鱼油微胶囊喷雾干燥工艺优化及贮藏稳定性研究

陈春容，王卉*，白燕

海南热带海洋学院食品科学与工程学院（三亚 572022）

鱼油中含有多种不饱和脂肪酸，具有预防和减少心脑血管疾病、抗炎抗过敏、增强免疫力、改善视力等功效，被广泛应用到食品、保健品、药品中，具有很好的开发利用前景[1-2]。但鱼油易氧化变质，所产生的自由基会引起人体多种疾病。把鱼油微胶囊化可以减少环境因素对鱼油氧化的影响，屏蔽鱼油的腥味，并能使鱼油均匀添加到食品中[3-4]。鱼油微胶囊使用的包埋壁材主要为天然大分子，如多糖、蛋白质等，但这些壁材存在机械性能和耐温耐湿性较差的缺点，干燥时易破裂，造成包埋率降低。纳米蒙脱土（MMT）具有超大的比表面积，机械强度高，能有效改进天然高分子材料的机械强度和耐湿耐温性[5-6]，在制药领域常用于药物的缓释，因此是一种非常好的微胶囊壁材改良剂。试验以麦芽糊精与阿拉伯胶为壁材，加入一定量的纳米蒙脱土，研究喷雾干燥法制备鱼油微胶囊的工艺条件，分析微胶囊在高温高湿条件下的贮藏稳定性，为鱼油微胶囊在食品中的应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鱼油（70% DHA/EPA，陕西凤栖梧生物科技有限公司）；麦芽糊精、阿拉伯胶（阿拉丁）；纳米蒙脱土（浙江丰虹新材料股份有限公司）；其他化学试剂均为分析纯。

1.2 仪器与设备

SD-Basic喷雾干燥仪[嘉盛（香港）科技有限公司]；HWS-26超级恒温水浴槽（金力永磁坛市盛蓝仪器制造有限公司）；JY99-IIDN高速分散器（宁波新芝生物科技股份有限公司）；SB-800D超声波清洗机（宁波新芝生物科技股份有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 鱼油微胶囊的制备工艺

将纳米蒙脱土加入去离子水中，超声10 min，再于80 ℃搅拌2 h，冷却备用。将麦芽糊精与阿拉伯胶（2.5∶1，W/W）与蒸馏水混合，在60 ℃恒温水浴中加热搅拌直至完全溶解，在其中加入纳米蒙脱土溶液，搅拌均匀，形成混合溶液。向混合溶液中加入鱼油，用高速分散机以5 000 r/min的转速均质5 min，形成均匀乳化液。将乳化液喷雾干燥，选用直径为0.5 mm的雾化喷嘴，样品流量5 mL/min，出口温度120℃，得到的鱼油微胶囊置于干燥器内保存备用。

1.3.2 鱼油微胶囊单因素试验

1.3.2.1 不同纳米蒙脱土含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响

选取固形物含量20%、芯壁比1∶2、喷雾干燥机进口温度190 ℃，纳米蒙脱土在壁材中含量设置为0，2%，4%，6%和8%，制备鱼油微胶囊。

1.3.2.2 不同固形物含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响

选取纳米蒙脱土含量4%、芯壁比1∶2、喷雾干燥机进口温度190 ℃，固形物含量设置为12%，16%，20%，24%和28%，制备鱼油微胶囊。

1.3.2.3 不同芯壁比对鱼油微胶囊包埋效果的影响

选取纳米蒙脱土含量4%、固形物含量20%、喷雾干燥机进口温度190 ℃，芯壁比设置为1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶2.5和1∶3，制备鱼油微胶囊。

1.3.2.4 不同进口温度对鱼油微胶囊包埋效果的影响

选取纳米蒙脱土含量4%、固形物含量20%、芯壁比1∶2，喷雾干燥机进口温度设置为160，170，180，190和200 ℃，制备鱼油微胶囊。

1.3.3 正交试验

在单因素试验的基础上，采用表1的L9(34)正交试验设计表，对纳米蒙脱土含量、固形物含量、芯壁比、进口温度4个因素在3个水平进行工艺优化。

表1 正交试验水平表

1.3.4 包埋率的测定

1) 鱼油微胶囊表面油的测定

2) 鱼油微胶囊总油的测定

称取质量m1（g）的鱼油微胶囊放于锥形瓶中，先加20 mL热水，溶解样品后，再加40 mL石油醚-乙醇（1∶1，V/V）混合液进行充分萃取，并重复萃取2次，最后将全部萃取液转移到干燥至恒质量m2（g）的圆底烧瓶之中，萃取液用水浴蒸发掉大部分溶剂之后，放在105 ℃下烘至质量恒定m3（g）[7]。进行3次平行试验。总油含量按式（1）计算，包埋率按式（2）计算。

