柑橘皮精油微胶囊制备工艺研究进展

叶群丽,张怡,郝仁胶,宋昱衡,王家燕,章斌*

(1.雅安职业技术学院,四川 雅安 625000;2.四川理工技师学院,四川 成都 611130)

中国是柑橘的重要原产地之一,栽培历史悠久,柑橘资源丰富,品种繁多。经过长期栽培、选择,柑橘成了人类的珍贵果品。柑橘类果皮中富含果胶、挥发油、橙皮甙、桔色素、黄酮化合物等多种活性成分,已广泛应用于日化、医药、食品及纺织行业等[1-2]。研究表明柑橘皮的油胞中有丰富的香精油,柑橘香精油约占果皮鲜重的0.5%～2%。柑橘的副产物柑橘精油具有较强的抗氧化活性、抑菌活性,能有效消除疲劳、消炎等[3-5]。但柑橘精油的活性成分不稳定,易挥发、容易被氧化和光促分解,进而影响其功效[3]。而微胶囊化技术可将柑橘精油包埋在微胶囊内,使其成为一种固体微粒产品,保护其活性成分并延长其保质期[6]。

1 精油微胶囊技术

微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物。其大小一般为5～200 μm不等,形状多样,取决于原料与制备方法。微胶囊化是指制备微胶囊的过程。微胶囊化技术是指将气体、液体或固体包埋在微小而密封的胶囊中,并在特定条件下以可控速率进行释放的技术[6]。其中,被包埋的物质称为芯材,可为水溶性、油溶性化合物或混合物,包括酸味剂、香精香料、甜味剂、矿物质、色素、维生素、脂类、酶以及各种食品添加剂等。包埋芯材实现微囊胶化的物质称为壁材,可用作壁材的有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料[7]。

植物精油是从植物中提取的天然芳香油状液体,具有抗菌、抗炎、抗氧化、抗癌、抗衰老等功效和营养价值,备受人们青睐。柑橘皮精油是常用的植物精油,但其沸点低且易挥发,限制了其应用,因此对橘皮精油进行微胶囊化,将其封装在微胶囊中,可使其由液态变成拟固体,控制其活性成分的释放,同时能有效减少高温、光和空气等外界环境对橘皮精油的影响,延长其使用的有效寿命,扩大其应用范围[8-9]。

2 不同种类柑橘皮精油微胶囊的制备工艺

柑橘,是橘、柑、橙、金柑、柚、枳等的总称。柑橘类水果包括橘子、柑、柚、枸橼、甜橙、酸橙、金橘、柠檬等一大家族。柑橘皮精油微胶囊的制备方法有单凝聚法、复合凝聚法、喷雾干燥法、冷冻干燥法、界面(或原位)聚合法、锐孔-凝固浴法、包埋法、溶剂挥发法等[10-22]。

2.1 未知品种柑橘皮精油微胶囊制备

王芳等[10]以β-环糊精为包埋剂,自制橘皮精油为芯材,采用包埋法制备橘皮精油微胶囊。最佳工艺为:芯壁材质量比为1∶5.7、包埋时间1.7 h、包埋温度47 ℃,该条件下β-环糊精对橘皮精油的包埋率为65.7%,包埋得率为88.5%。董志俭等[11]以羧甲基纤维素+阿拉伯胶+明胶为壁材,购买的橘油为芯材,通过复凝聚法制备球状多核结构的橘油微胶囊。最佳工艺为:mCMC∶m阿拉伯胶∶m明胶=1∶9∶20,壁材质量分数1%,芯壁比1∶1,pH值4.27,搅拌速度300 r/min,所得微胶囊产率高且缓释性好。虞雯娉等[12]以阿拉伯胶+麦芽糊精+蔗糖为壁材,自制柑橘香精油为芯材,采用喷雾干燥法制备柑橘香精油微胶囊,最佳工艺为:壁材比6∶2∶2,壁材浓度20%,芯壁比1∶2,乳化剂添加量10%,进料流量40 mL/min,进风温度180 ℃,微胶囊包埋率为60.1%。耿敬章等[13]以壳聚糖为壁材、自制柑橘精油为芯材,壳聚糖包裹柑橘精油微胶囊制备的最佳工艺为:壁芯质量比4∶1、乳化剂添加量1.6%、包埋温度50 ℃、搅拌速度500 r/min,所得柑橘精油微胶囊的包埋率为92.0%。孙闫晨昊等[14]以阿拉伯胶+麦芽糊精为壁材,购买橘皮油为芯材,采用冷冻干燥法和喷雾干燥法对橘皮油进行包埋。冷冻干燥的最佳工艺:冷冻温度-30 ℃、干燥室压力30 Pa和干燥室温度30 ℃,橘皮油微胶囊包埋率为82.48%。喷雾干燥的最佳工艺:进料速度90.2 mL/min、进风温度194 ℃和料液固含量34.7%,橘皮油微胶囊包埋率为90.17%。综合比较,喷雾干燥法比冷冻干燥法更适合应用于制备橘皮油微胶囊产品。

