花椒油微胶囊工艺优化

武恺彤 徐建中 齐立军 高伟 马倩云 骆霜霜

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.03.019

引文格式：武恺彤，徐建中，齐立军，等.花椒油微胶囊工艺优化[J].中国调味品，2024，49（3）：112-117，124.

WU K T， XU J Z， QI L J， et al. Optimization of Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule process[J].China Condiment，2024，49（3）：112-117，124.

摘要：该研究以阿拉伯胶与辛烯基琥珀酸淀粉钠为复配壁材，采用喷雾干燥技术制备花椒油微胶囊，应用响应面试验法，以包埋率与花椒精油收率为响应值，以壁材占比、复配壁材比与喷雾干燥出风温度为响应因子，建立了二次回归方程模型，得到制备花椒油微胶囊的最佳工艺参数：壁材占比为40%，复配壁材比（阿拉伯胶∶辛烯基琥珀酸淀粉钠）为1∶1，喷雾干燥出风温度为90 ℃，得到的花椒油微胶囊包埋率为93.54%，花椒精油收率为95.35%，并且在稳定性与感官评价方面均优于其他花椒产品。

关键词：花椒油；微胶囊；阿拉伯胶；辛烯基琥珀酸淀粉钠

中图分类号：TS225.1      文献标志码：A      文章编号：1000-9973（2024）03-0112-06

Optimization of Zanthoxylum bungeanum Maxim. Oil Microcapsule Process

WU Kai-tong1， XU Jian-zhong2，3*， QI Li-jun2，3， GAO Wei2，3， MA Qian-yun1， LUO Shuang-shuang2，3

（1.College of Food Science and Technology， Hebei Agricultural University， Baoding 071001， China;

2.Chenguang Biotech Group Co.， Ltd.， Handan 057250， China; 3.Hebei Institute of

Plant Natural Pigment Industrial Technology， Hengshui 057250， China）

Abstract： In this study， with arabic gum and starch sodium octenyl succinate as the composite wall materials， spray drying technology is used to prepare Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule. Response surface test method is used to establish a quadratic regression equation model with the embedding rate and the yield of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil as the response values， and the proportion of wall materials， the ratio of composite wall materials and the outlet air temperature of spray drying as the response factors. The best process parameters for preparing Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule are obtained： the proportion of wall materials is 40%， the ratio of composite wall materials （arabic gum∶starch sodium octenyl succinate） is 1∶1 and the outlet air temperature of spray drying is 90 ℃. The embedding rate of the obtained Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule is 93.54%， the yield of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil is 95.35%， and it is superior to other products of Zanthoxylum bungeanum Maxim. in terms of the stability and sensory evaluation.

Key words： Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil; microcapsule; arabic gum; starch sodium octenyl succinate

收稿日期：2023-08-20

作者簡介：武恺彤（1999—），女，硕士，研究方向：生物与医药。

*通信作者：徐建中（1983—），男，高级工程师，硕士，研究方向：制剂稳态化。

花椒属芸香科花椒属植物，具有特殊的强烈芳香味[1]。花椒在我国的应用已有两千余年的历史，其广泛用于调味料、香料及中药中，被誉为我国传统的“八大调味品”之一[2]。花椒中独特的“麻味”主要由花椒麻素产生，花椒麻素是一类链状不饱和脂肪酸酰胺类物质[3]。在光照强、pH低、温度高、氧气高的条件下化学性质不稳定，变化较大。

微胶囊技术是将固体、液体或气体包埋、封存在一种微型胶囊内，成為一种固体微粒产品的技术[4]。此项技术的应用不仅可改善芯材表面的性质，而且可在保护芯材不受损害的前提下阻止芯材之间的相互作用[5]。微胶囊壁材可以控制微胶囊中芯材释放出来的速度，使其缓慢释放，达到产品长期储存的效果，使产品的储存与使用更方便。

1  材料与方法

1.1  试剂与仪器

阿拉伯胶；辛烯基琥珀酸淀粉钠；β-环糊精；蔗糖；麦芽糊精；抗坏血酸；维生素E；花椒油树脂、花椒精油：晨光生物科技集团股份有限公司；大豆油；无水乙醇；石油醚。

AM110W-O电动搅拌器  上海博迅实业有限公司；L5T剪切乳化机  英国Silverson公司；GPX-1微型喷雾干燥机  上海继谱电子科技有限公司；GYB40-10S均质机  上海东华高压均质机厂；R1002B旋转蒸发仪  上海申升电子科技有限公司；DSX-242-1-1手提式高压蒸汽灭菌器  上海申安医疗器械厂。

