幾種蛋白壁材制備紫蘇油微膠囊

鄒興平，李紅艷，李夏嘉龍，鄧澤元*

南昌大學，食品科學與技術國家重點實驗室（南昌 330047）

紫蘇籽油是從紫色唇形科植物紫蘇的干燥成熟果實中獲得，是含高度不飽和脂肪酸的天然油脂，所含油脂脂肪酸主要為α-亞麻酸，含量50%～70%，是除獼猴桃籽油外目前所發現的所有天然植物油中這種脂肪酸含量最高的[1-4]。隨著微膠囊技術的發展，利用微膠囊技術制備紫蘇籽油微囊的方法逐漸成為熱門研究方向。劉大川等[5]采用蛋白質與多糖為復合壁材對紫蘇油進行微膠囊化，其包埋率能達95%，但壁材水溶性差，使得制備條件苛刻，且需要加入大量的乳化劑形成穩定的乳液。陳琳[6]采用辛烯基琥珀酸淀粉酯為壁材制備紫蘇微膠囊粉末，該方法包埋率較高，但產品的含油率只有18%左右，該方法壁材溶解糊化需長時間熱水加熱，包埋較高含量油脂時，經噴霧干燥后得產品貨架期并不理想。試驗通過不同壁材的篩選得到一種包埋率較高且壁材處理過程簡易的微膠囊化方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

紫蘇籽油（樺南仙紫食品有限公司）；大豆分離蛋白（古神生物科技有限公司）；乳清分離蛋白、酪蛋白酸鈉（新西蘭Milk Products公司）；麥芽糊精（山東西王糖業有限公司）；單甘酯、司盤60、蔗糖酯（江蘇省南通市佳力士添加劑（海安）有限公司）。

蒸餾水（自制）；石油醚、氯仿、甲醇（上海西隴化工股份有限公司）；α-淀粉酶（阿拉丁試劑有限公司）。

1.2 儀器與設備

DJM膠體磨（上海東華高壓均質機廠）；GYM 60-6S型均質機（上海東華高壓均質機廠）；MDRP-50型噴霧塔（無錫市現代噴霧干燥機）；6890N氣相色譜（美國安捷倫公司）；Zatasizer nano zs90粒度和電位測量儀（寧波新芝生物科技股份有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 制備工藝

按配方稱取相應壁材并加入去離子水，60 ℃水浴攪拌使之充分溶解。再準確量取紫蘇油，并加入乳化劑于60 ℃水浴使其混合均勻。將制好的紫蘇油混合液勻速加入已配好的壁材溶液中，60 ℃攪拌15 min，經過膠體磨分散后再經過高壓均質后得到乳化液，再經蠕動泵進入噴霧塔，形成微膠囊顆粒[7-8]。

1.3.2 乳液平均粒徑

采用馬爾文Mastersizer Micro激光衍射粒度分布儀，通過接受和測量散射光的能量分布，測得微膠囊的粒度分布及平均粒徑。激光器波長633 nm，最小樣品體積0.75 mL；溫度25 ℃。

1.3.3 微膠囊包埋率的測定

1.3.3.1 表面油測定

準確稱取2 g左右樣品m（準確至0.001 g），至恒質量為m1（g）的三角瓶中，加入15 mL石油醚（沸程30～60 ℃），不時振蕩，提取10 min，用濾紙過濾樣品，浸提3次后用10 mL石油醚洗滌三角瓶和濾紙，合并濾液于已干燥稱質量的雞心瓶中，于30 ℃真空旋干，冷卻恒質量后稱量雞心瓶質量m2（g）[9]。

1.3.3.2 微膠囊總油測定

準確稱取2 g左右樣品（準確至0.001 g），加入2 mL去離子水并搖勻，然后再加入5 mL甲醇和2.5 mL氯仿，振蕩萃取40 min。期間不斷攪拌，最后再加入2 mL水和2.5 mL氯仿，混勻后離心分層，吸取有機層，氮吹除去有機層中氯仿，稱量所提油的質量，計算總油含量[10]。

1.3.3.3 包埋率

微膠囊包埋率按式（2）計算。

包埋效率=（總油-表面油）/總油×100% （2）

1.3.4 微膠囊產品水分

按照GB 50093—2010的105 ℃恒重法。

1.3.5 微膠囊產品休止角測定

將大孔漏斗固定于鐵架臺上，正下方放入A4紙，將微膠囊粉末緩慢均勻地從漏斗上方倒入正下方白紙上，直至所堆積錐體高度不再增高，測定錐體的底面半徑及高度，測定休止角[11]。

