β-环糊精包合蛋黄卵磷脂工艺的研究

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(吉林大学食品科学与工程学院,吉林长春 130062)

β-环糊精包合蛋黄卵磷脂工艺的研究

怀影,王莹,于亚莉,刘静波*

(吉林大学食品科学与工程学院,吉林长春 130062)

微胶囊化蛋黄卵磷脂,可以充分保持蛋黄卵磷脂原有的活性,拓宽其在食品加工中的应用范围。本研究以β-环糊精为壁材,通过包结络合法制备蛋黄卵磷脂微胶囊,选取包埋率作为制备工艺的优化指标,通过单因素和正交实验,分别考察乳化剪切速率、壁材芯材比、单甘酯:蔗糖酯配比及单甘酯:蔗糖酯用量对蛋黄卵磷脂微胶囊包埋效果影响,实验结果表明,蛋黄卵磷脂微胶囊制备最佳工艺条件为:剪切速率5000 r/min,壁材芯材比4∶1,单甘酯、蔗糖酯用量1%,单甘酯、蔗糖酯用量配比为1∶9,在此工艺条件下进行了验证实验,得蛋黄卵磷脂微胶囊包埋率为65.81%±1.65%。因此,β-环糊精可作为蛋黄卵磷脂微胶囊的良好包埋壁材。

蛋黄卵磷脂,β-环糊精,微胶囊,包埋率

微胶囊技术是将一些不稳定、易挥发的气、液或固体包封在具有一定成膜性的材料里,并形成微小胶囊[1-2]。而微胶囊的众多壁材中β-环糊精价格低廉,适用范围广,适合大规模工业化生产[3],β-环糊精具有内疏水、外亲水的空穴结构[4],通过分子包埋法[5]选择性对分子大小不同的疏水性活性物质包合[6]。β-环糊精作为壁材包埋产品稳定性高,流动性好,结晶性增强,吸湿性降低,降低包装和贮运成本,β-环糊精已广泛应用于微胶囊领域(油类[7-9]、黄酮类[10-12]、肽类[13]、卵磷脂[14-16])，卵磷脂是一种含磷极性脂类物质,其主要存在于蛋黄、大豆、植物种子(菜籽、葵花籽、花生等)、动物内脏等[17];卵磷脂具有延缓机体衰老,防治粥样动脉硬化,增强免疫功能等生理功能[17-18],随着对卵磷脂的研究和了解越加深入,卵磷脂的营养保健功能越来越受到人们的关注[19]。关于微胶囊化卵磷脂的研究,国内外对微胶囊化大豆微胶囊的研究比较系统,陈昊等[20]比较了几种壁材对大豆卵磷脂微胶囊化效果;Ishikawa H等[21]对BSA微胶囊化大豆卵磷脂工艺条件和稳定性进行研究。对于蛋黄卵磷脂微胶囊化报道较少,戴妍等[22]探究了三种壁材(DE-18麦芽糊精、大豆分离蛋白/DE-18 麦芽糊精以及大豆分离蛋白/DE-18麦芽糊精/酪蛋白酸钠)微胶囊化蛋黄卵磷脂,以大豆分离蛋白/DE-18麦芽糊精为壁材包埋效果最好;而以β-环糊精为壁材微胶囊化蛋黄卵磷脂尚未见报道,因此,本文通过单因素及正交实验,采用冷冻干燥法[23-27](传统工业上多用喷雾干燥法微胶囊包埋,而喷雾干燥的高温环节势必对蛋黄卵磷脂产生一定的破坏。真空冷冻干燥不仅能避免蛋黄卵磷脂高温分解,还能有效抑制氧化反应,较好地保存卵磷脂的活性[28],提高蛋黄卵磷脂微胶囊产品的品质。)优化β-环糊精作为壁材微胶囊化蛋黄卵磷脂,探究最佳包埋工艺条件。本文为今后β-环糊精微胶囊化蛋黄卵磷脂应用提供理论基础和技术支持。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

蛋黄粉 北京金键力公司;卵磷脂标准品分析纯 美国SIGMA公司;β-环糊精、特丁基对苯二酚(TBHQ)、单甘酯、蔗糖酯食品级 郑州安华食品添加剂有限公司;盐酸、氯化钠、95%乙醇、碳酸钠等试剂分析纯 北京化工厂。

