中老年配方乳粉功能油脂微膠囊特性研究

（1.浙江科技學(xué)院乳制品研究院，杭州310023；2.貝因美嬰童食品股份有限公司，杭州310000）

黃熙鶯1，儲(chǔ)小軍2，熊旺1，尉鑫欣1，王靜靜1，何光華2，肖功年1

0 引 言

多不飽和脂肪酸（PUFAs）是中老年配方乳粉主要特征營(yíng)養(yǎng)元素之一[1-3]，調(diào)配ω-6/ω-3比例的功能性油脂研究其功能意義顯著。然而，PUFAs由于含較多不飽和雙鍵易發(fā)生氧化失去生理功能，且一旦氧化易形成腐敗氣味和危害人體健康的小分子化合物，如醛、酮等，限制了其應(yīng)用范圍。微膠囊技術(shù)日益成為將許多營(yíng)養(yǎng)保健品和風(fēng)味成分輸送到食品基質(zhì)中的重要技術(shù)[4-7]，可改善成分的氧化穩(wěn)定性同時(shí)提高功能可用性。近年來(lái)，中老年乳粉是脂肪酸較好的載體，據(jù)報(bào)道不同的ω-3和ω-6長(zhǎng)鏈PUFAs對(duì)中老年的記憶功能有顯著影響[8]，利用噴霧干燥法制備功能性油脂微膠囊，研究其性質(zhì)為功能性油脂的開(kāi)發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料與試劑

DHA藻油（DHA≥40%）；花生四烯酸油脂（ARA≥40%）；乳清蛋白粉；麥芽糊精；大豆卵磷脂；阿拉伯膠（食品級(jí)）；溴化鉀（光譜級(jí)）；37種脂肪酸甲酯混標(biāo)；三氟化硼甲醇溶液（色譜級(jí)）；甲醇（色譜級(jí)）；其他試劑均為國(guó)產(chǎn)分析純級(jí)。

1.2 儀器與設(shè)備

GC2014氣相色譜儀，中國(guó)島津企業(yè)管理有限公司；AH 100B高壓均質(zhì)機(jī)，ATS工業(yè)系統(tǒng)有限公司；ER-150實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)，上海易研實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；Nano-ZS激光粒度分布儀，中國(guó)Malvern儀器公司；DSH-50A-1水分測(cè)定儀，上海諾科儀器儀表有限公司；SU 1510掃描電子顯微鏡，日立高新技術(shù)公司；Nikon Ti-E倒置顯微鏡，上海尼康儀器有限公司；BLUKER V70紅外光譜儀，布魯克光譜儀器公司；204-F1差示掃描量熱儀，德國(guó)Netzsch公司。

1.3 方法

1.3.1 功能性油脂的制備

根據(jù)氣相色譜分析測(cè)定DHA、ARA的脂肪酸組成與質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以及貝因美嬰童食品股份有限公司指導(dǎo)制備出的功能性油脂。

1.3.2 油脂微膠囊的制備

按圖1中工藝，以乳清蛋白和麥芽糊精為復(fù)合壁材，大豆卵磷脂為乳化劑，阿拉伯膠為穩(wěn)定劑，采用噴霧干燥工藝制備功能性油脂微膠囊。

1.3.3 油脂微膠囊的理化指標(biāo)測(cè)定

（1）微膠囊包埋率的測(cè)定。參照Mortaza等人方法[9]檢測(cè)微膠囊包埋率。

（2）微膠囊含水率的測(cè)定。水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)采用DSH-50A-1水分測(cè)定儀測(cè)定。

（3）微膠囊粒度的測(cè)定。微膠囊顆粒的粒徑分布采用Malvern激光粒度分布儀測(cè)定。

（4）微膠囊過(guò)氧化值（POV）的測(cè)定。

參照國(guó)標(biāo)GB 5009.227-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中過(guò)氧化值的測(cè)定。

1.3.4 微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的觀察

（1）乳狀液觀察。利用倒置顯微鏡觀察均勻平鋪在載玻片上的乳狀液。

（2）粉末觀察。參照文獻(xiàn)[9]觀察其表面結(jié)構(gòu)。

1.3.5 微膠囊傅里葉變換紅外光譜分析

稱(chēng)取適量樣品，加入溴化鉀在研缽中研磨均勻，壓片，于4 000～400 cm-1范圍內(nèi)進(jìn)行紅外掃描。

1.3.6 微膠囊熱力學(xué)穩(wěn)定性分析

參照Shahabudin等人方法[10]，將升溫范圍改為-20～220℃。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

所有實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，測(cè)定結(jié)果以±s表示，應(yīng)用Origin（8.0）軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 微膠囊理化指標(biāo)的檢驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)制成的微膠囊根據(jù)SC/T 3505-2006魚(yú)油微膠囊的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，微膠囊在室溫下呈白色粉末狀，顆粒均勻，色澤一致，配置的懸浮液為乳白色，無(wú)明顯異味。其理化性質(zhì)如表1，其包封率為95.15%，含水率為3.86%＜5%，過(guò)氧化值為1.94 mmol/kg＜6 mmol/kg。在食品工業(yè)中，為確保產(chǎn)品在貨架期內(nèi)的表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性[11]，干燥固體粉末水分含量的最大限度是3%～4%，這有利于微膠囊產(chǎn)品的長(zhǎng)期儲(chǔ)藏。

表1 微膠囊理化指標(biāo)

