牦牛酥油微膠囊的制備及其特性研究

畢成名，徐麗梅，祁百巍，陳煉紅

（西南民族大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川 成都 610041）

牦牛酥油是從牦牛奶中提煉的脂肪，含有多種維生素和功能性脂肪酸，具有極高的營養(yǎng)價(jià)值。研究表明，牦牛酥油中不飽和脂肪酸占40%以上，必需不飽和脂肪酸占總脂肪的1/3 以上[1]。Agyare 等[2]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)牦牛酥油中含有較高含量對人體健康有益的功能性脂肪酸，其中共軛亞油酸含量是普通奶油的兩倍，亞麻酸含量高達(dá)5.2%。但是酥油中高含量的水分和長鏈多烯高不飽和脂肪酸導(dǎo)致酥油具有不穩(wěn)定性，易被水解和氧化，且易受微生物污染，易腐敗、霉變等。為了克服上述酥油面臨的問題，可以通過壁材包裹牦牛酥油降低其含水量并減緩氧化進(jìn)度，進(jìn)而提高牦牛酥油的品質(zhì)，達(dá)到延長其貨架期的目的。

微膠囊技術(shù)能改變芯材的表面性能，提高芯材穩(wěn)定性，還可以根據(jù)不同壁材對芯材的釋放特性，控制包埋活性成分的釋放[3]。微膠囊制備的常用方法包括復(fù)合凝聚法、銳孔法和噴霧干燥法等。姚云平等[4]用噴霧干燥法成功制備茶多酚微膠囊并應(yīng)用到大豆油中，茶多酚微膠囊可以有效抑制油脂氧化、延長貨架期。Matulyte 等[5]用凍干法制備肉豆蔻精油微膠囊咀嚼凝膠片，降低其硬度，使其長時(shí)間保持彈性，并提高了成分的釋放效果。目前國內(nèi)外利用復(fù)合凝聚法制備牦牛酥油微膠囊的報(bào)道相對較少，該方法主要包埋疏水性物質(zhì)，具有生產(chǎn)設(shè)備簡單，產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)，制備的微膠囊載量高，在高負(fù)載下對于食品配料的封裝也有較高效率。

本文采用復(fù)合凝聚法制備牦牛酥油微膠囊并探索壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)、復(fù)凝pH、芯壁比、復(fù)凝溫度等因素對包埋率的影響；測定微膠囊基本理化性質(zhì)并表征其包埋狀態(tài)、包埋效果和熱穩(wěn)定性；探究其體外釋放特性和儲藏穩(wěn)定性。該研究為制備牦牛酥油微膠囊提供了理論基礎(chǔ)，擴(kuò)大了牦牛酥油的應(yīng)用范圍并提高其經(jīng)濟(jì)價(jià)值，對牦牛酥油微膠囊工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酥油 四川紅原傳統(tǒng)手工酥油；明膠、阿拉伯膠、TG 酶（120 U/g）、單硬脂肪酸甘油酯（簡稱單甘酯）、脂肪酸蔗糖聚酯（簡稱：蔗糖酯） 均為食品級，天津?yàn)I海捷成專類化工有限公司；氫氧化鈉、冰乙酸、鹽酸、磷酸二氫鉀、異辛烷、硫代硫酸鈉 均為分析純，成都市科龍化工試劑廠；胃蛋白酶（1:3000）、胰蛋白酶（1:20） 均為食品級，如吉生物科技公司。

