苦杏仁油微膠囊制備及其性質(zhì)研究

郭 芳，張 璐，李鑫杰

（呂梁學(xué)院 生命科學(xué)系，山西 呂梁 033000）

苦杏仁是山杏的種子，山杏這種作物既耐旱又耐寒，甚至能在貧瘠鹽堿地上存活，我國(guó)可用于種植的土地面積非常廣[1]?？嘈尤视椭懈缓嗖伙栔舅?，并且還含有維E與α、γ-生育酚等，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值非常高。但因?yàn)槠鋯尾伙柡椭舅峥偭窟^(guò)高，超過(guò)了90%，使其非常容易氧化酸敗，保質(zhì)期不長(zhǎng)，不能大范圍在食品工業(yè)中使用。

微膠囊技術(shù)的本質(zhì)是把芯材設(shè)定為各種油脂，然后使用壁材進(jìn)行包裹，最終形成5～200 μm的球形物，所得產(chǎn)品不但能有效抑制油脂接觸外界導(dǎo)致氧化酸敗，還方便運(yùn)輸與儲(chǔ)存。目前，已研制出包括魚(yú)肝油、橘皮精油、艾葉油、茶籽油等多種油脂微膠囊。這樣做可以使油脂的營(yíng)養(yǎng)成分和獨(dú)特香氣保存良好，油脂氧化速率降低。因此，采用噴霧干燥法，將苦杏仁油制備為微膠囊，使之更加貼近現(xiàn)代食品工業(yè)生產(chǎn)，以期擴(kuò)展一個(gè)新的食品領(lǐng)域[2]。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

苦杏仁油，呂梁學(xué)院實(shí)驗(yàn)室自制；麥芽糊精，山東西王糖業(yè)有限公司提供；大豆分離蛋白，臨沂山松生物制品有限公司提供；蔗糖酯，杭州瑞霖化工有限公司提供；單甘酯，妍妍化工有限公司提供；石油醚（30～60℃），分析純。

1.2 儀器設(shè)備

DZF6050型真空干燥箱，上海一恒科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；HH-2型數(shù)顯恒溫水浴鍋，上海力辰邦西儀器科技有限公司產(chǎn)品；FA2104N型電子分析天平表，上海精密科學(xué)儀器有限公司產(chǎn)品；DC-15002-1型試驗(yàn)型噴霧干燥機(jī)，上海達(dá)程試驗(yàn)設(shè)備有限公司產(chǎn)品；NCJJ-0.1/100型超高壓均質(zhì)機(jī)，廊坊通用機(jī)械有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 工藝流程

①苦杏仁油→乳化劑；

②壁材→溶解→混合；

①+②→均質(zhì)→噴霧干燥→苦杏仁油微膠囊。

1.3.2 操作要點(diǎn)

（1）配置壁材。將大豆分離蛋白與麥芽糊精按2∶1的配比準(zhǔn)確稱量后放入燒杯中，并混合均勻[3]，稱量時(shí)需要精準(zhǔn)到0.001 g。

（2）溶解壁材。將混勻壁材后的燒杯小心放置到60℃的水浴鍋中，緩慢加入180 mL溫度為60℃的熱水并攪拌至壁材充分溶解，配置完成后繼續(xù)放在水浴鍋中恒溫。

（3）配置芯材。準(zhǔn)確稱量苦杏仁油及蔗糖酯與單甘脂（乳化劑添加量為2%，比例4∶1），精確至0.001 g，將稱量好的苦杏仁油及蔗糖酯、單甘酯混合，并用玻璃棒攪拌至苦杏仁油與乳化劑完全混勻，混合物呈褐黃色[4]。

