饱和水溶液法制备核桃油包合物工艺

纪俊敏，霍宗娥，赵静静，霍旭丽，张振山

(河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450052)

饱和水溶液法制备核桃油包合物工艺

纪俊敏，霍宗娥，赵静静，霍旭丽，张振山

(河南工业大学粮油食品学院，河南 郑州 450052)

以收率和包合率为指标，采用饱和水溶液法制备核桃油-β-环糊精包合物，通过单因素和正交试验确定优化工艺条件，并考察产品氧化稳定性和水溶性。结果表明：最佳制备工艺条件为核桃油与β-环糊精质量比1∶4、包合时间4.5h、包合温度65℃，此条件下包合率达81.6%、收率达61.6%；经紫外分光光度法检测，核桃油-β-环糊精已形成包合物，核桃油-β-环糊精包合物可明显提高核桃油的氧化稳定性和水溶性。

正交试验；核桃油；β-环糊精；包合物

核桃油中含有大量的亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸(含量高达90%以上)，其中亚麻酸含量达15.8%[1]。但由于α-亚麻酸含有多个不饱和键，容易被氧化，而且口感不好，所以为了增加α-亚麻酸的稳定性，防止氧化损失，除去不良气味，而且因核桃油属油溶性物质，难以与水溶性物质混溶，难以均匀地添加于食品中，而微胶囊技术则是解决这一问题的有效途径。β-环糊精包合物具超微结构，为碳水化合物，能被人体吸收、利用，进入机体后断链开环形成直链低聚糖，参与代谢，无积蓄作用，无毒。由于包合是一种物理过程，不发生化学反应，因此客体物质仍保持原有性质和作用，而且，由于客体分子存在于环糊精空腔内，从而减少它与外界环境的接触，提高其稳定性[2-8]。常用的制备方法有饱和水溶液法、溶液搅拌法、研磨法、冷冻干燥法、喷雾干燥法等。本实验采用饱和水溶液法制备核桃油β-环糊精包合物，并用正交试验筛选工艺条件，得出最佳工艺条件，并对包合物主要理化性质进行鉴定。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

核桃仁 郑州市购。

β-环糊精(药用级)、石油醚、无水乙醇、硫代硫酸钠、无水乙醚均为分析纯。

BS210S型分析天平(感量0.0001g) 北京塞多利斯天平有限公司；SHZ-D(Ⅲ)水循环多用真空泵 巩义市英峪予华仪器厂；84-2型数显搅拌恒温电热套 浙江余姚工业仪表工厂；JJ-1增力电磁搅拌器 金坛市医疗仪器厂；DZF-6050真空干燥箱 上海申贤恒温设备厂；TU-1810紫外-可见分光光度计 北京普析通用仪器有限责任公司；小型电动粉碎机、热风干燥箱、索氏抽提器。

1.2 方法

1.2.1 原料预处理及核桃油的制备工艺流程

核桃→核桃仁→去皮→80℃烘干→粉碎→索氏抽提(温度控制在60℃左右)→核桃油

1.2.2 核桃油主要理化指标测定

酸价的测定采用GB/T 5009.37—2003《食用植物油卫生标准的分析方法》；过氧化值的测定采用GB/T 5538—2005《动植物油脂：过氧化值测定》；水分含量的测定采用GB/T 5009.3—2003《食品中水分的测定》；折光指数的测定采用GB 5527—85《植物油脂检验：折光指数》。

1.2.3 核桃油-β-环糊精包合物的制备

采用饱和水溶液法制备核桃油-β-环糊精包合物，具体操作过程如下：取一定量的β-环糊精，加入适量蒸馏水(一般按每克环糊精溶于25g蒸馏水)[2,4,9-11]，搅拌加热使其全部溶解，制得饱和溶液，冷却后，将溶解在少量无水乙醇中的核桃油缓慢滴入已冷却的β-环糊精水溶液中，恒温搅拌一定时间，冷却至室温，在冰箱0～4℃中静置24h，析出粒子状固体，静置，减压抽滤，分别用温蒸馏水和无水乙醇洗涤两次，于60℃真空干燥，得固体包合物。

1.2.4 包合物包合效果的评定

通常情况下，采用包合率和收率作为指标来考察包合效果[2,6-12]。

1.2.4.1 包合率

精密称取上述一定质量的β-环糊精包合物，将包合物置索氏提取器中，用石油醚回流提取包合物中的核桃油，回流至馏出液中无核桃油为止，减压蒸馏除尽石油醚，精密称重。并按《中国药典》(2000版)微囊、微球与脂质体制剂指导原则计算包合率和收得率。

1.2.4.2 收率

包合率是考察包合效果的主要指标，包合率越高包合效果越好，同时，包合物收得率在工业生产上具有经济意义，所以最终考察两指标的综合评分。综合评分=收率×0.4＋包合率×0.6。

