牡丹籽油粉末油脂的噴霧干燥工藝優(yōu)化及結(jié)構(gòu)分析

鄒丹陽，王中江

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，哈爾濱 150030)

生物解離油料萃取技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物——水解液[1-2]。水解中含有大量的水解蛋白[3]，具有高溶解性、高乳化性、高抗氧化活性等[4]，根據(jù)這些特性，已有研究以水解液為原料制備了粉末油脂微膠囊，這不僅充分利用了水解后蛋白的加工特性，也使水解液中的水分經(jīng)濟(jì)效益最大化[5]。可通過微膠囊技術(shù)包埋不飽和脂肪酸含量較高的油脂，如牡丹籽油等[6-7]，能夠減緩其自氧化進(jìn)程，保持油脂品質(zhì)，延長(zhǎng)貨架期[8]。選取適當(dāng)?shù)谋诓摹⒈砻婊钚詣梢杂行岣甙庑?，從而提高?jīng)濟(jì)效益[9]。在粉末油脂制備的過程中，不僅物料配比會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量，干燥工藝對(duì)粉末油脂的品質(zhì)也起到了決定性作用[10-11]。在制備微膠囊的干燥技術(shù)中，噴霧干燥技術(shù)由于其干燥速度快、時(shí)間短；原料受熱破壞而失活的程度較低；干燥后產(chǎn)品經(jīng)連續(xù)排料，在后處理上結(jié)合冷凝器和氣力輸送，可組成連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)線，適于工業(yè)化生產(chǎn)，是較為理想的粉末油脂干燥方式，適當(dāng)調(diào)控噴霧干燥的參數(shù)，可有效改善粉末油脂顆粒表觀形態(tài)，提高包封率[12]。本研究將水解液體系用作粉末油脂微膠囊的乳液成分，制備經(jīng)物料配比優(yōu)化后的牡丹籽油粉末油脂乳液，在此條件，通過調(diào)控進(jìn)料溫度、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速、出風(fēng)溫度，設(shè)計(jì)了以粉末油脂包封率為單位響應(yīng)值的噴霧干燥工藝參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)。通過傅里葉變換紅外光譜對(duì)粉末油脂結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，DSC差式量熱掃描測(cè)定其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，最后利用電子掃描顯微鏡對(duì)其固體顆粒表觀形態(tài)進(jìn)行表征分析，以及激光共聚焦顯微鏡對(duì)顆粒復(fù)溶后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，以期為生物解離水解液的增值利用提供有效解決辦法，為生物解離粉末油脂微膠囊的噴霧干燥法制備提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

市購大豆；Alcalase 2.4 L 堿性內(nèi)切蛋白酶(AU)，杰能科(中國(guó))生物工程有限公司；卡拉膠、β-環(huán)狀糊精，北京索萊寶生物科技有限公司；大豆卵磷脂，上海楷洋生物技術(shù)有限公司；尼羅藍(lán)、尼羅紅，美國(guó)Sigma 公司，其他試劑均為分析純。

YP-201N 型電子分析天平，江蘇天翊儀器有限公司；PHS-25 型數(shù)顯臺(tái)式酸度計(jì)，上海雷磁儀器廠；精密增力電動(dòng)攪拌器，金壇市大地自動(dòng)化儀器廠；HH-4 數(shù)顯電熱恒溫水浴鍋，金壇市城東新瑞儀器廠；Sigma 3-16KL 型冷凍離心機(jī)，德國(guó) Sigma 公司；K-436 型快速消解儀、K-370 型自動(dòng)凱氏定氮儀，瑞士步琦有限公司；高速剪切乳化機(jī)，上海昂尼儀器儀表有限公司；DSC-200-F3 差示量熱掃描儀，德國(guó)耐馳公司；萬能高速粉碎機(jī)，浙江紅景天工貿(mào)有限公司；SP-1500 試驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)，上海順儀試驗(yàn)設(shè)備有限公司；UV2600 紫外分光光度計(jì)，日本島津公司；MAGNA-IR560傅立葉變換紅外光譜系統(tǒng)，美國(guó)尼高力公司；SU8020 型掃描電子顯微鏡(SEM)，日本 Hitachi 公司；TCS SP2 激光共聚焦顯微鏡(CLSM)，德國(guó) Leica 公司。