NDJ-1旋转粘度计 上海精科科学仪器有限公司;UV-2550紫外可见分光光度计 北京华尔达科贸有限责任公司;Bactosacn FC显微镜 亚太同裘贸易有限公司;JY92-2D超声波细胞粉碎机 宁波新芝生物科技股份有限公司;Nano ZS激光粒度分析仪 英国马尔文仪器有限公司;FJ300-S数显高速分散均质机 上海标本模型厂;ALPHA1-2冷冻干燥机 香港欣东亚科贸责任有限公司;BT25S精密电子分析天平 北京赛多利斯仪器系统有限公司;1-15K台式离心机 美国SIGMA公司;HH-S恒温水浴锅 常州市国立实验设备研究所。

1.2实验方法

1.2.1 乙醇-丙酮溶剂法提取蛋黄卵磷脂 准确称取一定量的蛋黄粉,按蛋黄粉与乙醇料液比为1∶10加入乙醇,40 ℃恒温搅拌 1 h,收集提取液,离心(4000 r/min、15 min)取上清液,对沉淀进行二次提取,合并两次上清液,旋转蒸发浓缩至近干,取出浓缩物,加入一定量丙酮,反复浸洗,直到丙酮洗液接近无色,对丙酮冷析物真空冷冻干燥,得到淡黄色蜡状的卵磷脂[18]。

1.2.2 蛋黄磷脂酰胆碱(蛋黄PC)标准曲线的绘制 准确称取适量蛋黄PC 标准品溶于无水乙醇,配制浓度分别为0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 mg/mL的标准溶液,测定标准液201 nm处吸光度值,以PC 浓度为横坐标,吸光度值为纵坐标绘制标准曲线。

1.2.3 蛋黄卵磷脂微胶囊制备工艺 参考谢帆[29]和葛艳蕊[30],通过包结络合法,制备蛋黄卵磷脂微胶囊。

壁材准备:称取适量β-环糊精溶于40 mL、70 ℃蒸馏水中。

芯材准备:称取适量蛋黄卵磷脂、抗氧化剂TBHQ(0.2 g/kg 蛋黄PC)和一定量乳化剂(单甘酯、蔗糖酯)溶解于10 mL无水乙醇溶液中,搅拌均匀,超声振荡助溶,一定剪切速率下剪切5 min,50 MPa压力下乳化均质。

微胶囊制备:按比例将壁材和芯材混合,得固形物含量为20%(m/V)的微胶囊乳化液,在40 ℃下保温包结1 h,不断搅拌,搅拌速率100 r/min。静置一段时间待微囊缓慢析出,离心,-80 ℃过夜冷冻,真空干燥(冷冻温度-55 ℃,真空度100 Pa)得大豆卵磷脂微胶囊。

1.2.4 蛋黄卵磷脂微胶囊制备单因素和正交实验

1.2.4.1 单因素实验设计 称取适量蛋黄卵磷脂,溶于乙醇溶液中,配制50 mL固形物含量为20%的微胶囊乳化液体系,分别考察乳化剪切速率、壁材芯材比、乳化剂(单甘酯:蔗糖酯)配比及乳化剂用量4个单因素对微胶囊包埋效果的影响。固定壁芯材比3∶1,乳化剂(单甘酯∶蔗糖酯)配比1∶9,乳化剂用量0.5%,乳化剪切速率4000 r/min,考察不同的乳化剪切速率(3000、4000、5000、6000、7000 r/min)、壁芯材比(1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1)、单甘酯:蔗糖酯(0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6)、乳化剂用量(0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%)对蛋黄卵磷脂包埋率的影响,实验重复三次。

1.2.4.2 正交实验 在单因素实验结果基础上,采用4因素3水平正交实验设计,研究剪切速率、壁材芯材比、乳化剂配比和乳化剂用量4种主要因素对蛋黄卵磷脂包埋率的影响,优化最佳包埋工艺参数。

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal experiment

1.2.5 蛋黄卵磷脂微胶囊产品指标检测

1.2.5.1 乳化液粒径的测定 将微胶囊乳化液稀释至澄清,准备3个浓度梯度相差一个数量级的样品液,加样1 mL,测定粒度直径。

1.2.5.2 乳化稳定性的测定 取1.5 mL微胶囊乳化液离心(2000 r/min,10 min),离心后记录乳化液分层体积[29]。

1.2.5.3 乳化液粘度测定 采用旋转粘度计,测定温度为25 ℃,转子以1 r/s旋转,60 s后读数[15]。

1.2.5.4 微胶囊总蛋黄PC测定 用无水乙醇作溶剂,准确称取10 mg样品于烧杯中,加入25 mL无水乙醇,振荡,然后用超声波破碎15 min,超声功率为8 kW,过滤,测滤液在201 nm下的吸光度值,根据标准曲线算出微囊中的PC包埋量。

