淡水鱼油微胶囊的制备及其储藏稳定性*

石燕，李倩，李如一，涂宗财，2，王辉，李德俊，邱星

1(南昌大学食品科学与技术国家重点实验室，南昌大学食品学院，江西南昌，330047)

2(江西师范大学功能有机小分子教育部重点实验室，江西南昌，330022)

草鱼在我国分布广泛，为四大家鱼之一，年消费量高达200万t［1］。在草鱼的加工过程中，鱼内脏作为下脚料而被浪费。研究发现，以草鱼内脏为原料提取的鱼油中不饱和脂肪酸含量高达60%，主要为油酸和亚油酸，还含有少量的二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、花生四烯酸(AA)［2］。也正是由于鱼油中含有的多不饱和脂肪酸，使其具有一定功能性质，如亚油酸具有软化心脑血管、降脂降压、促进新陈代谢、减缓衰老等作用［3］;油酸同样具有降低胆固醇的功效［4］;AA具有改善视力和记忆力、调节血脂和血糖、预防心脑血管疾病等作用［5］;DHA和EPA具有抗炎、防治心脑血管疾病、促进神经系统和视觉系统的发育等作用［6］。

鱼油中含有的多不饱和脂肪酸使鱼油具有功能性，但也因多不饱和脂肪酸的存在使得鱼油极不稳定，容易发生氧化而丧失其生理功能。微胶囊化技术可将鱼油与外界保持隔绝从而控制其氧化，延长鱼油储存期，并且还可掩盖鱼油本身的不良气味［7-8］。目前，对淡水鱼油进行微胶囊化的研究较少，王芳等［9］以阿拉伯胶和明胶分别与酪蛋白复配制备的淡水鱼油微胶囊，其包埋率为87%，但未对储藏期进行研究。辛烯基琥珀酸淀粉酯是目前在食品微胶囊中使用较为广泛的壁材，主要是因其具有优良的成膜性和乳化性，以及优于传统微胶囊壁材的特性［10］。因此，本文选用自制辛烯基琥珀酸淀粉酯分别与阿拉伯胶、玉米糖浆复配包埋从草鱼内脏中提取的鱼油，选出最佳配方;以过氧化值为基础，根据氧化反应动力学预测鱼油及鱼油微胶囊的货架期;分析微胶囊化前后鱼油及储藏前后鱼油微胶囊功能性脂肪酸含量的变化。以此为依据制备出包埋率高，稳定性好、能保持鱼油功能特性的鱼油微胶囊产品。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

辛烯基琥珀酸淀粉酯、鱼油(草鱼内脏提取)，实验室自制;阿拉伯胶，天津滨海捷成专类化工有限公司;玉米糖浆，江西金穗丰糖业有限公司;以上材料均为食品级，其他化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

Quanta200F环境扫描显微镜，美国 FEI公司;Nicomp 380 ZLS，美国PPS公司;6890N型气相色谱仪(配FID检测器)，美国安捷伦公司;MDR.P-5型离心压力喷雾干燥机，锡山市现代喷雾干燥机厂;SRH1000-70型高压均质机，上海东华均质机有限公司;V-1001旋转蒸发仪，上海爱郎仪器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 鱼油微胶囊的制备

以淡水鱼油为芯材，以辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSA)分别与阿拉伯胶(GA)、玉米糖浆(CS)复配为微胶囊壁材。根据配方(表1)，通过喷雾干燥技术对鱼油进行包埋。

表1 淡水鱼油微胶囊基本配方Table 1 Basic formulation for the microencapsulation of freshwater fish oil

1.3.2 鱼油微胶囊表面油及包埋率的测定［11］

1.3.2.1 鱼油微胶囊表面油含量测定

称取5 g(m)鱼油微胶囊，用30 mL石油醚在轻微振荡下准确浸提2 min，过滤。用5 mL石油醚洗涤滤渣，过滤，将滤液全部转移至已恒重的圆底烧瓶(m1)中，旋转蒸干石油醚，105℃烘干至恒重(m2)。

1.3.2.2 鱼油微胶囊总油含量的测定

用碱性乙醚提取法测定鱼油微胶囊的含油量。

1.3.2.3 鱼油微胶囊包埋率的测定

油脂包埋率是指被包埋的油脂与总油脂之比。

1.3.3 鱼油微胶囊粒径及微观结构测定

1.3.3.1 微胶囊粒径测定

称取适量的鱼油微胶囊于温水中均匀分散，制成复原乳状液，稀释至一定的倍数后，用激光纳米粒度仪测定复原乳状液的粒径［12］。

1.3.3.2 微胶囊微观结构测定

将鱼油微胶囊粉末置于环境扫描电镜样品台上，吹去多余粉末，观察不同壁材制备的鱼油微胶囊微观结构［13］。

1.3.4 鱼油及鱼油微胶囊的贮藏稳定性及货架期预测

将鱼油及鱼油微胶囊置于60℃烘箱中进行加速储藏实验，每隔48 h取一次样品测定其过氧化值(POV)。观察鱼油及鱼油微胶囊POV的变化，采用氧化反应动力学预测鱼油及鱼油微胶囊的货架期。