Mastersizer 2000 激光粒度儀 英國Malvern Panalytical 公司；ALPHA 1-4 LSC1-4 冷凍干燥機(jī)德國Marin Christ 公司；sigma600 場發(fā)射掃描電子顯微鏡 德國Carl Zeiss Jena 公司；Nicolet 380 傅里葉變換紅外光譜儀 美國Thermo Electron 公司；STA 449C 同步熱分析儀 德國Netzsch 公司；HR83 水分測定儀 瑞士Mettler Toledo 公司；DSC-60A 差示掃描量熱儀 島津國際貿(mào)易（上海）有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 制備流程 將蒸餾水加入到一定量的兩種壁材中，加熱攪拌至溶解。將兩種壁材溶液加入到含有酥油和乳化劑的燒杯中，使用高速勻漿機(jī)10000 r/min 將混合液均質(zhì)3 min 制得乳化液。用10%乙酸將乳化液pH 調(diào)至4.2 左右，放入恒溫培養(yǎng)箱中40 ℃下恒溫反應(yīng)50 min。將反應(yīng)后的乳化液放入冰箱中冷藏至10 ℃以下，用10%的NaOH 溶液將乳化液pH 調(diào)至6.0，加入一定量TG 酶，在15 ℃條件下固化4 h 后得到微膠囊分散液。最后將其冷凍干燥制得微膠囊產(chǎn)品（圖1）。

圖1 牦牛酥油微膠囊工藝流程Fig.1 Yak ghee microcapsule process

1.2.2 單因素及正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2.1 單因素實(shí)驗(yàn) 以傳統(tǒng)牦牛酥油為芯材，明膠和阿拉伯膠為壁材。設(shè)定固定反應(yīng)條件，TG 酶0.5 g/g 壁材，乳化劑為芯材質(zhì)量的3%（單甘脂:蔗糖酯=2:3），兩種壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%等量混合，芯壁比1:1.5，復(fù)凝pH4.2，復(fù)凝溫度40 ℃，固化時(shí)間5 h，固化pH6.0，復(fù)凝時(shí)間40 min。以包埋率為指標(biāo)，分別以壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）、復(fù)凝pH（4.0、4.2、4.4、4.6、4.8）、芯壁比（1:2.5、1:2、1:1.5、1:1、1.5:1）、復(fù)凝溫度（25、30、35、40、45 ℃）和固化時(shí)間（1、2、3、4、5 h）等5 個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取芯壁比（A）、壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)（B）、復(fù)凝pH（C）、復(fù)凝溫度（D），進(jìn)行四因素三水平正交試驗(yàn)，優(yōu)化復(fù)合凝聚法包埋牦牛酥油的工藝，正交因素水平表見表1。

表1 正交因素水平表Table 1 Orthogonal factor level table

1.2.3 牦牛酥油微膠囊的基本理化特性

1.2.3.1 含水量的測定 牦牛酥油微膠囊的水分含量用水分快速檢測儀檢測，平行三次。

1.2.3.2 溶解度的測定 參考張維等[6]的方法對牦牛酥油微膠囊的溶解度進(jìn)行測定。

1.2.3.3 流動性的測定 參考姚澤晨等[7]的方法測定休止角的大小。

1.2.3.4 包埋率的測定 參考王月月等[8]的方法，牦牛酥油微膠囊包埋率計(jì)算公式如式（1）所示。參考陳欣等[9]的方法測定牦牛酥油微膠囊的總油和表面油含量。

式中：Y—牦牛酥油微膠囊包埋率，%；W1—牦牛酥油微膠囊表面油含量，g；W0—牦牛酥油微膠囊總油含量，g。

1.2.4 牦牛酥油微膠囊粒徑分布測定 參考Rousi等[10]的方法，以蒸餾水作為分散劑，測定牦牛酥油微膠囊的粒度分布。

1.2.5 牦牛酥油微膠囊微觀形態(tài)觀測 通過掃描電子顯微鏡觀察牦牛酥油微膠囊的表面特征。將樣品于真空室中噴金，放大倍數(shù)600 倍，加速電壓20 kV下觀察。

1.2.6 熱重分析 參考Mohammed 等[11]的方法對牦牛酥油微膠囊進(jìn)行熱重分析，儀器參數(shù)溫度范圍30～600 ℃，升溫速度10 ℃/min，載氣為氮?dú)?，速率?0 mL/min。

