黃油香精微膠囊化的研究

安淑英，陳 靜

（浙江海洋大學(xué)食品與醫(yī)藥學(xué)院，浙江 舟山 316022）

微膠囊產(chǎn)品在食品中的各領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用。微膠囊技術(shù)是一種用大分子膜材料把固體、液體甚至氣體的微小物質(zhì)，包覆成模形膠囊的技術(shù)［1，2］。香味微膠囊是將香精或香料以微膠囊的形式包裹起來，以減少揮發(fā)性成分的損失，延長香味釋放周期，提高風(fēng)味物質(zhì)的穩(wěn)定性。用于香精香料領(lǐng)域微膠囊的常用方法有噴霧干燥法［3］、聚合法［4］、復(fù)凝聚［5，6］、擠壓法［7］、包絡(luò)結(jié)合法［8-10］和多重乳狀液法等。噴霧干燥法是將芯材分散在液化的壁材里，然后乳化、均質(zhì)、霧化，迅速蒸發(fā)掉溶劑，形成壁膜，固化，獲得粉末狀的微膠囊產(chǎn)品［11］。噴霧干燥法因其生產(chǎn)成本低、操作簡單、設(shè)備易購買等優(yōu)點，成為香精香料微膠囊制備中最常用的方法［12］。Nambiar等［13］使用噴霧干燥的方法得到了微膠囊化椰子汁，每年大約有90%的香精微膠囊都是由噴霧干燥的方法生產(chǎn)的［14］。

黃油香精作為一種液體油溶性香精，能夠增強產(chǎn)品中自然的黃油風(fēng)味，美化口感，修飾產(chǎn)品加工過程中產(chǎn)生的雜味，增加消費者的食欲，已被廣泛用于冰淇淋、烘焙、乳品等食品中。但是，在存放過程中，液體香精不穩(wěn)定，易變色、氧化，香氣易揮發(fā)，導(dǎo)致應(yīng)用范圍受限。而且，液態(tài)香精經(jīng)200℃干燥后，敏感的香氣成分易受到高溫作用而揮發(fā)，影響產(chǎn)品風(fēng)味［15］。另外，有些食品需要粉末型香精，而普通的拌合型粉末香精，由于香精原料是吸附在載體表面，易揮發(fā)、穩(wěn)定性差、保存期短。經(jīng)微膠囊化后，易揮發(fā)的香精被包裹起來，不易氧化，穩(wěn)定性增強，用途更廣泛。因此，為了提高黃油香精產(chǎn)品的穩(wěn)定性、耐溫性和市場競爭性，本試驗采用噴霧干燥法對液體黃油香精進(jìn)行微膠囊化研究。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃油香精，杭州安賽生物科技有限公司；變性淀粉，帝達(dá)變性淀粉有限公司；β-環(huán)糊精，廣東郁南縣永光環(huán)糊精有限公司；分子蒸餾單甘酯、大豆分離蛋白，山東萍聚生物科技有限公司；黃原膠，河南吉乾生物科技有限公司；純膠，杭州瑞霖化工有限公司；阿拉伯膠，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。無水乙醇（分析純），無錫市晶科化工有限公司；無水乙醚（分析純），安徽金邦醫(yī)藥化工有限公司；石油醚（分析純），濟南蕭試化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

FA25-052-5型高剪切分散乳化機，上海弗魯克流體機械制造有限公司；FJ-200型均質(zhì)機，上海滬粵明科學(xué)儀器有限公司；AR323CN型電子天平，奧豪斯儀器有限公司；L530型離心機，湖南湘儀儀器開發(fā)有限公司；NDJ-8S型數(shù)顯粘度計，上海天平儀器廠；RGLWD1型順流立式噴霧干燥塔，陜西三原食品機械有限公司；DHG-9013A型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 微膠囊化工藝 在適量β-環(huán)糊精中加入去離子水，邊加熱邊攪拌至溶液溫度達(dá)到80℃左右。溶液均勻澄清后，加入適量麥芽糊精，邊攪拌邊降溫到50℃左右保溫。充分?jǐn)嚢璞诓幕旌弦?，全部溶解后，慢慢加入乳化好的黃油香精，攪拌均勻。按照配方定容，高速剪切乳化（5 000 r/min，5 min），再用均質(zhì)機均質(zhì)（壓力為30 MPa）。把均質(zhì)好的乳狀液噴霧干燥［16］（進(jìn)風(fēng)溫度185℃、出風(fēng)溫度100℃），得到微膠囊成品香精［17］。