1.2  试验方法

1.2.1  壁材的选择

分别以阿拉伯胶、辛烯基琥珀酸淀粉钠和β-环糊精为壁材，其他配方与制作条件相同，制作花椒油微胶囊，对比不同壁材对花椒油的包埋效果，以花椒精油收率与包埋率为指标选择包埋效果最好的壁材，壁材选择设计见表1。

1.2.2  花椒油微胶囊的制备

将一定量的壁材与蔗糖、麦芽糊精、抗坏血酸加入水中，在65 ℃条件下加热溶解，混合均匀得到水相，将花椒精油、花椒油树脂与大豆油在55 ℃下加热搅拌至无颗粒制得花椒油，在花椒油中加入维生素E搅拌均匀得到油相，水相以7 000 r/min高速剪切，同时加入油相与一定量的壁材，剪切均匀后得到花椒油乳液，将得到的花椒油乳液经高压均质细化，之后通过喷雾干燥使水分蒸发得到花椒油微胶囊。

1.2.3  花椒油的包埋效果

1.2.3.1  花椒油微胶囊包埋率的测定

表面油含量的测定参照石燕等[6]的方法，称取2.0 g样品加入20 mL石油醚混合搅拌3 min后过滤，将滤渣继续重复上述工作2次，将得到的滤液混合，在50 ℃下旋转蒸发至溶剂完全挥发，称重得表面油含量x。

总花椒油含量的测定参照周爱梅等[7]的方法，称取2.0 g样品加入10 mL纯水溶解，加入20 mL无水乙醇、20 mL石油醚于分液漏斗中混合静置，取上清液，重复2次石油醚萃取，将上清液混合，在50 ℃下旋转蒸发至溶剂完全挥发，称重得总花椒油含量y。

包埋率的计算公式：

包埋率（%）=（1－xy）×100%。

1.2.3.2  花椒油微胶囊收率的测定

参考GB/T 30385—2013《香辛料和调味品 挥发油含量的测定》，将花椒精油与水分一起蒸出，刻度管内花椒油和水彼此分离，冷却后读出挥发油体积。

花椒精油收率（%）=花椒油微胶囊产品花椒精油含量花椒油微胶囊产品花椒精油理论含量×100%。

花椒油微胶囊麻度的检测：先在液相色谱仪中通入内标物，得到内标物的峰面积，将溶解后的花椒油微胶囊通入液相色谱仪中，与内标物峰面积的比值即为花椒麻度的含量。

1.3  影响花椒油微胶囊制备效果的单因素试验

选取1.2.1中最优壁材继续试验，通过预试验选定单因素：壁材占比（30%、35%、40%、45%、50%）、阿拉伯胶与辛烯基琥珀酸淀粉钠的比例（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3）、喷雾干燥出风温度（70，80，90，100 ℃），检测不同条件下花椒油微胶囊的包埋率与花椒精油的收率。

1.4  响应面试验

根据单因素试验的结果，以壁材占比（A）、阿拉伯胶与辛烯基琥珀酸淀粉钠的比例（B）、喷雾干燥出风温度（C）为主要影响因素，以花椒精油收率与花椒油树脂收率R1和包埋率R2为主要响应值，运用Design-Expert 8.0.6软件设计响应面试验。响应面试验因素与水平见表2。

1.5  产品指标的检测

1.5.1  微胶囊结构

将制得的花椒油微胶囊放于载玻片上，通过光学显微镜确定花椒油微胶囊的结构特征。

1.5.2  稳定性

将花椒油微胶囊用铝箔袋包装后放入高压灭菌锅中在121 ℃下高温处理15 min，取出放至室温后，测定产品的花椒精油与花椒酰胺含量，计算花椒精油与花椒酰胺的损失率。

将花椒油微胶囊用铝箔袋包装后放入温度为40 ℃、湿度为75%的恒温恒湿箱中，定期取出测定产品的花椒精油与花椒酰胺含量，确定花椒油微胶囊的储存稳定性。

将花椒油微胶囊放于平皿中，敞口置于50 ℃温度下，每隔4 d取出检测花椒精油的含量，计算花椒精油的保留率，确定花椒油微胶囊的缓释性能与稳定性。

1.5.3  感官评定

应用花椒油微胶囊制作小酥肉，应用模糊数学法对小酥肉进行评价。由经过培训、无特殊喜好的15名专业人员对制作的小酥肉进行感官评价，分别从香气、麻感、苦味、滋味4个方面进行评价。小酥肉的感官评价标准见表3。