1.2.7 差示掃描量熱分析 參考姜雪等[12]的方法分析牦牛酥油微膠囊的熱力學(xué)特性。稱取2 mg 牦牛酥油微膠囊樣品置于鋁盒中，溫度從50 ℃加熱到316 ℃。

1.2.8 傅里葉紅外光譜檢測 參考Li 等[13]的方法驗(yàn)證牦牛酥油微膠囊的包埋情況，分別稱取2 mg 牦牛酥油微膠囊、牦牛酥油和壁材，樣品:溴化鉀質(zhì)量比=1:100，在研缽混合研磨后壓片，在400～4000 cm-1范圍內(nèi)掃描。

1.2.9 牦牛酥油微膠囊模擬胃腸夜消化實(shí)驗(yàn) 參考程翎[14]的方法配制人工胃腸液并每隔30 min 通過式（2）測定累積釋放率。

式中：Y1—牦牛酥油微膠囊累計(jì)釋放率，%；W2—過濾液中脂肪含量，g；W3—牦牛酥油微膠囊產(chǎn)品中總油含量，g。

1.2.10 牦牛酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性試驗(yàn)

1.2.10.1 溫度對牦牛酥油微膠囊儲存穩(wěn)定性的影響

分別將適量的牦牛酥油及最佳工藝制備的牦牛酥油微膠囊于25 ℃、60 ℃避光放置10 d，每2 d 取樣2 g，測定過氧化值（POV）。

1.2.10.2 光照對牦牛酥油微膠囊儲存穩(wěn)定性的影響

分別將適量的牦牛酥油和最佳工藝制備的牦牛酥油，微膠囊置于棕色、透明廣口瓶中，室溫保存10 d，每2 d取樣2 g，參照GB 5009.227-2016，測定過氧化值（POV）。

1.2.10.3 牦牛酥油和牦牛酥油微膠囊貨架期預(yù)測式（3）和式（4）分別為零級和一級動力學(xué)方程。

式中：A—t 時(shí)間后樣品過氧化值，mmol/kg；A0—初始過氧化值，mmol/kg；k—釋放速率常數(shù)，d-1；t—貯藏時(shí)間，d。

將1.2.10 的試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入方程中，選取R2較大的回歸方程，得到預(yù)測貯藏時(shí)間。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 23.0 軟件處理數(shù)據(jù)和顯著性分析，采用Origin2021 軟件作圖。所有實(shí)驗(yàn)均進(jìn)行三次重復(fù)，結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 牦牛酥油微膠囊單因素和正交試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1.1 壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)對包埋率的影響 由圖2 可知，在壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%～1.5%范圍內(nèi)，隨著壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，包埋率顯著提高（P＜0.05），其為1.5%時(shí)，包埋率最高為81.35%。這是因?yàn)楸诓馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)逐漸增加時(shí)，體系粘度增加，分子的有效碰撞概率增加，阿拉伯膠與明膠的交聯(lián)增多，形成的牦牛酥油微膠囊不容易破裂并且能更好地包裹牦牛酥油。隨著壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)繼續(xù)增加，包埋率顯著降低（P＜0.05）。壁材過多會形成較多不含芯材的空囊[14]，溶液黏度較大導(dǎo)致均質(zhì)過程中壁材和芯材的分散不均勻，較難形成均勻顆粒，所以壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)最佳。

圖2 壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)對牦牛酥油微膠囊包埋率的影響Fig.2 Effect of wall mass fraction on embedding rate of yak ghee microcapsules

2.1.2 復(fù)凝pH 對包埋率的影響 由圖3 可知，在pH4.0～4.8 范圍內(nèi)，隨著乳化液pH 不斷增加，包埋率先升高后下降。在pH4.2 時(shí)，囊材、芯材通過靜電作用相互吸引，明膠-阿拉伯膠混合體系趨于靜電中和，電荷數(shù)量最少，包埋率最高為79.03%。乳化液pH 繼續(xù)增加，體系的電荷平衡被打破，凈電荷數(shù)量增加，凝聚物減少，牦牛酥油微膠囊包埋率顯著降低（P＜0.05），所以pH4.2 時(shí)最佳。