1.3.2 壁材基本配方的篩選 根據(jù)液體油溶性黃油香精由脂溶性香基與色拉油調(diào)配而成的基本特性，按照油包水型乳化要求進(jìn)行壁材選擇，按以下3組配方進(jìn)行研究。

配方1：麥芽糊精、大豆分離蛋白、黃原膠、變性淀粉。

配方2：麥芽糊精、β-環(huán)糊精、阿拉伯膠、單甘酯、純膠。

配方3：麥芽糊精、β-環(huán)糊精、純膠、單甘酯、變性淀粉。

1.3.3 單因素試驗

1）壁材中麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比對微膠囊化效果的影響。選麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比分別為10∶3、9∶3、8∶3、7∶3、6∶3，配 成 固 形 物 濃 度 為30%，攪拌均勻，加入載量為30%黃油香精，經(jīng)剪切乳化、均質(zhì)，待冷卻至室溫后，測定乳液黏度及其穩(wěn)定性。

2）固形物濃度對微膠囊化效果的影響。選麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比為8∶3，分別配制固形物濃度為20%、25%、30%、35%、40%，攪拌均勻，加入壁材載量為30%黃油香精，經(jīng)剪切乳化、均質(zhì)，待冷卻至室溫后，測定乳液黏度及其穩(wěn)定性。

3）壁材載量對微膠囊化效果的影響。選定麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比為8∶3，固形物濃度為30%，攪拌均勻，加入壁材載量分別為15%、20%、25%、30%、40%的黃油香精，經(jīng)剪切乳化、均質(zhì)，待冷卻至室溫后，測定乳液黏度及其穩(wěn)定性。

1.3.4 正交試驗 在單因素試驗的基礎(chǔ)上，根據(jù)單因素試驗結(jié)果確定各因素的3個水平，利用正交試驗設(shè)計優(yōu)化壁材的配方，按表1中L9（34）三因素三水平共9個試驗。試驗結(jié)果采用DPS軟件進(jìn)行方差分析。

表1 正交試驗因素水平

1.3.5 優(yōu)化條件驗證和擴大試驗 根據(jù)正交試驗結(jié)果，用優(yōu)化配方擴大試驗，制備乳液1 000 mL，進(jìn)行噴霧干燥制備微膠囊產(chǎn)品，檢驗包合率。噴霧干燥工藝參數(shù)為進(jìn)風(fēng)溫度185℃，出風(fēng)溫度100℃，吸風(fēng)率85%，流量25%。

1.3.6 微膠囊成品的參數(shù)分析

1）乳液黏度測定。用NDJ-8S型數(shù)顯粘度計，選用3號轉(zhuǎn)子，測定溫度為20℃，設(shè)定參數(shù)S3R12，測定試驗中制得的乳液黏度（mPa·s）。

2）微膠囊化黃油香精的包合率。微膠囊化包合率＝（總香精油含量-表面香精油含量）/總香精油含量×100%，方法參考文獻(xiàn)［18］。

1.3.7 數(shù)據(jù)分析 試驗結(jié)果采用DPS軟件進(jìn)行方差分析，Origin制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 壁材的選擇

3種配方的微膠囊感官性能見表2。由表2可見方案3的綜合性能比較理想，后續(xù)在配方3的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步優(yōu)化試驗。

表2 3種配方性能比較

噴霧干燥微膠囊化理想的壁材是溶解度高、具有良好的乳化性能和成膜性能、溶液濃度高時黏度比較低、干燥性能好（易干燥和易復(fù)水）以及成本低廉且容易獲得。選用麥芽糊精作為壁材的報道已很多，麥芽糊精（MD）是淀粉的水解產(chǎn)物，因水解程度不同而具有不同的DE（右旋糖當(dāng)量）值，已被大量用于食品微膠囊方面的噴霧干燥［19，20］。β-環(huán)糊精的分子結(jié)構(gòu)洞大小適中，洞內(nèi)徑為0.7～0.8 nm，包結(jié)范圍廣，成本低。β-環(huán)糊精物理化學(xué)性質(zhì)較穩(wěn)定，耐酸、耐熱、耐堿、不易受酶分解。隨著溫度的升高，其溶解度增加［21］。β-環(huán)糊精是一種很好的壁材產(chǎn)品，可阻止囊心揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)減少，并能使香精香氣釋放速度減慢，從而起到緩釋的功能。因此，選擇麥芽糊精和β-環(huán)糊精以一定的比例作為主要的復(fù)合壁材材料，加上適量的單甘酯、純膠和變性淀粉作為乳化劑和穩(wěn)定劑，對壁材配方作進(jìn)一步的優(yōu)化試驗。