1.3.5 脂肪酸含量测定［14-15］

采用气相色谱法分析微胶囊化前后鱼油及储藏后鱼油及鱼油微胶囊的脂肪酸含量变化。

样品甲酯化:样品2 mg，加入1.5 mL正己烷、40 μL乙酸甲酯、100 μL 0.5 mol/L甲醇钠甲醇溶液，振荡2 min，在室温下反应20 min，冰箱冷冻10 min，取出加入草酸60μL，离心去沉淀，此滤液用于气相分析。

色谱条件:CP-Sil88熔融石英毛细管柱(100 m×0.25 mm，0.25μm);载气:氢气，燃烧气:氢气、氮气和空气。FID温度250℃，进样口温度250℃，进样量1μL，不分流进样。起始温度45℃，保持4 min，然后以13℃/min的升温速至175℃，保持27 min;再以4℃/min的升温至215℃，保持35 min。用面积归一化法确定脂肪酸的百分含量。

2 结果与讨论

2.1 鱼油微胶囊表面油及包埋率分析

2种配方制备的淡水鱼油微胶囊产品的表面油、总油及包埋率结果如表2所示。配方2制备的鱼油微胶囊与配方1制备的鱼油微胶囊相比较可知，配方1制备的鱼油微胶囊表面油含量高，包埋率低，这是因为阿拉伯胶本身为增稠剂，添加到配方1中使复合壁材体系乳状液的黏度增大，在喷雾干燥过程中乳状液受到剪切力、压力等作用，打破了乳状液原有的稳定性，被包裹的鱼油重新溢出，因而造成配方1制备的鱼油微胶囊表面油含量高［16］。然而对于以配方2制备的鱼油微胶囊，因添加的玉米糖浆黏度比较低，与阿拉伯胶具有相同黏度时，其固形物含量高水分含量少，有助于在喷雾干燥过程中迅速成膜［17］，因此，此配方可达到较高的包埋率。

表2 鱼油微胶囊表面油、总油和包埋率Table 2 Surface oil、total oil、embedding oil of fish oil microcapsules

2.2 鱼油微胶囊粒径及微观结构分析

2.2.1 鱼油微胶囊粒径分析

2种配方制备的鱼油微胶囊的粒度分布如表3所示。对比2种配方制备的鱼油微胶囊产品复原乳的粒径和分散系数可知，配方2制备的鱼油微胶囊平均粒度较小，而2种配方的粒度分散系数差异性不大，这说明2种配方制备的鱼油微胶囊颗粒大小比较均匀。复原乳状液粒径小，分散系数小，说明其复原乳状液的稳定性相对较好，颗粒大小分布均匀，不易黏结［18］。

表3 鱼油微胶囊粒度分布Table 3 Particle size distribution of fish oil microcapsules

2.2.2 鱼油微胶囊表面微观结构

采用环境扫描电镜对2种配方鱼油微胶囊进行微观结构分析，结果如图1所示。配方2制备的鱼油微胶囊呈圆形，颗粒饱满，表面光滑;而配方1制备的鱼油微胶囊呈椭圆形，表面粗糙，有明显的凹痕，并有小颗粒附着物。配方2制备的微胶囊有凹痕可能是由于壁材的快速固化，使得微胶囊很难平整凹痕，便在其表面出现了凹痕［19］;表面有小颗粒附着物可能是微胶囊内部的油脂渗出，使得微胶囊表面变黏。

图1 鱼油微胶囊扫描电镜图Fig.1 The SEM photographs of fish oil microcapsules

2.3 鱼油及鱼油微胶囊的储藏稳定性及货架期预测

2.3.1 鱼油及鱼油微胶囊储藏过程中POV变化

鱼油中富含不饱和脂肪酸，不饱和脂肪酸易氧化，生成氢过氧化物。氢过氧化物可迅速分解为二级产物:醛、酮、醇和碳氢化合物等，而这些物质使油脂产生哈喇味，最终导致油脂不可食用［20］。图2为鱼油及鱼油微胶囊的POV变化趋势。从图2可看出，鱼油初始过氧化值仅为0.47 meq/kg，而配方1与配方2制备的微胶囊鱼油初始过氧化值分别为0.53、0.62 meq/kg，鱼油微胶囊化前后POV值分别增加了0.06、0.15 meq/kg，说明鱼油并没有因为喷雾干燥过程中的高温作用而氧化加速。微胶囊化前后的鱼油在初始阶段过氧化值的变化都比较缓慢，4 d后鱼油的过氧化值急剧增加，原因可能是鱼油中存在的VE具有抗氧化作用，对鱼油的氧化作用起到一定抑制，当VE消耗殆尽后，鱼油失去了保护作用氧化加速［21］。但是微胶囊的鱼油过氧化值依然增长缓慢，这是由于微胶囊化淡水鱼油能很好地被壁材致密包埋，并且可以有效地减少鱼油与空气中的氧气接触，进而减慢氧化速率，延长货架期。

