響應(yīng)面法優(yōu)化海英菜籽油微膠囊化工藝

許明君，徐振秋，董興葉（江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司，江蘇連云港222001）

響應(yīng)面法優(yōu)化海英菜籽油微膠囊化工藝

許明君，徐振秋，董興葉
（江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司，江蘇連云港222001）

為減緩海英菜籽油的氧化速度，提高穩(wěn)定性，以酪蛋白、β-環(huán)糊精為壁材，采用微膠囊-噴霧干燥法制備海英菜籽油微膠囊。通過單因素試驗(yàn)，選擇芯材含量、包埋時間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量為影響因素，包埋率為響應(yīng)值。通過響應(yīng)面分析法確定海英菜籽油微膠囊化的最佳工藝參數(shù)：芯材含量18.3%、包埋時間50.7min、β-環(huán)糊精含量41.1%、單甘脂含量50.4%，在該條件下海英菜籽油微膠囊包埋率為93.82%。

海英菜籽油；微膠囊；包埋率；響應(yīng)面

海英菜又稱堿蓬、鹽蒿、海鮮菜等［1-2］。其具有清熱解毒、降血壓、擴(kuò)張血管、預(yù)防心臟病等功效［3-6］。有研究表明：堿蓬提取出的物質(zhì)具有抗氧化活性［7］。海英菜籽油中含有較高的不飽和脂肪酸成分，極易受光和熱的影響從而分解變質(zhì)，使其功效成分和營養(yǎng)成分損失和品質(zhì)下降。因此采用微膠囊技術(shù)，對海英菜籽油行包埋處理，可將海英菜籽油與周圍環(huán)境隔開，有效地防止菜籽油中的油脂氧化，提高其穩(wěn)定性，增加儲存時間，方便生產(chǎn)運(yùn)輸。

微膠囊技術(shù)指利用成膜材料將固體、液體或氣體囊于其中，形成直徑幾十微米至上千微米的微小容器的技術(shù)［8］。油脂不易溶于水，使用及保存不方便，其中還有較多的不飽和脂肪酸易氧化酸敗，將油脂微膠囊化可以有效地防止油脂酸敗氧化［9-10］。微膠囊的制備方法可分為3類：物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法［11-13］。在國內(nèi)文獻(xiàn)中部分植物油、香精微膠囊化研究已有大量報道，但對于具有含有抗氧化，降血脂、降血壓功能的海英菜籽油方面的研究鮮有報道。

本文以海英菜籽油為芯材，β-環(huán)糊精和酪蛋白為壁材，通過中心響應(yīng)面法對影響包埋率的4個因素包括芯材含量、包埋時間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量進(jìn)行工藝優(yōu)化。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1材料與試劑

海英菜籽油：江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司自制；β-環(huán)糊精（β-cyclodextrin，β-CD）、麥芽糊精、酪蛋白：寧諾商貿(mào)有限公司。

單甘脂、吐溫-20：浙江金華有限公司；無水乙醇：GR，南京化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2主要儀器設(shè)備

B-079電子天平：Sartorius；納米高壓均質(zhì)機(jī)：廊坊通用機(jī)械有限公司；OPD-8高速離心噴霧干燥機(jī)：上海大川原干燥設(shè)備有限公司；膠體磨：溫州市七星乳品設(shè)備廠；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1海英菜籽油微膠囊的制備方法

將壁材酪蛋白，β-環(huán)糊精按照設(shè)定比例共稱取100 g，倒入燒杯中，加入1 000 mL、60℃～70℃蒸餾水溶解，將單甘脂與吐溫-20按設(shè)定的比例混合制得乳化劑。按乳化劑添加量1.5%的比例與芯材海英菜籽油混合后加入到裝有壁材溶液的燒杯中溶解，得到懸濁液，經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)30 MPa、5 min均質(zhì)，制得微膠囊乳濁液，在50℃下按設(shè)定的時間放置，將微膠囊乳濁液在進(jìn)風(fēng)溫度165℃、出風(fēng)溫度70℃、進(jìn)料速度5 mL/min的條件下噴霧干燥，得到海英菜籽油微膠囊樣品。

1.2.2海英菜籽油微膠囊包埋率的測定

1.2.2.1表面油含量的測定

稱取1 g微膠囊樣品，加入無水乙醇溶液10 mL，搖勻，將微膠囊懸濁液倒入離心管中，4 000 r/min離心15 min，取上清液5 mL，放入已經(jīng)精確稱重的稱量瓶（X1）中，將稱量瓶放入水浴鍋內(nèi)蒸餾，直至稱量瓶中的無水乙醇蒸干，將稱量瓶取出，放于干燥器內(nèi)冷卻后稱重（X2）。以Z1表示微膠囊表面油含量，則Z1=X2-X1。