2.2 柑皮精油微胶囊制备

许杭琳[15]以β-环糊精和阿拉伯胶做单一壁材,通过喷雾干燥法对佛手柑精油进行微胶囊化包埋,所得佛手精油微胶囊的包埋率仅为10.56%和10.1%。徐宁等[16]以β-环糊精为壁材、自制椪柑皮精油为芯材,采用包埋法制备椪柑皮精油微胶囊。最佳工艺为:壁芯比5.8∶1(g∶mL),包埋温度52 ℃,乙醇与精油体积比19∶1,包合时间2 h,加水量与β-环糊精比为8∶1(g∶mL),此条件下制备的微胶囊包埋率达65.97%,包埋得率达90.26%。罗旭洸等[17]以阿拉伯胶+β-环糊精+麦芽糊精为壁材组合、自制广佛手柑精油为芯材,采用喷雾干燥法制备广佛手精油微胶囊。最佳工艺为:壁材的最佳质量配比9∶7∶4;芯壁质量比3∶7;喷雾干燥最佳工艺:进料流量55 mL/min,雾化器频率30 Hz,进风温度180 ℃,产品包埋率为85.32%。王祎赫[18]以羟丙基-β-环糊精为壁材,自制佛手柑精油为芯材,采用包埋法对佛手柑精油进行微胶囊化,最佳包埋工艺:HP-β-CD与精油投料质量比为9.2∶1、包埋温度为50 ℃、包埋时间为1.97 h,该工艺下微胶囊的平均包合率为73.28%,平均得率为82.05%。

2.3 橙皮精油微胶囊制备

熊月琴等[19]以辛烯基琥珀酸酯化淀粉HI-CAP100和麦芽糊精为壁材,购买甜橙油为芯材,通过喷雾干燥法制备微胶囊。最佳制备工艺:HI-CAP100与麦芽糊精的配比为2∶1,固形物浓度为35%,载油量为30%,进风温度为200 ℃,甜橙油微胶囊包埋效率为99.4%。肖军霞等[20]以购买甜橙油为芯材,大豆分离蛋白(SPI)和阿拉伯胶(GA)为壁材,采用复凝聚法+真空冷冻干燥技术制备甜橙油微胶囊。最佳工艺:固形物质量分数5%,芯材载量20%,SPI∶GA=1时调节pH值到4,室温下850 r/min搅拌30 min,加入1%的葡萄糖反应1 h,真空冷冻干燥得到微胶囊。此时包埋产率和效率分别达到75.06%和93.5%。Xiao等[21]以购买甜橙油为芯材,海藻酸钠+Ca2+为凝胶剂,采用锐孔-凝固浴法制备甜橙油微胶囊。最佳工艺为:海藻酸钠浓度为2%,CaCl2浓度为1.5%,芯壁比为1.5∶1,乳化剂为0.1%吐温80和0.1%甘油单硬脂酸酯,微胶囊的包封率为76.1%。加入壳聚糖制备了壳聚糖包被的藻酸钙(CCCA)和壳聚糖-藻酸钙复合物(CCAC)凝胶珠。彭梦侠等[22]以壳聚糖+海藻酸钠为复合壁材,购买甜橙油为芯材,采用锐孔-凝固浴法制备橙子油微胶囊。最佳工艺为:海藻酸钠浓度为3.5%,壳聚糖浓度为1.5%,CaCl2浓度为2.0%、乳化温度为55 ℃,壁材与芯材的质量比为1∶3,壳聚糖溶液的pH值=6.0,橙子油微胶囊的包埋率为89.20%。韩路等[23]以麦芽糊精和辛烯基琥珀酸酯化(OSA)变性淀粉为壁材,购买甜橙精油为芯材,通过喷雾干燥法制备甜橙油微胶囊。最佳工艺为:麦芽糊精和OSA变性淀粉的比例为1∶3,芯壁比为1∶5,固形物含量为25%,甜橙精油的包埋率为82.1%。蒋爱月等[24]以明胶为壁材,购买甜橙油为芯材,以甲醛为固化剂,采用单凝聚法和真空干燥制备甜橙油微胶囊,包封率为88.5%。李振杰等[25]以购买甜橙油为芯材,壳聚糖为壁材,三聚磷酸钠为交联剂,采用复凝聚法制备甜橙油纳米微胶囊。最佳工艺为:甜橙油质量浓度3.6 mg/mL、壳聚糖质量浓度1.8 mg/mL、吐温20质量浓度1.2 mg/mL。