1.2.5 包合物的鉴定

采用以下几种方法进行鉴定。外观：考察包合物的感官特性、含水量、密度、渗油情况、溶解度；溶解度法：因难溶性物质包合后溶解度增大，通过测定包合物在不同温度的水溶液中的溶解度，考察其在水中的溶解性；紫外-可见分光光度法：从紫外可见吸收曲线与吸收峰的位置和高度来判断核桃油与β-环糊精是否产生包合作用，形成包合物。

1.2.6 微胶囊贮藏稳定性

将胶囊化的核桃油与未微胶囊化的核桃油分别置于60℃培养箱中贮存，定期取样测定样品的过氧化值，比较二者的氧化速率。

过氧化值测定方法采用 GB/T 5538—2005《动植物油脂：过氧化值测定》测定。其中胶囊化的核桃油测定之前先分离出包合物中的核桃油，具体方法如下：精确称取10g左右产品，加水25mL形成均匀体系，精确移取5mL，加入混合溶剂丙酮-石油醚(1∶1，V/V)反复提取至下层无色，将提取液合并，以无水硫酸钠脱水，称量。

2 结果与分析

2.1 核桃油主要理化指标

经测定，核桃油的主要理化指标为酸价0.38mg KOH/g、过氧化值0.42mmol/kg、水分含量0.19%、折光指数1.4735。

2.2 单因素试验

2.2.1 包合时间对核桃油-β-环糊精包合物制备的影响

固定核桃油与β-环糊精质量比为1∶4、包合温度为60℃，考察包合时间对核桃油-β-环糊精包合物制备的影响，结果见图1。

图1 包合时间对包合率和收率的影响Fig.1 Effect of inclusion time on inclusion complex yield and inclusion efficiency

由图1可以看出，在一定时间内核桃油-β-环糊精包合物的包合率和收率随时间的延长而不断增加，因为包合过程实际上是一个分子间相互碰撞的过程，适当延长搅拌时间，可以使包合反应进行的更完全，但时间太长，包合时间对结果影响变小。这可能是因为当包合物充分形成后，β-环糊精的空腔已经饱和，延长包合时间，形成的乳液稳定性变差，壁材和油脂发生分离，使包合率降低；而且时间过长，水的蒸发量增大，油的颜色加深，加速其氧化，会导致包合率及收率下降。具体的反应机理还有待进一步的研究。

2.2.2 包合温度对核桃油-β-环糊精包合物制备的影响固定核桃油与β-环糊精质量比为1∶4(g/g)、包合时间为4.5h，考察包合温度对核桃油-β-环糊精包合物制备的影响，结果如图2所示。

图2 包合温度对包合率和收率的影响Fig.2 Effect of inclusion temperature on inclusion complex yield and inclusion efficiency

由图2可知，包合温度过低，β-环糊精在水中溶解度较小，不利于包结络合过程，影响包合向产物方向进行。随反应温度的升高，包合率和收率不断增加，这主要是随着温度的升高，分子间运动加剧，分子间碰撞机率增加，但温度太高，则分子间运动过于激烈，对形成的包结物起破坏作用，不利于包结反应进行，而且温度越高，核桃油越容易氧化，其稳定性降低。

2.2.3 β-环糊精的用量对核桃油-β-环糊精包合物制备的影响

固定包合时间为4.5h、包合温度为60℃，考察β-环糊精的用量对核桃油-β-环糊精包合物制备的影响，结果如图3所示。

图3 β-环糊精用量对包合率和收率的影响Fig.3 Effect of ratio of walnut oil toβ-CD on inclusion complex yield and inclusion efficiency

由图3可以看出，当β-环糊精与核桃油的质量比大于2∶1时，包合率的变化不是很大，当β-环糊精与核桃油的质量比达到3∶1时，收率达到最大值，而且随着比例的继续增大，收率出现了下降的趋势。

2.3 包合工艺优化正交试验

根据单一因素结果，选择合理的参数范围，采用L9(33)正交试验优化包合配方。3因素分别为包合时间、包合温度、核桃油与β-环糊精质量比，通过极差分析，得到较适宜的包合工艺。

表1 L9(33)包合工艺优化正交试验设计及结果Table 1 L9(33) orthogonal array design and corresponding experimental results

由表1可以看出，在转速恒定时影响包合率的包合条件中各因素主次为包合时间＞包合温度＞核桃油与β-环糊精质量比，最好的因素水平组合为A2B3C3，即包合时间4.5h、包合温度65℃、核桃油与β-环糊精质量比1∶4。

按上述最佳工艺条件进行验证实验。精密称取β-环糊精40g，加适量蒸馏水，水浴加热使溶解，再降至65℃，不断搅拌，在搅拌条件下，将10g核桃油慢慢加入β-环糊精水溶液中，继续搅拌包合4.5h，冷却，置冰箱中冷藏24h，滤过，包合物于低温干燥。包合物的平均收得率为61.6%、包合率为81.6%。两项指标均优于正交设计中的最大值。

2.4 包合物的品质特性研究

2.4.1 产品感官评定和物理性质检测[13]

