大蒜精油微胶囊包埋互艺研究

王赛赛，陶宁萍

(上海海洋大学食品学院，上海201306)

大蒜精油微胶囊包埋互艺研究

王赛赛，陶宁萍*

(上海海洋大学食品学院，上海201306)

以大蒜精油为研究对象，采用喷雾干燥技术对大蒜精油进行包埋，以包埋率为主要测定指标，通过单因素实验确定最佳工艺参数为均质1次，均质时间2min，均质压力25MPa，大蒜精油添加量为20%;壁材组成为预糊化淀粉20%、β－环糊精30%、酪蛋白酸钠2%，所得产品包埋率可达91.08%。电子扫描显微镜观察到微胶囊产品表面及内部结构良好，具有良好的包埋效果。

大蒜精油，微胶囊，喷雾干燥

大蒜(Garlic，Allium sativum)为百合科葱属植物的地下鳞茎，有“天然抗生素”之称。经多年的研究发现，大蒜的药用价值主要在于其中的含硫化合物，将其提取纯化所得到的油状物即为大蒜精油。大蒜精油对多种致病真菌和病毒有抑制和杀灭作用，并具有抗高血压、抗血栓、抗癌作用，可用于治疗和预防许多疾病［1－4］，但大蒜精油具有易挥发、不稳定及对人体粘膜具有较强刺激等缺陷，极大地限制了其在食品中的应用，所以采取一定的方法对其特有的刺激性气味进行掩蔽，具有一定的现实意义。李瑜、许时婴［5］曾以乙烷基纤维素和邻苯二甲酸醋酸纤维素为壁材对干燥的蒜粉进行流化床包埋;陈雪峰、刘迪［6］采取了阿拉伯胶和麦芽糊精为包埋壁材掩蔽臭味;何荣海、马海乐等［7］以阿拉伯胶、麦芽糊精、明胶蔗糖等复合壁材对大蒜素进行包埋。本实验主要以大蒜精油为研究对象，采取喷雾干燥技术，利用变性淀粉和麦芽糊精复配作为主要包覆壁材，优化生产工艺及参数，以期对大蒜精油的不良气味有更好的掩蔽效果，为工业化生产大蒜精油微胶囊产品提供一定的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

大蒜精油 河南怀远远洋香料有限公司;阿拉伯胶、乳清蛋白 美国斯比凯可公司;变性淀粉 上海国民淀粉化学(上海)公司;酪蛋白酸钠 广州斯德宝香精香料有限公司;麦芽糊精、β－环糊精、果胶

上海联合食品添加剂有限公司;卵磷脂 上海康诺执信食品有限公司;以上试剂 均为食品级;其他试剂 均为分析纯。

BüCHI 290型喷雾干燥机 瑞士布奇公司;GYB60－6S型高压均质机 上海东华高压匀浆泵厂;BS124S型电子分析天平 德国赛多利斯(SARTORIUS)股份公司;HWS26型电热恒温水浴锅

上海一恒科技有限公司;NDJ－5S型数字式粘度计

上海精密科学仪器有限公司;FJ200实验室高剪切乳化机 上海索祥机电设备制造有限公司;101A－1型干燥箱 上海市实验仪器总厂;XL－30型电子显微镜 荷兰飞利浦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 大蒜精油微胶囊的制备 制备好的壁材溶液中加入大蒜精油和乳化剂，高速分散后进行高压均质，所得乳化液经喷雾干燥即可得到微胶囊成品。

1.2.2 壁材的确定 根据参考文献选定变性淀粉、麦芽糊精、乳清蛋白等多种壁材复配对大蒜精油进行包埋［8］，由包埋率确定最佳壁材组合。

1.2.3 工艺条件的优化 采取单因素实验，对均质压力、均质时间、均质次数等进行优化，确定最佳工艺参数。并优化固形物含量及芯材、壁材配比。

1.2.4 乳状液及微胶囊产品指标的测定

1.2.4.1 乳状液稳定性［9］采用具塞量筒法。将100mL乳状液置于100mL具塞量筒中，40℃水浴保温24h，读取游离水层的体积，计算乳状液的稳定性。

乳状液稳定性(%)=(乳化液含水总量－游离水量)/乳化液含水总量×100%

1.2.4.2 乳状液粘度 将一定量乳状液置于100mL烧杯中，采用NDJ－5S型数字式粘度计室温下测定。1.2.4.3 大蒜精油微胶囊产品感官评定 参照文献［10］。

