獼猴桃籽油微膠囊的制備及其品質(zhì)研究

王冰清，陳加蓓，胡 疊，陳功錫

(1.吉首大學(xué) 植物資源保護(hù)與利用湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 吉首 416000；2.吉首大學(xué) 生物資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖南 吉首 416000)

獼猴桃為獼猴桃科獼猴桃屬多年生藤本植物果實(shí)的總稱，民間統(tǒng)稱陽桃、羊桃、藤梨等，是一類形態(tài)特別、營養(yǎng)豐富、風(fēng)味鮮美的特色水果。獼猴桃籽作為獼猴桃加工的副產(chǎn)品，含油量 23.50%～28.85%，最高可達(dá) 35.62%，獼猴桃籽油中α-亞麻酸含量高達(dá)63.99%[1]。α-亞麻酸是一種多元不飽和脂肪酸，易受空氣中的氧氣、水分、光照等環(huán)境因素的影響而發(fā)生氧化反應(yīng)，使油脂酸敗變質(zhì)，從而縮短了油脂的貯存時(shí)間。為了解決油脂的貯存問題，急需尋找一種好的方法來延長油脂的貯存期。

微膠囊是一種能包埋和保護(hù)某些物質(zhì)的具有聚合物壁殼的微型“容器”，能夠?qū)怏w、液體或固體包裹形成微粒[2-3]，使被包埋的物質(zhì)免受外界因素如光、氧氣、溫度、濕度的影響，掩蔽不良?xì)馕禰4-6]，在科研和生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用。雖然目前關(guān)于油脂微膠囊的研究較多，但主要集中在揮發(fā)性油脂微膠囊制備方面，對非揮發(fā)性油脂微膠囊制備方面只有蘇子油[7]、胡麻籽油[8]、牡丹籽油[9]、山核桃油[10]、獼猴桃籽油[11]等少量報(bào)道，且主要集中在噴霧干燥法制備油脂微膠囊的工藝研究上，對制備出的微膠囊性能品質(zhì)研究較少，尤其還未見利用其他方法制備非揮發(fā)性油脂微膠囊的報(bào)道。噴霧干燥法、分子絡(luò)合法都是常用的微膠囊制備方法。噴霧干燥法雖然操作簡單、可大規(guī)模生產(chǎn)，但是生產(chǎn)過程中對設(shè)備要求比較高，會增加成本；比較而言，分子絡(luò)合法具有操作簡單、實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件要求不高并且包埋效果較好等優(yōu)點(diǎn)。本文擬以β-環(huán)糊精為壁材，以獼猴桃籽油為芯材，采用分子絡(luò)合法中的飽和水溶液法，制備獼猴桃籽油微膠囊，并對制備工藝進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對微膠囊的品質(zhì)進(jìn)行研究，以期得到最佳的微膠囊產(chǎn)品，為亞麻酸產(chǎn)業(yè)和獼猴桃產(chǎn)業(yè)的深入開發(fā)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

獼猴桃籽油(芯材)：來自湘西“米良一號”美味獼猴桃基地采購的果實(shí)，經(jīng)超臨界CO2萃取獲得，其亞麻酸含量為63.99%，湘西老爹生物有限公司提供。

β-環(huán)糊精(壁材)，AR級；硫代硫酸鈉、無水碳酸鈉、碘化鉀、可溶性淀粉、石油醚(沸程30～60℃)、無水乙醚、無水乙醇、氨水、冰乙酸、三氯甲烷，均為分析純。

DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，DZF-6050型真空干燥箱， SHZ-D(Ⅲ)型循環(huán)水真空泵，EyelaOSB-2100型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，TDZ4臺式離心機(jī)，HH恒溫水浴鍋，101-0AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱，JA1003電子分析天平，生物學(xué)顯微鏡。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 獼猴桃籽油微膠囊制備工藝

采用飽和水溶液法[12-13]。取β-環(huán)糊精加入15倍去離子水中，加熱溶解，降至一定溫度。準(zhǔn)確量取一定量的獼猴桃籽油，加入15倍無水乙醇溶解，再勻速逐滴加入β-環(huán)糊精飽和水溶液中，以 300 r/min 轉(zhuǎn)速于磁力攪拌器上攪拌一定時(shí)間后，置于4℃冰箱中靜置24 h，真空抽濾，濾餅先用適量去離子水沖洗，再用石油醚多次洗滌，洗去未被包埋的β-環(huán)糊精和獼猴桃籽油，觀察抽濾瓶中的溶液，直到滴下的液體呈現(xiàn)澄清透明，然后將所得濾餅置于60℃真空干燥箱中干燥24 h，即可得到獼猴桃籽油微膠囊。

