光皮梾木籽油微胶囊化及其制品的理化性质

李 斌 许 彬 程 爽 张鑫鑫

(南阳理工学院生物与化学工程学院;河南省工业微生物资源与发酵技术重点实验室，南阳 473004)

微胶囊化技术是利用天然的或者合成的高分子成膜材料作为壁材，把分散的固态物质、液体甚至气体作为芯材完全包埋起来，使之形成具有密封或半透性囊膜的微型颗粒的技术［1］。微胶囊可以保护芯材物质免受外界环境的不良影响，掩盖芯材的气味、改善其颜色和味道，降低其潜在毒性，改变芯材性能，使其表现出不同的理化性质，降低挥发性物质在储藏过程中的损失，并且能控制其释放，还可以在一个系统中分别包埋混合后会失效的化合物。因此，微胶囊化技术可广泛地应用在食品、医学、农药、化妆品等多个领域［2－4］。

光皮梾木(Cornus Wilsoniana)属山茱萸科梾木属植物，它是一种野生的木本油料树种，生态适应性广，具有深根性、萌芽力强、速生等特点，适宜在贫瘠干旱的丘陵山地和非耕地生长。种籽中不饱和脂肪酸的质量分数为90.25% ～91.29%高于果肉中不饱和脂肪酸的质量分数为76.16% ～79.72%，种籽中多不饱和脂肪酸总量高于单不饱和脂肪酸，果肉则相反［5］。光皮梾木籽油含有油酸、亚油酸、抗氧化色素(如β－胡萝卜素)、维生素E等，其中油酸和亚油酸的比例适当，各占总不饱和酸的30%左右［6］。正是由于其不饱和脂肪酸的含量较高，使其具有一定的医疗保健作用，经临床应用能够在一定程度上预防和降低高血脂症、冠心病、高血压等心血管疾病的发病率［7］。用合适的壁材包埋油脂，通过微胶囊化技术，不仅能保持油脂原有的特性和功能，又能弥补其不足，提高抗氧化稳定性，延长油脂的保质期;改善了其对水的溶解性和乳化能力;在加工中易与其他粉状的原料混合，简化加工工序［8］。2013年国家批准光皮梾木油为新食品原料。目前对光皮梾木籽油的研究更多的是对籽油成分的研究，通过对光皮梾木籽油微胶囊工艺的研究，为光皮梾木籽油的广泛应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

光皮梾木籽:采自河南省南阳市南召县石门乡竹园村;麦芽糊精、大豆分离蛋白、大豆卵磷脂:食品级;石油醚(沸程30～60℃)、无水乙醇、丙酮:分析纯。

1.2 仪器与设备

SC5+1L超临界CO2萃取装置;FW－100高速万能粉碎机;ZILI－8－100实验型高压均质机;YC－015实验型喷雾干燥机。

1.3 方法

1.3.1 超临界CO2萃取光皮梾木籽油

称取一定量光皮梾木籽粉末装于萃取器中，萃取压力40 MPa，萃取温度45℃，CO2流速30 L/h，萃取时间 120 min，得光皮梾木籽油［9］。

1.3.2 光皮梾木籽油的品质测定

1.3.2.1 透明度、气味、滋味的鉴定

按照GB/T 5525—2008植物油脂透明度、气味、滋味鉴定法［10］。

1.3.2.2 油脂水分及挥发物的测定

按照GB 5009.236—2016动植物油脂水分及挥发物的测定［11］。

1.3.2.3 酸价的测定

按照 GB 5009.229—2016食品中酸价的测定［12］。

1.3.2.4 过氧化值的测定

按照GB 5009.227—2016食品中过氧化值的测定［13］。

1.3.2.5 不溶性杂质含量的测定

按照GB/T 15688—2008动植物油脂不溶性杂志含量的测定［14］。

1.3.2.6 砷含量的测定

按照GB 2009.11—2014食品中总砷及无机砷的测定［15］。

1.3.3 光皮梾木籽油微胶囊制备

按比例准确称取一定量的大豆分离蛋白和麦芽糊精(大豆分离蛋白和麦芽糊精的质量比为1∶1)作为复合壁材，溶入60℃蒸馏水中，搅拌均匀，加入芯材(光皮梾木籽油)和乳化剂(大豆卵磷脂)，50℃ 800 r/min搅拌均匀，形成稳定乳状液后，均质(压力40 MPa)，进行喷雾干燥，即得光皮梾木籽油微胶囊［16］。