圖3 復(fù)凝pH 對牦牛酥油微膠囊包埋率的影響Fig.3 Effect of resetting pH on embedding rate of yak ghee microcapsules

2.1.3 芯壁比對包埋率的影響 由圖4 可知，隨著芯壁比不斷增加，包埋率先增大再減小。包埋率在芯壁比1:2.5～1:1.5 的范圍內(nèi)顯著增加（P＜0.05），這是因?yàn)樾颈诒容^低時(shí)，乳化液所含的壁材較多，會形成一些空囊，造成壁材浪費(fèi)。芯壁比為1:1.5 時(shí)包埋率達(dá)到最大值79.17%，這是因?yàn)殡S著芯壁比增加，芯壁材的接觸面積增加，利于牦牛酥油的包埋，適當(dāng)?shù)男颈诒瓤梢允剐静暮捅诓某浞掷?，減少浪費(fèi)。由于壁材的包埋能力有限，當(dāng)芯材比例過高時(shí)，牦牛酥油不能被壁材完全包埋，表面油含量提高，包埋率降低，所以芯壁比為1:1.5 時(shí)最佳。

圖4 芯壁比對牦牛酥油微膠囊包埋率的影響Fig.4 Effect of core wall ratio on embedding rate of yak ghee microcapsules

2.1.4 復(fù)凝溫度對包埋率的影響 由圖5 可知，在25～45 ℃區(qū)間內(nèi)，溫度對包埋率有顯著影響（P＜0.05）。溫度過低，體系的黏度變大，分子運(yùn)動受較大阻礙，并且明膠會發(fā)生凝膠現(xiàn)象，導(dǎo)致牦牛酥油微膠囊包埋率較低。隨著溫度升高，分子運(yùn)動加快，分子間碰撞增加，同時(shí)分子結(jié)構(gòu)展開暴露出更多的帶電基團(tuán)，提高包埋率。隨著溫度繼續(xù)升高（45 ℃），分子運(yùn)動激烈，對處于不穩(wěn)定時(shí)期的不溶性復(fù)合凝聚產(chǎn)物有一定的破壞作用，不利于分子交聯(lián)[15]，牦牛酥油微膠囊包埋率降低，所以復(fù)凝溫度為40 ℃時(shí)最佳。

圖5 復(fù)凝溫度對牦牛酥油微膠囊包埋率的影響Fig.5 Effect of resetting temperature on embedding rate of yak ghee microcapsules

2.1.5 固化時(shí)間對包埋率的影響 由圖6 可知，在固化1～4 h 范圍內(nèi)，包埋率顯著（P＜0.05）上升。固化時(shí)間過短，TG 酶沒有作用完全，因此包埋率較低。隨固化時(shí)間增加至4 h 后，TG 酶已充分固化囊壁，包埋率變化不顯著（P＞0.05）。說明固化4 h 反應(yīng)完全，包埋率達(dá)最大值79.74%。繼續(xù)延長固化時(shí)間對生產(chǎn)牦牛酥油微膠囊沒有意義，所以固化時(shí)間為4 h，在正交試驗(yàn)中不再對固化時(shí)間做優(yōu)化。

圖6 固化時(shí)間對牦牛酥油微膠囊包埋率的影響Fig.6 Effect of curing time on embedding rate of yak ghee microcapsules

2.1.6 正交試驗(yàn)結(jié)果分析 由表2 可知，影響包埋率因素的主次順序?yàn)椋築、C、A、D，實(shí)驗(yàn)組A1B2C2D2的包埋率最高，為78.68%，理論最優(yōu)組合是A2B2C2D2。

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果Table 2 Design and results of orthogonal tests

