苦杏仁油微膠囊制備及其性質研究

郭 芳，張 璐，李鑫杰

（呂梁學院 生命科學系，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，我國可用于種植的土地面積非常廣[1]。苦杏仁油中富含多不飽脂肪酸，并且還含有維E與α、γ-生育酚等，營養價值非常高。但因為其單不飽和脂肪酸總量過高，超過了90%，使其非常容易氧化酸敗，保質期不長，不能大范圍在食品工業中使用。

微膠囊技術的本質是把芯材設定為各種油脂，然后使用壁材進行包裹，最終形成5～200 μm的球形物，所得產品不但能有效抑制油脂接觸外界導致氧化酸敗，還方便運輸與儲存。目前，已研制出包括魚肝油、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養成分和獨特香氣保存良好，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，使之更加貼近現代食品工業生產，以期擴展一個新的食品領域[2]。

1 材料和方法

1.1 材料與試劑

苦杏仁油，呂梁學院實驗室自制；麥芽糊精，山東西王糖業有限公司提供；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 儀器設備

DZF6050型真空干燥箱，上海一恒科學儀器有限公司產品；HH-2型數顯恒溫水浴鍋，上海力辰邦西儀器科技有限公司產品；FA2104N型電子分析天平表，上海精密科學儀器有限公司產品；DC-15002-1型試驗型噴霧干燥機，上海達程試驗設備有限公司產品；NCJJ-0.1/100型超高壓均質機，廊坊通用機械有限公司產品。

1.3 試驗方法

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→噴霧干燥→苦杏仁油微膠囊。

1.3.2 操作要點

（1）配置壁材。將大豆分離蛋白與麥芽糊精按2∶1的配比準確稱量后放入燒杯中，并混合均勻[3]，稱量時需要精準到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，配置完成后繼續放在水浴鍋中恒溫。

（3）配置芯材。準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5 min，保證其充分混勻。

（5）超高壓均質。將混合液倒入提前設定好參數的超高壓均質機里，均質5 min。

（6）噴霧干燥。提前設定好噴霧干燥機參數并調試設備，調試完成后將進料管放入均質好的溶液，噴霧干燥結束之后用一個廣口容器接在噴霧干燥機出料口下，取出接料瓶，用干凈的毛刷將風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行稱量[5]。

1.3.3 微膠囊包埋率的測定

根據文獻[6]的方法對微膠囊表面含油量與總含油量進行測定，根據公式（1）計算包埋率。

1.3.4 單因素試驗

在溶液的固形物含量為30%，均質壓力為35 MPa，噴霧干燥機進風溫度為200℃，芯壁材配比為1∶4的基礎上，分別考查各個因素對苦杏仁油微膠囊包埋率的影響。

1.3.5 響應面設計

根據單因素試驗所得數據，利用Design Expert Software 10.4軟件進行響應面優化試驗[7-9]。將芯壁材配比（A），固形物含量（B），均質壓力（C），進風溫度（D）作為自變量，以微膠囊膠包埋率為應變量，優化微膠囊包埋條件。

響應面因素與水平設計見表1。

表1 響應面因素與水平設計

1.4 氧化穩定性試驗

將未經處理的苦杏仁油與苦杏仁油微膠囊同時放入60℃的恒溫箱中加速氧化酸敗，每2 d取樣1次，總計10 d，依據GB 5009.227—2016中滴定法進行測定[10]。

1.5 水分含量測定

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

1.6 溶解度測定

用文獻[12]的方法進行微膠囊粉末溶解度的測定。微膠囊粉末溶解度按公式（2）計算。

式中：m——微膠囊質量，g；

m1——容器質量，g；

m2——容器與沉淀質量，g；

A——微膠囊水分含量，%。

1.7 色澤與氣味

采用感官評價法測定產品的色澤與氣味[13]。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 不同芯材與壁材配比對包埋率的影響

不同芯材與壁材配比對微膠囊包埋率的影響見圖1。

由圖1可知，當芯壁材配比從1∶2增加為1∶3時包埋率增長率非常大，也許是因為芯壁材配比達到1∶2時，其中壁材總量相對來說較少，較難包埋混合液中所有的芯材；當比例達到1∶3時，圖像出現拐點，包埋率達到頂點，之后伴著芯壁材配比的增大，折線圖逐漸下降，可能是因為壁材量已經達到或超過芯材飽和值，并且由于壁材總量增加導致混合液濃度變大，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不同固形物含量對包埋率的影響

不同固形物含量對包埋率的影響見圖2。

圖2 不同固形物含量對包埋率的影響

由圖2可知，當溶液中的固形物含量從20%的水平增長到30%期間，固形物水平逐步增加，折線圖持續向上，說明包埋率在逐漸增大，增長率較穩定；固形物含量到達30%時出現拐點，達到最高，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致增加了包埋率；隨著混合液濃度增大，折線圖開始逐漸降低，并且其負增長率絕對值要大于固形物含量為20%～30%時的增長率，可能是因為混合液濃度過大，降低了芯材與壁材的流動性，反而降低了包埋率。從整體上來看，折線圖中間高兩邊低，呈現一個正態分布，所以選取溶液中固形物含量為30%。