1.2.4.4 水分含量 参照GB/T 5413.8－1997。

1.2.4.5 包埋率［11］包埋率(%)=［1－(产品表面油含量/产品中的总油含量)］×100%

表面油含量的测定:采取有机溶剂萃取间接测定法;总油提取:罗紫－哥特里法［12］。加入氨水破坏微胶囊壁材，用乙醇、乙醚和石油醚提取其中的大蒜精油。

1.2.5 微胶囊超微结构观察［13］将少许产品置于贴了双面胶的样品台上，稍压实，吹去表面多余粉末后喷金，用扫描电子显微镜分别观察微胶囊表面和内部结构，加速电压为25kV。

2 结果与分析

对芯材大蒜精油进行感官分析及成分测定，所用芯材为具有浓烈大蒜刺激味的淡黄色澄清液体，其酸价为1.87mg(KOH)/g，过氧化值为0.40mmol/kg，有效成分大蒜素二烯丙基三硫醚的含量为14.51%［14］。

2.1 大蒜精油微胶囊壁材的确定

选取五组壁材，制得大蒜精油微胶囊产品，并对乳状液的稳定性、粘度及产品的感官、包埋率、水分含量等特性进行比较，结果见表1。

组1为变性淀粉、酪蛋白酸钠与果胶复配。大蒜中果胶含量为1%～3%，且果胶具有很多保健作用，但果胶溶于水后为粘稠溶液，溶解性相对较差，作为包埋壁材性能较差［15］。从实验结果也可以看出，此组包埋率仅为58.46%，其乳状液稳定性最差。阿拉伯胶是一种天然的植物胶，作为壁材具有良好的附着力和成膜性，但喷雾干燥过程中高温受热会使得胶体分子降解，乳化性能下降，导致包埋率降低。组2以阿拉伯胶和麦芽糊精复配所得的大蒜精油微胶囊包埋率为66.24%，而阿拉伯胶价格相对较贵，且胶类物质黏度较高，乳状液稳定性较差。有文献阐述变性淀粉是在原淀粉基础上加了疏水和亲水侧链，有亲水亲油双重性质，从而具有优良的成膜性和乳化性，与传统壁材阿拉伯胶相比，包油量可大大提高。变性淀粉与乳清蛋白复配较第1组相比提高到78.40%，但产品为微黄色，感官质量较差。酪蛋白酸钠具有良好的增粘力和蛋白特有的起泡性和保气性，且作为一种动物蛋白，还含有人体所需的多种必需氨基酸和微量元素。组4乳状液稳定性较好，产品性状优良，喷雾干燥可顺利进行，但产品水分含量相对较高。组5在组4基础上增加了β－环糊精，环糊精在空间结构上呈螺旋状，具有略呈锥形的中空圆筒立体环状结构。利用它的疏水空腔生成络合物的能力，被广泛用于微胶囊包埋的壁材。且环糊精变性温度高于200℃，不易吸湿，此组壁材复配的微胶囊包埋效果最佳，可达86.45%。

2.2 制取微胶囊的单因素实验

影响微胶囊包埋率的因素很多，主要包括均质次数、均质压力、均质时间、大蒜精油添加量、固形物含量及配比等。

2.2.1 均质次数对大蒜精油微胶囊包埋率的影响实验中使用变性淀粉30%、β－环糊精20%、酪蛋白酸钠2%的复合壁材，均质压力为20MPa，均质时间3min，芯材大蒜精油添加量15%，进风温度180℃，出风温度70℃，制得大蒜精油微胶囊包埋成品，并测得包埋率，各组测得的包埋率如图1。由图可见，未均质进行喷雾干燥进行微胶囊包埋时包埋率最低，而且乳状液黏度相对较大，喷雾干燥时粘壁现象较严重。均质1次时包埋率达到最高86.45%，但经2次和3次均质后包埋率反呈下降趋势。