1.2 方法

1.2.1 基本化學(xué)成分測(cè)定方法 粗脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)，依據(jù) GB/T 14772—2008《食品中粗脂肪的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定；粗蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)，依據(jù)GB 5009.5—2016《食品中蛋白質(zhì)的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定；灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)，依據(jù) GB/T 5009.4—2016《食品中灰分的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定，總固形物含量根據(jù)烘箱法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.2 生物解離水解液的制備 水解液的提取參考Li等[2]優(yōu)化的提油工藝稍加修改，將大豆清理后粉碎，過60目篩網(wǎng)，將大豆粉與蒸餾水按1∶5(m∶v)比例充分混合并加熱至50 ℃，用2 mol/L的NaOH調(diào)節(jié)溶液pH至8.5，加入2%(v/v)堿性蛋白酶Alacase 2.4 L，以及0.02%(m/v)疊氮化鈉以防細(xì)菌滋生，攪拌酶解3 h后，于100 ℃加熱滅酶5 min。所得液相中含游離油、乳狀液、水解液及殘?jiān)?，? ℃條件下9 000 g離心20 min分離得到水解液，于4 ℃冷藏備用。

1.2.3 粉末油脂的制備 向水解液中添加一定比例(m/v)的卵磷脂、β-環(huán)狀糊精及卡拉膠，恒溫?cái)嚢?0 min使物料充分混合后，加入一定比例(m/v)牡丹籽油，經(jīng)高速混勻后經(jīng)高壓均質(zhì)處理1次得到粉末油脂微膠囊乳液。以包封率和乳化穩(wěn)定性為響應(yīng)值，通過響應(yīng)面分析法聯(lián)合求解所得粉末油脂乳化液的最佳工藝參數(shù)為卵磷脂添加量2.7%、β-環(huán)狀糊精添加量5.4%、卡拉膠添加量0.26%，牡丹籽油添加量3.8%、均質(zhì)壓力100 MPa。在此條件下，分別調(diào)控進(jìn)料溫度(35～60 ℃)、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速(13～18 r/min)及出風(fēng)溫度(160～180 ℃)對(duì)粉末油脂乳液噴霧干燥處理。

1.2.4 表面含油率的測(cè)定 參考Wang等[13]的方法稍加修改，用分析天平準(zhǔn)確稱取2.0 g樣品并與15 mL正己烷混合，在室溫下250 r/min磁力攪拌2 min后抽濾，并用正己烷沖洗樣品3次每次20 mL，將濾液倒入平底燒瓶中，用索氏提取法除去濾液中的正己烷，最后將平底燒瓶置于烘箱中烘至恒重。表面含油率公式如式(1)：

(1)

式(1)中，m0為樣品質(zhì)量；m1為平底燒瓶質(zhì)量；m2為烘干至恒重后平底燒瓶質(zhì)量。

包封率計(jì)算公式如式(2)：

(2)

1.2.5 試驗(yàn)設(shè)計(jì) (1)單因素試驗(yàn)：?jiǎn)我蛩卦囼?yàn)分別選取進(jìn)料溫度35～60 ℃、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速13～18 r/min、出風(fēng)溫度160～180 ℃，以粉末油脂包封率為指標(biāo)預(yù)測(cè)最佳噴霧干燥工藝參數(shù)。(2)響應(yīng)面試驗(yàn)：設(shè)計(jì)以Box-Behnken為原理的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，進(jìn)料溫度(X1)、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速(X2)、出口溫度(X3)，以包封率作為響應(yīng)值(R)(表1)。

表1 Box-Behnken 試驗(yàn)因素編碼

1.2.6 傅里葉變換紅外光譜 參考田少君等[14]的方法稍加修改，分別準(zhǔn)確稱取各樣品，加入溴化鉀后壓片處理，在4 000～400 cm-1譜段、分辨率4 cm-1、精度0.01 cm-1、環(huán)境溫度25 ℃條件下進(jìn)行紅外波譜掃描，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行分析。

1.2.7 DSC差式量熱掃描 參考李楊等[15]的方法稍加修改，用分析天平準(zhǔn)確稱取10 mg樣品，置入坩堝中于DSC中測(cè)定。DSC升溫速率為5 ℃/min，掃描溫度范圍為20～200 ℃，氮?dú)饬魉贋?0 mL/min，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定3次取平均值為最終結(jié)果。