2.2 單因素試驗結(jié)果

2.2.1 麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比對黃油香精微膠囊化的影響 由表3可知，麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比較高時乳狀液穩(wěn)定性不高，這是由于包埋量比較大，β-環(huán)糊精用量少，則乳化能力不夠，乳狀液不穩(wěn)定；相反如果麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比較低，乳狀液穩(wěn)定性也會降低，這是因為麥芽糊精用量少，則微膠囊膜的強度不夠，所以穩(wěn)定性也降低。因此，應(yīng)確定適當(dāng)?shù)柠溠亢cβ-環(huán)糊精比例。由表3可見，麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比為8∶3時乳狀液穩(wěn)定性最高。在以后的試驗中除特殊說明外均使用麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比為8∶3的復(fù)合壁材。

表3 麥芽糊精和β-環(huán)糊精之比對乳液穩(wěn)定性的影響

麥芽糊精與β-環(huán)糊精的比例對乳狀液的黏度影響甚小，不同比例制得的乳狀液之間黏度差異可以忽略不計。但其比例對乳狀液穩(wěn)定性的影響較大，復(fù)合壁材中，對黃油香精起乳化作用的主要是β-環(huán)糊精，麥芽糊精幾乎不起作用。因此，在制備乳狀液時，增加β-環(huán)糊精的比例有利于提高乳狀液的穩(wěn)定性，則在加工過程中香精因被包裹住而不易損失，但其在水中的溶解性能限制了其用量。

2.2.2 總固形物濃度對黃油香精微膠囊化的影響由表4可知，固形物濃度的變化對乳液穩(wěn)定性有一定影響，固形物濃度30%時乳液穩(wěn)定性最好。在一定范圍內(nèi)固形物濃度的提高，微膠囊化效率和產(chǎn)率都會相應(yīng)提高。此外，固形物濃度的提高可以降低噴霧干燥的能耗，雖然固形物濃度的提高，黏度上升比較明顯，但由于β-環(huán)糊精的溶解性能，在均質(zhì)和噴霧干燥允許的黏度內(nèi)提高固形物的濃度，β-環(huán)糊精易析出，使得乳狀液的穩(wěn)定性降低，從而影響微膠囊產(chǎn)品的產(chǎn)率和效率。

表4 總固形物濃度對乳液穩(wěn)定性的影響

圖1為在室溫下測定的黏度與固形物濃度變化的趨勢。結(jié)果顯示，乳液黏度隨著總固形物濃度的增加而提高。一般在總固形物濃度為35%時，乳液黏度對均質(zhì)和噴霧干燥幾乎無影響，但此時，β-環(huán)糊精在乳液中的濃度已相當(dāng)高，乳液相當(dāng)不穩(wěn)定，溫度稍一變化β-環(huán)糊精就會從乳液中析出。

圖1 總固形物濃度對乳液黏度的影響

除了黏度外，總固形物濃度對噴霧干燥的影響較大?？偣绦挝餄舛鹊奶岣邥档蛧婌F干燥的能耗，這是因為固形物濃度高，噴霧干燥過程中水分蒸發(fā)量小，能耗自然低，并且產(chǎn)品的水分含量也較低，有利于保存。此外，高的進(jìn)料濃度，產(chǎn)品在干燥過程中易形成殼，減少香精中揮發(fā)性物質(zhì)的損失，從而提高了產(chǎn)品的效率和產(chǎn)率。因此，在β-環(huán)糊精溶解性能允許的范圍內(nèi)，應(yīng)盡量提高總固形物的濃度。

