羊肉風(fēng)味料微膠囊制備工藝優(yōu)化

布威佐合熱·艾科熱木，王德萍，敬思群,2*，王曉蕓

(1.新疆大學(xué) 生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2.韶關(guān)學(xué)院 英東食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005；3.新疆阿爾曼清真食品工業(yè)集團(tuán)有限公司，烏魯木齊 830046)

烤包子是新疆各民族最喜歡吃的美食之一，烤包子的加工主要基于小型家庭作坊，存在不能長時(shí)間存放和衛(wèi)生方面的問題。近幾年來，用速凍技術(shù)解決了一些不能遠(yuǎn)距離配送、不能長時(shí)間保存、貯藏和運(yùn)輸過程中產(chǎn)生食品變質(zhì)等問題。但帶餡料的速凍食品在保藏過程中易發(fā)生萎縮開裂、風(fēng)味減退，餡料的香氣也不易保持[1]。因此，選擇微膠囊化技術(shù)解決食物產(chǎn)業(yè)中材料儲存和生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的疑難問題。微膠囊技術(shù)能最大程度地保留原有食品的風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值。微膠囊化可以掩蓋不良?xì)馕禰2-3]，降低揮發(fā)性[4]，減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失，有利于食品的生產(chǎn)。王露茜等[5]通過使用復(fù)凝聚法制備牛肉風(fēng)味料微膠囊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制備的微膠囊有效地掩飾了牛肉美拉德反應(yīng)所產(chǎn)生的不良?xì)馕?。劉楠楠等[6]通過復(fù)凝聚法結(jié)合噴霧干燥法制備蔥油香精微膠囊。賈新超等[7]制備番茄紅素微粒產(chǎn)品，所得到的產(chǎn)品穩(wěn)定性更高。此外，許琳琳等[8]對利用復(fù)凝聚法制備精油微膠囊實(shí)例進(jìn)行了總結(jié)，董瀟等[9]采用葡萄籽油制備了微膠囊。微膠囊技術(shù)作為一種食品生產(chǎn)過程中新的方式在各個(gè)國家廣泛應(yīng)用[10]，在海內(nèi)外也越來越引起人們的興趣和重視，變成現(xiàn)代食物生產(chǎn)領(lǐng)域新的高科技技術(shù)之一。

本文選擇合適的壁材，結(jié)合復(fù)凝聚法制作羊肉風(fēng)味料微膠囊。目前，對羊肉風(fēng)味料微膠囊化的試驗(yàn)研究并不多，而且缺少符合食品工業(yè)生產(chǎn)要求的工藝條件。研制微膠囊常采用的方法是復(fù)凝聚法[11-12]，它用于多種物質(zhì)的微膠囊化[13-14]，具有良好的控制釋放特性[15]。此反應(yīng)將兩種復(fù)合壁材混合溶解后，通過調(diào)節(jié)體系的pH值、壁材比、芯壁比、甲醛添加量等條件，便可得到最佳的制作微膠囊的條件。該研究選擇明膠和海藻酸鈉作為壁材，利用復(fù)凝聚法對羊肉風(fēng)味料進(jìn)行包埋。通過HS-SPME-GC-MS分析羊肉(肥肉)、羊肉風(fēng)味料、羊肉風(fēng)味料微膠囊的特征風(fēng)味成分。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

海藻酸鈉：天津市盛奧化學(xué)試劑有限公司；羊尾巴油：市售；甲醛溶液：成都市科龍化工試劑廠；明膠：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所。

7890B-5977A氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國Agilent Technologies公司；勻漿機(jī) 金壇市醫(yī)療儀器廠；真空冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 德國IKA公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 羊肉風(fēng)味料的制備

參照國家授權(quán)發(fā)明專利[16]和李聰?shù)萚17]的方法制備羊肉風(fēng)味料。工藝流程：

1.2.2 羊肉風(fēng)味料微膠囊的制備

以壁材和羊肉風(fēng)味料為原料，制備羊肉風(fēng)味料微膠囊。工藝流程：

1.3 羊肉風(fēng)味料微膠囊制備工藝優(yōu)化

1.3.1 羊肉風(fēng)味料微膠囊單因素試驗(yàn)

固定芯壁比1∶1，壁材比1∶1，甲醛添加量5 mL，考察不同pH(2.8，3.1，3.4，3.7，4.0)對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響。

