动物油脂粉末化技术研究进展

夏蕴实 ，刘畅，赵丽娟，张磊，王梓，孙印石 *

1. 中国农业科学院特产研究所（长春 130000）；2. 吉林农业大学中药材学院（长春 130000）；3. 长春大学食品学院（长春 130000）

动物油脂包括牛脂、羊脂、鹿脂、鱼油等，这些油脂主要是存在于动物各类组织或哺乳动物分泌的乳汁中的脂肪。与一般植物油脂相比，经烹调过后的动物油脂有着不可替代的香味，因而被大量应用于速食，也因其特有的润滑性和保护性而被应用于如香皂、皂基原料加工的日化行业[1]。有研究表明，大尾羊尾脂和牛油对小鼠皮肤创伤均有不同程度的修复作用[2]。某些废弃动物油脂中还可提取出柴油[3]，有效推动能源发展。然而，大多数的动物油脂存在易变质、油腻难清洗、取用困难、味道腥臭、难以混合均匀等缺点。

粉末油脂是微胶囊化油脂的总称，是以食用油脂、蛋白质及碳水化合物等作为原料通过包埋技术加工而成的油脂制品[4]。微胶囊化技术是一种微小的颗粒或液滴被涂层包裹，或嵌入均匀或非均匀的基质中，形成纳米到毫米大小的胶囊的过程，具有多种性能[5]。利用这种技术将动物油脂制成微胶囊粉末不仅可有效解决动物油脂本身的一系列不足，还可以优化产品性能，有利于批量生产，保护营养物质。如鱼油具有长链n-3脂肪酸、DHA、EPA等抑制心脑血管疾病、炎症和血栓形成的成分，然而由于n-3脂肪酸极易发生氧化变质且其风味和颜色易于退化，限制鱼油在食品中的应用，故将鱼油制成鱼油微胶囊改善鱼油本身的腥臭味，并且可以防止其氧化[6]。

1 粉末油脂配方组成

1.1 壁材的选择

壁材是芯材的包被物，不同芯材对壁材往往有着不同的要求。壁材的选择是使油脂乳液更为稳定的关键一步，合适的壁材可有效包被芯材，使油脂不受外界环境的影响而发生变化。动物油脂常用壁材主要有蛋白质、胶类物质、多糖、淀粉、纤维素等。

蛋白质由于本身所具有的成膜性、乳化性及良好的营养价值，是使用较为广泛的包封剂。在乳化液形成过程中，蛋白质分子被迅速吸附在新形成的油水界面上，形成的立体稳定层阻止了油滴的凝聚，为乳化液提供物理稳定性[7]。然而单一的蛋白质壁材通常需要与碳水化合物或胶体复配以提高微胶囊的稳定性。碳水化合物类壁材黏度较低，溶解性较好，如麦芽糊精作为较为常用的碳水化合物类壁材，易于干燥且黏度低，但乳化稳定性及成膜性较差，且在外界环境影响下修复能力较弱，单一使用使得乳液体系不稳定，需要一定配比的蛋白质及碳水化合物复配以提高稳定性[8]。

1.2 乳化剂的选择

乳化剂的选择关系着水相与油相的乳化程度高低，在乳化液中，乳化剂在被乳化的液滴表面形成薄膜，降低两者之间的界面张力并且创造一个排斥障碍，以避免分散的液滴聚集[9]。乳化剂分子中含有亲水和亲油两部分，一般分为两性乳化剂、阴离子型乳化剂、阳离子型乳化剂和非离子型乳化剂。

适当的乳化剂添加可以提高乳液的稳定性、延长储存时间、改善粉末油脂品质、避免结块等现象的产生。不同乳化剂可以影响微胶囊的表面元素组成及脂肪、蛋白质、碳水化合物的含量。在配方中合理使用乳化剂可降低粉末表面脂肪含量同时提升表面碳水化合物含量，从而使得共轭基粉末内聚行为降低，结块减少，产品收率显著提高（脂类乳化剂粉体相反）。近年来，越来越多的乳化剂被应用于动物油脂的微胶囊化研究，如Falkeborg等[10]采用十二烯基琥珀酸酐（SAC12）对海藻酸盐进行化学改性，制备出一种新型抗氧化乳化剂——十二烯基琥珀酸盐（DSA）。与用天然海藻酸盐或β-乳球蛋白（BLG）稳定的乳状液相比，乳状液的乳化稳定性显著提高。