1.2.8 激光共聚焦顯微鏡 參考畢爽等[16]的方法稍加修改，用異丙醇分別配置濃度為0.1%(m/v)的尼羅藍(lán)染液與0.01%(m/v)的尼羅紅染液。稀釋粉末油脂微膠囊乳液(或粉末油脂微膠囊復(fù)溶液)后，取10 mL樣品溶液于試管中，用移液槍準(zhǔn)確加入400 μL尼羅紅、400 μL尼羅藍(lán)后充分振蕩混勻，并用錫紙包裹避光染色30 min。染色結(jié)束后取1 μL乳液于載玻片上，采用CLSM觀測(cè)粉末油脂微膠囊乳液的顯微結(jié)構(gòu)。

1.2.9 掃描電子顯微鏡 參考Foerster等[17]的方法稍加修改，采用5 kV電子束的場(chǎng)致發(fā)射掃描電子顯微鏡對(duì)粉末油脂微膠囊顆粒的表觀形態(tài)進(jìn)行分析。將粉末油脂微膠囊涂抹在導(dǎo)電膠上，用洗耳球吹去表面粉末后進(jìn)行噴金處理，并觀察。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)分析

2.1.1 進(jìn)料溫度 如圖1所示，在蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速15 r/min、出風(fēng)溫度170 ℃條件下，隨著進(jìn)料溫度的增加，粉末油脂的包封率呈先上升后下降趨勢(shì)。水解液是由大豆粉經(jīng)50 ℃酶解處理3 h所得，含有大量的水解蛋白以及低聚糖，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的低溫加熱會(huì)使得二者發(fā)生緩慢的美拉德反應(yīng)，研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)糖基化反應(yīng)的蛋白質(zhì)，由于引入了含有親水集團(tuán)的糖鏈，使得蛋白可以更加有效地附著在油水界面，提高乳化性[18]。通過褐變程度可以間接評(píng)價(jià)美拉德反應(yīng)程度[19]，而使物料升溫至目標(biāo)溫度且噴霧干燥所需時(shí)間較短，期間由于低溫加熱幾乎沒有改變的褐變程度(數(shù)據(jù)并未給出)，因此排除由于升溫而導(dǎo)致水解蛋白與低聚糖之間發(fā)生相互作用的影響。此外，不僅蛋白的乳化性隨著溫度升高而增大[20]，β-環(huán)狀糊精的溶解度也隨溫度的升高而提高，二者共同作用促使乳液乳化穩(wěn)定性提高，可以認(rèn)為溫度的改變間接影響了包封率。趙巍等[21]在制備山葡萄籽油粉末油脂時(shí)發(fā)現(xiàn)，溫度會(huì)使粉末油脂乳液乳化穩(wěn)定性提高，但過高溫度會(huì)使蛋白發(fā)生嚴(yán)重?zé)嶙冃?，蛋白結(jié)構(gòu)被破壞，導(dǎo)致功能性質(zhì)降低，從而使包封率降低。綜上，在優(yōu)化進(jìn)料溫度時(shí)，選取50 ℃為中心點(diǎn)。

圖1 進(jìn)料溫度對(duì)包封率的影響

2.1.2 蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速 如圖2所示，在進(jìn)料溫度15 ℃、出風(fēng)溫度170 ℃條件下，噴霧干燥的原理是將物料霧化并與熱空氣接觸，使水分迅速蒸發(fā)從而干燥產(chǎn)品，主要包含進(jìn)樣量與出風(fēng)溫度2個(gè)重要參數(shù)，蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)速等同于樣品進(jìn)樣量，而進(jìn)樣量決定了單位時(shí)間內(nèi)噴霧干燥樣品的體積。隨著蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速的增加，粉末油脂的包封率呈先上升后下降趨勢(shì)。這是由于進(jìn)樣量過少時(shí)，樣品中的水分過度蒸發(fā)，導(dǎo)致粉末油脂表面出現(xiàn)裂痕或氣孔，降低包封率，同時(shí)熱空氣的作用還會(huì)使芯材迅速氧化，降低油脂品質(zhì)；而進(jìn)樣量過量時(shí)，噴霧干燥機(jī)無法及時(shí)處理樣品，樣品附著在槍頭附近并由于高溫糊在槍頭處，堵塞槍頭，并產(chǎn)生大量未噴霧的廢液，使噴霧干燥的出粉率、效率與粉末油脂包封率大幅度降低。綜上，在優(yōu)化蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速時(shí)，選取15 r/min為中心點(diǎn)。

