桃膠-明膠復合凝聚法制備紫蘇籽油微膠囊研究

袁發滸

(江漢大學醫學院，湖北 武漢 430056;武漢輕工大學生物與制藥工程學院，湖北 武漢 430023)

陳婷,黃強,馮涵,左正宇,劉志國

(武漢輕工大學生物與制藥工程學院，湖北 武漢 430023)

桃膠-明膠復合凝聚法制備紫蘇籽油微膠囊研究

袁發滸

(江漢大學醫學院，湖北 武漢 430056;武漢輕工大學生物與制藥工程學院，湖北 武漢 430023)

陳婷,黃強,馮涵,左正宇,劉志國

(武漢輕工大學生物與制藥工程學院，湖北 武漢 430023)

[摘要]為了提高紫蘇(Perilla frutescens (L.) Britt)籽油的穩定性，以桃膠-明膠為壁材、紫蘇籽油為芯材、轉谷氨酰胺酶為固化劑，采用復合凝聚法制備紫蘇籽油微膠囊，研究了壁材組成、芯壁比、壁材濃度、pH、攪拌速度、乳化速度等因素對微膠囊形成的影響，確定其最佳工藝為:桃膠∶明膠重量比為1∶1，芯壁比為1∶1，壁材濃度為1.25%，pH為4.3，攪拌速度為300r/min，乳化速度12000r/min。通過對所得產品的包埋率、溶解度、貯藏穩定性等指標進行測定評估，結果發現復合凝聚法制備的紫蘇籽油微膠囊包埋率達到90%，溶解度達到75%，15d后的過氧化值降低2.6倍，可為紫蘇油在食品中的廣泛應用提供參考依據。

[關鍵詞]紫蘇(Perilla frutescens (L.) Britt)籽油；復合凝聚；微膠囊；工藝

紫蘇(Perillafrutescens(L.) Britt)為唇形科草本一年生植物，是國家批準的食藥兼用植物,在醫藥、食品、化工等領域有著重要的開發價值[1，2]。紫蘇籽含油量一般為30%～51%，其中人體必須的α-亞麻酸含量高達60%左右[3]。α-亞麻酸是ω-3長鏈多不飽和脂肪酸的前體物質，在人體內可以轉化生成具有重要生理作用的物質——二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。長期食用紫蘇籽油對調節人體新陳代謝、預防和治療心腦血管疾病及高血脂有很好的效果[4～7]。因此，紫蘇籽油被認為是潛在的功能性脂質。但是，紫蘇籽油高不飽和的化學特性使其在加工運輸過程中極易被氧化，使得其在商品領域中的應用受到限制。

采用微膠囊技術包埋油脂，可以抑制其中不飽和脂肪酸的氧化，延長產品的貯藏期[8]。目前，國內外對油脂微膠囊化的方法主要有噴霧干燥法、環糊精包埋法及復合凝聚法[8，9]。噴霧干燥法制備微膠囊工藝簡單、利于工業化生產，但芯材物質易吸附于微膠囊表面破壞其風味，產品的貨架期短。環糊精包埋法載量很低，受限于被包埋芯材的極性和大小。而復合凝聚法制備出的微膠囊具有高產率、高載量，是一種較實用的方法。復合凝聚法包括乳化、復合凝聚、凝膠化、固化4個階段。該方法制備條件溫和，微膠囊經固化后囊壁結構十分穩定，能夠耐受高溫、高濕，具有優良的緩釋特性。

桃膠系桃或山桃等薔薇科植物分泌出來的膠質物質,屬多糖類物質[10]。最新研究發現，桃膠多糖與阿拉伯膠多糖的組成類似[11，12]。我國桃膠資源十分豐富，利用價廉易得的桃膠替代昂貴的阿拉伯膠有著重要意義。本研究以桃膠替代目前復合凝聚法普遍采用的阿拉伯膠，以桃膠-明膠為壁材，以轉谷氨酰胺酶為固化劑，制備復合凝聚紫蘇籽油微膠囊，研究了壁材組成、芯壁比、pH、攪拌速度、乳化速度等因素對微膠囊形成的影響，并對所得產品的包埋率、溶解度、貯藏穩定性等指標進行了評價，為粉末狀紫蘇籽油在食品中的應用提供了一定理論基礎。