1.3 稳定剂的选择

稳定剂在整个体系中既起到一定的乳化作用，又能够稳定微胶囊形成前的乳液体系，从而提高粉末质量。常用的稳定剂有阿拉伯胶、三聚磷酸钠、磷酸氢二钾、蔗糖酯等。稳定剂是否需要添加，取决于所形成的乳液稳定状态，可视情况单一添加或复配添加。

稳定剂的种类及含量可影响乳液体系的理化性质，且对油脂具有一定保护作用。Yesiltas等[11]系统研究以酪蛋白酸钠（NaCas）和海藻酸钠（NaAlg）为稳定剂的高脂-3鱼油-水乳状液的物理和氧化稳定性，证明乳化液的黏度受鱼油和总稳定剂含量的影响较大，而油滴的大小主要受鱼油含量和2种稳定剂配比的影响。

1.4 芯材含量

作为芯材的动物油脂是粉末油脂的主要原料，根据不同需求可制成不同载油量的粉末油脂。近年来，以动物油脂为芯材的粉末油脂载油量一般为20%~60%。微胶囊粉末的载油量越高，表面油含量、浸出油及总油含量则越高；载油量过低时会导致含水量较高，则乳液黏度降低，干燥效果不佳；载油量过高时会导致进料困难，机械运作不畅，出粉率降低，包埋效果不佳[12]。

2 乳化

乳化的过程是水-油形成乳状液的过程，乳状液是2种不相混溶的液体或胶体的分散体，即一种液体（分散相）被分散到另一种（连续相）中，两相之间有一个界面边界[13]。常用方法有磁力搅拌、高速剪切探针混合、高压均质、超声乳化等。Comunian等[14]采用玻璃微流控装置技术获得鱼油乳液，并通过该装置研究不同类型、不同浓度、不同蛋白组合的水乳状液（O/W）中单油包封鱼油的效果。乳液的稳定性受多种内外因素的影响，如乳化剂性质、温度、pH的改变等。如乳清分离蛋白在乳化过程中，通过对蛋白质进行温度预处理来部分或完全解开蛋白质结构，以暴露埋藏的疏水部分，而pH的预处理条件对乳液性能的影响可能导致对功能属性的更大控制，如稳定乳状液的能力[15]。故通常采取1种或1种以上的方法配合改变温度和pH进行乳化。

3 动物油脂粉末化方法

3.1 冷冻干燥法

冷冻干燥法又称升华干燥法，物料需先进行低温冷冻，再进行脱水干燥。因其较低的冻结温度，对维持纳米颗粒的原始尺寸和形态结构更有效。为方便修改操作条件，在冷冻干燥过程中，在冷冻阶段施加真空。真空冷冻干燥（VFD）是在低温减压的条件下利用水的升华性能，使其低温脱水而达到干燥目的的一种技术[16]，是一种高效的冷冻方法。利用真空冷冻干燥法制备动物油脂粉末是将配制好的一定比例的油脂乳液经低温冷冻为固体，并放置于真空条件下升华其中水分，使其脱水。当产品在冷冻过程中通过真空条件降低水分时，温度会降低到抑制变质反应和微生物生长的程度。此外，该工艺还具有可保留实际产品的营养特性、颜色、香味、味道和形状的优点。但是与喷雾干燥的方法相比，冷冻干燥消耗更多的能量，需要更长的处理时间，其中真空冷冻干燥为维持真空状态将消耗更大的能量。因此冷冻干燥的成本很高，适用于附加值较高的产品[17]。