固定pH 3.4，芯壁比1∶1，甲醛添加量5 mL，考察不同壁材比(3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3)對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響。

固定pH 3.4，壁材比1∶1，甲醛添加量5 mL，考察不同芯壁比(3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3)對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響。

固定pH 3.4，壁材比1∶1，芯壁比1∶1，考察不同甲醛添加量(3，4，5，6，7 mL)對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響。

1.3.2 羊肉風(fēng)味料微膠囊制備正交優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，以包埋率作為考察指標(biāo)，對pH、壁材比、芯壁比和甲醛添加量4個(gè)因素進(jìn)行L9(34)正交優(yōu)化試驗(yàn)，見表1。

表1 L9(34)正交優(yōu)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 1 The factors and levels table of L9(34) orthogonal experiment

1.4 分析測定

1.4.1 包埋率的測定

稱取一定量的羊肉風(fēng)味料微膠囊，加入20 mL石油醚，取濾液，再加入10 mL石油醚，除水，濃縮后稱重，質(zhì)量記為m1。再稱取一定量的羊肉風(fēng)味料微膠囊，加入10 mL 60 ℃的蒸餾水，再加入45 mL的混合液(乙醇∶乙醚∶石油醚為4∶2∶3)，萃取后，取上層溶液除水，濃縮后稱重，質(zhì)量記為m2。

1.4.2 微膠囊粒徑分析

將在最優(yōu)組合條件下得到的微膠囊制成載玻片，在顯微鏡下觀察其粒徑分布，選取粒徑分布范圍數(shù)量最多的作為粒徑值。

1.4.3 風(fēng)味分析

固相微萃取：根據(jù)Romeo等[18]的方法將5 g的樣品放入頂空瓶中，并在40 ℃的條件下恒溫30 min，然后將老化好的SPME針頭插入其中并萃取，30 min后取出萃取頭，再插入GC-MS進(jìn)樣口中，解吸5 min，拔出萃取頭。

GC-MS條件：按照榮建華等[19]的方法，色譜柱HP-5MS，進(jìn)樣口溫度260 ℃，初溫40 ℃，保持10 min，流速為1.33 mL/min，以5 ℃/min的速率升溫到200 ℃，然后升至250 ℃，速率為20 ℃/min，保持5 min，接口溫度280 ℃，掃描范圍30～550 amu。

2 結(jié)果與分析

2.1 pH對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響

由圖1可知，隨著pH值的增加，羊肉風(fēng)味料微膠囊的包埋率先緩慢上升再下降。pH值在3.7時(shí)，包埋率最高，為83.72%。

圖1 pH對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響 Fig.1 Effect of pH value on the embedding rates of mutton flavoring microcapsules

2.2 壁材比對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響

由圖2可知，隨著明膠比例的增加，羊肉風(fēng)味料微膠囊的包埋率先緩慢上升再下降。壁材比為1∶1時(shí)，包埋率最高，為83.88%。

圖2 壁材比對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響Fig.2 Effect of ratios of wall materials on the embedding rates of mutton flavoring microcapsule

2.3 芯壁比對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響

由圖3可知，隨著壁材比例的增加，羊肉風(fēng)味料微膠囊的包埋率先緩慢上升再下降。芯壁比為1∶1時(shí)，包埋率最高，為84.79%。

圖3 芯壁比對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響Fig.3 Effect of ratios of core materials to wall materials on the embedding rates of mutton flavoring microcapsules

2.4 甲醛添加量對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響

由圖4可知，隨著甲醛添加量的增加，羊肉風(fēng)味料微膠囊的包埋率先上升再下降。甲醛添加量為5 mL時(shí)，包埋率最高，為82.83%。

圖4 甲醛添加量對羊肉風(fēng)味料微膠囊包埋率的影響Fig.4 Effect of formaldehyde additive amount on the embedding rates of mutton flavoring microcapsules

2.5 羊肉風(fēng)味料膠囊化最優(yōu)制備工藝條件確定

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，選擇pH、壁材比、芯壁比和甲醛添加量4個(gè)因素，并采用L9(34)正交優(yōu)化試驗(yàn)(見表2)，方差分析結(jié)果見表3。

表2 L9(34)正交優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果表Table 2 L9(34) orthogonal experimental results