2.2 微膠囊微觀結(jié)構(gòu)的觀察

2.2.1 Microscopy分析

在乳狀液中，油滴粒徑的大小是影響液滴聚結(jié)速度的一個(gè)重要因素。通常乳狀液的粒徑大小與穩(wěn)定性成正比，油滴平均粒徑越小，乳狀液油水兩相彼此分離并聚集所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，乳狀液的穩(wěn)定性越高。一般而言，粒徑分散系數(shù)大于0.1表明微膠囊的多分散性，在0.1～0.25之間，表明微膠囊的粒徑分布較窄，顆粒大小較為均勻，且窄分布的乳狀液較寬分布的乳狀液更為穩(wěn)定[12]。實(shí)驗(yàn)室制備的乳狀液在顯微鏡下粒徑大小和分布情況如圖2所示。

圖2 微膠囊的倒置顯微鏡圖

由圖2可以看出，液滴呈完整脂肪球形態(tài)，大小主要集中在845.3 nm范圍內(nèi)，分散系數(shù)為0.209，說(shuō)明乳液中粒子大小比較相近，乳液性質(zhì)比較均一，乳液穩(wěn)定性較好。

2.2.2 SEM分析

微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其性質(zhì)有很大的影響,例如微膠囊表面結(jié)構(gòu)影響其流動(dòng)性,而孔隙等則影響芯材的釋放。圖3為油脂微膠囊SEM圖像。

圖3 微膠囊粉末掃描電鏡結(jié)果

由圖3可以看出，微觀結(jié)構(gòu)顯示為球形且表面光滑，沒(méi)有孔隙的微粒，這與Mortaza等人研究結(jié)果相似[9]，這對(duì)于防止油脂氧化反應(yīng)和油滴釋放到顆粒表面是至關(guān)重要的。部分大小顆粒聚集在一起，這樣的結(jié)構(gòu)有利于提高微膠囊在水中的溶解性。

2.3 傅里葉變換紅外光譜分析結(jié)果

采用FTIR對(duì)微膠囊進(jìn)行表征，可以根據(jù)微膠囊前后芯材油脂特征峰的形狀、位移和強(qiáng)度變化來(lái)判定微膠囊的形成。圖4為功能性油脂微膠囊結(jié)構(gòu)紅外光譜。

圖4 功能性油脂微膠囊結(jié)構(gòu)紅外光譜圖

如圖4（a）所示，空白微膠囊主要特征峰有在3 000～3 600cm-1處出現(xiàn)的強(qiáng)烈吸收峰，主要是乳清蛋白的N-H和麥芽糊精的-OH伸縮振動(dòng)；在2 926cm-1附近有由飽和碳的C-H鍵的伸縮振動(dòng)引起的窄峰，以及1 700-2 200 cm-1帶由酰胺鍵中C＝O、N-H振動(dòng)的特征吸收峰。而油脂富含不飽和脂肪酸酯，其FTIR圖譜（圖4（b））在3 010 cm-1、2 926 cm-1和2 855 cm-1、1 744 cm-1處有強(qiáng)弱不同的峰，分別由烯烴不飽和碳原子上的C-H鍵、飽和碳的C-H鍵、羰基C＝O伸縮振動(dòng)引起的吸收峰；以及在720.72 cm-1處存在超過(guò)4個(gè)-CH2的變形振動(dòng)，即油脂的碳鏈骨架振動(dòng)峰[13]。微膠囊產(chǎn)品（圖4（c））的光譜圖上包含壁材和芯材的所有特征峰，只是油脂在3 010 cm-1和720.72 cm-1這兩個(gè)振動(dòng)吸收明顯減弱，這也說(shuō)明油脂被壁材包埋在內(nèi)部，伸縮振動(dòng)變得不明顯。

2.4 熱穩(wěn)定性分析結(jié)果

圖5 功能性油脂微膠囊的DSC圖譜

差示掃描量熱法作為一種熱分析技術(shù)已被廣泛應(yīng)用，可用于研究物質(zhì)的多晶型、物相轉(zhuǎn)化、熱分解,以及穩(wěn)定性等。圖5為功能性油脂微膠囊的DSC圖譜。由圖5可以看出，在升溫過(guò)程中，微膠囊DSC曲線(xiàn)中有明顯兩個(gè)峰。在124.6℃時(shí)，出現(xiàn)第一個(gè)吸熱峰，這可能是壁材中游離水的損失以及表面油的揮發(fā)造成的[14]；加熱到187.8℃時(shí)，出現(xiàn)了第二個(gè)吸熱峰，可能是微膠囊壁材開(kāi)始分解[10]。微膠囊的包埋結(jié)構(gòu)能有效的保護(hù)油脂，防止其氧化的原因可能是，在麥芽糊精作為基質(zhì)壁材時(shí)，乳清蛋白不僅起到乳化劑和成膜劑的作用，在微膠囊壁結(jié)構(gòu)形成過(guò)程中更與麥芽糊精形成了較強(qiáng)的氫鍵作用力，使微膠囊更為穩(wěn)定[15]。

3 結(jié) 論

以乳清蛋白和麥芽糊精為復(fù)合壁材，大豆卵磷脂為乳化劑，阿拉伯膠為穩(wěn)定劑，可制得良好的微膠囊制品。噴霧干燥是油脂包封在源自乳源壁材中且不降低油脂質(zhì)量的合適方法。實(shí)驗(yàn)利用此方法制備的功能油脂微膠囊包埋率達(dá)到（95.15±0.31）%，微觀結(jié)構(gòu)呈球狀體，表面光滑且結(jié)構(gòu)緊致。

FTIR分析表明油脂不與微膠囊結(jié)構(gòu)中的壁材發(fā)生化學(xué)相互作用，DSC分析顯示微膠囊在100℃以下熱穩(wěn)定。