1.2.2 獼猴桃籽油微膠囊包埋效果評價(jià)

獼猴桃籽油微膠囊包埋效果包括微膠囊的包埋率和產(chǎn)率[12]。包埋率為獼猴桃籽油微膠囊包埋的芯材質(zhì)量與制備時(shí)投放的芯材質(zhì)量之比[13]；包埋產(chǎn)率為獼猴桃籽油微膠囊質(zhì)量與制備時(shí)投放的壁材芯材質(zhì)量和之比，即微膠囊得率。

1.2.2.1 包埋率的測定

采用堿性乙醚法[14]。 準(zhǔn)確稱取獼猴桃籽油微膠囊(m)置于加塞三角瓶中，加 60℃熱水 30 mL，使樣品充分溶解分散，再加3 mL 氨水，置于60℃恒溫水浴中加熱 5 min，再振搖 2 min，加 30 mL無水乙醇，混合，于冷水中冷卻后再加 50 mL 無過氧化物的乙醚，塞上塞子，振搖 30 s，小心開塞，放出氣體，再加入50 mL 石油醚，再振搖30 s，靜置 30 min，使其分層，取上層溶液于已恒重的燒瓶中(m1)，蒸干，回收石油醚和乙醚，放入 70～80℃真空干燥箱中1.5 h，取出置于干燥器中冷卻到室溫后，稱重(m2)。

式中：ρ為獼猴桃籽油的密度；V為加入的獼猴桃籽油的體積，mL。

1.2.2.2 微膠囊產(chǎn)率的測定

式中：m3為加入的β-環(huán)糊精的質(zhì)量，g。

1.2.3 獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)評價(jià)

1.2.3.1 感官狀態(tài)觀察

由無感官缺陷的10位評審，運(yùn)用感官評定方法評定獼猴桃籽油微膠囊的氣味、色澤、組織狀態(tài)等感官性狀。

1.2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)觀察

觀察其顆粒形狀、粒徑分布情況和表面結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行拍攝。

1.2.3.3 理化特性分析

水分含量的測定，參照 GB 5009.3—2016方法；密度的測定，參照文獻(xiàn)[15]的方法；溶解度的測定，參照文獻(xiàn)[16]的方法。

1.2.3.4 貯藏氧化穩(wěn)定性研究

根據(jù)Schaal烘箱法[17]，將經(jīng)優(yōu)化工藝制備的獼猴桃籽油微膠囊與獼猴桃籽油置于(62±1)℃條件下進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，每隔24 h取樣測定獼猴桃籽油和獼猴桃籽油微膠囊7 d內(nèi)的過氧化值的變化。過氧化值的測定參照GB 5009.227—2016。獼猴桃籽油微膠囊的破壁提油方法參考1.2.2.1。

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 壁油比的確定

在包埋時(shí)間60 min、包埋溫度35℃條件下，分別采用壁油比為1∶1、3∶1、5∶1、7∶1、9∶1對獼猴桃籽油進(jìn)行包埋，考察不同壁油比對獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)率及包埋率的影響，結(jié)果如圖1所示。

圖1 壁油比對包埋效果的影響

由圖1可知，壁油比對微膠囊包埋率的影響明顯，對微膠囊產(chǎn)率的影響較小。當(dāng)壁油比小于3∶1時(shí)，隨著壁油比的升高，獼猴桃籽油微膠囊的包埋率顯著升高；當(dāng)壁油比為3∶1時(shí)，包埋率達(dá)到最大值，包埋效果最好，之后隨著壁油比的增大，包埋率緩慢下降；當(dāng)壁油比超過7∶1時(shí)，包埋率迅速降低，微膠囊產(chǎn)率變化一直趨于平穩(wěn)。當(dāng)壁油比過低時(shí)，β-環(huán)糊精不足以包埋所有的獼猴桃籽油，因此包埋效果較差；當(dāng)壁油比過高時(shí)，由于β-環(huán)糊精分子之間相互競爭作用，β-環(huán)糊精的空腔不能全部被填滿，包埋率降低。因此，當(dāng)壁油比為3∶1時(shí)，包埋效果最佳。