1.2.5.5 微胶囊包埋率的测定 包埋率为根据标准曲线算出微囊中的PC包埋量与制备微胶囊所投放总蛋黄PC的比值[29]。

1.2.6 数据处理与分析 实验数据采用SPSS 17.0(美国,SPSS公司)统计软件进行单因素方差分析、相关性分析。显著性水平为p<0.05。

2 结果与分析

2.1蛋黄PC标准曲线的绘制

如图1所示,为蛋黄PC标准曲线,用紫外分光光度计于波长201 nm 处,用10 mm比色皿检测标准品的吸光度值,根据不同浓度标准品的吸光度值,做出标准曲线如图,由图可见,R2=0.998,回归方程式y=0.130x+0.032,曲线成良好的线性关系,符合标准曲线要求。

图1 蛋黄PC标准曲线Fig.1 Standard curve of egg yolk PC

2.2剪切速率对乳化液粒径和包埋率的影响

由图2得,随着剪切速率增大,芯材乳化液的体积平均粒径逐渐减小,而剪切速率由3000 r/min增大到5000 r/min时,包埋率显著增大(p<0.05),剪切速率5000 r/mim增加到7000 r/min时,包埋率逐渐减小。剪切速率5000 r/min时有最大包埋率65.345%±2.840%。β-环糊精分子的腔洞直径约为7～8 Å[31],当芯材乳化液粒径与β-环糊精分子的腔洞直径大小匹配时,能够达到最佳的包埋效果。当剪切速率小于5000 r/min时,乳化液平均粒径大于β-环糊精分子的腔洞直径,由于空间有限,不能很好的被包埋到壁材分子中,因此包埋率较低;反之,当剪切速率大于5000 r/min时,乳化液体积平均粒径小于β-环糊精分子的腔洞直径,不能稳定嵌合在壁材分子中,在搅拌或离心操作中易被甩出,从而导致包埋率降低;因此在生产中选择剪切速率为5000 r/min。

图2 剪切速率对包埋率和乳化液粒径的影响Fig.2 Effect of shear rate on embedding rate

2.3壁芯比对乳化液粘度和包埋率的影响

由图3得,随着壁芯比增加,乳化液粘度随着壁芯比显著增加(p<0.05);而壁芯比从1∶1增加4∶1时,微胶囊包埋率显著增大(p<0.05),壁芯比从4∶1增加5∶1时,微胶囊包埋率逐渐减小;壁芯比为4∶1时有最大包埋率58.977%±2.98%。这是由于当壁芯比增加时,微胶囊壁较厚实,溶液的乳化效果提高,因而包埋率随之增高;而当壁芯比大于4∶1时,壁材数量过多导致乳化液粘度过大,芯材乳化液不易向壁材分子迁移扩散,从而导致包埋率降低[32];因此在生产中选择壁芯比4∶1。

图3 壁芯比对乳化液粘度和包埋率的影响Fig.3 Effect of wall/Core ratio on the emulsion viscosity and the embedding rate

2.4乳化剂配比对乳化液稳定性和包埋率的影响

有研究表明复配单甘酯和蔗糖酯可提高乳化液稳定性[33-34],因此本文通过研究单甘酯和蔗糖酯配比对乳化液稳定性及包埋效果影响。由图4得:当乳化剂配比0∶10增加1∶9时,乳化稳定性和包埋率都显著增大(p<0.05),而乳化剂配比从1∶9增加到4∶6时,乳化稳定性和包埋率都显著减小(p<0.05);单甘酯与蔗糖酯比为1∶9时,微囊包埋率达到最大值62.219%±3.87%,因乳化稳定性越大,包埋率越大[44];因此选择单甘酯与蔗糖酯比为1∶9进行生产。

图4 乳化剂配比对乳化液稳定性和包埋率的影响Fig.4 Effect of emulsifier ratio on emulsion stability and embedding rate