3.2 喷雾干燥法

喷雾干燥法是将待加工物料置于干燥室中，经雾化后再与热空气接触，稀料中的水分迅速汽化，从而得到干燥产品。该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序，是系统化技术应用于物料干燥的一种方法。喷雾干燥的方法由于价格低廉、操作简便等诸多因素被广泛应用于动物油脂的粉末化加工。在喷雾干燥过程中随着温度的升高，水分的快速去除可有效增加产品的货架寿命，降低运输和储藏成本，并为消费者提供方便、稳定的产品。该方法得到的粉末状油脂类产品具有良好的分散性、复水性、便携性，此外部分动物油脂作为可食用油脂，其油脂粉末可大大掩盖油脂原有的不良气味及口感，使所得产品更加容易被广泛接受。

Chen等[18]采用喷雾干燥和冷冻干燥2种方法，研究鱼油与植物甾醇酯、柠檬烯共包埋的微胶囊的性能和稳定性，结果表明，喷雾干燥样品挥发分保留率较高，表面油含量较低，微胶囊化效率较高。

3.3 喷雾冷冻干燥法

喷雾冷冻干燥（SFD）是一种很有前途的胶体颗粒冻干的替代方法。这种方法是将样品喷入一定浓度的不同冷冻保护剂的冷空气柱中进行喷雾冷冻干燥，收集冷冻后的小球进行进一步冷冻干燥。当制备相似的样品时，采用喷雾冷冻干燥的方法与常规的冷冻干燥技术相比，制备出的球形多孔纳米复合微粒具有较高流动性（CI≤10）[19]。

Pang等[20]对比喷雾干燥、冷冻干燥和喷雾冷冻干燥3种方法所得鱼油粉末，并认为冻干鱼油粉末制作时间长、成本高。喷雾干燥成本低、消耗时间短但粉末的产量和品质在当前实验条件下较差。喷雾冷冻干燥法产率较高，微胶囊粉体粒径均匀，稳定性和缓释性能皆优于冷冻干燥和喷雾干燥。

3.4 静电喷雾法

静电喷雾法是近些年较新颖的包封技术，分为单轴静电喷雾法和同轴静电喷雾法，是利用电流体动力学射流技术制备微胶囊，可产生尺寸较小的纳米微胶囊，易于被分散到基质中，与传统包覆的方法相比，电喷法更精确、快速。电喷雾技术可将聚合物溶液、悬浮液或熔体置于高压（通常在7~20 kV）电场中，从而产生干燥的纳米微粒，这种温和条件下制备微胶囊的方法可用于开发敏感成分微胶囊的制备。电喷技术在植物化学纳米和微胶囊化方面已有一定研究基础，且在食品领域具有很大的应用前景[21]。

在动物油脂方面，Pedro等[22]以蛋白质-多糖混合物为壁材，采用电喷雾法制备载鱼油纳米微囊。

3.5 挤压法

挤压法是把芯材分散在熔融的碳水化合物中后，在特定模具中使壁材发生脱水、硬化，同时包埋芯材，得到固体微胶囊。挤压法是一种低温条件下的加工方式，制备得到的微胶囊粉末中芯材的风味物质得到较大程度的保留，且可以防止氧气的进入和精油的挥发，表面油含量较低，从而有效延长产品保质期，相比较其他油脂粉末化方法有一定优势。操作温度低，对风味物质损害小[23]。

吴琼林等[24]首次将鱼油通过静电共挤出技术包埋在海藻酸钠/海藻酸钠-高甲氧基果胶壳核式新型微球中，所得的微胶囊的氧化稳定性高于鱼油乳液。

3.6 凝聚法

凝聚法一般分为单凝聚法和复凝聚法。单凝聚法是指将芯材分散于囊材的水溶液中，以电解质或强亲水性非电解质为凝聚剂，使囊材凝聚包封于药物表面形成微囊。复凝聚法是指利用两种具有相反电荷的高分子材料作为囊材，将囊心物分散在囊材的水溶液中，在一定条件下，相反电荷的高分子材料相互交联后，溶解度降低，自溶液中凝聚析出成囊。复凝聚法相对简单，对芯材影响较少，但反应条件较难控制，制得微胶囊产品稳定性差，是从初始溶液中分离一个或多个水胶体，在同一反应介质中悬浮或乳化的活性成分周围沉积新形成的凝聚相。双包封法制备微胶囊就是在复合凝聚制备微胶囊的基础上，对微胶囊进行第二层包覆，该技术可有效提高微胶囊的稳定性和保质期。且研究表明，复凝聚法和双包封法处理后制备的微胶囊在加工、运输和使用方面均具有较高性能[25]。