2.4 柚皮精油微胶囊制备

彭莹芸等[26]以A型明胶+海藻酸钠为壁材,购买葡萄柚精油为芯材,CaCl2溶液为固化剂,采用复凝聚法协同超声辅助制备葡萄柚精油纳米级粒径微胶囊。最佳工艺为:芯壁比1∶2(g∶g),超声时间10 min,超声振幅10%,固化剂与壁材质量比1∶3,微胶囊包埋率为65.02%±1.18%,平均粒径为(210.08±10.12) nm。杜津等[27]以阿拉伯胶+明胶为壁材,购买柚子精油为芯材,通过复凝聚法制备柚子精油微胶囊。最佳工艺为:pH值为3.9,芯材添加量为0.5%,壁材添加量为1%,微胶囊平均粒径138.2 μm,包封率达45.3%。

2.5 柠檬皮精油微胶囊制备

Adamiec等[28]分别以魔芋葡甘聚糖、阿拉伯树胶及两者的组合物为壁材,购买青柠檬油芯材,通过喷雾干燥法制备青柠檬油微胶囊。结果表明:魔芋葡甘聚糖和阿拉伯树胶(KGMGA)的组合比单独使用魔芋葡甘露聚糖作为壁材材料更能提高微胶囊中总油的产率和保留率。在180 ℃的入口温度下微胶囊具有抗菌活性方面的最佳功能特性以及总包封油的效率保持。廖玉琴[29]以阿拉伯明胶+β-环糊精为壁材,自制柠檬精油为芯材,单甘酯+蔗糖酯为乳化剂,采用喷雾干燥法制备柠檬皮精油微胶囊。最佳工艺为:壁材比(g∶g)2∶8,芯壁比(mL∶g)1∶3,固形物浓度15%,柠檬精油微胶囊的包埋率为88.50%。徐单单[30]以壳聚糖/三聚磷酸钠-无机粒子为复合壁材,柠檬精油为芯材,采用复凝聚法制备柠檬精油微胶囊。最佳制备工艺:壳聚糖浓度为1%,m(壳聚糖)∶m(三聚磷酸钠)为2∶1,芯壁质量比为3∶1,无机粒子使用量为20%,pH值为4,微胶囊的包封率达47.68%。常香玉等[31]以自制柠檬精油为芯材,采用乳化交联法(以海藻酸钠/明胶为壁材)和蒸发溶剂法(以聚乳酸—羟基乙酸共聚物为壁材)制备精油微球,两者均得到了径粒在10 μm以内的微球,海藻酸钠/明胶微球包封率和产量均高于PLGA微球的。许春平等[32]以壳聚糖为壁材,自制柠檬精油为芯材,采用复凝聚法制备柠檬精油亚微米微胶囊。最佳工艺为:壁芯质量比1∶3.5,壁材量0.27%,乳化剂量0.37%,乳化速率750 r/min,制备的亚微米微胶囊结构致密,粒径最小,约274 nm,包埋率50.83%。

3 展望

柑橘精油清新的气味有提振精神的作用,常用于平抚沮丧与焦虑,还能用于治疗肠胃问题等,但柑橘类精油沸点低、易挥发且保存期短,限制了其应用。精油微胶囊化将延长柑橘精油的稳定性和保质期。在今后的科学研究中,一方面要提高精油微胶囊的包封率,重在微胶囊壁材的选择,其一是应尝试多种类型壁材进行复配,其二是选择新材料或者采用新材料与常规材料复配的方式,以提高壁材的性能,使其持久耐用。另一方面是提升精油微胶囊的使用效果,扩大其应用范围,重在芯材的选择,可考虑柑橘类精油与其他类型的植物精油进行复配,加速科研成果在实际生活中的应用,使精油微胶囊的使用效果更佳,提高其应用价值。