图1 不同均质次数的大蒜精油微胶囊包埋率

乳状液喷雾干燥之前进行均质可以相应提高乳化效果，但均质次数过多会因为乳状液内能增加而不利于乳状液的稳定，且芯材与空气的接触随均质次数增加而增多，进而使产品品质下降，故均质次数为2次和3次时包埋率反而出现下降的趋势。均质1次时包埋率较未均质和均质2次都有显著性提高，最终选定均质次数为1次。

2.2.2 大蒜精油添加量对微胶囊包埋率的影响 芯材添加量是影响微胶囊质量的一个重要指标。芯材添加量过高，会使残留在壁材表面的芯材量增加，而导致包埋率下降;芯材添加量过低，则增加壁材的消耗量，从而增加成本，且最终产品中的有效成分含量较低。由图2可以看出，芯材添加量为10%、15%和20%时，大蒜精油微胶囊包埋率相差不大，分别为86.31%、86.45%和86.20%，无显著性差异，而芯材添加量大于20%时，微胶囊包埋率呈明显下降趋势，当芯材添加量为30%时微胶囊包埋率仅为81.92%。这是因为随着芯材添加量的增加，表面油含量增加，而导致微胶囊化效率下降。同时考虑到微胶囊化的成本及最终产品中有效成分大蒜精油的含量，最终确定芯材添加量为20%。

图2 不同芯材添加量的微胶囊包埋率

2.2.3 均质压力对大蒜精油微胶囊包埋率的影响高压均质处理是为了使芯材与壁材进一步充分混合并高速分散，以便于微胶囊产品的制备。高压均质有利于形成较小而均匀的液滴，使乳状液均匀，体系中不易发生液滴的凝结，而且乳状液液滴越小，上浮速度就越慢，这对于提高乳状液的稳定性有利，喷雾干燥过程中液滴内部油相粒子向液滴表面迁移的可能性降低，因而会使微胶囊化效率提高。但若均质压力过高，就会使液滴过小，过小的油滴比表面积大，表面能高，油滴趋于相互合并以降低表面能，对乳状液的稳定性及包埋率反而不利。由图3可以看出，随着均质压力的提高，微胶囊包埋率呈上升趋势，而均质压力高于25MPa时，微胶囊包埋率反而出现下降趋势，这主要是由于压力过高使得液滴过小，增大了表面积，导致表面能增加，降低了乳状液的稳定性，进而使微胶囊包埋效率下降，故选取最佳均质压力为25MPa。

图3 不同均质压力的大蒜精油微胶囊包埋率

2.2.4 均质时间对大蒜精油微胶囊包埋率的影响 随均质时间的延长，乳状液液滴直径逐渐减小，乳状液稳定性增加，进而微胶囊包埋率提高，但均质时间过长，会使液滴的比表面积继续增大，表面能高，此时油滴呈趋于聚合趋势，使乳状液稳定性较之前反而出现下降趋势，进而导致微胶囊包埋率降低。如图中所示，均质时间为2min时，包埋率较其他条件有显著性提高，达到89.62%，所以确定最佳均质时间为2min。

图4 不同均质时间的大蒜精油微胶囊包埋率

2.2.5 变性淀粉与β－环糊精配比对大蒜精油微胶囊包埋率的影响 变性淀粉在原淀粉的基础上添加了亲水和疏水基团，有亲水亲油双重性，具有良好的成膜性;而β－环糊精本身具有一疏水空腔，对臭味的掩蔽及芯材的包覆具有良好的效果。有研究表明，环糊精的载油量高于变性淀粉的载油量，而二者不同的配比对微胶囊的包埋率存在不同的影响。由图5可以看出，当二者配比为2∶3时微胶囊包埋率显著高于其他组，为91.08%。这可能与β－环糊精本身的包埋效果与变性淀粉的成膜性有关，变性淀粉含量过低，成膜性差;若含量升高则其中β－环糊精含量降低，载油量下降，而对于相同的芯材负荷率，包埋率下降。最终选定壁材配比为变性淀粉20%、β－环糊精30%、酪蛋白酸钠2%。