1材料與方法

1.1主要原料

冷榨紫蘇籽油：吉林省通化縣紅潤山珍食品有限公司產品；食用明膠：鄭州博研生物科技有限公司產品；桃膠粉：山東鼎力膠業有限公司產品；轉谷氨酰胺酶(TG酶)：深圳恒生生物科技有限公司產品。其他試劑均為國藥集團化學試劑有限公司產品。

1.2主要儀器設備

懸臂式攪拌器(RW20.N)：廣州儀科實驗室技術有限公司生產；高速分散均質機(FJ-200)：上海標本模型廠生產；電熱恒溫水浴鍋(HH.S11-2-S)：上海圣科儀器有限公司生產；電熱恒溫鼓風干燥箱(DHG-9140A)：上海精宏儀器有限公司生產；pH計(PHS-3C)：上海雷磁設備有限公司生產；冷凍干燥機(LGJ-10)：上海安亭科學儀器廠生產；生物顯微鏡(CX23)：奧林巴斯(中國)有限公司生產。

1.3工藝流程

配制一定比例的桃膠、明膠溶液，溶解后按比例加入紫蘇籽油，再用高速分散均質機進行乳化，倒入三口燒瓶中40°C恒溫攪拌，醋酸調節pH至所需值，進行復合凝聚反應一段時間后，降溫至15°C，用氫氧化鈉調節pH至6.0，加入轉谷氨酰胺酶進行固化，反應2.5h后停止攪拌，固化12h，過濾洗滌沉淀后得到微膠囊濕囊，將微膠囊濕囊倒入培養皿中，放入冰箱中冷藏過夜，經真空干燥機冷凍干燥即得到粉末狀紫蘇油產品。

1.4試驗方法1.4.1微膠囊制備工藝單因素試驗

分別測定不同壁材組成(桃膠∶明膠的比例分別為0.50∶1.50、0.75∶1.25、1.00∶1.00、1.25∶0.75、1.50∶0.50)、芯壁比(1∶2、1∶1、2∶1)、壁材濃度(0.75%、1.00%、1.25%、1.50%、1.75%)、pH(3.0、3.5、4.0、4.5)、攪拌速度(100、300、500、700r/min)、乳化速度(6000、8000、10000、12000r/min)下的微膠囊產率，確定各單因素的最佳水平。

1.4.2復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率測定

將紫蘇籽油微膠囊樣品放入燒杯中，用少量的蒸餾水分散均質后轉移至圓底燒瓶中，加入一定量的蒸餾水進行水蒸氣蒸餾，使燒瓶中溶液澄清至油柱高度恒定為止，待油柱冷卻后讀取油柱體積，按如下公式計算產率。

式中:m為反應得到的復合凝聚微膠囊的總質量,g；v為反應加入的紫蘇籽油總體積,L；m′為水蒸汽蒸餾取用的濕復合凝聚紫蘇籽油微膠囊的質量,g；v′為將質量為的濕復合凝聚紫蘇籽油微膠囊蒸餾后所得油的體積,L。

1.4.3復合凝聚紫蘇籽油微膠囊形態觀察及粒徑測定

取一滴固化后的復合凝聚紫蘇籽油微膠囊懸浮液，將其放在載玻片上用顯微鏡觀察并拍照，放大倍數100倍。對拍攝的照片選取約50個目標，測定其平均粒徑并作統計分析。

1.4.4復合凝聚紫蘇籽油微膠囊溶解度測定

稱取紫蘇油微膠囊約5.0g于50mL離心管中，加入適量25～30℃的蒸餾水，加蓋充分震蕩溶解5min后，置于離心機中，以1000r/min轉速離心10min，傾去上清液，在離心管中再加入適量25～30℃水，充分震蕩溶解5min，離心10min后傾去上清液，重復此步驟至沉淀物不再溶解為止，用少量水將沉淀洗入已知重量的稱量皿中，先在沸水浴上蒸干水分，再移入烘箱中105℃干燥至恒重。