圖2 進(jìn)料速度對(duì)包封率的影響

2.1.3 出風(fēng)溫度 如圖3所示，在蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速15 r/min、進(jìn)料溫度15 ℃條件下，在進(jìn)料速度一定時(shí)，出風(fēng)溫度實(shí)際決定了單位體積樣品中水分的干燥時(shí)間，粉末油脂的質(zhì)量包括結(jié)構(gòu)形態(tài)、水分含量等都與出風(fēng)溫度有關(guān)。隨著出風(fēng)溫度的升高，粉末油脂的包封率也呈先上升后下降趨勢(shì)。這是由于當(dāng)出風(fēng)溫度升高時(shí)，在噴霧干燥過程中粉末油脂形成速率加快，水分含量降低，包埋率提高；但過高的溫度會(huì)導(dǎo)致表面壁材受熱變性，出現(xiàn)裂痕與凹陷，導(dǎo)致壁材包埋效果下降，并影響產(chǎn)品成色，降低產(chǎn)品質(zhì)量[22]。綜上，在優(yōu)化出風(fēng)溫度時(shí)，選取170 ℃為中心點(diǎn)。

圖3 出風(fēng)溫度對(duì)包封率的影響

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)分析

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)以Box-Behnken為原理的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)(表2)。通過Design-Expert V 8.0.5軟件采用中心組合設(shè)計(jì)對(duì)表1中數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸擬合，得到包封率(R)對(duì)進(jìn)料溫度(A)、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速(B)、出風(fēng)溫度(C)的回歸模型為式(3)：

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

(3)

表3顯示，所得回歸模型極顯著，失擬項(xiàng)不顯著，模型R2=0.998 2，說明試驗(yàn)擬合效果較好，通過數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，各參數(shù)對(duì)包封率的影響并非簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，具有一定的交互作用，可以利用該模型對(duì)實(shí)際工藝參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)。由F值檢驗(yàn)得到各因子對(duì)包封率的影響排序依次為蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速>出風(fēng)溫度>進(jìn)料溫度。

表3 響應(yīng)面結(jié)果方差分析

在回歸方程的基礎(chǔ)上，對(duì)各變量及變量間的交互作用對(duì)包封率的影響進(jìn)行降維分析，由圖4可知，包封率均隨蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速、出風(fēng)溫度、進(jìn)料溫度呈先上升后下降趨勢(shì)，與單因素試驗(yàn)結(jié)果基本吻合，且曲面開口向下能在圖中觀測(cè)到中心點(diǎn)，說明預(yù)測(cè)范圍存在最佳噴霧干燥參數(shù)使包封率最大。

圖4 變量對(duì)包封率影響的響應(yīng)曲面

最后，通過Design-Expert軟件對(duì)包封率(R)進(jìn)行分析，得到粉末油脂的最佳噴霧干燥工藝參數(shù)為進(jìn)料溫度50.2 ℃、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速14.82 r/min、出風(fēng)溫度169.65 ℃，考慮到實(shí)際操作因素，將參數(shù)修正為進(jìn)料溫度50 ℃、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速15 r/min、出風(fēng)溫度170 ℃，在此條件下進(jìn)行3次平行試驗(yàn)，所得粉末油脂的包封率為84.63%，幾乎等同于預(yù)測(cè)值(84.77%)，說明此次工藝優(yōu)化條件可靠，具備參考價(jià)值。