1.3.5 微胶囊基本指标测定

水分含量测定：将微胶囊于真空干燥箱70 ℃烘干至恒重，水分含量由干燥前后的质量算出[8]。

流动性测定：采用休止角法[9]测定微胶囊粉末的流动性，将微胶囊粉末倒入漏斗中，使粉末落到圆形培养皿中，向四周散开堆积成圆锥体形，测量锥体高度h及锥体半径r，该圆锥体与水平面的夹角为休止角θ，按式（3）计算。

1.3.6 鱼油过氧化值（POV）的测定

参照GB/T 5009.227—2016[10]滴定法测定鱼油过氧化值。

深化课程考试体系改革，实现考核方式向多样化转变，考核内容向注重综合能力考核转变，成绩评定由终结性评价向形成性评价转变。取消原有的“一考定成绩”，推行形成性评价方案(见图4)，提升评价的科学性和客观性。将学生的线上学习情况、课堂参与情况、解决问题能力、计算思维能力等纳入学习评价体系，更科学、客观地衡量学生学习效果。在教学过程中，通过线上、线下的数据分析，把握学生整个学习过程，并及时反馈评价结果，使学生通过评价结果了解自己的不足，进行及时、有效的改正。

1.3.6.1 不同湿度环境下的微胶囊贮藏的氧化性能测定

将样品放入烧杯，置于干燥器中，干燥器的底部装有硝酸镁饱和溶液和氯化钠饱和溶液，用于模拟50%和75%的湿度环境。每隔3 d分别从各个烧杯中取出样品，测量过氧化值。

1.3.6.2 微胶囊在高温情况下贮藏的氧化性测定

将样品放入烧杯，置于60 ℃恒温鼓风干燥箱中，每隔1 d分别从烧杯中取出样品，测量过氧化值。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 不同纳米蒙脱土含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响

图1为不同纳米蒙脱土含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响。随着纳米蒙脱土含量在壁材中逐渐增多，包埋率呈先上升后下降的趋势，当含量在4%时，包埋效率达到最高，但含量超过4%后，包埋效率反而降低。这是由于纳米蒙脱土能提高天然大分子囊壁的力学性能、阻隔能力和耐热性[11]，更好包埋精油。适量的纳米蒙脱土添加可以提高壁材的包埋性能，但是过量添加则会降低壁材的力学性能，导致包埋率降低。

图1 不同纳米蒙脱土含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响

2.1.2 不同固形物含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响

图2为不同固形物含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响。随着固形物含量的增加，微胶囊的包埋率呈现逐渐下降的趋势，固形物含量在20%时，包埋率达最高。当固形物含量较低时，由于水含量高，使微胶囊干燥的时间变长，鱼油易泄漏，但固形物含量增加到一定量时，乳液黏度变大，喷雾干燥时壁材成膜速度降低，不利于蒸发水分，造成鱼油损失，使微胶囊包埋率降低[12]。

图2 不同固形物含量对鱼油微胶囊包埋效果的影响

2.1.3 不同芯壁比对鱼油微胶囊包埋效果的影响

图3是不同芯壁比对鱼油微胶囊包埋效果的影响。包埋率随着壁占比的增加而增大。这是由于当壁占比太小时，鱼油的量增多，就会造成壁材包埋不完整，使表面油含量增大，造成粉末微胶囊流动性变差，微胶囊易粘着。若壁占比太大，虽然包埋率较高，但会使包埋的总油降低[13]。因此，综合考虑，制备鱼油微胶囊的最佳芯壁比为1∶2。

图3 不同芯壁比对鱼油微胶囊包埋效果的影响

2.1.4 不同进口温度对鱼油微胶囊包埋效果的影响

图4为进口温度对鱼油微胶囊包埋效果的影响。包埋效率随着进口温度的升高而增大，在190 ℃时达最高。喷雾干燥的进口温度过高会造成鱼油微胶囊表面凹陷，进口温度过低会影响水分蒸发，造成包埋率降低，还会有粘壁现象[14]。

