1 Effect of WPC concentration on particle size distribution of emulsion

通過噴霧干燥技術(shù)對(duì)所制備的納米乳液進(jìn)行微膠囊化。微膠囊復(fù)溶乳液（圖1C和D）與原乳液（圖1A和1B）的粒徑分布相比，微膠囊復(fù)溶后粒徑分布明顯向大粒徑偏移。當(dāng)WPC濃度為1%時(shí)，微膠囊復(fù)溶乳液粒徑分布峰變寬，且平均粒徑達(dá)15.01 μm。當(dāng)WPC濃度增大至9%時(shí)，復(fù)溶乳液粒徑分布均一，基本呈單峰分布，平均粒徑為6.79 μm。據(jù)Sanchez[18]和Guldiken[19]報(bào)道，噴霧干燥會(huì)增大乳液粒徑，這與本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果一致。噴霧干燥過程中影響粒徑大小的因素有多種，如進(jìn)樣壓力（霧化壓力）大小、干燥溫度和樣品本身的粘度等[10,20?21]。當(dāng)WPC濃度較低時(shí)，在噴霧干燥過程中，WPC對(duì)油滴穩(wěn)定性較弱，導(dǎo)致乳液粒徑增大。含有CA的微膠囊復(fù)溶乳液粒徑減小，如表1所示，WPC濃度為5%且不含CA的微膠囊平均粒徑為6.21 μm，而含有CA的微膠囊平均粒徑為6.01 μm。這可能是由于CA與WPC相互作用，使更多的WPC吸附在油水界面上，形成的界面蛋白膜更厚，經(jīng)過噴霧干燥后微膠囊形成的蛋白殼更為堅(jiān)固，內(nèi)相滲出較少，粉末不易發(fā)生聚集，從而使得粒徑相對(duì)較小。

表1 CA對(duì)不同WPC濃度微膠囊的平均粒徑的影響Table 1 The mean particle diameter of microcapsules with or without CA

2.1.2 油相含量和CA對(duì)乳液及微膠囊復(fù)溶乳液粒徑分布的影響 油相含量會(huì)影響乳液的粒徑分布（圖2A、B）。當(dāng)油含量為5%和20%時(shí)，乳液粒徑分布為雙峰（圖2A），這是因?yàn)楫?dāng)油相含量為20%時(shí)，WPC含量相對(duì)不足，油滴之間易發(fā)生聚結(jié)；當(dāng)油相含量為5%時(shí)，WPC含量相對(duì)較高，過量酪蛋白酸鹽形成聚集體，引起耗盡絮凝導(dǎo)致乳液不穩(wěn)定[22]。1% CA的添加消除了油相含量為5%的乳液樣品的肩峰（圖2B），但油相含量為20%的乳液樣品的肩峰仍然存在。

油相含量對(duì)復(fù)溶乳液粒徑分布的影響更為顯著，如圖2C、D中所示。不含CA且油相含量為5%的微膠囊復(fù)溶乳液的粒徑呈雙峰分布，粒徑差異較大（圖2C）。添加CA后油相含量為5%的樣品粒徑分布趨于均一（圖2D）。這是因?yàn)橛拖嘀蠧A的存在使油水界面上吸附更多的蛋白，樣品中的游離蛋白減少或消失，從而減少因過量蛋白聚集導(dǎo)致的不穩(wěn)定。顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)油相含量為5%的樣品微觀結(jié)構(gòu)與測(cè)得的粒徑分布結(jié)果一致。CA的添加使乳液粒徑分布更均一，從而有利于調(diào)節(jié)微膠囊的穩(wěn)定。

圖2 油相含量對(duì)乳液及微膠囊粒徑分布的影響Fig.2 Effect of oil phase content on particle size distribution of emulsions and microcapsule emulsions