表3 正交優(yōu)化試驗(yàn)方差分析結(jié)果Table 3 The variance analysis results of orthogonal experiment

由表2和表3可知，羊肉風(fēng)味料微膠囊制備最優(yōu)方案為A1B3C2D2，在壁材比為1∶2、pH為3.4、芯壁比為1∶1和甲醛添加量為5 mL的條件下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，微膠囊包埋率為97.24%。

2.6 羊肉風(fēng)味料微膠囊粒

由圖5可知，在最優(yōu)組合條件下羊肉風(fēng)味料微膠囊的粒徑最大，為22.7 μm，形狀是圓形，粒徑最好。由圖6中可以看出粒徑大多數(shù)分布于12～14 μm之間。

圖5 微膠囊顯微拍照Fig.5 The microphotograph of microcapsules

圖6 粒徑分布圖

2.7 羊肉風(fēng)味料微膠囊化對風(fēng)味保持效果的比較分析

3種樣品中主要揮發(fā)性成分的含量見表4。

表4 微膠囊化對羊肉風(fēng)味保持效果比較分析

對于所有樣品，含量最高的都是烴類物質(zhì)，特別是烯烴類，但烴類物質(zhì)的風(fēng)味閾值較高，對羊肉風(fēng)味幾乎沒有貢獻(xiàn)[20]，且烯烴類物質(zhì)可能主要來自于香辛料中。其他類物質(zhì)主要是硅烷和硅氧烷類物質(zhì)，此類物質(zhì)基本上都是色譜柱中產(chǎn)生的雜質(zhì)，不屬于樣品中的揮發(fā)性成分。產(chǎn)生肉香味的揮發(fā)性成分主要是雜環(huán)類(哌啶、呋喃、噻吩和噻唑等)、含硫化合物和苯酚類物質(zhì)(雖含量少，但閾值高)，所以對肉香味有一定貢獻(xiàn)[21]。羊肉特征風(fēng)味物質(zhì)主要有庚醛、吡啶、己醛和4-異丙基苯甲醛等物質(zhì)。添加羊肉風(fēng)味料的餡料經(jīng)復(fù)熱后產(chǎn)生了具有羊肉特征風(fēng)味的物質(zhì)，如產(chǎn)生了1-戊醇、己醛、1-己醇和2-甲基-3-苯基丙醛等物質(zhì)，原因是經(jīng)加熱處理后羊肉中的風(fēng)味前體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為具有羊肉特征風(fēng)味的揮發(fā)性物質(zhì)，添加羊肉風(fēng)味料微膠囊的餡料經(jīng)預(yù)烤和復(fù)熱后也產(chǎn)生了具有羊肉特征風(fēng)味的物質(zhì)，且種類比基本配方餡料和添加羊肉風(fēng)味料的餡料要多，如己醛、4-戊烯醛、庚醛、4-異丙基苯甲醛、甲氧基苯基肟、1-(4-乙基苯基)乙酮和2-[(4,6-二甲基-2-嘧啶基)氨基]-4(1H)-喹唑啉酮，其中多數(shù)物質(zhì)只在復(fù)熱后產(chǎn)生，原因是微膠囊具有緩釋作用，使得許多物質(zhì)在復(fù)熱后才得以揮發(fā)。此外，添加羊肉風(fēng)味料微膠囊的餡料中烯烴類物質(zhì)種類明顯少于其他一種餡料，且含量也普遍較低，其原因還有待進(jìn)一步分析研究。

3 結(jié)論

羊肉風(fēng)味料微膠囊制備最優(yōu)工藝為pH 3.4、壁材比1∶2、芯壁比1∶1、甲醛添加量5 mL，在此條件下制備得到的微膠囊包埋率為97.24%。添加羊肉風(fēng)味料和添加羊肉風(fēng)味料微膠囊烤包子餡料復(fù)熱后的揮發(fā)性情況比較時(shí)可以看出，添加羊肉風(fēng)味料微膠囊的餡料經(jīng)復(fù)熱后產(chǎn)生的具有羊肉特征風(fēng)味的物質(zhì)種類比添加羊肉風(fēng)味料的餡料要多，其中多數(shù)物質(zhì)只在復(fù)熱后產(chǎn)生，這是因?yàn)槲⒛z囊具有緩釋作用，且微膠囊化對速凍烤包子的風(fēng)味保持效果顯著。