2.1.7 驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果 通過正交試驗(yàn)分析，對A2B2C2D2進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，重復(fù)三次，產(chǎn)品包埋率可達(dá)81.39%±1.25%。因此最佳工藝條件為：芯壁比1:1.5，壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，復(fù)凝pH4.2，復(fù)凝溫度40 ℃。

2.2 牦牛酥油微膠囊基本理化特性結(jié)果分析

由表3 可知，牦牛酥油微膠囊的水分含量為3.62%±0.07%，含水量對產(chǎn)品貯藏期有較大影響[16]，水分含量低，貯藏中不易結(jié)塊和霉變[17]。譚睿等[18]采用復(fù)合凝聚法制備三種組合壁材綠咖啡油微膠囊，含水量分別為4.9%、5.4%、4.0%，本實(shí)驗(yàn)制備的牦牛酥油微膠囊含水量較低，利于牦牛酥油微膠囊的貯藏。休止角為37.7°±0.22°，表明牦牛酥油微膠囊表面光滑、粘度小、流動性較好。溶解度為96.48%±0.81%，有較好的沖調(diào)性，可以作為輔料擴(kuò)大應(yīng)用范圍。綜上，本實(shí)驗(yàn)制備的微膠囊符合在食品工業(yè)中應(yīng)用的基本要求。

表3 牦牛酥油微膠囊的物理指標(biāo)Table 3 The physical index of yak ghee microcapsules

2.3 牦牛酥油微膠囊粒徑結(jié)果分析

微膠囊的粒徑及其分布狀態(tài)是評價(jià)微膠囊產(chǎn)品的重要參數(shù)，分子質(zhì)量對復(fù)合凝聚法制備的微膠囊粒徑具有顯著影響[19]，顆粒過大可能會造成口感不適[20]，但可以延長活性化合物的釋放時(shí)間[21]。由圖7 和表4 可知，牦牛酥油微膠囊徑距為4.832，表明牦牛酥油微膠囊體系分散明顯，跨度值更高，有廣泛的粒子分布[18]。牦牛酥油微膠囊的平均粒徑為19.728 μm，粒徑在8.934～10.024 μm 范圍的微膠囊最多，占3.75%。牦牛酥油微膠囊可作為原輔料制作產(chǎn)品，擴(kuò)寬了其應(yīng)用領(lǐng)域。

圖7 粒度分布測定結(jié)果Fig.7 The result of particle size distribution

表4 激光粒度分析結(jié)果Table 4 Laser particle size analysis results

2.4 掃描電子顯微鏡結(jié)果分析

如圖8 所示，牦牛酥油微膠囊表面光滑，呈現(xiàn)不規(guī)則的幾何形狀?？赡芤?yàn)樵诶鋬龈稍锏念A(yù)凍過程中，自由水形成冰晶時(shí)破壞了原有的乳化結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致牦牛酥油微膠囊表壁上存在一些突起和小氣孔[22]。李一喆[23]采用冷凍干燥法制備的橘皮油微膠囊呈現(xiàn)不規(guī)則薄片狀與本文結(jié)論相同。杜歌[24]研究發(fā)現(xiàn)復(fù)合凝聚法制備的谷胱甘肽微膠囊經(jīng)冷凍干燥后呈不規(guī)則形態(tài)、囊壁塌陷與本文結(jié)論相似。由于采用的包埋方法和材料不同，微膠囊常為球形也可以為菱形、粒狀和塊狀等[22]。