2.1.3 CA含量對(duì)乳液及微膠囊復(fù)溶乳液粒徑分布的影響 WPC濃度（5%）和油相含量（10%）不變，改變CA的添加量以制備不同乳液樣品。圖3A為不同CA含量乳液的粒徑分布，粒徑分布集中且均為納米乳液，約為120 ～170 nm，而乳液經(jīng)過噴霧干燥后形成微膠囊的粒徑增大，約為5～6 μm（圖3B）。圖3C表明，隨著CA含量的增加，乳液粒徑降低，這與實(shí)驗(yàn)室前期研究結(jié)果一致[8]。這是由于乳液中CA含量增加時(shí)，油相的界面張力和粘度減小，均質(zhì)形成更小的顆粒[23]。從圖3D可以看出，復(fù)溶乳液的粒徑大小變化與原乳液的變化趨勢(shì)相反，CA含量的增加會(huì)導(dǎo)致復(fù)溶乳液的粒徑增大。

圖3 CA含量對(duì)微膠囊粒徑分布的影響Fig.3 Effect of cinnamaldehyde content change on particle size distribution of microcapsule emulsion

2.2 微膠囊粉末的包封率、載油量和水分含量

2.2.1 WPC濃度對(duì)微膠囊粉末的包封率、載油量和水分含量的影響 包封率、載油量和水分含量是評(píng)價(jià)微膠囊品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。表2和表3數(shù)據(jù)表明，包封率（Encapsulation efficiency，EE）、總油（Total oil, TO）、表面油（Surface oil, SO）和水分含量均受WPC濃度和CA的影響。如表2所示，隨著WPC濃度的增加，微膠囊TO和SO含量逐漸下降，水分含量逐漸升高。這是因?yàn)楸诓暮吭黾?，?dǎo)致粉末固含量升高，同時(shí)微膠囊粉末吸濕能力增強(qiáng)。水分含量處于較低水平范圍（4.16%～6.47%），利于產(chǎn)品后期保存。增加WPC濃度有利于提升包封率，當(dāng)WPC濃度為5%時(shí)，油脂包封率最高（58.79%），而WPC濃度為1%時(shí)，包封率為44.57%。Jafari等[24]研究發(fā)現(xiàn)乳清蛋白分離物含量的增加會(huì)提升乳液粘度，減少干燥期間液滴內(nèi)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)，從而有利于提高油脂包封率。Wang等[9]研究表明增加乳清蛋白濃度，可減少微膠囊的SO含量，提升包封率。這是因?yàn)槿榍宓鞍诐舛鹊脑黾?，縮短了液滴-空氣界面形成半透性外殼的時(shí)間，阻止油滴擴(kuò)散到顆粒表面。

表2 不同WPC濃度且不含CA的微膠囊的表面油、總油、包封率和含水量Table 2 The surface oil, total oil, encapsulation efficiency and moisture content of different protein concentrations for cinnamaldehyde-free powders

表3 不同WPC濃度且含1%CA的微膠囊的表面油、總油、包封率和含水量Table 3 The surface oil, total oil, encapsulation efficiency and moisture content of the cinnamaldehyde-containing powder at different protein concentrations

當(dāng)乳液中含有1%CA時(shí)，1%的WPC濃度穩(wěn)定的微膠囊油脂包封率較低（30.32%），增加WPC濃度，油脂包封率顯著提升（P＜0.05）（表3）。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)吸附到油-水界面之后，氨基暴露，與油相中CA的羧基發(fā)生席夫堿反應(yīng)，使蛋白更有效的吸附到界面上，形成堅(jiān)固的界面膜，有效減少油相流出。當(dāng)WPC濃度為7%，包封率最高（74.48%）。在低濃度范圍，隨著WPC濃度的增加，更多的蛋白吸附到界面上，形成更穩(wěn)固的界面膜，從而抑制油相擴(kuò)散到顆粒表面。當(dāng)WPC的含量上升至一定濃度后，界面上蛋白吸附趨于飽和，水相中多余的游離蛋白與界面上的蛋白進(jìn)行流動(dòng)或交換，處于動(dòng)態(tài)平衡。這種動(dòng)態(tài)平衡導(dǎo)致形成的界面膜不夠穩(wěn)固，在噴霧干燥過程中油脂易析出，微膠囊粉末的包封率下降。CA的添加增大了界面上的蛋白吸附量，從而延遲了這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)。