2.1.2 包埋時(shí)間的確定

在壁油比3∶1、包埋溫度35℃條件下，分別在包埋時(shí)間30、60、90、120、150 min的條件下制備獼猴桃籽油微膠囊，考察不同包埋時(shí)間對獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)率及包埋率的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 包埋時(shí)間對包埋效果的影響

由圖2可知：包埋時(shí)間小于90 min時(shí)，隨著包埋時(shí)間的延長，獼猴桃籽油微膠囊包埋率和產(chǎn)率隨之升高；當(dāng)包埋時(shí)間達(dá)到90 min時(shí)，包埋率和產(chǎn)率達(dá)到最大值；之后隨著包埋時(shí)間的延長包埋率和產(chǎn)率開始下降。包埋時(shí)間過短時(shí)，β-環(huán)糊精與獼猴桃籽油接觸不充分，獼猴桃籽油未能完全被β-環(huán)糊精所包埋，因此包埋率較低；包埋時(shí)間過長時(shí)，在不斷攪拌的狀態(tài)下，氫鍵斷裂，β-環(huán)糊精與獼猴桃籽油之間的疏水作用可能被破壞[18]。因此，當(dāng)包埋時(shí)間為90 min時(shí)，包埋效果最佳。

2.1.3 包埋溫度的確定

在壁油比3∶1、包埋時(shí)間60 min條件下，分別在包埋溫度25、30、35、40、45℃條件下制備獼猴桃籽油微膠囊，考察不同包埋溫度對獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)率及包埋率的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 包埋溫度對包埋效果的影響

由圖3可知，包埋溫度對微膠囊包埋率以及產(chǎn)率的影響非常顯著。隨著包埋溫度的升高，微膠囊包埋率和產(chǎn)率先增大后逐漸降低，包埋率和產(chǎn)率分別在35℃和30℃時(shí)達(dá)到最大值。這是由于當(dāng)包埋溫度較低時(shí)，β-環(huán)糊精在水中的溶解度較小，沒有較多分子狀態(tài)的β-環(huán)糊精包埋獼猴桃籽油，包埋率較低，在包埋溫度升高到35℃時(shí)，此時(shí)溫度適宜，包埋率和微膠囊產(chǎn)率都相對較高，包埋效果最佳，當(dāng)繼續(xù)升高溫度，體系的熱量不斷增加，可能會導(dǎo)致包埋反應(yīng)朝著反方向進(jìn)行[19]，影響包埋效果。因此，選擇包埋溫度為35℃，此時(shí)包埋效果最好。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以壁油比、包埋時(shí)間、包埋溫度為因素，以綜合評分(綜合評分=(包埋率×0.7+微膠囊產(chǎn)率×0.3)×100)為指標(biāo)，采用L9(34)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化獼猴桃籽油微膠囊的制備工藝條件。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表1，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果見表2。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

由表2可知，影響獼猴桃籽油微膠囊包埋效果的因素主次順序?yàn)镃>A>B，即包埋溫度>壁油比>包埋時(shí)間，最優(yōu)組合條件是A2B2C1，即壁油比為 4∶1、包埋時(shí)間為90 min、包埋溫度為30℃，此時(shí)包埋率為74.52%，微膠囊產(chǎn)率為79.33%，綜合評分為75.96。

2.3 微膠囊品質(zhì)評價(jià)

2.3.1 感官狀態(tài)

實(shí)驗(yàn)所得的獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品為淡黃色粉末狀固體，無結(jié)塊、雜質(zhì)，流動性良好，無異常氣味。

2.3.2 微觀結(jié)構(gòu)

在200倍與400倍生物學(xué)顯微鏡下觀測，所得獼猴桃籽油微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)如圖4所示。

由圖4可知，獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品大體上呈現(xiàn)圓球形、橢球形，大小不是非常均一，這可能是由于制片時(shí)獼猴桃籽油微膠囊沒有完全分散。同時(shí)在400倍顯微鏡下觀察，獼猴桃籽油微膠囊內(nèi)部的空腔充滿了獼猴桃籽油，說明制備的獼猴桃籽油微膠囊對猴桃籽油具有較好的包埋效果。

2.3.3 物理特性

所制備的獼猴桃籽油微膠囊產(chǎn)品的水分含量為4.76%，較為干燥；密度為0.44 g/cm3；溶解度為92.55%，復(fù)溶性能較好。

2.3.4 貯藏氧化穩(wěn)定性

對獼猴桃籽油與獼猴桃籽油微膠囊在(62±1)℃條件下進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，7 d內(nèi)的過氧化值變化情況如圖5所示。