2  结果与分析

2.1  壁材的选择

按照1.2.3中花椒精油收率和包埋率的测定方法，对不同壁材的花椒油微胶囊进行包埋效果的检测，结果见表4。

由表4可知，花椒精油收率从大到小为辛烯基琥珀酸淀粉钠+阿拉伯胶>阿拉伯胶>辛烯基琥珀酸淀粉钠>β-环糊精+阿拉伯胶>β-环糊精+辛烯基琥珀酸淀粉钠>β-环糊精，辛烯基琥珀酸淀粉钠与阿拉伯胶复配的花椒油微胶囊花椒精油收率高于其他壁材。包埋率从大到小为辛烯基琥珀酸淀粉钠+阿拉伯胶>辛烯基琥珀酸淀粉钠>β-环糊精+辛烯基琥珀酸淀粉钠>β-环糊精+阿拉伯胶>阿拉伯胶>β-环糊精，辛烯基琥珀酸淀粉钠与阿拉伯胶复配的花椒油微胶囊的包埋率高于其他壁材。由干燥后花椒精油收率和包埋率可知辛烯基琥珀酸淀粉钠与阿拉伯胶复配的效果最好，将其选为后续试验的壁材。

2.2  响应面试验结果与分析

2.2.1  響应面试验方案与结果

依据1.3中单因素试验的结果，分别选取单因素中对花椒油微胶囊包埋率与花椒精油收率有显著影响的3个水平进行响应面试验，壁材占比（A）为35%、40%、45%，复配壁材比（B）为2∶1、1∶1、1∶2，喷雾干燥出风温度（C）为80，90，100 ℃，运用Design-Expert 8.0.6软件对结果进行分析，见表5。

2.2.2  包埋率回归模型的建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6软件对表5中数据进行回归拟合试验与方差分析，反映壁材占比、复配壁材比、喷雾干燥出风温度对包埋率的影响，方差分析表见表6。

由表6可知，一次项、二次项及交互项AB、BC对花椒油微胶囊包埋率的影响极显著。比较各因素的F值可知B>C>A，说明影响微胶囊包埋率的主要是复配壁材比，其次是喷雾干燥出风温度，壁材占比的影响最小。方差分析结果显示回归模型极显著，失拟项不显著，试验误差小，试验结果与回归模型方程的拟合程度好，由表7可知试验的可信度与准确度较高。

2.2.3  响应面交互作用分析

根据回归方程对各因素的交互作用进行分析，分别得到壁材占比、复配壁材比与喷雾干燥出风温度交互作用关系的响应面图和等高线图，见图1～图3。

响应面图和等高线图

composite wall materials on the embedding rate

由图1可知壁材占比与复配壁材比的交互作用，当壁材占比在35%～45%之间时微胶囊的包埋率先增大后减小，变化幅度明显；当复配壁材比（阿拉伯胶∶辛烯基琥珀酸淀粉钠）在1∶2～2∶1之间时包埋率逐渐增大，变化幅度明显，等高线为山丘形，壁材占比与复配壁材比的交互作用显著。

由图2可知壁材占比与喷雾干燥出风温度的交互作用，当壁材占比在35%～45%之间时微胶囊的包埋率先增大后减小，变化幅度较小；当喷雾干燥出风温度在90～100 ℃之间时包埋率逐渐增大，变化幅度较小，壁材占比与喷雾干燥出风温度的交互作用不显著。

由图3可知复配壁材比与喷雾干燥出风温度的交互作用，当复配壁材比（阿拉伯胶∶辛烯基琥珀酸淀粉钠）在1∶2～2∶1之间时微胶囊的包埋率逐渐增大，变化幅度明显；当喷雾干燥出风温度在90～100 ℃之间时包埋率逐渐增大，变化幅度明显，复配壁材比与喷雾干燥出风温度的交互作用显著。

2.2.4  收率回归模型建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6软件对表5中数据进行回归拟合试验与方差分析，反映壁材占比、复配壁材比、喷雾干燥出风温度对花椒精油收率的影响，方差分析表见表8。