2.2.2 油相含量對(duì)微膠囊粉末的包封率、載油量和水分含量的影響 如表4所示，水分含量則隨著油相含量的增加而降低，在4.98%～7.77%的范圍內(nèi)變動(dòng)。微膠囊包封率隨油相含量增加顯著降低（P＜0.05），當(dāng)油相含量從5%增加至10%，包封率略微增加，但不顯著（P＞0.05），當(dāng)油相含量增加至20%，包封率顯著降低（P＜0.05）。Luciana等[25]制備了不同油相含量的微膠囊，發(fā)現(xiàn)油相的占比越高，其微膠囊粉末包封率越低，這是因?yàn)殡S著油相含量的增加其微膠囊粉末中存在較高含量的游離油。當(dāng)微膠囊粉末中含CA時(shí)，5%油含量的微膠囊包封率顯著（P＜0.05）高于所有微膠囊樣品，高達(dá)92.12%，油相進(jìn)一步增加至10%和20%，包封率驟降后趨于平穩(wěn)。這些數(shù)據(jù)表明CA的添加可顯著提升低油含量微膠囊的包封率，同時(shí)穩(wěn)定高油含量微膠囊的包封率。

表4 不同油相含量微膠囊粉末的表面油、總油、包封率和含水量Table 4 Effect of different oil phase contents on the surface oil, total oil, encapsulation efficiency and moisture content of the powder

2.2.3 CA含量對(duì)微膠囊粉末的包封率、載油量和水分含量的影響 CA含量對(duì)微膠囊粉末品質(zhì)的影響如表5所示。隨著CA含量的增加，包封率顯著升高（P＜0.05）且高于不含CA的樣品。粉末含水量為2.24%～3.82%，CA的添加對(duì)水分含量影響顯著（P＜0.05）。乳液中CA含量控制在0.1%～0.5%的范圍時(shí)，微膠囊粉末包封率可以提升約10%；當(dāng)乳液中CA含量進(jìn)一步增加到2%時(shí)，微膠囊粉末的包封率提升了約一倍?？赡芤?yàn)橛拖嘀蠧A含量升高，增加了其功能基團(tuán)醛基與界面蛋白的氨基的反應(yīng)幾率，增強(qiáng)了所形成界面膜的機(jī)械性能和厚度，這種高強(qiáng)度的界面膜在噴干過程中可以有效減少殼體被破壞和抑制油相的外溢，顯著減少了表面油含量，從而達(dá)到提高包封性能的效果。

表5 不同CA含量微膠囊粉末的表面油、總油、包封率和含水量Table 5 Effect of different cinnamaldehyde content on the surface oil, total oil, encapsulation efficiency and moisture content of the powder

2.3 微膠囊粉末的溶解特性

2.3.1 WPC濃度對(duì)微膠囊粉末溶解特性影響 當(dāng)只有重力驅(qū)使的條件下，分散速率以溶液濁度變化的快慢表示，圖4表示不同WPC濃度的微膠囊粉末分散在水中后，濁度隨時(shí)間的變化。相同質(zhì)量的微膠囊粉末加入水中，達(dá)到同一濁度值時(shí)所用的時(shí)間越短，可以認(rèn)為其分散速率越大。

圖4 不同WPC濃度下微膠囊粉末的溶解特性Fig.4 Effect of WPC concentration on the dissolution characteristics of microcapsule