1.4.5復合凝聚紫蘇籽油微膠囊的貯藏穩定性

將冷凍干燥制備的微膠囊產品及紫蘇油均勻地鋪在錐形瓶底，放入恒溫箱中65℃進行油脂的加速氧化實驗，每隔24h以硫代硫酸鈉法測1次過氧化值[13]，第10d后，每隔120h測定1次，直至第30d。

2結果與分析

2.1壁材組成對復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率的影響

圖1所示為不同壁材組成下的復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率。由圖1可見，隨著桃膠所占比例的增加，產率先升高后降低。當桃膠∶明膠的比例至1∶1時，復合凝聚微膠囊的產率最高達到87.9%。當桃膠比例繼續增加時，產率開始逐漸下降，可能是形成的復聚物較少，芯材不能很好地被壁材包埋，導致芯材在制備過程中損失，使得產率下降。綜合考慮成本及產率，選擇桃膠明膠比例為1∶1。

圖1　不同壁材組成下的復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率

2.2芯壁比對復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率的影響

隨著芯壁比增加，復合凝聚紫蘇籽油微膠囊平均粒徑逐漸增加，形態由球狀變得不規則。當芯壁比為1∶2時，形成球狀微膠囊，但粒徑較小(50μm以內)。當芯壁比從1∶2上升至1∶1時，分散體系中芯材乳狀液滴數量顯著增加，因此形成的單核微膠囊數量也相應增加，更多的單核微膠囊彼此相互碰撞聚集成粒徑較大(65μm以內)的球狀多核微膠囊。當芯壁比為2∶1時，出現了不規則的多核微膠囊，由于已經形成的數量眾多的、大的球狀多核微膠囊之間發生碰撞，壁材破裂，重新組合成不規則的、粒徑更大(72μm以內)的多核微膠囊，但是體系中仍有少數未破壞的球狀多核微膠囊存在。芯壁比為1∶1時，制備的復合凝聚微膠囊球形度完好，大小均一，內部芯材分布均勻。因此，以桃膠:明膠為壁材制備球狀多核復合凝聚紫蘇籽油微膠囊的芯壁比確定為1∶1。

2.3壁材濃度對復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率的影響

在復合凝聚階段隨著壁材濃度的增加，微膠囊的形態由球形變得不規則，平均粒徑由逐漸增大再到減小；同時，體系粘度增加，復合凝聚物量也以相同的比例增加，芯壁比保持不變，芯材的量也同比率增加，因此產率略有增加(圖2)。當壁材濃度為1.25%時，微膠囊的具有較高的球形度，芯材在微膠囊中的分布也較為均一。因此，以桃膠明膠為壁材制備復合凝聚紫蘇油微膠囊的壁材濃度為1.25%較為適宜。

圖2　不同壁材濃度下的復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率

2.4攪拌速度對復合凝聚紫蘇籽油微膠囊性質的影響

隨著攪拌速度的增加，微膠囊的粒徑減小。攪拌速度為100r/min時，復合凝聚紫蘇籽油微膠囊具有較大的粒徑，平均粒徑為150μm，微膠囊的含油量不均勻。當攪拌速度增加到300r/m時，微膠囊的粒徑減小，此時微膠囊的平均粒徑為70μm，乳狀液的穩定性增強，不同粒徑的球狀多核微膠囊的含油量的差別較小，粒徑均一，表面光滑。攪拌速度升至500r/min時，平均粒徑減少到45μm，可以看到球狀的微膠囊，但內部含油量也減少。當攪拌速度增加到700r/min時，微膠囊呈不規則形，且微膠囊的平均粒徑減少到30μm。當攪拌速度增加時，產率和載量均略有下降。可能是在高速攪拌條件下，復合凝聚物不能充分沉積在油滴表面，使得包埋率降低，產率和載量下降。因此，以桃膠-明膠為壁材制備球狀多核復合凝聚紫蘇籽油微膠囊的較為合適的攪拌速度為300r/min。