圖5 獼猴桃籽油微膠囊化前后過氧化值對比

由圖5可知，在(62±1)℃加速氧化條件下，初始階段獼猴桃籽油過氧化值的變化較緩慢，前5 d過氧化值由5.75 mmol/kg上升到15.75 mmol/kg，上升10 mmol/kg，5 d后，獼猴桃籽油的過氧化值急速增加，7 d時(shí)過氧化值上升到25.50 mmol/kg，而獼猴桃籽油微膠囊過氧化值的變化一直比較緩慢，保持在10 mmol/kg以下。這可能是由于獼猴桃籽油本身含有少量抗氧化物質(zhì)[20]，在初始階段，起到了抗氧化作用，阻止獼猴桃籽油過氧化值的急速增加，當(dāng)抗氧化物質(zhì)被完全氧化后，獼猴桃籽油失去了抗氧化物質(zhì)的保護(hù)，過氧化值急劇升高。而獼猴桃籽油微膠囊表面有一層壁材膜的保護(hù)，能夠阻止空氣中的氧氣、水分與油脂的接觸，這有效減緩了獼猴桃籽油被氧化的速率，因此獼猴桃籽油微膠囊化能夠顯著延長油脂的貯存期。

2.4 討論

(1)噴霧干燥法和分子絡(luò)合法都是常用的微膠囊制備方法。相比姚茂君等[11]采用噴霧干燥法制備獼猴桃籽油微膠囊而言，本研究采用分子絡(luò)合法制備獼猴桃籽油微膠囊，其對設(shè)備要求不高且包埋效果更好，更能夠適合實(shí)際生產(chǎn)需要。而本文選擇β-環(huán)糊精作為分子絡(luò)合法包埋壁材是因?yàn)棣?環(huán)糊精是由D-葡萄糖七分子進(jìn)行環(huán)狀聯(lián)結(jié)而成的化合物，具有一個(gè)相對疏水的中心和一個(gè)相對親水的表面[21]，能將獼猴桃籽油包埋在中央，無毒、熱穩(wěn)定且不與芯材獼猴桃籽油發(fā)生反應(yīng)[22]，相對于其他包埋壁材如淀粉、麥芽糊精、蛋白質(zhì)和殼聚糖等，能更好地保護(hù)芯材，延長芯材的貯藏時(shí)間[23]。

(2)通過對分子絡(luò)合法制備獼猴桃籽油微膠囊的工藝進(jìn)行研究，可為亞麻酸微膠囊產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供參考。但本研究在實(shí)驗(yàn)室中完成，針對工業(yè)化生產(chǎn)中成本、設(shè)備、安全、環(huán)保等問題，在進(jìn)一步優(yōu)化工藝條件和參數(shù)方面仍需要不斷探索和努力。比如本研究實(shí)驗(yàn)中針對微膠囊制備工藝中將抽濾后的濾餅多次用石油醚洗滌這一操作環(huán)節(jié)，在實(shí)際操作過程中，還可以考慮采用價(jià)格更加低廉、安全程度更高的無水乙醇替代，也可考慮將濾餅用石油醚攪拌溶解后真空抽濾，如此重復(fù)2～3次，再用去離子水多次洗滌抽濾，最終達(dá)到徹底洗去未被包埋的β-環(huán)糊精以及粘附在微膠囊表面的獼猴桃籽油的目的。

3 結(jié) 論

以β-環(huán)糊精為壁材、獼猴桃籽油為芯材制備獼猴桃籽油微膠囊，并通過單因素實(shí)驗(yàn)、正交實(shí)驗(yàn)對獼猴桃籽油微膠囊的制備工藝進(jìn)行優(yōu)化。得到的最佳制備工藝條件為壁油比4∶1、包埋時(shí)間90 min、包埋溫度30℃，在此工藝條件下制備所得的獼猴桃籽油微膠囊包埋率為74.52%，產(chǎn)率為79.33%，包埋效果良好。在最佳工藝條件下制備的獼猴桃籽油微膠囊為淡黃色粉末狀固體，流動性良好，微觀上呈圓球形、橢球形。微膠囊化處理能夠有效避免獼猴桃籽油與外界環(huán)境接觸，防止被氧化，延長獼猴桃籽油的貯存期，較好地解決獼猴桃籽油中亞麻酸等不飽和脂肪酸的貯存等問題，有利于研制出更多更適宜的亞麻酸新產(chǎn)品。