图2 鱼油及不同壁材鱼油微胶囊POV变化趋势Fig.2 The POV trend of fish oil and fish oil microcapsules with different wall materials

2.3.2 鱼油及鱼油微胶囊氧化动力学研究及货架期预测

分别用零级反应 C=C0-kt和一级反应 lnC=lnC0-kt对鱼油及微胶囊化鱼油的过氧化值进行线性回归拟合［22］，得到线性回归方程和回归系数，结果如表4所示。

表4 鱼油与鱼油微胶囊回归方程Table 4 Regression equations of fish oil and fish oil microcapsules

从表4可知，一级反应线性回归系数大于零级反应系数，说明一级反应的拟合度高，所以鱼油和鱼油微胶囊的氧化反应属于一级反应动力学［22］。根据上表所得出的一级反应线性回归方程和Arrhenius经验方程，按GB2716-2005油脂过氧化值不得超过10 meq/kg的规定，将10 meq/kg带入一级反应线性回归方程中，可以得出60℃条件下的储藏时间。再根据Vant'Hoff经验公式:60℃下储藏1 d相当于20℃下储藏16 d［23］，进而得出20℃条件下鱼油、配方1制备的鱼油微胶囊、配方2制备的微胶囊的货架期分别为127、174、203 d。微胶囊化鱼油具有更长的货架期，而在以2种不同壁材制备的鱼油微胶囊中，配方2制备的鱼油微胶囊具有更好的保存效果，可能是因为配方2制备的微胶囊有更加致密的结构，可以更有效地减少鱼油与空气中的氧气接触，这与环境扫描电镜所观察到的结果相吻合。

2.4 鱼油及鱼油微胶囊脂肪酸含量的变化

采用气相色谱分析法测定鱼油、鱼油微胶囊以及在60℃条件下储藏10 d的鱼油、鱼油微胶囊的脂肪酸含量。结果如表5所示。

表5 鱼油与鱼油微胶囊储藏前后功能性脂肪酸含量变化Table 5 The variation of fatty acid content of fish oil and fish oil microcapsules before and after storage

对比微胶囊化前后鱼油脂肪酸含量发现，微胶囊化前后鱼油中不饱和脂肪酸和饱和脂肪酸的相对含量基本不变，鱼油中的主要功能性成分:亚油酸、α-亚油酸、花生四烯酸、EPA和DHA的相对含量同样变化不大。这可能是喷雾干燥形成微胶囊的过程中，壁材受高温的作用水分蒸发，而鱼油在壁材的保护作用下，受到高温影响较小，因而有效地阻止了不饱和脂肪酸的氧化［24］。然而将鱼油与鱼油微胶囊在60℃储藏10 d后，鱼油中脂肪酸含量发生明显的变化，鱼油的 SFA增加了 18.92%，MUFA含量减小了1.38%，PUFA减小了17.7%，鱼油已严重酸败。相比鱼油，2种配方制备的鱼油微胶囊其脂肪酸含量变化相对较小。但配方1制备的鱼油微胶囊与配方2制备的鱼油微胶囊相比较，配方1制备的鱼油微胶囊60℃储藏10 d其脂肪酸含量变化相对较大，γ-亚油酸、α-亚油酸、花生四烯酸、22∶5n-6的含量减小较明显，尤是多不饱和脂肪酸α-亚油酸，其含量减小了1.7%，然而单不饱和脂肪酸油酸增加了5.18%，这可能是配方1制备的鱼油微胶囊有孔洞，导致储藏过程中鱼油氧化，这与微观结构和储藏期的结果相一致;而配方2制备的鱼油微胶囊脂肪酸含量几乎无变化，SFA仅仅增加了1.57%，MUFA含量减小了0.52%，PUFA减小了0.98%，这说明配方2制备的鱼油微胶囊结构致密，从而可以更好地防止鱼油的氧化。

3 结论

2种壁材制备的淡水鱼油微胶囊性质和结构的结果表明:辛烯基琥珀酸淀粉酯与阿拉伯胶(配方1)复配制备的微胶囊其表面油含量为12.63%，包埋率仅为74.96%，而以辛烯基琥珀酸淀粉酯与玉米糖浆(配方2)复配制备的微胶囊其表面油含量为3.27%，包埋率可达93.89%;并且配方2制备的微胶囊其粒径较小，表面光滑，结构致密，说明辛烯基琥珀酸淀粉酯和玉米糖浆是较佳包埋鱼油的壁材。同时加速储藏实验和氧化动力学表明:以配方2制备的鱼油微胶囊货架期从未微胶囊化鱼油的127 d延长至203 d，微胶囊化的鱼油60℃储藏10 d后不饱和脂肪酸含量仅仅减小1.5%，以上都说明了配方2制备的鱼油微胶囊包埋率高，储藏稳定性好，可以较好的保护鱼油功能性质成分。

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