2.3 傅里葉變換紅外光譜分析

傅里葉變換紅外光譜主要用于研究物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)和化學(xué)鍵，也可以作為表征和鑒別化學(xué)物種的方法[23]。為進(jìn)一步驗(yàn)證粉末油脂微膠囊結(jié)構(gòu)的形成，利用紅外光譜對(duì)其芯材、壁材及最佳工藝參數(shù)制備的粉末油脂進(jìn)行分析(圖5)。牡丹籽油的不飽和脂肪酸[24]中含有大量C=C雙鍵，因此可以在3 009 cm-1處觀察到=C-H的振動(dòng)伸縮峰，而粉末油脂中未出現(xiàn)明顯振動(dòng)伸縮；粉末油脂和牡丹籽油在1 743、2 853 cm-1處分別出現(xiàn)了C-O、C-H2的伸縮振動(dòng)峰，并未在其余壁材的紅外譜圖中出現(xiàn)，推測(cè)以上三峰為牡丹籽油的特征峰，而這些特征峰在粉末油脂紅外譜圖中吸收強(qiáng)度有所降低或未出現(xiàn)，可能是由于壁材的包埋作用，導(dǎo)致其特征峰信號(hào)減弱[25]。壁材中均可觀測(cè)到3 300 cm-1附近均有較強(qiáng)的-OH吸收峰，其中β-環(huán)狀糊精最強(qiáng)，同樣在粉末油脂中也可以觀察到該特征峰；壁材中僅水解蛋白含有氨基，因此可以在1 518 cm-1處觀察到N-H的彎曲振動(dòng)峰；粉末油脂、牡丹籽油、β-環(huán)狀糊精及卡拉膠在2 922 cm-1處出現(xiàn)了-CH3的振動(dòng)伸縮峰，而水解蛋白的譜圖中并不明顯。粉末油脂的與β-環(huán)狀糊精的紅外光譜較為相似，并可以發(fā)現(xiàn)水解蛋白的特征峰，因此推測(cè)，粉末油脂的紅外光譜主要由β-環(huán)狀糊精與水解蛋白疊加而成。此外，在粉末油脂的紅外光譜上未觀測(cè)到水解蛋白、β-環(huán)狀糊精、卡拉膠及牡丹籽油中的特殊峰，說明干燥噴霧的過程僅發(fā)生物理相互作用，包埋效果良好。

圖5 樣品的紅外圖譜

2.4 差示量熱掃描分析

差示量熱掃描法是一種快速和可靠的熱分析方法，可以用來測(cè)定物質(zhì)的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)，通過Tg可判斷物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，并對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)[26-27]。響應(yīng)面分析法得出，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速對(duì)包埋率的貢獻(xiàn)因子遠(yuǎn)大于出風(fēng)溫度，而蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速和出風(fēng)溫度共同決定了噴霧干燥的效率，微調(diào)出風(fēng)溫度可對(duì)噴霧干燥效率進(jìn)行微調(diào)。因此試驗(yàn)在進(jìn)料溫度50 ℃、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速15 r/min條件下，測(cè)定了不同出風(fēng)溫度下所制粉末油脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度，并選取差異較大的3個(gè)溫度指標(biāo)(160、170、180 ℃)進(jìn)行分析比較。圖6(a)、(b)、(c)分別對(duì)應(yīng)出風(fēng)溫度160、170、180 ℃條件下制備的粉末油脂的DSC分析圖。160 ℃時(shí)Tg值為102.5 ℃，170 ℃時(shí)Tg值為124.2 ℃，180 ℃時(shí)Tg值為114.6 ℃，可以發(fā)現(xiàn)，170 ℃時(shí)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高，說明此溫度下樣品的穩(wěn)定性最好，而且Tg值遠(yuǎn)超出常溫，說明該工藝條件下粉末油脂貯藏時(shí)均處于玻璃態(tài)，粉末油脂具有很好的貯藏穩(wěn)定性，同時(shí)佐證了響應(yīng)面優(yōu)化工藝具有一定參考價(jià)值。

圖6 樣品的紅外圖譜

2.5 顯微結(jié)構(gòu)分析

粉末油脂微膠囊的一系列性質(zhì)受其結(jié)構(gòu)形態(tài)的影響[28]，本研究中3種工藝參數(shù)對(duì)粉末油脂包封率的影響雖然都可以以數(shù)據(jù)的形式間接表達(dá)，但通過顯微結(jié)構(gòu)的表征分析，更能直觀、充分地觀察到噴霧干燥效率對(duì)粉末油脂形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響。在進(jìn)料溫度為50 ℃、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速15 r/min條件下，選取差異較大的3個(gè)溫度指標(biāo)(160、170、180 ℃)進(jìn)行比較分析。