图5 不同变性淀粉和β－环糊精配比的微胶囊包埋率

陈雪峰、刘迪［6］所制取的大蒜油微胶囊包埋率最高为85.9%;何荣海、马海乐等［7］通过喷雾干燥法制取的大蒜素微胶囊包埋率仅为82.6%;王忠宝、刘洪涛等［16］通过低温烘干所制得的大蒜精油包合物包埋率最高为78.51%;苏美琼、李元瑞［17］通过自行设计的小型设备，所得产品包埋率为86.88%。本实验采用喷雾干燥技术对包埋壁材及工艺进行了优化，包埋率达到91.08%，对大蒜精油有较好的包覆作用，与文献报道比较，包埋率较高，且产品细腻，性状较好，对大蒜特有的刺激性气味有较好的掩蔽效果。

2.3 大蒜精油微胶囊超微结构的观察

对所得的大蒜精油微胶囊成品进行电子扫描显微镜观察，得到微胶囊产品的外部及内部结构，可更清楚直观地观察到微胶囊产品的包埋结构及效果。

图6 大蒜精油微胶囊的外部结构(×1000)

图6为大蒜精油微胶囊在电子显微镜下放大1000倍的外部结构图。可以直观地看到大蒜精油微胶囊颗粒呈不规则圆形，表面连续，但存在不同程度的凹陷，这可能是由于颗粒在干燥过程中产生不均匀收缩或在喷金过程中抽真空所导致的。颗粒直径存在一定差异，一般为5～10μm，与李瑜、许时婴等［5］得到的大蒜精油微胶囊比较，颗粒直径较小，粉末更细腻。

图7是电子扫描显微镜下放大15000倍的大蒜精油微胶囊的外部结构图。由电镜照片来看，颗粒表面光滑，无裂缝，表面壁材具有很好的完整性。

图7 大蒜精油微胶囊的外部结构(×15000)

图8是放大10000倍的大蒜精油微胶囊内部结构电镜照片。微胶囊内部为一腔体，芯材大蒜精油包埋于腔体内部，变性淀粉、β－环糊精与酪蛋白酸钠所形成的壁材厚度为2μm左右，壁材中存在一定的孔隙，这可能是由于均质过程中乳状液内部包埋了一定的空气所导致。

大蒜精油微胶囊超微结构观察表明，以最佳工艺参数制备所得到的大蒜精油微胶囊具有良好的表面和内部结构，进而推测本研究所选用的壁材组合及工艺参数对大蒜精油具有较好的包埋效果。

3 结论

以大蒜精油微胶囊产品的包埋率作为主要评价指标，本研究确定了微胶囊的最佳配方。其中，芯材大蒜精油添加量20%，壁材组成为变性淀粉20%、β－环糊精30%、酪蛋白酸钠2%，乳化剂卵磷脂0.75%。

由单因素实验确定最佳工艺参数:高压均质1次，时间2min，压力25MPa，进风温度与出风温度分别采取180℃和70℃，在最佳工艺参数下所得微胶囊包埋率为91.08%。

超微结构观察显示颗粒呈不规则球形，表面及内部结构良好，无裂痕，从而证明大蒜精油微胶囊具有良好的包埋效果。

本研究所得的大蒜精油微胶囊产品洁白美观，有蒜香味，作为方便调味品有一定的市场前景，本实验为工业化生产大蒜精油微胶囊提供一定的理论依据。

图8 大蒜精油微胶囊的内部结构(×10000)

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Study on the microencapsulation of garlic oil

WANG Sai－sai，TAO Ning－ping*
(College of Food Science＆Technology，Shanghai Ocean University，Shanghai 201306，China)

The spray－drying was used to embed the garlic oil into certain wall materials.Taking microencapsulation efficiency as the main evaluating index，and by single－factor experiment，the optimum processing conditions of microencapsulation of garlic oil were determined as follows:homogenizing times，homogenizing time，and homogenizing pressure were once，two minutes，25MPa respectively.The wall materials were determined as follows:modified starch 20%，β－cyclodextrin 30%，sodium caseinate 2%，and the proportion of garlic oil was 20%.Under the optimum conditions，the encapsulation efficiency can achieve 91.08%.By scanning electron microscppe(SEM)the micro－structure observation of the microcapsule of garlic oil，the results showed that both the surface and inside structures were good.

garlic oil;microencapsulation;spray－drying

TS225.1+9

B

1002－0306(2011)04－0228－05

2010－03－23 *通讯联系人

王赛赛(1987－)，女，硕士研究生，研究方向:天然功能性物质的开发利用。