核桃油中不饱和脂肪酸含量较高，易发生氧化，采用环糊精包合技术对核桃油进行包合，使核桃油分子进入环糊精空腔并形成水溶性包合物，从而减少它与外界环境的接触，可以提高核桃油稳定性。对包合前与包合后核桃油的理化性能进行研究。包合前，核桃油为浅黄色，无异味。包合后产品感官评定和物理性质检测结果为：产品洁白细腻，有淡淡的油香味、无不良气味、无异味；含水量1.47%(＜5%)；密度0.42g/mL；无渗油现象；热水冲调溶解性良好，凉水冲调搅拌后溶解性良好。

2.4.2 溶解度法分析

分别在20、40、60、80、100℃条件下用水溶解包合物，并绘制溶解度曲线，结果如图4所示。

图4 包合物溶解度随温度的变化Fig.4 Solubility vs. temperature curve of the inclusion complex

由图4可以看出，包合后的核桃油水溶性有了明显提高，而且热水冲调溶解性更好，可以很好地添加到水溶性食品如奶粉中，冲调饮用。

2.4.3 紫外光谱鉴定

分别将β-环糊精(β-CD)、包合物、β-环糊精与核桃油的混合液和核桃油分别用蒸馏水、蒸馏水、蒸馏水-无水乙醚、无水乙醚配成溶液，在200～800nm波长范围内进行紫外光谱扫描。结果β-CD无紫外吸收，故β-CD对核桃油包合物的测定无干扰。核桃油和包合物的紫外扫描图谱一致，最大吸收峰在波长234nm处，该峰为共轭二烯的特征吸收峰。因此包合物无化学键存在，仅为物理包合作用[14]。

图5 紫外光谱扫描曲线Fig.5 UV-Vis scanning spectra ofβ-cyclodextrin, walnut oil, and their inclusion complex and physical mixture

2.5 微胶囊化核桃油贮藏稳定性

将核桃油微胶囊与未经微胶囊化处理的核桃油在60℃培养箱中进行加速氧化实验，定期取样测定油脂的过氧化值，比较二者的氧化速率，结果如图6所示(对于包合物，先游离出包合在其中的核桃油，再测定其过氧化值)[15]。

图6 核桃油加速氧化变化曲线Fig.6 Accelerated oxidation curves of walnut oil and its inclusion complex

由图6可见，油和微胶囊置于60℃环境中在初始阶段过氧化值的变化都比较缓慢，但3h之后，未微胶囊化的核桃油过氧化值急速增加，而核桃油微胶囊的过氧化值增加速度还是比较缓慢。分析其原因，可能是未微胶囊化的核桃油中含有一定量的VE，在初始阶段，由于VE的抗氧化作用，使得核桃油氧化比较慢，当VE被氧化后，油脂失去了保护作用，氧化速度急剧增加。而核桃油微胶囊处于壁材膜的保护之下，油脂的氧化速度与氧气透过壁材的速度有关，致密的微胶囊壁材结构能有效地阻止氧气的渗透，所以微胶囊化处理可显著地延长油脂的保质期。

3 结 论

本实验采用饱和溶液法对核桃油进行包合，该法操作温度低、设备简单。单因素和正交试验相结合的方法对饱合水溶液法制备核桃油β-环糊精包合物的工艺条件进行优化，对主要因素进行分析，结果表明：β-环糊精与核桃油质量比4∶1、包合时间4.5h、包合温度65℃能够取得很好的包合效果，且核桃油的利用率较高。

采用紫外光谱法对核桃油-β-环糊精包合物、β-环糊精、核桃油样品及两者物理混合物的结构进行检测。检测结果表示包合物结构与混合物相比发生了显著变化，在吸收峰的位置和强度上均有显著不同。表明核桃油与β-环糊精产生了包合反应，形成了包合物。核桃油-β-环糊精包合物洁白细腻，有淡淡的油香味、无不良气味、无异味。包合后，核桃油由脂溶性变为水溶性，且无渗油情况。

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Preparation of Cyclodextrin Inclusion Complex of Walnut Oil by Saturated Aqueous Solution Method

JI Jun-min，HUO Zong-e，ZHAO Jing-jing，HUO Xu-li，ZHANG Zhen-shan
(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China)

Walnut oil was encapsulated with β-cyclodextrin by saturated water solution. Based on a comprehensive evaluation of inclusion complex yield and inclusion efficiency, the optimal inclusion conditions were determined by one-factor-at-a-time and orthogonal array design methods to be∶ ratio of walnut oil and β-CD 1∶4 (g/g), inclusion time 4.5 h, and inclusion temperature 65 ℃, under which, the inclusion efficiency was 81.6% and the inclusion complex yield 61.6%. UV spectrometric determination demonstrated the successful inclusion of walnut oil. The inclusion complex was a white powder-like solid and its solubility increased with increasing temperature. The storage stability of walnut oil was improved significantly after inclusion.

orthogonal array design；walnut oil；β-cyclodextrin；inclusion complex

TS201.1

A

1002-6630(2011)14-0052-04

2010-08-29

纪俊敏(1977—)，女，讲师，硕士，研究方向为油脂及植物蛋白。E-mail：jjm77@haut.edu.cn