圖8 牦牛酥油微膠囊掃描電子顯微鏡分析Fig.8 Scanning electron analysis of yak ghee microcapsules

2.5 熱重結(jié)果分析

由圖9 可知，在26～136 ℃范圍內(nèi)，質(zhì)量損失在3.73%左右，主要為牦牛酥油微膠囊本身水分及揮發(fā)性成分的散失。在154～225 ℃范圍內(nèi)，質(zhì)量減少3.92%，這可能是由于牦牛酥油微膠囊中結(jié)合水的蒸發(fā)或者未包埋牦牛酥油的損失。在225～342 ℃范圍內(nèi)，牦牛酥油微膠囊失重33.26%，阿拉伯膠和明膠之間的共價(jià)鍵被破壞，同時(shí)明膠在275～375 ℃范圍內(nèi)發(fā)生分解，導(dǎo)致壁材逐漸分解，芯材被不斷釋放[25]。在342～491 ℃范圍內(nèi)，壁材中釋放出來的牦牛酥油被分解，在385 ℃時(shí)失重速率最高為9.194%/min，由于牦牛酥油在30 ℃左右就開始融化，表明牦牛酥油被成功包埋，并且熱穩(wěn)定性好。

圖9 牦牛酥油微膠囊熱重分析Fig.9 Thermogravimetric analysis of yak ghee microcapsules

2.6 差示掃描量熱結(jié)果分析

由于溫度會改變牦牛酥油和壁材的性質(zhì)，影響牦牛酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性，通過差式掃描量熱分析研究牦牛酥油微膠囊的相行為和熱轉(zhuǎn)變[13]。從低溫逐漸上升到高溫的過程中，微膠囊的壁材經(jīng)歷三個(gè)過程：玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。由圖10 可知，牦牛酥油微膠囊在118 ℃發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，峰值溫度為138 ℃，保藏時(shí)低于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度，壁材處于玻璃態(tài)，壁材分子鏈段處于被凍結(jié)狀態(tài)，難以克服主鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)的位壘[26]，通透性較差，減緩牦牛酥油的氧化。隨著體系溫度繼續(xù)升高，各反應(yīng)速率也相應(yīng)增加，此時(shí)有序的晶體結(jié)構(gòu)向無序的非晶體轉(zhuǎn)變，在267 ℃牦牛酥油微膠囊開始熱溶解，表明牦牛酥油微膠囊熱穩(wěn)定性高。因此，在熱加工處理中，微膠囊可以較好的保護(hù)芯材。

圖10 牦牛酥油微膠囊的差示掃描量熱分析Fig.10 Differential scanning calorimetry analysis of yak ghee microcapsules

2.7 傅里葉變換紅外光譜結(jié)果分析

傅里葉變換紅外圖譜能夠顯示物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和具有特征性的化學(xué)鍵。圖11 分別為阿拉伯膠、明膠、牦牛酥油以及牦牛酥油微膠囊的紅外圖譜。4條曲線在3415、2923 cm-1附近均有特征吸收峰，3415 cm-1處寬而強(qiáng)的吸收峰是由-OH 的伸縮振動形成的，2923 cm-1處的吸收峰是C-H 的伸縮振動形成的。明膠、牦牛酥油和牦牛酥油微膠囊在2852 cm-1處的吸收峰是-CH2-對稱伸縮振動形成的。牦牛酥油和牦牛酥油微膠囊共有的吸收峰是1744 cm-1處強(qiáng)吸收峰的脂肪酸脂羰基C=O 伸縮振動峰，1152 cm-1處脂肪酸脂C-O-C 鍵的對稱和反對稱伸縮振動吸收峰，720 cm-1處為4 個(gè)以上CH2變形振動峰，為油脂碳骨架振動峰[27]。牦牛酥油微膠囊和壁材在1079 cm-1附近存在類似的強(qiáng)吸收峰，而牦牛酥油在此位置無吸收峰。綜上，表明牦牛酥油微膠囊中含有壁材，牦牛酥油被成功包埋。明膠與阿拉伯膠在靜電相互作用下產(chǎn)生復(fù)合凝聚反應(yīng)，未涉及其他化學(xué)鍵的改變。特征吸收峰波數(shù)發(fā)生輕微移動，表明明膠-阿拉伯膠混合壁材的化學(xué)結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定。

圖11 牦牛酥油微膠囊及其組成成分的傅里葉變換紅外光譜圖Fig.11 Fourier transform infrared spectra of yak ghee microcapsules and their components