使用复凝聚反应的方法制备以阿拉伯胶和壳聚糖作为壁材的鱼油微胶囊，利用最优的制备参数时，所得的复凝聚鱼油微胶囊的球形规整，粒径分布均匀，分散性良好，对鱼油的包埋率和壁材的利用率分别达到75.33%和81.01%[26]。

3.7 脂质体法

制备脂质体的原理是当磷脂与水相接触时，由于磷脂的两亲特性，磷脂分子会自动形成双层结构，以保护其疏水性部分远离水相，这种由磷脂双分子层形成的含有亲水性核心的封闭的球状囊泡被称为脂质体；在这个过程中，亲水性成分（如水溶性维生素、营养物质和药物）被包载在脂质体内的水相中。相反，脂溶性成分则将包裹在磷脂分子和磷脂分子之间[27]。脂质体按照磷脂层结构可分为单层脂质体、多层脂质体及多囊脂质体。

脂质体是一种较为新颖的微胶囊制备技术，能够较好地保护芯材、提高芯材物质的生物利用度和水溶性。近年来，随着脂质体技术的不断发展，可达到包载物质在特定刺激下定向释放。何娜[28]实现对鲢鱼鱼油纳米脂质体的制备及其性质的研究，实现鱼油中多不饱和脂肪酸的富集及工艺的优化。

4 动物油脂粉末品质评定指标

评定动物油脂粉末品质的指标有很多，中国对鱼油微胶囊的行业标准SC/T 3505—2006规定鱼油微胶囊产品的要求、试验方法、检验规则及标签、包装、运输和储存，并通过对原料、感官（外观、气味、水中分散性）、净含量、理化指标（EPA及DHA含量、水分、表面油脂含量、油脂过氧化值）、安全卫生指标（铅、砷、菌落总数、大肠菌群、霉菌和酵母、沙门氏菌、志贺氏菌、金黄色葡萄球菌）对鱼油粉末的品质进行要求[29]。

除此之外，动物油脂粉末的评定指标还有粒径、包埋率、含水量、扫描电镜、过氧化值、黏度、流动性等，已被广泛应用。Serfert等[30]首次描述鱼油感官质量中最重要的气味属性也可用于重组微胶囊鱼油，并通过添加气味掩蔽化合物（β-环糊精）或香料（香兰素和苹果香精）改善感官轮廓。Zhang等[31]通过测定微胶囊化效率（MEE）、氧化稳定性、热分析等指标对鱼油粉体的稳定性及形貌进行评价。

5 结语

近年来，中国在油脂粉末化技术方面有较大发展，但在动物粉末油脂方面仍有很大的发展空间。动物油脂的粉末化不仅是对油脂的保护和应用，也为动物油脂作为各种营养物质的载体进行储存、运输和加工创造巨大可能。但现存的动物粉末油脂品质参差不齐，表面油含量较高、冷水分散时有结块现象及油脂本身味道难以去除等问题还很突出。可以通过改变及创新粉末油脂的配方和工艺，发掘更多的有效壁材、乳化剂和稳定剂等，使粉末油脂的品质得以提高。如鱼油、虾油等的动物油脂本身易氧化变质，对于具有抗氧化功能的新型壁材的研究需要新的突破。同样，更加优良的乳化剂及稳定剂可有效提高复原乳化液的乳化程度和稳定性，还需进一步研究；如鹿脂、羊脂等的动物油脂稳定性较好，因具有一定的药理活性，制备成粉末油脂可掩盖动物油脂本身的腥臭味，便于服用，且更多动物油脂的药理活性有待进一步发掘。

随着对动物油脂粉末化技术认识的加深，富集后的动物油脂可进一步分离纯化有效成分，且随着具有靶向控释特性的微胶囊技术不断成熟，动物油脂中有效成分的靶向输送成为可能，有助于扩大动物油脂的应用范围。