1.3.4 包埋率的计算

称取2 g光皮梾木籽油微胶囊于试管中，用50 mL正己烷分3次加入到试管中，每次涡旋混合2 min，过滤，合并滤液于旋转蒸发圆底烧瓶中，50℃下蒸干溶剂，计算烧瓶前后质量差即为微胶囊的表面油含量［17］。

称取2 g光皮梾木籽油微胶囊样品，反复研磨后，以石油醚作溶剂，用索式抽提法测定微胶囊的总油量。

包埋率=(总油量 －表面油含量)/总油量 ×100%

1.3.5 单因素试验设计

采用1.3.2的方法制备光皮梾木籽油微胶囊，分别考察复合壁材含量(5%、10%、15%、20%、25%)、芯材与壁材的配比(1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)、乳化剂添加量(1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)及进风温度(150、160、170、180、190 ℃)对光皮梾木籽油微胶囊化效果的影响，以包埋率作为评价指标。

1.3.6 正交实验设计

在单因素实验基础上，以复合壁材含量、芯材与壁材的配比、乳化剂添加量、进风温度为4个因素，各取3个水平进行正交实验。采用L9(34)正交表进行正交实验(正交试验的因素和水平见表1)，并以包埋率作为评价指标，计算得到最优工艺条件，并在该条件下重复3次实验。

表1 正交实验因素水平表

1.3.7 光皮梾木籽油微胶囊的理化性质测定

1.3.7.1 水分含量的测定

精确称量微胶囊2 g于铝盒中，在105℃烘箱中干燥4～6 h 至恒重，称重［17］。

水分含量=(烘干前微胶囊质量－烘干后微胶囊质量)/烘干前微胶囊质量×100%

1.3.7.2 溶解性的测定

取微胶囊粉末0.5 g置于150 mL、50℃恒温蒸馏水中，搅拌，计算微胶囊完全溶解的时间［17］。

1.3.7.3 休止角的测定

固定一个漏斗于铁架台上，向漏洞中加入光皮梾木籽油微胶囊粉末，计算微胶囊形成的堆与水平面的夹角即为休止角［17］。

1.3.7.4 堆密度的测定

将一定量的光皮梾木籽油微胶囊倒入25 mL量筒中，记录单位体积微胶囊产品的重量［17］。

2 结果与分析

2.1 超临界CO2萃取光皮梾木籽油的品质测定

由表2可知，超临界CO2萃取法提取的光皮梾木籽油的油脂品质符合食用植物原油的国家标准。

表2 超临界CO2萃取法提取的油脂品质

2.2 单因素实验分析

2.2.1 复合壁材含量对光皮梾木籽油微胶囊化的影响

在60℃蒸馏水中分别加入5%、10%、15%、20%、25%的复合壁材，搅拌均匀，加入芯材(芯材与壁材的配比为1∶3)和2.0%乳化剂，50℃ 800 r/min搅拌均匀，均质，进行喷雾干燥(进风温度180℃，出风温度80℃，进料速度25 mL/min)，以包埋率为指标，考察复合壁材含量对光皮梾木籽油微胶囊化的影响。实验结果如图1所示。

图1 复合壁材含量、芯材与壁材的配比、乳化剂添加量和进风温度对包埋率的影响

由图1可知，随着复合壁材含量的增加，光皮梾木籽油微胶囊包埋率逐渐增大，当复合壁材质量分数达到15%时，包埋率可达82.56%，其后，随着复合壁材含量的进一步增加，包埋率开始下降。这是因为复合壁材含量过低，所形成的乳液中水分含量较高，不利于喷雾干燥造粒;如果复合壁材含量过高，体系中固形物含量过高，乳液黏度过大，流动性变差，不利于均质乳化，也容易堵塞喷雾干燥机的喷头，不利于喷雾干燥造粒［16］。

2.2.2 芯材与壁材的配比对光皮梾木籽油微胶囊化的影响

在60℃蒸馏水中加入10%的复合壁材，搅拌均匀，加入2.0%乳化剂和芯材(芯材与壁材的配比分别为 1∶1、1∶2、1∶3、1∶4、1∶5)，50 ℃ 800 r/min 搅拌均匀，均质，进行喷雾干燥(进风温度180℃，出风温度80℃，进料速度25 mL/min)，以包埋率为指标，考察芯材与壁材的配比对光皮梾木籽油微胶囊化的影响。实验结果如图1所示。

由图1可知，随着壁材含量的增加微胶囊包埋率逐渐升高，这是因为壁材含量增加乳状液黏度增加，有助于提高乳状液稳定性，干燥后囊壁壳厚、空隙小致密且能增加微胶囊粒径，延长储存期［20］。但是壁材含量过高，微胶囊表面吸附的油脂就多，包埋率反而下降;而且壁材含量过高会使乳液黏度过大，流动性变差，雾化速度变低，油脂的损失增大，也会降低微胶囊的包埋率。