2.5.1 CLSM 分析 圖7(a)、(b)、(c)分別對(duì)應(yīng)出風(fēng)溫度160、170、180℃條件下制備的粉末油脂復(fù)溶后的CLSM顯微圖。經(jīng)染色后，被包埋的牡丹籽油呈紅色，表面附著的綠色物質(zhì)為水解蛋白，并可以觀察到水解蛋白不但分布在液滴中央，在液滴周圍也形成了一層完整的界面膜。圖7(a)中液滴形態(tài)近似圓形，包封率相對(duì)較低，可明顯觀察到有大量小液滴粘附在液滴周圍，這可能是由于出風(fēng)溫度較低時(shí)，乳液液滴局部受熱不均所致；圖7(b)中液滴形態(tài)基本呈圓球狀，此時(shí)包封效率最佳，微小液滴的數(shù)量也明顯減少；圖7(c)中液滴形狀奇特，液滴周圍幾乎無小液滴，這可能是由于出風(fēng)溫度過高，水分蒸發(fā)過快，破壞了壁材的包埋結(jié)構(gòu)導(dǎo)致形態(tài)出現(xiàn)了變化，且此時(shí)包封率最低。通過對(duì)比3種溫度下粉末油脂復(fù)溶后的微觀形態(tài)發(fā)現(xiàn)，液滴規(guī)則越趨近球狀，小液滴數(shù)量越少，包埋率越高，進(jìn)而佐證了在進(jìn)料溫度為50 ℃、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速15 r/min、出風(fēng)溫度170 ℃條件為最佳噴霧干燥參數(shù)。

圖7 激光共聚焦顯微鏡觀察粉末油脂

2.5.2 SEM分析 圖8(a)、(b)、(c)分別對(duì)應(yīng)出風(fēng)溫度160、170、180 ℃條件下制備的粉末油脂固體顆粒的SEM顯微結(jié)構(gòu)圖。圖8(a)中單個(gè)粉末油脂表面雖光滑平整呈球狀，但顆粒表面附著細(xì)碎小顆粒，與CLSM顯微鏡下觀察結(jié)果一致，顆粒大小分布極其不均勻且部分顆粒表面出現(xiàn)氣孔，極可能由于噴霧溫度過低局部受熱不均，導(dǎo)致液滴中的水分不能充分蒸發(fā)所致。圖8(b)中單個(gè)粉末油脂表面非常平整光滑，無氣孔、裂紋與凹陷及小顆粒附著，且顆粒分布大小均一、形態(tài)完整，說明壁材包封狀態(tài)較好。圖8(c)中單個(gè)粉末油脂出現(xiàn)了凹陷、褶皺與裂紋，且顆粒形態(tài)各異、無規(guī)則，與CLSM顯微鏡下觀察結(jié)果一致，這是由于過度加熱使水分迅速蒸發(fā)，壁材受熱結(jié)構(gòu)遭到破壞所致。

圖8 掃描電子顯微鏡觀察粉末油脂

3 結(jié)論

(1)在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，建立了進(jìn)料溫度、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速、出風(fēng)溫度對(duì)牡丹籽油粉末油脂包封率影響的模型。通過響應(yīng)面分析所得最佳工藝參數(shù)為進(jìn)料溫度50.2 ℃、蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速14.82 r/min、出風(fēng)溫度169.65 ℃，此條件下制備所得粉末油脂包封率為84.63%。(2)通過傅里葉變換紅外光譜對(duì)粉末油脂的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)粉末油脂包埋狀態(tài)良好，其紅外光譜主要由水解蛋白和β-環(huán)狀糊精的紅外譜圖疊加而成，且噴霧干燥過程中物質(zhì)間并未發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。(3)通過差式量熱掃描、激光共聚焦顯微鏡及掃描電子顯微鏡觀察分析得出結(jié)論：噴霧干燥效率會(huì)對(duì)包封率的影響極大，并驗(yàn)證了響應(yīng)面優(yōu)化參數(shù)的可靠性。在最佳參數(shù)條件下制備的粉末油脂玻璃化轉(zhuǎn)變溫度最高且遠(yuǎn)超常溫，說明其貯藏穩(wěn)定性較好；其復(fù)溶液液滴性質(zhì)呈規(guī)則圓球形，小液滴較少；其固體顆粒形狀規(guī)則、表面光滑、無氣孔、凹陷、褶皺與裂紋，包封狀態(tài)良好。