2.8 牦牛酥油微膠囊模擬胃腸消化結(jié)果分析

2.8.1 胃液中的釋放曲線擬合 由表5 可知，本實(shí)驗(yàn)采用的5 種模型中Logistic 模型的擬合方程R2最大，為0.997。由圖12 可知，牦牛酥油微膠囊經(jīng)模擬胃液4 h 消化后，累積釋放了24.76%。開始時(shí)，殘留在微膠囊表面少量的油被消化導(dǎo)致其芯材釋放率增加幅度較大[28]。在消化過程中，明膠在低pH 條件下水解會導(dǎo)致微膠囊表面電荷損失，無法提供足夠的靜電排斥力，從而使微膠囊顆粒出現(xiàn)絮凝或聚結(jié)[29]，導(dǎo)致模擬胃液中的釋放率較低。表明牦牛酥油微膠囊可在胃液中存在較長時(shí)間，保護(hù)被包裹的芯材，減緩酸性胃液對其不飽和脂肪酸的破壞，具有良好的緩釋性。

圖12 模擬胃液中體外釋放Logistic 模型擬合結(jié)果Fig.12 Fitting results of Logistic model simulating in vitro release from gastric juice

表5 體外人工模擬胃液釋放擬合結(jié)果Table 5 Fitting results of in vitro artificial simulation of gastric juice release

2.8.2 腸液中的釋放曲線擬合 由表6 可知，本實(shí)驗(yàn)采用的5 種模型中Peppas 模型的擬合方程R2最大，為0.993。如圖13 所示，牦牛酥油微膠囊在人工模擬腸液中釋放率達(dá)99.74%。在人工腸液中，胰蛋白酶能水解蛋白類壁材，并破壞明膠和阿拉伯膠間的交聯(lián)作用，壁材表面出現(xiàn)一些空隙，導(dǎo)致芯材的釋放[30]。表明牦牛酥油微膠囊有良好的腸溶性，牦牛酥油在小腸處釋放，有利于人體消化吸收[31]。

表6 體外人工模擬腸液釋放擬合結(jié)果Table 6 Fitting results of artificial simulated intestinal fluid release in vitro

圖13 模擬腸液中體外釋放Peppas 模型擬合結(jié)果Fig.13 Fitting results of Peppas model for in vitro release in simulated intestinal fluid

2.9 牦牛酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性分析

2.9.1 溫度對牦牛酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響由圖14、圖15 可知，在儲存期間，牦牛酥油微膠囊POV 均符合GB 10146-2015 規(guī)定的15.76 mmol/kg，其初始POV 均高于酥油，由于乳化時(shí)與氧氣的接觸等，使部分牦牛酥油氧化。25 ℃和60 ℃避光條件下，牦牛酥油的POV 分別增加了4.45、56.4 mmol/kg，而牦牛酥油微膠囊分別增加了0.69、7.69 mmol/kg，牦牛酥油氧化速度高于牦牛酥油微膠囊的氧化速度。60 ℃避光條件下第2 d 酥油的過氧化值達(dá)16.42 mmol/kg，超過國標(biāo)。表明牦牛酥油在囊壁的保護(hù)下既能增加牦牛酥油的耐熱性，也能夠有效隔絕氧氣進(jìn)入，防止牦牛酥油氧化，進(jìn)而延長牦牛酥油的貨架期。

圖14 25 ℃對牦牛酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響Fig.14 Effect of temperature of 25 ℃ on storage stability of yak ghee microcapsules

圖15 60 ℃對牦牛酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響Fig.15 Effect of temperature of 60 ℃ on storage stability of yak ghee microcapsules