1.2.2.2總油含量的測定

稱取1 g微膠囊樣品，研磨（破壁）加入無水乙醇溶液10 mL，搖勻，將微膠囊懸濁液倒入離心管中，4 000 r/min離心15 min，取上清液5 mL，放入已經(jīng)精確稱重的稱量瓶（C1）中，將稱量瓶放入水浴鍋內(nèi)蒸餾，直至稱量瓶中的無水乙醇蒸干，將稱量瓶取出，放于干燥器內(nèi)冷卻后稱重（C2）。以Z2表示微膠囊總油含量，則Z2=C2-C1。

1.3微膠囊乳濁液配制單因素試驗(yàn)

1.3.1β-環(huán)糊精在壁材中的含量的選擇

選擇β-環(huán)糊精在壁材中的含量分別為20%、30%、 40%、50%、60%，按照芯材含量15%，單甘脂在乳化劑中的含量50%、包合時間45 min的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳壁材。

1.3.2芯材含量的選擇

選擇芯材含量分別為10%、15%、20%、25%、30%，按照β-環(huán)糊精在壁材中的含量40%，單甘脂在乳化劑中的含量50%，包合時間45min的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳芯壁比。

1.3.3單甘脂在乳化劑中含量的選擇

選擇單甘脂在乳化劑中的含量分別為20%、30%、40%、50%、60%、70%，加入量1.5%，按照β-環(huán)糊精在壁材中的含量40%，單甘脂在乳化劑中的含量50%，包合時間45 min的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳乳化劑添加比例。

1.3.4包合時間的選擇

均質(zhì)時間分別選擇15、30、45、60、75 min，按照β-環(huán)糊精在壁材中的含量40%，單甘脂在乳化劑中的含量50%，芯材含量15%的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳均質(zhì)條件。

1.4微膠囊乳濁液配制的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken的中心組合設(shè)計原理，選擇芯材含量（W1）、β-環(huán)糊精含量（W2）、包埋時間（W3）、單甘脂含量（W4）四因素為自變量，包埋率為響應(yīng)值，設(shè)計四因素三水平的試驗(yàn)，并選定四因素的0水平和波動區(qū)，試驗(yàn)因素水平見表1。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

海英菜籽油微膠囊工藝單因素試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果：β-環(huán)糊精在壁材中添加量為40%時海英菜籽油包埋率最高為89.47%、芯材含量為20%時海英菜籽油包埋率最高為91.33%、單甘脂在乳化劑中添加量為50%時海英菜籽油包埋率最高為90.12%、包合時間為45 min時海英菜籽油包埋率最高為92.52%。

2.2響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

通過DesignExpert軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測海英菜籽油微膠囊工藝的最優(yōu)條件。響應(yīng)面分析因子與水平表見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析見表3。

利用DesignExpert軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到包埋率對編碼自變量W1、W2、W3和W4的二次多項(xiàng)回歸方程：包埋率=94.66-5.17W1+3.97W2+ 4.53W3+0.15W4+5.42W1W2+4.80W1W3+0.43W1W4-3.54W2W3-2.02W2W4+0.98W3W4-3.99W12-3.07W22-3.33W32-2.00W42

表1　響應(yīng)面分析因子與水平表Table 1　Factors and levels of response surface methodology

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果Table 2　Experimental design and results of extraction of response surface methodology

續(xù)表2　響應(yīng)面試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果Continue table 2　Experimental design and results of extraction of response surface methodology

由表3的方差分析可以看出該模型P＜0.05，說明響應(yīng)值對該模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，說明該模型與試驗(yàn)擬合情況良好，可以用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。根據(jù)回歸分析結(jié)果和回歸方程作出響應(yīng)曲面圖和等高線分析圖。

對模型中的回歸性系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)可以看出（見表3），該二次回歸方程的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)以及交互項(xiàng)X1X2、X1X3、X2X3、X2X4對微膠囊包埋率有顯著的影響（P＜0.05）。根據(jù)二次回歸方程各個值的絕對值大小可以得到四個因素對微膠囊包埋率的影響順序?yàn)椋盒静暮浚景駮r間＞β-環(huán)糊精含量＞單甘脂含量。

表3 回歸模型方差分析Table 3　Analysis of variance for regression model

2.2.1芯材含量、包埋時間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量間交互作用分析

如圖1所示，響應(yīng)曲面非常陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明芯材含量和β-環(huán)糊精含量之間交互作用顯著。在芯材含量一定時，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在40%附近達(dá)到最佳值；在β-環(huán)糊精含量一定時，包埋率隨著芯材含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在20%附近達(dá)到最佳值。

