復合穩定劑對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響

丁為國，王 勇，莫子藝，孫麗華，鄧大鵬*

（1. 廣州優百特科技有限公司，廣東 廣州 511300；2. 廣州優佰特生命科學研究院有限公司，廣東廣州511300）

為防止油脂氧化，提高其消化吸收率，油脂需經微膠囊化技術處理制成水包油型脂肪粉，即微膠囊脂肪粉[1]。目前，微膠囊脂肪粉已廣泛應用于雞、豬、牛等畜禽養殖業；但固體粉末在飼料中添加時易造成配料不均勻，且操作煩瑣。為方便使用、解決配料不均衡等問題，將微膠囊脂肪粉制成液體營養劑是一種簡單有效的手段。

在微膠囊脂肪粉營養劑生產過程中，微膠囊脂肪粉溶水可受酸度、溫度等因素影響，造成某些營養物質沉淀，并產生脂肪上浮現象，導致產品品質下降，制約了液體營養劑的生產以及應用[2-3]，但在液體營養劑中加入穩定劑可有效解決此問題。

黃原膠和魔芋膠具有增稠、凝膠、懸浮等特性[4-5]。羧甲基纖維素鈉（CMC）和聚甘油脂肪酸酯（PGFE）具有增稠、分散、乳化穩定等性能[6-9]。研究發現，許多穩定劑間存在協同作用，復合穩定劑能夠有效改善單一穩定劑在某方面的性能，故復合穩定劑的增稠、穩定性能優于單一穩定劑[10]。目前，復合穩定劑多應用于制作冷飲和發酵乳飲料；同時具有增稠、乳化穩定作用的穩定劑較少，適用于脂溶性營養劑的復合穩定劑稀缺[10-11]。本研究以微膠囊脂肪粉為研究對象，根據不同穩定劑的作用機理，采用穩定劑的復合和正交試驗方法，探究復合穩定劑對微膠囊脂肪粉溶水后穩定性的影響，并篩選最優的復合穩定劑組合，提高產品乳化穩定性、改善產品品質，解決微膠囊脂肪粉營養劑脂肪上浮和沉淀問題。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

黃原膠（山東阜豐發酵有限公司）、魔芋膠（河南萬邦實業有限公司）、聚甘油脂肪酸酯（河南奧尼斯特食品有限公司）、羧甲基纖維素鈉（上海長光企業發展有限公司）、微膠囊脂肪粉（廣州優百特科技有限公司）；卡拉膠、高酯果膠（廣東永信食品配料有限公司）。

1.2 試驗設備

H/T16MM 臺式高速離心機（湖南赫西儀器裝備有限公司）、YP502B 電子天平（上海浦春計量儀器有限公司）、HH-6數顯恒溫水浴鍋（常州澳華儀器有限公司）、JRJ300-SH高速剪切乳化攪拌機（上海滬析實業有限公司）。

1.3 試驗方法

將微膠囊脂肪粉和水以質量比3∶17混合，加入單一穩定劑或不同配比的復合穩定劑，于40～50 ℃恒溫水浴中分散溶解，形成乳濁液。采用高速剪切乳化攪拌機均質5 min，轉速為8 000 r/min，灌裝，85 ℃巴氏滅菌5 min，冷卻至室溫。

1.4 營養劑穩定性檢測

營養劑的穩定性通過檢測沉淀率計算[12-13]，稱取10 g樣品于15 mL 離心管，3 000 r/min 離心10 min，去除上清液，記錄沉淀物的質量；每個試驗組取3個平行樣品，沉淀率取平行值的均值。

1.5 單一穩定劑的篩選

本研究以黃原膠、魔芋膠、高酯果膠、卡拉膠、PGFE和CMC作為單一穩定劑，參照GB 2760—2014食品添加劑使用標準，選擇黃原膠、魔芋膠、高酯果膠和卡拉膠添加量為0.1%，PGFE 和CMC 添加量分別為0.5%、0.03%。參照1.3中試驗方法，觀察穩定劑的穩定效果，對單一穩定劑進行初步篩選。

1.6 單一穩定劑對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響

參照1.3中試驗方法和表1中單一穩定劑的添加量，探究單一穩定劑對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響。

1.7 復合穩定劑對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響（見表2、表3）

基于1.6中試驗結果，固定配方中其他因素的取值，以黃原膠（0.1%～0.3%）、魔芋膠（0.1%～0.2%）、PGFE（0.3%～0.9%）和CMC（0.02%～0.06%）進行穩定劑的復配，利用L9(34)正交試驗設計，探究復合穩定劑對微膠囊脂肪粉營養劑穩定性的影響，確定復合穩定劑最優組合。