2.9.2 光照對牦牛酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響光氧化是脂質(zhì)氧化變質(zhì)的主要因素[32]，當(dāng)牛奶中光敏劑被激發(fā)時(shí)，可誘發(fā)乳脂的自動氧化。由圖16、圖17可知，光照對2 種樣品的影響均顯著（P＜0.05），在儲藏期間，牦牛酥油POV 分別增加了3.27、4.04 mmol/kg，牦牛酥油微膠囊POV 分別增加了0.61、0.77 mmol/kg，牦牛酥油氧化速率均比牦牛酥油微膠囊快。牦牛酥油經(jīng)壁材包裹，減緩了外部條件的影響，提高了牦牛酥油的穩(wěn)定性。

圖16 避光對牦牛酥油微膠囊貯存穩(wěn)定性的影響Fig.16 Effect of protecting from light on the storage stability of yak ghee microcapsules

圖17 光照對牦牛酥油微膠囊貯存穩(wěn)定性的影響Fig.17 Effect of light on the storage stability of yak ghee microcapsules

2.9.3 牦牛酥油和牦牛酥油微膠囊的貨架期預(yù)測由表7 可知，牦牛酥油和牦牛酥油微膠囊的零級反應(yīng)回歸系數(shù)均大于一級反應(yīng)回歸系數(shù)，表明牦牛酥油和牦牛酥油微膠囊的氧化反應(yīng)屬于零級氧化動力學(xué)反應(yīng)[33]。根據(jù)零級反應(yīng)回歸方程，室溫避光貯藏牦牛酥油微膠囊貨架期最長，為147 d，是相同條件下的牦牛酥油的4.7 倍。牦牛酥油微膠囊有更好的光照穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和更長的貨架期，與熱重分析的結(jié)論相符。根據(jù)Arrhenius 和Vant’Hoff 經(jīng)驗(yàn)公式，反應(yīng)溫度每上升10 ℃，產(chǎn)品貨架期縮短二分之一[34]。因此結(jié)合該表能預(yù)測不同條件下牦牛酥油及牦牛酥油微膠囊的貨架期。

表7 貯藏試驗(yàn)線性回歸分析Table 7 Linear regression analysis of storage test

3 結(jié)論

采用復(fù)合凝聚法成功制備了以明膠和阿拉伯膠為壁材的牦牛酥油微膠囊，通過單因素和正交試驗(yàn)優(yōu)化其制備工藝，并研究其理化特性、形貌結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和模擬胃腸消化特性。結(jié)果表明，牦牛酥油微膠囊的最佳制備工藝條件：芯壁比1:1.5，壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.5%，復(fù)凝pH4.2，復(fù)凝溫度40 ℃，包埋率為81.39%；其基本理化特性和粒徑分析結(jié)果表明，牦牛酥油微膠囊水分含量低，溶解度高，流動性好，平均粒徑較小，沖調(diào)性較好且易于貯藏；掃描電子顯微鏡和傅里葉紅外光譜分析表明，表面光滑，呈不規(guī)則形狀，牦牛酥油微膠囊出現(xiàn)牦牛酥油的特征峰，牦牛酥油被成功包埋。熱重分析和差式掃描量熱分析結(jié)果表明，牦牛酥油微膠囊具有較好的耐受高溫能力。微膠囊可以保護(hù)牦牛酥油順利通過胃酸環(huán)境到達(dá)小腸進(jìn)行釋放，釋放率較高，為99.74%，有利于小腸對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收利用。牦牛酥油微膠囊在光照、避光、25 ℃和60 ℃條件下有較強(qiáng)抗氧化能力，貨架期最長為147 d，微膠囊化有效減緩了牦牛酥油的氧化速度。

以明膠和阿拉伯膠為壁材，通過復(fù)合凝聚法制備牦牛酥油微膠囊具有可行性，所制備的牦牛酥油微膠囊表現(xiàn)出優(yōu)秀的熱穩(wěn)定性和貯藏性，并實(shí)現(xiàn)了牦牛酥油在胃腸液中的有效控制釋放，為傳統(tǒng)牦牛酥油在食品領(lǐng)域的深加工利用提供了理論依據(jù)。