（4）混合芯材與壁材。將配置好的芯材倒入裝有壁材的燒杯中，用玻璃棒攪動(dòng)5 min，保證其充分混勻。

（5）超高壓均質(zhì)。將混合液倒入提前設(shè)定好參數(shù)的超高壓均質(zhì)機(jī)里，均質(zhì)5 min。

（6）噴霧干燥。提前設(shè)定好噴霧干燥機(jī)參數(shù)并調(diào)試設(shè)備，調(diào)試完成后將進(jìn)料管放入均質(zhì)好的溶液，噴霧干燥結(jié)束之后用一個(gè)廣口容器接在噴霧干燥機(jī)出料口下，取出接料瓶，用干凈的毛刷將風(fēng)粉分離器壁上的粉末刷下，將刷下的粉末并入接料瓶中的粉末進(jìn)行稱量[5]。

1.3.3 微膠囊包埋率的測(cè)定

根據(jù)文獻(xiàn)[6]的方法對(duì)微膠囊表面含油量與總含油量進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)公式（1）計(jì)算包埋率。

1.3.4 單因素試驗(yàn)

在溶液的固形物含量為30%，均質(zhì)壓力為35 MPa，噴霧干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度為200℃，芯壁材配比為1∶4的基礎(chǔ)上，分別考查各個(gè)因素對(duì)苦杏仁油微膠囊包埋率的影響。

1.3.5 響應(yīng)面設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，利用Design Expert Software 10.4軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)[7-9]。將芯壁材配比（A），固形物含量（B），均質(zhì)壓力（C），進(jìn)風(fēng)溫度（D）作為自變量，以微膠囊膠包埋率為應(yīng)變量，優(yōu)化微膠囊包埋條件。

響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 響應(yīng)面因素與水平設(shè)計(jì)

1.4 氧化穩(wěn)定性試驗(yàn)

將未經(jīng)處理的苦杏仁油與苦杏仁油微膠囊同時(shí)放入60℃的恒溫箱中加速氧化酸敗，每2 d取樣1次，總計(jì)10 d，依據(jù)GB 5009.227—2016中滴定法進(jìn)行測(cè)定[10]。

1.5 水分含量測(cè)定

參考GB/T 5009.3—2016中的直接干燥法，測(cè)定微膠囊粉末中的水分含量[11]。

1.6 溶解度測(cè)定

用文獻(xiàn)[12]的方法進(jìn)行微膠囊粉末溶解度的測(cè)定。微膠囊粉末溶解度按公式（2）計(jì)算。

式中：m——微膠囊質(zhì)量，g；

m1——容器質(zhì)量，g；

m2——容器與沉淀質(zhì)量，g；

A——微膠囊水分含量，%。

1.7 色澤與氣味

采用感官評(píng)價(jià)法測(cè)定產(chǎn)品的色澤與氣味[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同芯材與壁材配比對(duì)包埋率的影響

不同芯材與壁材配比對(duì)微膠囊包埋率的影響見(jiàn)圖1。

由圖1可知，當(dāng)芯壁材配比從1∶2增加為1∶3時(shí)包埋率增長(zhǎng)率非常大，也許是因?yàn)樾颈诓呐浔冗_(dá)到1∶2時(shí)，其中壁材總量相對(duì)來(lái)說(shuō)較少，較難包埋混合液中所有的芯材；當(dāng)比例達(dá)到1∶3時(shí)，圖像出現(xiàn)拐點(diǎn)，包埋率達(dá)到頂點(diǎn)，之后伴著芯壁材配比的增大，折線圖逐漸下降，可能是因?yàn)楸诓牧恳呀?jīng)達(dá)到或超過(guò)芯材飽和值，并且由于壁材總量增加導(dǎo)致混合液濃度變大，增加了包埋的難度。綜上所述，選取芯壁材配比為1∶3。