1.3.6 微膠囊產品松緊密度測定

將一定質量的微膠囊粉末在不施加任何外力的情況下緩慢均勻地加入帶有刻度的量筒中，測定其松體積。通過外力作用振實后，測定其緊體積。根據樣品質量和松緊體積，計算其松緊密度[12]。

1.4 統計分析

每個試驗平行分析測定3次，數值以均值±標準偏差的形式表示。方差分析采用軟件SPSS 19完成，采用Duncan多元回歸方法分析，p＜0.05為顯著性差異。

2 結果與分析

2.1 蛋白壁材種類的選擇

3種蛋白（酪蛋白酸鈉、乳清分離蛋白和大豆分離蛋白）分別與麥芽糊精1︰1復配，紫蘇油投入量占固形物的50%，乳液固形物含量為30%，將制得紫蘇油的乳液及其微膠囊產品，進行理化性質比較。

2.1.1 3種蛋白壁材所制得紫蘇油乳液粒徑分布

3種壁材制得的紫蘇油乳液粒徑分布情況如圖1所示，除酪蛋白酸鈉只有1個峰外，其余兩種壁材均出現雙峰分布。乳液粒度分布比較集中，乳液微粒粒徑主要分布在100～1 000 nm。

圖1 不同種類蛋白壁材乳液粒徑分布

2.1.2 3種蛋白壁材所制得紫蘇油乳液平均分散系數和平均粒徑對比

3種壁材所得乳液平均粒徑在281.2～299.3 nm，平均分散系數在0.153～0.184，酪蛋白酸鈉與乳清分離蛋白平均粒徑和平均分散系數差異較大，而酪蛋白酸鈉和大豆分離蛋白之間未顯示顯著性差異。

表1 3種蛋白的乳液平均分散系數和平均粒徑

2.1.3 3種蛋白壁材所制得紫蘇油微膠囊理化性質對比

3種壁材所得微膠囊表面油含量和包埋率均具有顯著性差異，酪蛋白酸鈉所制得微膠囊表面油含量最低，包埋率最高。水分、松密度、緊密度和休止角未顯示顯著性差異。

表2 不同種類蛋白壁材的微膠囊性質

2.2 乳化劑種類的選擇

油脂微膠囊中常用的乳化劑有蔗糖酯、單甘酯、司盤-60。GB 2760—2014《食品添加劑食用衛生標準》規定司盤類、蔗糖酯均可用于粉末油脂，最高添加量為2%，而單甘酯則是按生產需要添加[16-17]。

試驗將3種常用乳化劑，SP60、單甘酯和蔗糖酯分別以1︰1進行兩兩復配，總添加量為乳液固形物1%。壁材酪蛋白酸鈉與麥芽糊精質量比為1︰1，紫蘇油投入量占固形物的50%，乳液固形物含量為30%，制得紫蘇油的微膠囊產品，并對產品理化性質進行比較。

3種復配乳化劑所得微膠囊表面油含量和包埋率均具有顯著性差異，司盤-60和單甘酯復配所制得微膠囊表面油含量最低，包埋率最高。水分、松密度、緊密度和休止角未顯示顯著性差異。

表3 不同乳化劑種類的微膠囊性質

2.3 壁材比例選擇

酪蛋白酸鈉與麥芽糊精質量比分別為3︰1，2︰1，1︰1，1︰2，1︰3和1︰4，以及酪蛋白100%、固形物含量30%、紫蘇油投入量占固形物的50%，制得紫蘇油的微膠囊產品，并對產品理化性質進行比較。

隨著酪蛋白酸鈉的含量增加，微膠囊表面油和包埋率出現顯著性變化。表面油先減小后增大，包埋率先增大后減小，在酪蛋白酸鈉與麥芽糊精質量比1︰1時，達到最佳值。水分、松密度、緊密度和休止角變化未呈現明顯規律性。

表4 不同壁材比例的微膠囊性質

2.4 壁材填充劑選擇

麥芽糊精、糖漿、乳糖是在微膠囊中常用的壁材填充劑，能起到改善微膠囊微囊結構，增強微膠囊產品的流動性。酪蛋白酸鈉分別與麥芽糊精、糖漿、乳糖作為壁材，壁材比例1︰1、固形物含量30%、紫蘇油投入量占固形物的50%，制得紫蘇油的微膠囊產品，并對產品包埋率的進行比較。

