大蒜精油微胶囊的制备工艺

李宇，孙钟雷*，罗人舒

长江师范学院现代农业与生物工程学院（重庆 408100）

大蒜精油是从大蒜中提取纯化而得到的透明微黄色油状物，是大蒜中非常重要的功能性物质。大蒜精油中最具有研究价值的是活性硫化物[1]，具有预防和治疗心血管疾病、降低血脂、抗高血压、抗血栓和抗癌等作用。大蒜精油气味冲鼻，有特殊的辛辣味，并且它的活性化合物性质不稳定，容易在加工和运输的过程中挥发，或易受环境的影响而变质[2-3]，同时大蒜精油在水中的溶解度很低，在很大程度上限制了它在食品工业中的应用。壳聚糖是甲壳素的衍生物，有很好的成膜性、吸附性、通透性和保湿性[4]等，在食品工业中的应用非常广泛[5]。羧甲基纤维素钠无味无臭无毒，能够吸水膨胀，有较好的吸湿性[6]。以壳聚糖和羧甲基纤维素钠为壁材制备微胶囊已有一些研究[7-10]，但是作为复配壁材包埋大蒜精油尚未见报道。因此，试验以大蒜精油为芯材，羧甲基纤维素钠与壳聚糖作为复合壁材，采用乳化-固化法制备大蒜精油微胶囊，增加了大蒜精油微胶囊壁材选用的广域性，为大蒜精油在食品工业上的应用奠定了一定的理论基础，具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

主要原料：大蒜精油（吉安市华硕香料油有限公司）、壳聚糖（食品级，天和生物科技有限公司）、羧甲基纤维素钠（食品添加剂，高要市蜜丹儿商贸有限公司）。

化学试剂：冰乙酸、无水乙醇、戊二醛、亚硫酸氢钠（均为分析纯）；偏磷酸-乙酸溶液、碘酸钾、溴的CCl4溶液、醋酸锌（均为化学纯）。淀粉碘化钾试纸（上海磊固仪器有限公司）。

1.2 仪器与设备

JJ-1B恒速增力电动搅拌器，金坛市城东新瑞仪器厂；LDZ5-2离心机，北京京立离心机有限公司；LGJ-10冷冻干燥机，北京松源华兴科技发展有限公司；OPTEC光学显微镜，重庆奥特光学仪器有限公司；HH-4数显恒温水浴锅，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司；PE20 pH计，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；EL204电子天平，梅特勒-托利多仪器上海有限公司；BCD-195KANDZ海尔冰箱，中国（青岛）海尔集团。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

大蒜精油→乳化→调节pH→固化→洗涤→冷冻干燥→成品

1.3.2 操作要点

将3%羧甲基纤维素钠在60 ℃恒温水浴锅中加热融化成透明状态，加入2 mL大蒜精油，转速为800 r/min，搅拌2 min，使二者充分混合。混合均匀后将转速调至1 000 r/min，加入3%壳聚糖溶液，继续乳化10 min。乳化完成后，加入少量的10%冰乙酸溶液，用pH计调整溶液的pH为4.5。再将1 mL戊二醛溶液缓慢滴入乳化液中，搅拌器转速为1 000 r/min，持续搅拌40 min进行固化。最后将大蒜精油微胶囊溶液依次用亚硫酸氢钠，无水乙醇洗涤，重复多次，在离心机中离心，收集下层沉淀的微胶囊，置于冷冻干燥机中干燥成粉末，即为成品。

1.3.3 大蒜精油微胶囊形态观察

用胶头滴管吸取少量大蒜精油微胶囊分散液于载玻片上，并盖上盖玻片，于显微镜下观测形态并拍照。

1.3.4 大蒜精油微胶囊包埋率测定

方法如下：取蒸馏水10 mL，加95%乙醇5 mL，醋酸锌溶液1 mL，在低温搅拌下，用溴的CCl4溶液滴定，淀粉碘化钾试纸变蓝，记录耗用溴溶液体积V0为空白。

取微胶囊样品液10 mL，加95%乙醇5 mL，醋酸锌溶液1 mL，在低温搅拌下，用溴的CCl4溶液滴定，淀粉碘化钾试纸变蓝，记录耗用溴溶液体积V为空白。

式中：M为溴的CCl4溶液浓度，mol/L；V为耗用溴的CCl4溶液体积，mL；V0为空白耗用溴的CCl4溶液体积，mL；V’为样品液用量，mL；0.555 5为1 g溴与大蒜5种有效成分之间的换算系数；159.80为溴的分子量。