2.1.2不同固形物含量對(duì)包埋率的影響

不同固形物含量對(duì)包埋率的影響見(jiàn)圖2。

圖2 不同固形物含量對(duì)包埋率的影響

由圖2可知，當(dāng)溶液中的固形物含量從20%的水平增長(zhǎng)到30%期間，固形物水平逐步增加，折線圖持續(xù)向上，說(shuō)明包埋率在逐漸增大，增長(zhǎng)率較穩(wěn)定；固形物含量到達(dá)30%時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)，達(dá)到最高，也許是由于固形物含量變大，混合液變稠，芯材與壁材充分接觸導(dǎo)致增加了包埋率；隨著混合液濃度增大，折線圖開(kāi)始逐漸降低，并且其負(fù)增長(zhǎng)率絕對(duì)值要大于固形物含量為20%～30%時(shí)的增長(zhǎng)率，可能是因?yàn)榛旌弦簼舛冗^(guò)大，降低了芯材與壁材的流動(dòng)性，反而降低了包埋率。從整體上來(lái)看，折線圖中間高兩邊低，呈現(xiàn)一個(gè)正態(tài)分布，所以選取溶液中固形物含量為30%。

2.1.3 不同均質(zhì)壓力對(duì)包埋率的影響

不同均質(zhì)壓力對(duì)包埋率的影響見(jiàn)圖3。

圖3 不同均質(zhì)壓力對(duì)包埋率的影響

由圖3可知，當(dāng)均質(zhì)壓力從25 MPa逐漸上升至35 MPa期間，均質(zhì)壓力逐漸加大，折線圖持續(xù)上升，增長(zhǎng)率較為穩(wěn)定并且在35 MPa時(shí)達(dá)到最大值，出現(xiàn)拐點(diǎn)，這就說(shuō)明均質(zhì)壓力確實(shí)是能夠使微膠囊的包埋率產(chǎn)生變化的，然后當(dāng)均質(zhì)壓力繼續(xù)增加到40 MPa水平的時(shí)候可以看出，包埋率陡然降低且下降幅度較大，可能是因?yàn)榫|(zhì)壓力已經(jīng)超過(guò)最佳壓力，過(guò)大的壓力導(dǎo)致包埋好的微膠囊穩(wěn)定性不高，容易裂解。因此，選取的超高壓均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)壓力參數(shù)設(shè)定為35 MPa時(shí)包埋率最佳。

2.1.4 不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)包埋率的影響

不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)包埋率的影響見(jiàn)圖4。

圖4 不同進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)包埋率的影響

由圖4可知，進(jìn)風(fēng)溫度在從180℃增長(zhǎng)到190℃期間，進(jìn)風(fēng)溫度逐漸增加，折線圖也逐漸上升，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度上升至190℃水平時(shí)，其對(duì)應(yīng)的折線圖達(dá)到最高點(diǎn)，其原因可能是當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度低時(shí)，苦杏仁油微膠囊粉末沒(méi)有被完全蒸發(fā)掉水分，帶有殘留水分的微膠囊粉末很容易粘在噴霧干燥機(jī)的管壁上，造成損失，未包埋芯材的壁材粉末相比微膠囊粉末更容易干燥，更容易到達(dá)出粉口，在產(chǎn)品中壁材粉末占比增加，使得造粒效率降低，而隨著進(jìn)風(fēng)溫度繼續(xù)增大，微膠囊粉末的水分殘留變少，更容易到達(dá)出粉口使包埋率提高，而伴著進(jìn)風(fēng)溫度繼續(xù)上升，折線圖下降，可能是因?yàn)檫^(guò)高的溫度使得微膠囊顆粒的穩(wěn)定性降低，使得包埋率降低。因此，選取的噴霧干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度參數(shù)為190℃時(shí)包埋率最高。

2.2 Box-behnken Design（BBD）響應(yīng)面設(shè)計(jì)與分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)

響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

通過(guò)軟件Design Expert10對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終得到回歸方程如下所示：