2.5乳化剂用量对乳化液稳定性和包埋率的影响

由图5得,乳化稳定性和微胶囊包埋率随着乳化剂用量的增加而增大,在乳化剂用量为1%时,微胶囊包埋率达到最大为56.031%±3.305%。究其原因是在一定范围内,乳化稳定性会随着乳化剂用量的增加而上升,而包埋率与乳化稳定性呈正相关,所以包埋率也逐渐增大。因此在生产中选择1%的乳化剂用量。

表2 蛋黄卵磷脂微胶囊制备正交实验结果Table 2 Orthogonal experiment results of egg yolk lecithin microcapsule preparation

图5 乳化剂用量对乳化液稳定性和包埋率的影响Fig.5 Effect of emulsifier amount on emulsion stability embedding rate

2.6蛋黄卵磷脂微胶囊工艺条件的正交实验结果分析

根据单因素实验,对每个影响微胶囊包埋率的因素进行筛选,剪切速率(4000、5000、6000 r/min)、乳化液(单甘酯:蔗糖酯)配比(1∶9、2∶8、3∶7)、壁材芯材(3∶1、4∶1、5∶1)、乳化剂用量(0.50%、0.75%、1.00%)进行正交实验设计,表2为蛋黄卵磷脂微胶囊化工艺条件优化的结果与分析。

由极差分析表明:蛋黄卵磷脂微胶囊的影响因素主次依次为影响蛋黄卵磷脂微胶囊包埋率的主次因素顺序为A>C>B>D,即:剪切速率>壁材芯比>乳化剂配比>乳化剂用量。确定蛋黄卵磷脂微胶囊制备的最佳工艺条件:剪切速率5000 r/min,单甘酯:蔗糖酯为1∶9,壁芯比4∶1,单甘酯∶蔗糖酯用量1%。对该工艺条件进行验证实验,得蛋黄卵磷脂微囊包埋率为65.81%±1.65%。

3 结论

本文通过包结络合法制备蛋黄卵磷脂微胶囊,并通过单因素实验和正交实验,考察乳化剪切速率、壁材芯材比、乳化剂(单甘酯∶蔗糖酯)配比及乳化剂用量4个单因素对微胶囊包埋效果的影响。经研究表明,蛋黄卵磷脂微胶囊包埋率的主次因素顺序为剪切速率>壁材芯材比>乳化剂配比>乳化剂用量;制备蛋黄卵磷脂微胶囊最佳工艺为:剪切速率5000 r/min,乳化剂配比(单甘酯:蔗糖酯)1∶9,壁材芯材比(β-环糊精∶蛋黄卵磷脂)4∶1,乳化剂(单甘酯∶蔗糖酯)用量1%;该工艺条件下包埋率为65.81%±1.65%。

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Studyonthetechnologyofpreparingeggyolklecithinwithβ-cyclodextrin

HUAIYing,WANGYing,YUYa-li,LIUJing-bo*

(College of Food Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130062,China)

Microencapsulation of egg yolk lecithin can fully maintain the original activity of yolk lecithin and broaden its range of application in food processing. In this study,egg yolk lecithin microcapsules were prepared by inclusion complexing method withβ-cyclodextrin as wall material,select optimal embedding rate as the index of the preparation process,through single factor and orthogonal experiments,respectively to study the effects of shearing rate,core wall material ratio,monoglyceride sucrose ester and monoglyceride ratio ester:sucrose ester content of egg yolk lecithin micro encapsulation effect,the experimental results showed that the egg yolk lecithin microcapsules were prepared by the optimum conditions were:the shear rate of 5000 r/min,the wall material of core material than 4∶1,monoglyceride and sucrose ester content of 1%,monoglyceride and sucrose ester content ratio was 1∶9,in this process under the condition of test,hadegg yolk lecithin micro encapsulation rate of 65.81%±1.65%. Therefore,β-cyclodextrin can be used as a good embedding material for egg yolk lecithin microcapsules.

egg yolk lecithin;β-cyclodextrin;microcapsules;embedding rate

2017-04-14

怀影(1993-),女，硕士研究生，研究方向：营养与功能性食品，E-mail:abcd132722@163.com。

*

刘静波(1962-)，女，博士，教授，研究方向：营养与功能性食品，E-mail：ljb168@sohu.com。

吉林省重大科技招标专项“营养休闲化系列蛋制品加工关键技术与产品开发(20160203013NY)”；长春市“双十工程”项目大豆低聚肽生产关键技术及产业化(15SS09)；吉林省营养与功能食品重点实验室。

TS201.1

B

1002-0306(2017)21-0220-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.043