图4 进口温度对鱼油微胶囊包埋效果的影响

2.2 正交试验

由表2可得各因素的极差R的大小顺序：D＞C＞A＞B，极差值越大，反映该因素影响越大，即影响微胶囊油包埋率最主要的因素是进风温度，芯壁比次之，然后是纳米蒙脱土含量，最后是固形物含量。比较各列k值，喷雾干燥最佳工艺参数为A2B3C3D1，即纳米蒙脱土含量4%、固形物含量24%、芯壁比1∶2.5、进口温度180 ℃。以此工艺条件，进行微胶囊验证试验，得到的微胶囊包埋率可达77.6%，说明此最佳工艺参数制备的鱼油微胶囊包埋率最大。

表2 正交试验结果表

2.3 鱼油微胶囊基本指标

依据制备鱼油微胶囊的最佳工艺，用喷雾干燥分别制备含4%纳米蒙脱土的鱼油微胶囊和不含纳米蒙脱土的鱼油微胶囊，并进行产品质量评价，结果见表3。含4%纳米蒙脱土的鱼油微胶囊的水分含量、休止角、表面油含量均小于不含纳米蒙脱土的鱼油微胶囊，说明含4%纳米蒙脱土的鱼油微胶囊具有更好的稳定性，易于贮存，不易发霉结块，流动性好，并且纳米蒙脱土能提高鱼油微胶囊的总油含量，有利于壁材包埋鱼油的效率。

表3 鱼油微胶囊产品质量评价

2.4 不同湿度下鱼油微胶囊的贮藏氧化性

图5和图6分别为在25 ℃、相对湿度75%和50%下鱼油微胶囊过氧化值随时间的变化。鱼油微胶囊的过氧化值随时间逐渐增加，在75%相对湿度环境下，过氧化值的增加速率比50%相对湿度要快，主要是由于天然壁材在较高湿度下更易吸水，使得壁材的孔隙增大，从而加快了被包埋鱼油的氧化速度。添加4%纳米蒙脱土的鱼油微胶囊比未添加的氧化速率要慢，在75%相对湿度下存放30 d后，含4%纳米蒙脱土的鱼油微胶囊过氧化值为12.1%，而不添加纳米蒙脱土的微胶囊过氧化值为14.3%，所以壁材中添加纳米蒙脱土有利于减缓鱼油微胶囊在较高湿度下的氧化。

图5 75%湿度下鱼油微胶囊过氧化值随时间的变化

图6 50%湿度下鱼油微胶囊过氧化值随时间的变化

2.5 高温下微胶囊贮藏氧化性

图7为在60 ℃下鱼油微胶囊过氧化值随时间的变化。在60 ℃下，鱼油及鱼油微胶囊都比在室温下氧化得快，其中以未被包埋的鱼油氧化速度最快，没有添加纳米蒙脱土的鱼油微胶囊氧化速度次之，添加了4%含量纳米蒙脱土的鱼油微胶囊氧化速度最慢。结果说明微胶囊对鱼油具有一定的保护作用，壁材包裹住鱼油，能有效地减少外界环境中氧气、光照等因素对鱼油的影响，使鱼油的氧化速度下降，并且纳米蒙脱土能增强壁材膜的致密性，提高膜的阻隔性，使氧气在膜中受阻，从而降低所包埋鱼油的氧化速率，延长鱼油的货架期。

图7 在60 ℃下鱼油微胶囊过氧化值随时间的变化

3 结论

研究在麦芽糊精与阿拉伯胶壁材中加入一定量的纳米蒙脱土（MMT），采用喷雾干燥法制备鱼油微胶囊的工艺条件，对鱼油包埋率有影响的纳米蒙脱土含量、固形物含量、芯壁比、喷雾干燥进口温度4个因素进行考察和优化，得到最佳的鱼油微胶囊制备条件：纳米蒙脱土含量4%、固形物含量24%、壁芯比1∶2.5、喷雾干燥进口温度180 ℃，该条件下鱼油包埋率为77.6%。产品质量评价表明含4%纳米蒙脱土的鱼油微胶囊具有更好的稳定性，易于贮存，不易发霉结块，流动性好，并且纳米蒙脱土能提高鱼油微胶囊的总油含量，有利于壁材包埋鱼油的效率。分析鱼油微胶囊在高温高湿条件下的贮藏稳定性，与未包埋的鱼油相比，鱼油微胶囊的氧化速度明显减慢。壁材中添加纳米蒙脱土有利于减缓鱼油微胶囊在较高湿度和温度下的氧化。