在1%～5%WPC濃度范圍內(nèi)，隨著WPC濃度增加，粉末的分散速率加快，當(dāng)WPC濃度增加5%后樣品的分散速率相似。這是由于WPC濃度低的乳液，在噴霧干燥過程中粉末的穩(wěn)定性和完整性較差，表面油含量高，從而導(dǎo)致微膠囊的分散速率降低。CA的添加對(duì)微膠囊的分散速率的影響并不明顯，與不含CA的微膠囊粉末的溶解特性相似。

2.3.2 油相含量對(duì)微膠囊粉末溶解特性影響 不同油相含量的微膠囊粉末溶解速率如圖5所示。當(dāng)油含量為5%和10%時(shí)，粉末溶解速率快且溶解量高，油相含量上升至20%時(shí)溶解速率和溶解量均顯著降低（P＜0.05）。該結(jié)果與包封率相符合，包封率較低時(shí)，表面油含量升高，粉末的疏水性增加，從而影響溶解速率。添加CA后油相含量為20%的樣品其溶解量有所增加，表明CA的添加有助于提升高油含量微膠囊的包封率，改善微膠囊粉末的溶解性能。

圖5 油相含量對(duì)微膠囊粉末溶解特性的影響Fig.5 Effect of oil phase content on dissolution characteristics of microcapsule powder

2.3.3 CA含量對(duì)微膠囊粉末溶解特性影響 圖6為不同CA含量的微膠囊粉末的溶解特性，由圖可知CA含量變化對(duì)樣品的溶解速率并無顯著影響（P＞0.05）。結(jié)合上述研究結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)粉末的溶解特性受粉末表面油含量的影響。不含CA的微膠囊粉末表面油含量高，隨著CA含量的增加，表面油含量顯著降低（P＜0.05）。然而，不含CA的微膠囊粉末其溶解特性與添加CA的微膠囊粉末類似，這是因?yàn)椴缓珻A的微膠囊在表面油測(cè)定過程中部分包裹在壁材內(nèi)或者淺層的油相也被溶解到有機(jī)相中，從而導(dǎo)致表面油測(cè)出值偏高，卻與添加CA的微膠囊粉末溶解特性相似。這也很好地證明了添加CA后所形成的殼層更為致密和穩(wěn)定，可以更有效地保護(hù)芯材，降低內(nèi)相的外滲。

圖6 CA含量對(duì)微膠囊粉末的溶解特性的影響Fig.6 Effect of cinnamaldehyde content on the dissolution characteristics of microcapsule powder

2.4 微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)

2.4.1 WPC濃度對(duì)微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的影響 圖7為不同WPC濃度的微膠囊掃描電鏡圖，放大倍數(shù)分別為1000倍和3000倍。WPC濃度為1%的微膠囊發(fā)生了大面積的結(jié)塊現(xiàn)象，可能由于在噴霧干燥過程中大量?jī)?nèi)相外滲導(dǎo)致，這與粒徑分布結(jié)果一致。隨著WPC濃度升高，WPC含量增加使油相得到有效包覆，結(jié)塊現(xiàn)象基本消失，微膠囊顆粒形狀多為圓形或橢圓形，表面較為光滑。據(jù)Aghbashlo[20]報(bào)道，蛋白質(zhì)作為壁材制備的微膠囊粉末表面光滑無裂痕和孔隙，正是由于這種良好致密的殼體結(jié)構(gòu)為微膠囊粉末提供了較好的密封和抗氧化性能。

圖7 不同WPC濃度的微膠囊粉末樣品的掃描電鏡圖Fig.7 Scanning electron micrograph of microcapsule powder samples with different WPC concentrations