2.2.3 乳化剂添加量对光皮梾木籽油微胶囊化的影响

在60℃蒸馏水中加入10%的复合壁材，搅拌均匀，加入芯材(芯材与壁材的配比为1∶3)和乳化剂(乳化剂添加量分别是 1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%)，50℃ 800 r/min搅拌均匀，均质，进行喷雾干燥(进风温度180℃，出风温度80℃，进料速度25 mL/min)，以包埋率为指标，考察乳化剂添加量对光皮梾木籽油微胶囊化的影响。实验结果如图1所示。

乳化剂大豆卵磷脂具有亲脂性，经过充分搅拌，使体系形成油/水型乳浊液，减小了两相的界面张

力，降低了形成乳状液的能量［16］。由图1可知，随着大豆卵磷脂添加量的增加，光皮梾木籽油微胶囊的包埋率也随之增大。当其添加量达到2.0%时，微胶囊的包埋率可达到81.56%。当乳化剂浓度超过2.0%时，光皮梾木籽油微胶囊的包埋率趋于稳定。

2.2.4 进风温度对光皮梾木籽油微胶囊化的影响

在60℃蒸馏水中加入10%的复合壁材，搅拌均匀，加入芯材(芯材与壁材的配比为1∶3)和2.0%乳化剂，50℃ 800 r/min搅拌均匀，均质，进行喷雾干燥(进风温度分别是 150、160、170、180、190 ℃，出风温度80℃，进料速度25 mL/min)，以包埋率为指标，考察进风温度对光皮梾木籽油微胶囊化的影响。实验结果如图1所示。随着进风温度的上升，微胶囊的包埋率逐渐增大，当进风温度达到170℃时，包埋率为83.43%。这是因为进风温度的上升，使体系中的水分快速蒸发，在雾化后的水包油基团表面快速形成微胶囊壁。微胶囊壁形成后，对油脂起到包裹作用，可防止油脂对外扩散，所以包埋率上升。但是当进风温度进一步上升，包埋率增长缓慢甚至开始下降，这是因为进风温度过高，水分蒸发过于迅速，导致部分微胶囊的囊壁破裂，油脂外逸，微胶囊表面油脂量增加，包埋率下降。

2.3 光皮梾木籽油微胶囊化条件的优化

从表3中可以看出影响光皮梾木籽油微胶囊化的实验因素大小依次为A＞C＞B＞D，分别为复合壁材含量、乳化剂添加量、芯材与壁材的配比、进风温度。从正交实验中可以得到各实验因素的最优组合为A2B2C3D3，即复合壁材含量15%、芯材与壁材的配比1∶4、乳化剂添加量2.5%、进风温度180℃。在最优组合条件下，做3次验证试验，实验结果分别为:85.16%、85.23%、85.26%，平均包埋率为(85.22±0.05)%，大于 9组实验中的任一组合，为最佳组合。结果表明此次正交实验结果可靠稳定，可以采用。

表3 正交实验结果

2.4 光皮梾木籽油微胶囊的理化性质测定

喷雾干燥微胶囊呈粉末状、乳白色、颗粒细小。通常休止角在30°～45°表明流动性较好，光皮梾木籽油微胶囊休止角均小于45°，表明流动性较好。粉末具有较大的堆密度可以使其储存在更小的容器中，减少粉末间空气量、有助于防止氧化［17］。

表4 光皮梾木籽油微胶囊的理化性质

3 结论

本实验采用超临界CO2萃取光皮梾木籽油，采用用麦芽糊精和大豆分离蛋白作为微胶囊的复合壁材，大豆卵磷脂为乳化剂，采用喷雾干燥制备光皮梾木籽油微胶囊。在单因素实验基础上，通过正交实验对工艺条件进行优化，得到喷雾干燥法制备光皮梾木籽油微胶囊的最佳工艺条件:复合壁材含量15%、芯材与壁材的配比1∶4、乳化剂添加量2.5%、进风温度180℃。经验证实验证明，采用该工艺参数所制备的光皮梾木籽油微胶囊的包埋率为(85.22 ±0.05)%。

通过本实验研究光皮梾木籽油微胶囊溶解性好，流动性好，便于储存，适合用于食品加工，加上其独特优异的生理保健功能，在食品行业有极大的开发潜力，同时也为南水北调中线水源地的贫瘠山地提供了一种既可保护生态，又可增加当地农民收入的优良树种。