由表8可知，一次项A、B、C及二次项A2、B2对花椒油微胶囊包埋率的影响极显著。比较各因素的F值可知C>B>A，说明影响微胶囊包埋率的主要是喷雾干燥出风温度，其次是复配壁材比，壁材占比的影响最小。方差分析结果显示回归模型极显著，失拟项不显著，试验误差小，试验结果与回归模型方程的拟合程度好。由表9可知，试验的可信度与准确度较高。

2.2.5  响应面交互作用分析

根据回归方程对各因素的交互作用进行分析，分别得到壁材占比、复配壁材比与喷雾干燥出风温度交互作用关系的响应面图和等高线图，见图4～图6。

由图4可知壁材占比与复配壁材比的交互作用，当壁材占比在35%～45%之间时微胶囊的花椒精油收率先增大后减小，变化幅度明显；当复配壁材比（阿拉伯胶∶辛烯基琥珀酸淀粉钠）在1∶2～2∶1之间时花椒精油收率逐渐减小，变化幅度明显，等高线为山丘形，壁材占比与复配壁材比的交互作用显著。

由图5可知壁材占比与喷雾干燥出风温度的交互作用，当壁材占比在35%～45%之间时微胶囊的花椒精油收率先增大后减小，变化幅度较小；当喷雾干燥出风温度在90～100 ℃之间时花椒精油收率逐渐增大，变化幅度较小，壁材占比与喷雾干燥出风温度的交互作用不显著。

由图6可知复配壁材比与喷雾干燥出风温度的交互作用，当复配壁材比（阿拉伯胶∶辛烯基琥珀酸淀粉钠）在1∶2～2∶1之间时花椒精油收率逐渐减小，变化幅度明显；当喷雾干燥出风温度在90～100 ℃之间时花椒精油收率逐渐增大，变化幅度明显，复配壁材比与喷雾干燥出风温度的交互作用显著。

2.2.6  最佳工艺

通过Design-Expert 8.0.6软件分析得到包埋率与花椒精油收率均较好的工艺条件：壁材占比为固形物的40%，复配壁材比（阿拉伯胶∶辛烯基琥珀酸淀粉钠）为1∶1，喷雾干燥出风温度为90 ℃。

2.3  产品物理性质

2.3.1  产品的结构与分析

由图7可知，花椒油微胶囊呈球状，中间的透明液体为被包埋的花椒油，微粒间有明显黏连，表面的阿拉伯胶具有一定的黏度，使微胶囊聚集成团，花椒油微胶囊的粒径在1 000～3 000 nm之间，完全溶解于水中，溶液呈现淡黄色。

2.3.2  稳定性数据分析

花椒油微胶囊的耐热稳定性见表10。

由表10可知，花椒油微胶囊经过高温后花椒油中的主要物质花椒精油与花椒油树脂的损失率分别为5.78%与5.21%，均低于花椒粉的损失率8.55%与10.61%，花椒油微胶囊提高了花椒产品的耐热性。

花椒油微胶囊的稳定性见图8。

Maxim. oil microcapsule

由图8可知，花椒油微胶囊放置半个月内花椒精油与花椒油树脂的损失率较小、稳定性好。

花椒油微胶囊的缓释性能见图9。

由图9可知，在50 ℃下放置20 d，花椒精油的保留率达95.08%，有较好的缓释性能，微胶囊对挥发油的包裹提高了挥发油的稳定性。

2.3.3  感官评价

对花椒油微胶囊与花椒油两者分别

制作的小酥肉进行感官评价，见表11。

由表11可知，花椒油微胶囊与花椒油相比，小酥肉在外观上无明显差异，花椒香气与麻感强度因微胶囊技术的应用得到提高，在进行油炸时微胶囊更好地保护了花椒油中的花椒香气与麻味物质，减少了花椒油中的香气成分花椒精油与麻味物质花椒酰胺在高温下的持续损失，花椒油微胶囊在加热情况下的应用效果好于花椒油。

3  结论

本研究以辛烯基琥铂酸淀粉钠与阿拉伯胶为壁材，采用喷雾干燥法制备了花椒油微膠囊，通过单因素试验与响应面试验得到适宜的工艺条件：复配壁材比（阿拉伯胶∶辛烯基琥珀酸淀粉钠）为1∶1，壁材占比为40%，喷雾干燥出风温度为90 ℃，此时包埋率为93.54%，花椒精油收率为95.35%，花椒油微胶囊有良好的储存稳定性与耐高温稳定性，在加热应用与长时间放置时都优于其他花椒产品。

参考文献：

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