2.2.3 壁材載量對黃油香精微膠囊化的影響 由表5可以看出，該香精油的最佳壁材載量為20%。當(dāng)壁材載量達(dá)到30%時，有少量精油析出。當(dāng)壁材載量達(dá)到40%時，乳狀液較不穩(wěn)定，不適合進(jìn)行噴霧干燥。壁材載量，即芯材與壁材含量之比，其大小直接反映了壁材的利用效率，載量越大，表明單位質(zhì)量的壁材可以包埋更多的囊芯物質(zhì)，同時其利用效率也越高。但壁材的載量過大，不僅不能提高包埋的效率，還會影響微膠囊的質(zhì)量，也會造成芯材物質(zhì)的浪費。因為壁材的包埋能力是有限的，在制作乳狀液的過程中，如果超過這個限度，就會造成乳狀液的不穩(wěn)定，從而影響到后面的噴霧干燥過程，過多的精油將留在微膠囊的表面，在高溫下易損失，特別是揮發(fā)性的黃油香精。付羅莎［22］研究了不同的壁材載量對包埋結(jié)果也有一定影響。因此，應(yīng)該存在一個最佳的壁材載量，在保證包埋效率和產(chǎn)率的基礎(chǔ)上，可以使壁材發(fā)揮其最大的效能。

表5 壁材載量對乳液穩(wěn)定性的影響

2.3 正交試驗優(yōu)化分析

根據(jù)以上單因素試驗結(jié)果，以微膠囊包合率作為試驗指標(biāo)，進(jìn)行三因素三水平正交試驗，結(jié)果如表6所示。由表6可見，所得的極差順序是A>B>C，即影響微膠囊包合率的壁材組成的主次順序是麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比>總固形物濃度>壁材載量，最佳的壁材配方為A2B3C1，即麥芽糊精∶β-環(huán)糊精=8∶3，總固形物濃度30%，壁材載量20%。

表6 優(yōu)化壁材配方的正交試驗結(jié)果

對正交試驗結(jié)果作方差分析，表7結(jié)果表明，A因素對包合率的影響達(dá)到極顯著水平，B因素、C因素對微囊包合率的影響達(dá)到顯著水平。

表7 正交設(shè)計方差分析

2.4 優(yōu)化條件驗證和擴大試驗

采用優(yōu)化配方，即麥芽糊精∶β-環(huán)糊精=8∶3，總固形物濃度30%，壁材載量20%，制備1 000 mL乳液，進(jìn)行放大噴霧干燥。對所得黃油香精微膠囊檢驗結(jié)果，產(chǎn)品含總油19.96%，表面油4.02%，包合率為79.86%，高于正交試驗中最高值78.56%。該微膠囊產(chǎn)品為白色粉末，幾乎不呈現(xiàn)黃油香精的氣味，易分散、不結(jié)塊、水溶性良好，在熱水中分散均勻，不分層，溶解后釋放出黃油的香味，基本達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。

3 小結(jié)

本研究中微膠囊壁材的最優(yōu)方案為麥芽糊精、β-環(huán)糊精、單甘酯、純膠和變性淀粉。黃油香精微囊化的最優(yōu)壁材配方為麥芽糊精∶β-環(huán)糊精=8∶3，總固形物濃度30%，壁材載量20%。方差分析統(tǒng)計結(jié)果顯示，麥芽糊精與β-環(huán)糊精之比對包合率的影響達(dá)到極顯著水平，總固形物濃度、壁材載量對包合率的影響達(dá)到顯著水平。按最優(yōu)壁材方案，制備的黃油香精微膠囊的包合率達(dá)79.86%，微膠囊產(chǎn)品為白色粉末，分散性好，水溶性優(yōu)，不分層，溶解后釋放出黃油的香味，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。本研究制備工藝合理、簡便、易于操作。改善了原有液體黃油香精易揮發(fā)、不耐溫、易氧化等缺點，微膠囊化的黃油香精香氣穩(wěn)定，耐溫性好，有緩釋作用，具有較強的市場競爭能力和市場前景，可以產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益。微膠囊產(chǎn)品研究的重點是如何把包合率提高，并且香精穩(wěn)定，關(guān)鍵點是如何優(yōu)化原有壁材和發(fā)現(xiàn)更優(yōu)的壁材，以上還有待于進(jìn)一步的研究。