元宝枫籽油微胶囊化及其稳定性研究

贾有青， 李 哲， 代 岚， 吴隆坤， 肖志刚， 秘英静

(沈阳师范大学粮食学院，沈阳 110034)

元宝枫属槭属植物，因翅果形状类似于中国古代的“金元宝”而得名，是中国的特有槭属植物树种。2018年10月在陕西杨凌召开的全国元宝枫联盟大会提出，元宝枫籽油中含有神经酸，是修复心脑血管的保健油脂，现在元宝枫油脂已经应用于心脑血管病人的临床治疗上。

王性炎等[1]研究认为神经酸是大脑神经细胞和神经组织的核心天然成分,神经酸具有促进受损神经细胞和组织修复、再生的功能。并对神经酸的化学结构、生物合成途径、药理作用、应用研究现状以及神经酸产品在医学领域的开发进行详细介绍，指出从天然植物油中发掘神经酸是一条可持续发展之路。

已有研究通过喷雾干燥制备大豆油脂体微胶囊，并对胶囊品质分析[4-7]。为保持大豆油的营养价值以及油脂体的功能性，采用喷雾干燥法制备微胶囊化大豆油脂体，对微胶囊化工艺条件进行优化，探究大豆油脂体微胶囊的包埋率、水分含量、溶解度、堆积密度、流动性、微观结构及其氧化稳定性等。

本研究采用喷雾干燥法制备元宝枫籽油脂体微胶囊，通过控制壁材与芯材质量比、β-环糊精与大豆分离蛋白的壁材复配质量比、水与壁材体积质量比等因素进行正交实验分析优化工艺条件，制备成新型的稳定状态的元宝枫脂末微胶囊。并对微胶囊基本理化指标、形态特征及氧化稳定性进行测定分析，为元宝枫籽油脂体微胶囊生产与加工提供参考[8]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

元宝枫籽，β-环糊精(DE 15)，大豆分离蛋白；单硬脂酸甘油酯：食品级，正己烷、石油醚：分析纯。

1.2 仪器与设备

ZYJ908型螺旋榨油机，DSY-9002高速多功能粉碎机，GL-21M高速冷冻离心机，SD-1500型喷雾干燥设备，RV 10D S96旋转蒸发仪，KY-D500高剪切乳化分散机，APV200实验型高压均质机，SU8010超高分辨场发射扫描电子显微镜(SEM)。

1.3 方法

1.3.1 元宝枫籽油的提取

参考吴隆坤等[5]方法，将元宝枫籽经脱皮并筛选后置于组织捣碎机破碎研磨1 min，在螺旋榨油机内压榨，取油并称质量，将油饼用正己烷超声提取对超声温度、时间、料液比进行单因素和正交实验，结果表明，温度40 ℃，时间为40 min，料液比为1∶8，将得到元宝枫籽油置于冷冻离心机内并于 4 ℃条件下8 000 r/min离心40 min，收集上层油样。

1.3.2 元宝枫籽油脂体微胶囊的制备

选择以β-环糊精、大豆分离蛋白作为复配壁材，将壁材在60 ℃按一定比例溶于去离子水中，搅拌均匀，按一定比例添加乳化剂单硬脂酸甘油酯，搅拌均匀。将元宝枫籽油按质量比缓慢滴加入溶液中，搅拌10 min左右，采用高速分散机将乳化液以14 000 r/min处理5～8 min，得到初乳液，将初乳液在27～30 MPa 条件下均质2次，每次8～10 min，均质后于170 ℃下进行喷雾干燥。喷雾干燥制得的微胶囊用密封袋封好，置于-20 ℃冰柜中储存待用[9]。

1.3.3 元宝枫籽油粉末油脂包埋率测定

参照李福祥等[8]的方法。元宝枫籽油包埋率计算公式为：

式中：H2为总含油量/%；H1为表面含油量/%。

表面含油量用石油醚浸泡搅拌测得，总含油量选择超声振荡的方法测得。

称取微胶囊粉末1∶8正己烷，于 40 ℃温度下超声振荡处理 40 min，立即进行真空抽滤，用已恒重的圆底烧瓶(m1)收集滤液，用 40 mL 正己烷洗涤滤渣，69 ℃旋转蒸发并回收溶剂，置于 102 ℃烘箱将溶剂蒸干烘至恒重,得总含油量[10-13]。