2 结果与分析

2.1 复合壁材比对大蒜精油微胶囊品质的影响

壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH为4.5，搅拌速度为1 000 r/min固定不变，改变壳聚糖与羧甲基纤维素钠的质量比分别为0.8∶1，1.2∶1，1.6∶1和2∶1，考察壳聚糖与羧甲基纤维素钠的质量比对大蒜精油品质的影响，结果如图1所示。如图可知，当复合料比为0.8∶1时，大蒜精油微胶囊产率较低，且包埋剂对大蒜精油包覆不完全。当复合料比为2∶1时，溶液黏度很大，微胶囊容易聚集，不够均匀，且仍有少许精油浮于溶液表面。综合分析，较佳的复合壁材比为1.6∶1。

2.2 壁芯比对大蒜精油微胶囊品质的影响

复合壁材比1.6∶1，戊二醛1.5 mL，pH为4.5，搅拌速度为1 000 r/min固定不变，改变壁芯比为0.5∶1，2∶1，4∶1和6∶1，考察壁芯比对大蒜精油成形品质的影响，结果如图2所示。如图可知，当壁芯比为0.5∶1时，壁材较少不足以包裹芯材，导致包埋率较低，多数大蒜精油浮在溶液表面。当壁芯比为6∶1时，大蒜精油太少，导致壁材使用率较低，形成的微胶囊数量过少。综合分析，较佳的壁芯比为2∶1。

图1 不同复合壁材比对大蒜精油微胶囊形态（×100）及包埋率的影响

图2 不同壁芯比对大蒜精油微胶囊形态（×100）及包埋率的影响

2.3 戊二醛添加量对大蒜精油微胶囊品质的影响

复合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，pH为4.5，搅拌速度为1 000 r/min固定不变，改变戊二醛添加量分别为0.5，1，1.5和2 mL，考察戊二醛添加量对大蒜精油固化效果的影响，结果如图3所示。如图可知，当戊二醛添加量较少时，微胶囊颗粒较大，包埋率较低。添加量多于2 mL时包埋率又呈现下降的趋势，添加量为1.5 mL时，微胶囊颗粒形成较均匀且分散。综合分析，戊二醛较佳添加量为1.5 mL。

图3 不同戊二醛添加量对大蒜精油微胶囊形态（×100）及包埋率的影响

2.4 pH对大蒜精油微胶囊品质的影响

复合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，搅拌速度为1 000 r/min固定不变，改变溶液pH分别为3.5，4.0，4.5和5.0，考察pH对大蒜精油微胶囊成形品质的影响。结果如图4所示。如图可知，pH能影响羧甲基纤维素钠的黏稠度，pH越小，黏稠度越小，微胶囊在溶液中分布越分散。当pH为3.5时，微胶囊在溶液中很分散，包埋率较低。当pH越大，微胶囊在溶液中分散越均匀，综合分析，pH较佳为4.5。

2.5 搅拌速度对大蒜精油微胶囊品质的影响

复合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH为4.5固定不变，改变搅拌速度分别为800，1 000，1 200和1 400 r/min，考察搅拌速度对大蒜精油微胶囊成形品质的影响，结果如图5所示。如图可知，当搅拌速度小时，微囊颗粒较大且溶液中有油滴尚未包埋。当搅拌速度过大时，微囊颗粒较小，表示仪器剪切力过大，不适用于微胶囊成形。综合分析，最佳搅拌速度为1 200 r/min。

图4 不同pH对大蒜精油微胶囊形态（×100）及包埋率的影响

2.6 大蒜精油微胶囊配方参数正交试验结果与分析

通过以上单因素试验，得出复合壁材比、壁芯比、戊二醛添加量、pH、搅拌速度的因素水平，正交试验的因素水平及结果分析见表1。

从表1的正交试验结果可以看出：影响壳聚糖、羧甲基纤维素钠制备大蒜精油微胶囊包埋率的因素主次顺序是：壁芯比、戊二醛、复合壁材比、pH、搅拌速度。经极差分析可知，最优组合为A3B2C3D3E4，而正交试验列表中得分最高的是A3B4C2D1E3，所以还需要增加一组验证试验，结果见表2。由表2可知，最优的组合是A3B2C3D3E4，即大蒜精油微胶囊的最佳条件是壳聚糖、羧甲基纤维素钠复合壁材比为1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH为4.5，搅拌速度为1 400 r/min，在此条件下微胶囊的包埋率为90.98%。

表1 正交试验结果分析表

3 结论

以大蒜精油为芯材，壳聚糖和羧甲基纤维素钠为复合壁材，探讨了乳化-固化法制备大蒜精油微胶囊的工艺流程，运用光学显微镜确定大蒜精油微胶囊的基本形态，加成法测定包埋率，确定出大大蒜精油微胶囊制备的最佳工艺为：复合壁材料比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH为4.5，搅拌速度为1 400 r/min。通过该工艺制备的大蒜精油微胶囊显微形态呈圆形，粒径均匀呈分散状态，包埋率达到90.98%。