2.5pH對復合凝聚紫蘇籽油微膠囊性質的影響

當pH為4.5時，可形成單核微膠囊或不規則多核的微膠囊，也有少量不含芯材的空復合凝聚物。當pH降到4.0時，微膠囊的形狀由不規則狀變成球狀，粒徑增大(由20μm增加到70μm)。當pH由4.0降到3.5時，微膠囊的粒徑減小(由70μm減小到35μm)。但在pH下降的過程中，微膠囊產率的變化并不大(圖3)。

圖3　不同pH下的復合凝聚紫蘇籽油微膠囊產率

2.6乳化速度對復合凝聚紫蘇籽油微膠囊形態及性質的影響

乳化速度6000r/min乳化時，乳化效果差，所形成的微膠囊芯材分布不均勻，芯材乳狀液滴上浮，使得壁材不能完全包埋芯材。隨著乳化速度的升高，乳化液穩定性越好，因為乳化液經充分均質后，油滴變得很小而且均勻地分散在溶液中，壁材能夠均勻地分布在小油滴周圍，從而形成較為穩定的乳化液。轉速過大不利于對油相進行包裹，且容易使包覆紫蘇籽油的微膠囊破裂，包埋率下降。故選擇乳化速度為12000r/min。

2.7微膠囊效果的評價

通過上述最佳工藝制備的紫蘇籽油微膠囊經冷凍干燥后所得的微膠囊產品，測定后可知其包埋率為90%，溶解度達到75%。由微膠囊的貯藏穩定性測定結果(圖4)可以看出，隨著放置時間的延長，紫蘇籽原油與微膠囊冷凍干燥粉均表現出過氧化值增長的趨勢，紫蘇籽原油由于沒有壁材的包埋，直接與外界環境接觸，氧化速率快，過氧化值迅速增大。而復合凝聚微膠囊化對紫蘇籽油具有很好的保護作用，減少其與光照和氧氣接觸的機會，有效緩解氧化破壞，較未包埋的紫蘇籽原油，其穩定性得到很大提高。因此，經過復凝聚法包埋的紫蘇籽油儲藏期延長，有效降低了紫蘇籽油的氧化變質。

圖4　微膠囊產品在貯藏過程中過氧化值的變化

3結論

對桃膠-明膠復合凝聚紫蘇籽油微膠囊的制備工藝進行了研究，確定了微膠囊的最佳制備工藝為:桃膠明膠比例為1∶1，芯壁比為1∶1，壁材濃度為1.25%，pH為4.3，攪拌速度為300r/min，乳化速度12000r/min。采用轉谷氨酰胺酶作為固化階段的改良劑，取代常用的甲醛、戊二醛等有毒試劑，使復凝聚法制備的微膠囊產品應用在食品行業成為可能。所得產品包埋率高、穩定性好，可為紫蘇油在食品中的廣泛應用提供參考依據。

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[收稿日期]2016-02-23

[作者簡介]袁發滸( 1988-) ，男，碩士，主要從事脂質營養與安全研究。通信作者:劉志國，zhiguo_l@126.com。

[中圖分類號]TS225.1+9

[文獻標識碼]A

[文章編號]1673-1409(2016)15-0069-05

[引著格式]袁發滸，陳婷,黃強,等.桃膠-明膠復合凝聚法制備紫蘇籽油微膠囊研究[J].長江大學學報(自科版) ，2016，13(15)：69～73.