1.4 元宝枫籽油脂体微胶囊工艺研究

1.4.1 微胶囊化单因素实验

喷雾干燥条件为进风温度170 ℃，出风温度80 ℃，通针设定1.0，压力0.1 MPa条件下，分别考察壁材与芯材质量比(3∶1、4∶1、5∶1、6∶1、7∶1)、β-环糊精与大豆分离蛋白的壁材复配质量比(2∶1、3∶1、4∶1、5∶1、6∶1)、水与壁材体积质量比(5∶1、6∶1、7∶1、8∶1、9∶1)对元宝枫籽油微胶囊包埋率的影响。对壁材与芯材质量比、β-环糊精与大豆分离蛋白的壁材复配质量比、壁材与水质量比等进行单因素实验，考察各因素对元宝枫籽油脂体微胶囊包埋率的影响[14-17]。

1.4.2 元宝枫籽油微胶囊化的正交试验

考察壁材与芯材质量比、β-环糊精与大豆分离蛋白的壁材复配质量比、水与壁材体积质量比等各单因素实验中的拐点分析后，设定元宝枫籽油的正交实验设计，以确定喷雾干燥处理元宝枫油脂的最佳包埋率。正交实验因素与水平见表1。

表1 正交实验因素与水平

1.5 元宝枫籽油脂体微胶囊

1.5.1 扫描电子显微镜观察

将元宝枫籽油脂体微胶囊1.0 g置于粘有导电胶带的样品台上，吹去多余样品后进行喷金处理，置于仪器样品室中，调整加速电压为5 kV，观察元宝枫微胶囊样品的微观结构[18，19]。

1.5.2 氧化稳定性测定

将最佳工艺制备元宝枫微胶囊样品及未经包埋直接进行，喷雾干燥的元宝枫油脂体置于 60 ℃烘箱中储藏 7 d，进行加速氧化实验，通过快速氧化实验，在油脂氧化稳定仪上，测试油脂的OSI值，OSI值的大小可以说明油脂的氧化稳定性，进而推算出货架保质期限。参照江连洲等[20]的方法测定样品过氧化值。

1.5.3 生理活性分析

通过小白鼠的迷宫实验对元宝枫各剂量组别进行造模，按照对照组、模型组、低剂量组、中剂量组及高剂量组对在0、19、21、24、27、30 d小白鼠的记忆能力进行测试比较差异，研究小白鼠的迷失情况分析；通过元宝枫籽油的作用差异性进行脑组织切片对比分析，通过验证实验小白鼠对照组与模型组的脑组织使用元宝枫籽油在0 d和30 d的脑组织变化情况[21-30]。

2 结果与分析

2.1 单因素实验

2.1.1 壁材与芯材质量比对元宝枫籽油微胶囊包埋率的影响

壁材与芯材质量比对元宝枫籽油微胶囊包埋率的影响如图1所示，在壁材质量与水体积比1∶7，复配壁材质量比4∶1，乳化剂单硬脂酸甘油酯质量分数为2%，温度170 ℃下，随着元宝枫籽油添加量的减少，元宝枫籽油粉末油脂的包埋率先增加后降低。在壁材与芯材质量比3∶1至4∶1期间，油脂包埋率上升，说明元宝枫油脂在此阶段壁材与芯材达到比较合适的比例关系；在4∶1至5∶1阶段，元宝枫籽油含量减少时，油脂在乳化液中扩散的浓度太低，被包埋进入的油脂含量降低，从而降低了包埋率。当增大元宝枫籽油质量时，壁材与芯材质量比相对降低，壁材不足以包埋大部分的油脂，粉末油脂的表油增大，从而降低了包埋率。

图1 不同因素对元宝枫籽油微胶囊包埋率的影响

2.1.2 复配壁材质量比对元宝枫籽油微胶囊包埋率的影响

复配壁材质量比对元宝枫籽油微胶囊包埋率的影响如图1所示，在壁材与芯材质量比4∶1，壁材质量与水体积比1∶7，乳化剂添加量2%，进风温度170 ℃的条件时，元宝枫籽油微胶囊包埋率随元宝枫籽油的添加量增多先增加后降低，在复配壁材质量比2∶1～4∶1范围内，油脂包埋率上升，乳化液的黏度相对升高，壁材与芯材混合的效果较好，包埋率升高，说明复配壁材质量比在4∶1时油脂包埋率达到较高；在复配壁材质量比4∶1～6∶1范围内油脂包埋率下降，达到6∶1时，乳化液过于黏稠，降低喷雾压力进行喷雾干燥，随着大豆分离蛋白的继续增加，乳化液过于黏稠，油脂很难进入壁材的孔隙中，被包埋进入的相对减少，包埋率会呈下降趋势。