表1 單一穩定劑添加水平Tab.1 Level of single stabilizer addition 單位：%

表2 L（934）正交試驗因素水平設計Tab.2 L9(34)orthogonal test factor level design 單位：%

1.8 保藏期間營養劑穩定性觀察

根據篩選出的最優穩定劑組合，進行微膠囊脂肪粉營養劑的配制。于25、45 ℃分別對營養劑進行保藏，且在保藏期間觀察其組織形態變化，評估營養劑的穩定性。

2 結果與討論

2.1 單一穩定劑的篩選結果（見表3）

由表3可知，營養劑室溫冷卻60 min后，黃原膠、魔芋膠、PGFE 和CMC 的穩定效果較好；添加高酯果膠的營養劑發生分層、產生沉淀，穩定效果較差，其原因可能是營養劑的pH 值呈中性，高酯果膠和營養劑中的酪蛋白膠束均帶負電荷，兩者之間產生靜電斥力，造成溶液體系不穩定[14]。添加卡拉膠的營養劑也出現分層和沉淀現象，其原因可能是卡拉膠的添加增大了液滴的平均粒徑，導致顆粒沉降速度加快，進而造成營養劑體系不穩定，但需做進一步的研究進行驗證。

綜上所述，黃原膠、魔芋膠、PGFE和CMC可作為基礎穩定劑進行微膠囊脂肪粉溶水穩定性的研究。

表3 冷卻60 min后單一穩定劑的穩定效果Tab.3 Stabilizing effect of single stabilizer after cooling for 60 min

2.2 單一穩定劑的穩定效果（見圖1～圖4）

圖1 不同水平黃原膠對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響Fig.1 Effects of different levels of xanthan gum on water-soluble stability of micro-encapsulated fat power

圖2 不同水平魔芋膠對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響Fig.2 Effects of different levels of konjac gum on water-soluble stability of micro-encapsulated fat power

圖3 不同水平PGFE對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響Fig.3 Effects of different levels of PGFE on water-soluble stability of micro-encapsulated fat power

圖4 不同水平CMC對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響Fig.4 Effects of different levels of CMC on water-soluble stability of micro-encapsulated fat power

由圖1～圖4可知，隨著黃原膠、魔芋膠、PGFE 和CMC添加量的增加，營養劑的穩定性均呈先升高后降低的趨勢，且當黃原膠添加量為0.3%、魔芋膠添加量為0.2%、PGFE 添加量為0.3%、CMC 添加量為0.04%時，營養劑穩定性最好。表明黃原膠、魔芋膠、CMC 和PGFE 均具有增稠作用[4-9]。

本研究中，單一穩定劑使營養劑穩定性先升高后降低，原因可能是添加適量穩定劑增大了營養劑的黏稠度，進而提高了營養劑體系的穩定性；而過量添加穩定劑，造成營養劑黏稠度過高，進而導致營養劑體系穩定性下降。

2.3 營養劑穩定性正交試驗結果（見表4）

穩定劑的種類和用量影響溶液體系的穩定性，而單一穩定劑的復合能起到協同增效的作用。本研究通過單一穩定劑的復配，探究了復合穩定劑對微膠囊脂肪粉溶水穩定性的影響。

由表4 可知，影響營養劑穩定性的主次因素為黃原膠＞魔芋膠＞PGFE＞CMC，組合A1B3C3D3穩定性結果高于其他穩定劑組合，表明組合A1B3C3D3可能是單一穩定劑最優組合，但由K值推測，最優組合可能為A3B3C1D2。

表4 營養劑穩定性正交試驗結果Tab.4 Results of the stability of nutritional agents by orthogonal test

根據試驗方法對組合A3B3C1D2穩定劑進行驗證，結果發現，與所有組合相比，組合A3B3C1D2制成的營養劑穩定性較好。脂肪、蛋白與多糖的相互作用形式和程度決定了營養劑體系的穩定性[15]。有研究發現，在含有雜蛋白的油體中添加0.1%的黃原膠可顯著提高穩定性[16]。魔芋膠中的魔芋葡甘聚糖分子可與黃原膠雙螺旋結構以次級鍵形式相互結合形成三維網狀結構，兩者存在協同增效作用[17-18]。本研究中組合A3B3C1D2復合穩定劑穩定效果較好，原因可能是黃原膠和魔芋膠分子間形成了穩定的三維網狀結構，吸附于油體表面，并與油體表面蛋白產生靜電相互作用，減少絮凝形成，提高空間穩定性[15]。此外，PGFE 和CMC 可乳化油脂，進一步減小液滴平均粒徑，降低顆粒沉降速度，提高營養劑體系穩定性。綜上所述，穩定劑最優組合為A3B3C1D2，即黃原膠0.3%、魔芋膠0.2%、PGFE 0.3%、CMC 0.04%。

2.4 不同溫度下營養劑穩定性結果（見表5）

根據最優的穩定劑配方（A3B3C1D2）制成營養劑，分別于25、45 ℃條件下保存，觀察其沉淀、分層和脂肪上浮等狀況。

由表5 可知，25 ℃條件保存，營養劑穩定性在90 d 內表現正常，穩定性較好；45 ℃條件保存時，其穩定性在30 d內表現正常，穩定性較好。

表5 不同溫度下營養劑穩定性結果Tab.5 Results of the stability of nutritional agents at different temperatures

3 結論

本研究采用正交試驗方法，探究了黃原膠、魔芋膠、PGFE 和CMC 的復配對微膠囊脂肪粉溶水后穩定性的影響。當黃原膠0.3%、魔芋膠0.2%、PGFE 0.3%、CMC 0.04%進行復配時，微膠囊脂肪粉溶水后脂肪不易上浮、分層，乳濁液穩定性較強。生產過程中采用該穩定劑組合可有效解決微膠囊脂肪粉油脂上浮和營養物質沉淀問題。