3種壁材所得微膠囊表面油含量和包埋率均具有顯著性差異，酪蛋白酸鈉與玉米糖漿復配所制得微膠囊表面油含量最低，包埋率最高。水分、松密度、緊密度和休止角均未呈現顯著性差異。

表5 不同種類壁材填充劑的微膠囊性質

3 討論

結果表明，3種蛋白制備的乳液粒徑分布相似，平均粒徑在281.2～299.3 nm，平均分散系數在0.153～0.184。一般情況下粒徑越大乳液穩定性越差，平均分散系數越小，乳液微粒粒徑分布越窄[15]。乳清分離蛋白與麥芽糊精作為壁材制成的乳液，粒徑和平均分散系數最大，相應地，和其他蛋白相比乳液穩定性較差。

3種蛋白與麥芽糊精復配，酪蛋白酸鈉與麥芽糊精作為壁材時包埋效果最好；其次為大豆分離蛋白，而乳清分離蛋白包埋效果相對較差。一般來說，3種蛋白中大豆分離蛋白乳化性最差，酪蛋白酸鈉最好，而乳清蛋白在加工過程中易變性，穩定性差。微膠囊的包埋效果不僅與乳液的乳化效果有關還可能與壁材的穩定性有關。3種蛋白制備的微膠囊水分在1.8%～2.1%，且無明顯著性差異。一般情況下，微膠囊水分在5%以下均符合生產要求。3種蛋白制得的微膠囊休止角范圍為39.60°～41.29°，一般情況下微膠囊粒徑越大休止角越大，但當粒徑非常小的時候可能由于沙粒之前的庫侖力作用導致休止角異常大些，一般來說休止角≤40°即可滿足生產過程流動性需求[13-15]。

3種復配乳化劑組合中，不同組合均呈現顯著性差異，使用司盤-60和單甘酯組合效果最佳，此時表面油為1.94%，包埋率達96.11%。這可能與紫蘇油乳化所需HLB值有關，SP60和單甘酯均是HLB值較小的乳化劑，蔗糖酯則是HLB較大的乳化劑。所用壁材中酪蛋白酸鈉也具有乳化性，屬于HLB較大的乳化劑。加如兩種HLB較小的乳化劑，可能更能滿足紫蘇油乳化所需HLB值。所有乳化劑組合微膠囊產品水分均在2%以下，休止角在37.03°～40.67°、松密度和緊密度的范圍分別在0.26～0.28 g/mL和0.418～0.423 g/mL，未呈現顯著性差異。

酪蛋白酸鈉與麥芽糊精復配作為壁材時，隨著酪蛋白酸鈉含量增加，紫蘇油微膠囊的包埋效果先增加后減小，在酪蛋白酸鈉和麥芽糊精含量1︰1時微膠囊效果達到最好。一般地，在微膠囊模型中兩性大分子酪蛋白酸鈉形成壁材框架，小分子麥芽糊精起到填充作用，在一定的范圍內隨著酪蛋白酸鈉含量增加，所構建的壁材框架越牢固，形成的微膠囊壁囊越致密，微膠囊化效果越好。但酪蛋白酸鈉含量超過一定量時，可能因蛋白濃度越變大，導致乳液穩定性變差，也可能是因小分子麥芽糊精含量減少，微膠囊壁囊空隙填充的不夠好，導致微膠囊化效果變差。

麥芽糊精、玉米糖漿和乳糖3種壁材填充劑與酪蛋白酸鈉復配作為微膠囊壁材時，3種壁材制得的微膠囊包埋效果均有顯著性差異。玉米糖漿作為壁材填充劑時，微膠囊的包埋最高，表面油含量也最低。在一定條件下，壁材填充劑的分子量越小，填充效果越好，所形成的微膠囊囊壁越致密。但乳糖作為填充劑時，其包埋率反而降低，可能是由于分子量太小不足以填充大分子框架之間的間隙導致的[19-20]。

4 結論

以紫蘇油為芯材，利用乳化和噴霧干燥制備紫蘇油微膠囊。以包埋率為主要考察指標，考察酪蛋白酸鈉、乳清分離蛋白、大豆分離蛋白作為壁材，其中酪蛋白酸鈉微膠囊化效果最佳。3種乳化劑單甘酯、蔗糖酯、司盤-60，以司盤-60和單甘酯復配制得的微膠囊化效果最好。酪蛋白酸鈉與壁材填充劑質量比1︰1時，對芯材微膠囊化效果最佳。玉米糖漿作為壁材填充劑有提高包埋率的效果。