2.1.3 壁材质量与水体积比对包埋率的影响

水与壁材体积质量比对元宝枫籽油微胶囊包埋率的影响如图1所示，在壁材与芯材质量比为4∶1，复配壁材比例质量为4∶1，乳化剂质量分数为2%，进风温度170 ℃时，当壁材质量与水体积比为1∶5～1∶7时，乳化液从过于黏稠到较为适合阶段，进行喷雾干燥处理对包埋率有正向影响，油脂包埋率呈上升趋势；当壁材质量与水体积比在1∶7～1∶9范围内，油脂包埋率下降，对包埋率有负向影响。此外，浓度越大，黏度也相对增加，减少油脂分子的相对运动，包埋效果较好。壁材浓度越低，去离子水的浓度相对增大，水油难溶，油脂分子与壁材混合效果相对较差，故包埋效果不佳。

2.2 正交实验

正交实验设计与结果见表2。R1>R3>R2,即壁芯比对元宝枫籽油微胶囊包埋率影响作用最大，其次是复配壁材比例，壁材浓度的影响作用最小，且对元宝枫籽油的包埋率实验的研究均具有统计学意义，其中壁芯比、复配壁材比例的影响极为显著(P<0.01)，而壁材浓度得影响相对较为显著(P<0.05)。通过三因素三水平正交实验的最佳组合为A2B2C2，即壁芯比4∶1，复配壁材比例为4∶1，壁材浓度为7∶1，元宝枫籽油微胶囊包埋率为75.32%，经验证实验确认，在此条件下元宝枫籽油包埋率75.32%最大。

表2 正交实验设计与结果

2.3 扫描电镜图

较优条件下元宝枫油脂扫描电镜如图2a所示，较优条件下元宝枫油脂扫描电镜放大图如图2b所示。在A2B2C2条件下得到的油脂粉末，油脂颗粒比较饱满，聚集油滴较多；元宝枫油脂持水力不足条件下的扫描电镜如图3a所示，元宝枫油脂持水力不足条件下的扫描电镜放大图如图3b所示。它们分别代表壁材浓度(5∶1)过高条件下导至元宝枫油脂持水力不足，四周出现凹陷的扫描电镜原图和放大图像。放置7、30 d后的较优条件下元宝枫油脂扫描镜像的聚集油滴质量与刚制取的A2B2C2条件下得到的油脂粉末通过放大图来看差异不大，保持完好，进而表明喷雾干燥技术制作的元宝枫微胶囊是提升保质期限的良好措施。

图2 较优条件较下元宝枫油脂扫描电镜

图3 元宝枫油脂持水力不足条件下的扫描电镜

2.4 氧化性实验

利用快速氧化实验，针对元宝枫微胶囊分别于原油和自然存放的油脂在OSI油脂氧化稳定仪对油脂的OSI值及保质期限进行对比，找到OSI及保质期限的变化规律，进而验证油脂氧化稳定性受微胶囊技术的影响。元宝枫油脂OSI值的变化表见表3，元宝枫微胶囊的存放对油脂有一定的保护作用，30 d后的OSI及保质期限明显大于自然存放的元宝枫油脂。

表3 元宝枫油脂OSI值的变化表

3 结论

利用喷雾干燥技术，考察元宝枫微胶囊的包埋率受壁壁材与芯材质量比、β-环糊精与大豆分离蛋白的壁材复配质量比、水与壁材体积质量比等的影响，确定最佳工艺参数：在壁材与芯材质量比为4∶1，β-环糊精与大豆分离蛋白的壁材复配质量比为4∶1，壁材质量与水体积比为1∶7的条件下，元宝枫油脂微胶囊包埋率达到(75.32±1.02)%。研究得出元宝枫微胶囊对油脂有保护作用，具有良好的抗氧化能力，货架保质期限较长。