2.1.3 不同均質壓力對包埋率的影響

不同均質壓力對包埋率的影響見圖3。

圖3 不同均質壓力對包埋率的影響

由圖3可知，當均質壓力從25 MPa逐漸上升至35 MPa期間，均質壓力逐漸加大，折線圖持續上升，增長率較為穩定并且在35 MPa時達到最大值，出現拐點，這就說明均質壓力確實是能夠使微膠囊的包埋率產生變化的，然后當均質壓力繼續增加到40 MPa水平的時候可以看出，包埋率陡然降低且下降幅度較大，可能是因為均質壓力已經超過最佳壓力，過大的壓力導致包埋好的微膠囊穩定性不高，容易裂解。因此，選取的超高壓均質機的均質壓力參數設定為35 MPa時包埋率最佳。

2.1.4 不同進風溫度對包埋率的影響

不同進風溫度對包埋率的影響見圖4。

圖4 不同進風溫度對包埋率的影響

由圖4可知，進風溫度在從180℃增長到190℃期間，進風溫度逐漸增加，折線圖也逐漸上升，當進風溫度上升至190℃水平時，其對應的折線圖達到最高點，其原因可能是當進風溫度低時，苦杏仁油微膠囊粉末沒有被完全蒸發掉水分，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，更容易到達出粉口，在產品中壁材粉末占比增加，使得造粒效率降低，而隨著進風溫度繼續增大，微膠囊粉末的水分殘留變少，更容易到達出粉口使包埋率提高，而伴著進風溫度繼續上升，折線圖下降，可能是因為過高的溫度使得微膠囊顆粒的穩定性降低，使得包埋率降低。因此，選取的噴霧干燥機進風溫度參數為190℃時包埋率最高。

2.2 Box-behnken Design（BBD）響應面設計與分析

2.2.1 響應面試驗

響應面試驗設計與結果見表2。

表2 響應面試驗設計與結果

通過軟件Design Expert10對數據進行分析，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表3。

由表3可知，該回歸模型極顯著（p≤0.01），其失擬項不顯著（0.271 2>0.05），說明了該線性回歸方程模型擬合試驗準確度較高而誤差較小，能夠較好地完成試驗結果的預測。由表3可知，模型相關性R2=0.978 2，校正系數R2Adj=0.956 4，其所得出的預測值與測量值十分接近，表明該模型非常貼近現實狀況。從表中可知其變異系數CV=2.53%，說明該模型可以較好地反映出真實測試值，同時還可以保證測試結果的高可靠性。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測。

表3 回歸模型方差分析

2.2.3 驗證試驗

使用響應面分析軟件Design Expert對回歸方程進行計算，將芯壁材配比、固形物含量、均質壓力和進風溫度的取值范圍設定成0.5～0.25（1∶2～1∶4），25%～35%，30～40 MPa，180～200℃，并將目標值設定為最大值，獲得的理想最優組合為芯壁材配比0.41，固形物含量31%，均質壓力35 MPa，進風溫度188℃，按最優組合最終得到的苦杏仁油微膠囊包埋率為88.514 2%。根據實際條件將最優組合修正為芯壁材配比為1∶3（0.38），固形物含量為31%，均質壓力為35 MPa，進風溫度為190℃，在這個組合條件下，所得到的苦杏仁油微膠囊包埋率值是88.43%，接近于軟件預測值88.514 2%。

2.3 苦杏仁油微膠囊的氧化穩定性結果分析

氧化穩定性折線圖見圖5。

圖5 氧化穩定性折線圖

由圖5可知，苦杏仁油在微膠囊化后氧化水平明顯更低。經過10 d加速氧化后，苦杏仁油的POV（過氧化值）值上升顯著，在第10天時其POV約為第1天時的12倍，而苦杏仁油微膠囊經過10 d的加速氧化，POV值雖然上升，但變化非常緩慢，在第10天時的POV值約為第1天時的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]，延長保質期。

2.4 苦杏仁油微膠囊色澤氣味及溶解度

微膠囊產品理化指標見表4。

表4 微膠囊產品理化指標

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

3 結論

經過上述試驗之后，制作苦杏仁油微膠囊最佳工藝參數為芯壁材配比1∶3，固形物含量31%，均質壓力35 MPa，進風溫度190℃。在這個條件下所能制得的苦杏仁油微膠囊包埋率達到最高值，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%，過氧化值較低，水分含量符合標準。將苦杏仁油進行微膠囊化處理后，可以較好地抑制苦杏仁油氧化保持品質，從而延長保質期。