2.2.2 回歸方程顯著性分析

回歸模型方差分析見(jiàn)表3。

由表3可知，該回歸模型極顯著（p≤0.01），其失擬項(xiàng)不顯著（0.271 2>0.05），說(shuō)明了該線性回歸方程模型擬合試驗(yàn)準(zhǔn)確度較高而誤差較小，能夠較好地完成試驗(yàn)結(jié)果的預(yù)測(cè)。由表3可知，模型相關(guān)性R2=0.978 2，校正系數(shù)R2Adj=0.956 4，其所得出的預(yù)測(cè)值與測(cè)量值十分接近，表明該模型非常貼近現(xiàn)實(shí)狀況。從表中可知其變異系數(shù)CV=2.53%，說(shuō)明該模型可以較好地反映出真實(shí)測(cè)試值，同時(shí)還可以保證測(cè)試結(jié)果的高可靠性。綜上所述，該模型可以被用于苦杏仁油微膠囊加工工藝的分析和預(yù)測(cè)。

表3 回歸模型方差分析

2.2.3 驗(yàn)證試驗(yàn)

使用響應(yīng)面分析軟件Design Expert對(duì)回歸方程進(jìn)行計(jì)算，將芯壁材配比、固形物含量、均質(zhì)壓力和進(jìn)風(fēng)溫度的取值范圍設(shè)定成0.5～0.25（1∶2～1∶4），25%～35%，30～40 MPa，180～200℃，并將目標(biāo)值設(shè)定為最大值，獲得的理想最優(yōu)組合為芯壁材配比0.41，固形物含量31%，均質(zhì)壓力35 MPa，進(jìn)風(fēng)溫度188℃，按最優(yōu)組合最終得到的苦杏仁油微膠囊包埋率為88.514 2%。根據(jù)實(shí)際條件將最優(yōu)組合修正為芯壁材配比為1∶3（0.38），固形物含量為31%，均質(zhì)壓力為35 MPa，進(jìn)風(fēng)溫度為190℃，在這個(gè)組合條件下，所得到的苦杏仁油微膠囊包埋率值是88.43%，接近于軟件預(yù)測(cè)值88.514 2%。

2.3 苦杏仁油微膠囊的氧化穩(wěn)定性結(jié)果分析

氧化穩(wěn)定性折線圖見(jiàn)圖5。

圖5 氧化穩(wěn)定性折線圖

由圖5可知，苦杏仁油在微膠囊化后氧化水平明顯更低。經(jīng)過(guò)10 d加速氧化后，苦杏仁油的POV（過(guò)氧化值）值上升顯著，在第10天時(shí)其POV約為第1天時(shí)的12倍，而苦杏仁油微膠囊經(jīng)過(guò)10 d的加速氧化，POV值雖然上升，但變化非常緩慢，在第10天時(shí)的POV值約為第1天時(shí)的3倍。由此可知，將苦杏仁油微膠囊化可有效減緩苦杏仁油的氧化程度[14]，延長(zhǎng)保質(zhì)期。

2.4 苦杏仁油微膠囊色澤氣味及溶解度

微膠囊產(chǎn)品理化指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 微膠囊產(chǎn)品理化指標(biāo)

由表4可知，苦杏仁油微膠囊產(chǎn)品的組織形態(tài)為粉末狀，色澤為淺黃色，氣味上略有清香且溶解性好，且水分含量（<5%）符合標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明最優(yōu)工藝條件下制備的苦杏仁油微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)較好。

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)之后，制作苦杏仁油微膠囊最佳工藝參數(shù)為芯壁材配比1∶3，固形物含量31%，均質(zhì)壓力35 MPa，進(jìn)風(fēng)溫度190℃。在這個(gè)條件下所能制得的苦杏仁油微膠囊包埋率達(dá)到最高值，為88.43%。苦杏仁油微膠囊粉末成品顏色為淺黃色，略有清香，溶解度為95.52%，過(guò)氧化值較低，水分含量符合標(biāo)準(zhǔn)。將苦杏仁油進(jìn)行微膠囊化處理后，可以較好地抑制苦杏仁油氧化保持品質(zhì)，從而延長(zhǎng)保質(zhì)期。