圖1　芯材含量和β環(huán)糊精含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.1　Response surface plot and contour map for embedding rate of core content and β-cyclodextrin content

如圖2所示，響應(yīng)曲面非常陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明芯材含量和單甘脂含量之間交互作用顯著。在芯材含量一定時，包埋率隨著單甘脂含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在50%附近達(dá)到最佳值；在單甘脂含量含量一定時，包埋率隨著芯材含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在20%附近達(dá)到最佳值。

如圖3所示，響應(yīng)曲面較為陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明單甘脂含量和β-環(huán)糊精含量之間交互作用顯著。在單甘脂含量一定時，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在50 min附近達(dá)到最佳值；在單甘脂含量一定時，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先升高后降低，在40%附近達(dá)到最佳值。

圖2　芯材含量和單甘脂含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.2　Response surface plot and contour map for embedding rate of core content and monostearin content

圖3　單甘脂含量和β-環(huán)糊精含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.3　Response surface plot and contour map for embedding rate of monostearin content and β-cyclodextrin content

圖4　包埋時間和β-環(huán)糊精含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.4　Response surface plot and contour map for embedding rateof embedding time and β-cyclodextrin content

如圖4所示，響應(yīng)曲面較為陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明包埋時間和β-環(huán)糊精含量之間交互作用顯著。在包埋時間一定時，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先升高后降低，在40%附近達(dá)到最佳值；在β-環(huán)糊精含量一定時，包埋率隨著包埋時間的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在50%附近達(dá)到最佳值。

2.3驗(yàn)證試驗(yàn)

通過程序?qū)M合方程的求解與響應(yīng)面模型預(yù)測得出微膠囊乳濁液制備的最佳工藝條件為：芯材含量18.30（取18.3）%、包埋時間50.71（取50.7）min、β-環(huán)糊精含量41.14（取41.1）%、單甘脂含量50.37（取50.4）%。根據(jù)預(yù)測最佳工藝，得到包埋率的預(yù)測值為96.63%。結(jié)合模型預(yù)測的最佳工藝條件，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測3次取平均值，測得包埋率為93.82%。驗(yàn)證結(jié)果與預(yù)測值相差接近，說明了模型與試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

3　結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)初步分析海英菜籽油噴霧干燥微膠囊工藝技術(shù)的條件影響，在此基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)，以海英菜籽油微膠囊包埋率為響應(yīng)值，以芯材含量、包埋時間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量4個因素為響應(yīng)因子建立二次回歸實(shí)際方程模型，4個因素對微膠囊包埋率的影響順序?yàn)椋盒静暮浚景駮r間＞β-環(huán)糊精含量＞單甘脂含量，經(jīng)檢驗(yàn)該方程擬合較好，說明方程成立，能達(dá)到預(yù)期的包埋目的，同時可預(yù)測其理論值。依據(jù)二次回歸模型，確定了海英菜籽油微膠囊化的最佳工藝條件：芯材含量18.3%、包埋時間50.7 min、β-環(huán)糊精含量41.1%、單甘脂含量50.4%，在該條件下海英菜籽油微膠囊包埋率為93.82%。制備的微膠囊產(chǎn)品即改變了海英菜籽油使用的局限性，同時也在不破壞其成分的及基礎(chǔ)上增加了保存時間，方便儲存和運(yùn)輸，海英菜籽油微膠囊產(chǎn)品作為食品添加劑，可以應(yīng)用于各種糕點(diǎn)、飲料、營養(yǎng)粉之中，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。對海英菜籽油的深加工具有重要意義。

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Optimization of Preparation of Rapeseed Oil Haiying Microcapsules by Response Surface Methodology

XU Ming-jun，XU Zhen-qiu，DONG Xing-ye
（Jiangsu Kanion Pharmaceutical Co.，Ltd.，Lianyungang 222001，Jiangsu，China）

In this study，the objectives were to slow the oxidatition and improve the stabilization of rapeseed oil haiying，casein and β-cyclodextrin as the wall-material，the rapeseed oil haiying was sprayed drying for microen-capsulation.On the basis of single factor：select the core content，embedding time，β-cyclodextrin content and monostearin content，This test adopted the response surface methodology to obtain the optimal parameters，the embedment rate as response value，and the results were as follows：core content 18.3%，β-cyclodextrin content 41.1%，monostearin content 50.4%and 50.7 min of embedding time.Under the optimal condition，the micro-capsules embedment rate of rapeseed oil haiying reached 93.82%.

haiying oil；microcapsules；embedment；response surface

2015-10-08

許明君（1987—），男（漢），助理工程師，碩士，研究方向：保健食品。