WPC濃度為3%和5%的微膠囊相對(duì)飽滿圓潤(rùn)。當(dāng)WPC濃度為7%和9%時(shí)微膠囊中出現(xiàn)大量的褶皺樣品，這可能是因?yàn)楸诓暮窟^高，使芯材與壁材質(zhì)量比降低從而導(dǎo)致在噴干過程中形成大量的低芯材囊或空心囊。Luciana[25]采用噴霧干燥法制備大豆蛋白穩(wěn)定的魚油微膠囊，隨著蛋白質(zhì)和油的質(zhì)量比上升，微膠囊外表面出現(xiàn)不同程度的凹痕和干癟現(xiàn)象。含有CA且WPC濃度為5%的粉末樣品中干癟囊的出現(xiàn)比例相對(duì)較較低，可能是因?yàn)镃A與WPC的反應(yīng)增加了殼體的硬度，在快速失水的噴干過程中殼體沒有發(fā)生皺縮，從而更好的保持了殼體的完整和飽滿。這在一定程度上提高了微膠囊粉末產(chǎn)品的穩(wěn)定性。

2.4.2 油相含量對(duì)微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的影響 圖8為不同油相含量微膠囊的掃描電鏡圖，油相含量為20%的微膠囊顆粒黏連結(jié)塊，而油相含量為5%和10%的微膠囊分散性較好且可單獨(dú)成粒。微膠囊多為表面光滑，無裂痕和顯著孔隙的不規(guī)則球形顆粒，但部分顆粒表面出現(xiàn)褶皺。當(dāng)油相含量過高時(shí)，水相中WPC含量不足以在油滴表面形成完整且牢固的界面膜，噴干過程中部分乳滴的蛋白外殼破碎，油相外滲，粉末容易發(fā)生結(jié)塊和黏連。在較高油相含量的粉末中褶皺顆粒出現(xiàn)的頻率較低。在Luciana等[25]觀察到同樣的現(xiàn)象，外表面上凹痕的形成隨著蛋白質(zhì)與油的質(zhì)量比的升高而增加。添加CA的微膠囊顆粒更飽滿，褶皺出現(xiàn)的頻率降低。

圖8 不同油相含量的微膠囊粉末樣品的掃描電鏡圖Fig.8 Scanning electron micrograph of microcapsule powder samples with different oil phase contents

2.4.3 CA含量對(duì)微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的影響 CA含量不同的微膠囊粉末樣品的分散性較好且可單獨(dú)成粒，多為不規(guī)則球型，表面光滑，無裂痕和明顯的孔隙。樣品中存在著結(jié)構(gòu)塌陷和褶皺的顆粒，褶皺顆粒出現(xiàn)頻率隨著CA含量的增加逐漸降低（圖9）。在不含CA和低CA含量的微膠囊粉末中有小面積的黏連存在，以及大顆粒樣品結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的塌陷。當(dāng)CA添加量高于0.5%時(shí)，粉末黏連現(xiàn)象減少，大顆粒結(jié)構(gòu)也比較飽滿。微觀結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化在一定程度佐證了CA含量的改變可以影響粉末的穩(wěn)定性。

圖9 不同CA含量的微膠囊粉末樣品的掃描電鏡圖Fig.9 Scanning electron micrograph of microcapsule powder samples with different CA contents

3 結(jié)論

本文探究CA添加對(duì)WPC微膠囊品質(zhì)的影響，同時(shí)通過單因素實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了WPC微膠囊的組成。WPC濃度為5%、油相含量為10%的微膠囊包封率最高（58.79%），粒徑分布均勻，微膠囊顆粒較為飽滿圓潤(rùn)，且溶解性好。CA的添加顯著（P＜0.05）提高低油含量微膠囊的包封率，WPC濃度為5%，油相含量為5%時(shí)，添加1%CA使包封率高達(dá)92.12%，且不影響微膠囊粉末的溶解特性。此外，CA的添加在一定程度穩(wěn)定高油含量微膠囊的包封率并改善其溶解特性。本研究利用CA修飾蛋白微膠囊界面，改善微膠囊包封率、穩(wěn)定性和溶解特性。為高效、穩(wěn)定的蛋白微膠囊的制備提供技術(shù)參考，使其在功能油脂和營(yíng)養(yǎng)素的遞送方面發(fā)揮重要作用。