魚油微膠囊噴霧干燥工藝優(yōu)化及貯藏穩(wěn)定性研究

陳春容，王卉*，白燕

海南熱帶海洋學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院（三亞 572022）

魚油中含有多種不飽和脂肪酸，具有預(yù)防和減少心腦血管疾病、抗炎抗過敏、增強(qiáng)免疫力、改善視力等功效，被廣泛應(yīng)用到食品、保健品、藥品中，具有很好的開發(fā)利用前景[1-2]。但魚油易氧化變質(zhì)，所產(chǎn)生的自由基會(huì)引起人體多種疾病。把魚油微膠囊化可以減少環(huán)境因素對(duì)魚油氧化的影響，屏蔽魚油的腥味，并能使魚油均勻添加到食品中[3-4]。魚油微膠囊使用的包埋壁材主要為天然大分子，如多糖、蛋白質(zhì)等，但這些壁材存在機(jī)械性能和耐溫耐濕性較差的缺點(diǎn)，干燥時(shí)易破裂，造成包埋率降低。納米蒙脫土（MMT）具有超大的比表面積，機(jī)械強(qiáng)度高，能有效改進(jìn)天然高分子材料的機(jī)械強(qiáng)度和耐濕耐溫性[5-6]，在制藥領(lǐng)域常用于藥物的緩釋，因此是一種非常好的微膠囊壁材改良劑。試驗(yàn)以麥芽糊精與阿拉伯膠為壁材，加入一定量的納米蒙脫土，研究噴霧干燥法制備魚油微膠囊的工藝條件，分析微膠囊在高溫高濕條件下的貯藏穩(wěn)定性，為魚油微膠囊在食品中的應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

魚油（70% DHA/EPA，陜西鳳棲梧生物科技有限公司）；麥芽糊精、阿拉伯膠（阿拉丁）；納米蒙脫土（浙江豐虹新材料股份有限公司）；其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

SD-Basic噴霧干燥儀[嘉盛（香港）科技有限公司]；HWS-26超級(jí)恒溫水浴槽（金力永磁壇市盛藍(lán)儀器制造有限公司）；JY99-IIDN高速分散器（寧波新芝生物科技股份有限公司）；SB-800D超聲波清洗機(jī)（寧波新芝生物科技股份有限公司）。

1.3 方法

1.3.1 魚油微膠囊的制備工藝

將納米蒙脫土加入去離子水中，超聲10 min，再于80 ℃攪拌2 h，冷卻備用。將麥芽糊精與阿拉伯膠（2.5∶1，W/W）與蒸餾水混合，在60 ℃恒溫水浴中加熱攪拌直至完全溶解，在其中加入納米蒙脫土溶液，攪拌均勻，形成混合溶液。向混合溶液中加入魚油，用高速分散機(jī)以5 000 r/min的轉(zhuǎn)速均質(zhì)5 min，形成均勻乳化液。將乳化液噴霧干燥，選用直徑為0.5 mm的霧化噴嘴，樣品流量5 mL/min，出口溫度120℃，得到的魚油微膠囊置于干燥器內(nèi)保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3.2 魚油微膠囊單因素試驗(yàn)

1.3.2.1 不同納米蒙脫土含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

選取固形物含量20%、芯壁比1∶2、噴霧干燥機(jī)進(jìn)口溫度190 ℃，納米蒙脫土在壁材中含量設(shè)置為0，2%，4%，6%和8%，制備魚油微膠囊。

1.3.2.2 不同固形物含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

選取納米蒙脫土含量4%、芯壁比1∶2、噴霧干燥機(jī)進(jìn)口溫度190 ℃，固形物含量設(shè)置為12%，16%，20%，24%和28%，制備魚油微膠囊。

1.3.2.3 不同芯壁比對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

選取納米蒙脫土含量4%、固形物含量20%、噴霧干燥機(jī)進(jìn)口溫度190 ℃，芯壁比設(shè)置為1∶1，1∶1.5，1∶2，1∶2.5和1∶3，制備魚油微膠囊。

1.3.2.4 不同進(jìn)口溫度對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

選取納米蒙脫土含量4%、固形物含量20%、芯壁比1∶2，噴霧干燥機(jī)進(jìn)口溫度設(shè)置為160，170，180，190和200 ℃，制備魚油微膠囊。

1.3.3 正交試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，采用表1的L9(34)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表，對(duì)納米蒙脫土含量、固形物含量、芯壁比、進(jìn)口溫度4個(gè)因素在3個(gè)水平進(jìn)行工藝優(yōu)化。

表1 正交試驗(yàn)水平表

1.3.4 包埋率的測(cè)定

1) 魚油微膠囊表面油的測(cè)定

2) 魚油微膠囊總油的測(cè)定

稱取質(zhì)量m1（g）的魚油微膠囊放于錐形瓶中，先加20 mL熱水，溶解樣品后，再加40 mL石油醚-乙醇（1∶1，V/V）混合液進(jìn)行充分萃取，并重復(fù)萃取2次，最后將全部萃取液轉(zhuǎn)移到干燥至恒質(zhì)量m2（g）的圓底燒瓶之中，萃取液用水浴蒸發(fā)掉大部分溶劑之后，放在105 ℃下烘至質(zhì)量恒定m3（g）[7]。進(jìn)行3次平行試驗(yàn)。總油含量按式（1）計(jì)算，包埋率按式（2）計(jì)算。

1.3.5 微膠囊基本指標(biāo)測(cè)定

水分含量測(cè)定：將微膠囊于真空干燥箱70 ℃烘干至恒重，水分含量由干燥前后的質(zhì)量算出[8]。

流動(dòng)性測(cè)定：采用休止角法[9]測(cè)定微膠囊粉末的流動(dòng)性，將微膠囊粉末倒入漏斗中，使粉末落到圓形培養(yǎng)皿中，向四周散開堆積成圓錐體形，測(cè)量錐體高度h及錐體半徑r，該圓錐體與水平面的夾角為休止角θ，按式（3）計(jì)算。

1.3.6 魚油過氧化值（POV）的測(cè)定

參照GB/T 5009.227—2016[10]滴定法測(cè)定魚油過氧化值。

深化課程考試體系改革，實(shí)現(xiàn)考核方式向多樣化轉(zhuǎn)變，考核內(nèi)容向注重綜合能力考核轉(zhuǎn)變，成績?cè)u(píng)定由終結(jié)性評(píng)價(jià)向形成性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)變。取消原有的“一考定成績”，推行形成性評(píng)價(jià)方案(見圖4)，提升評(píng)價(jià)的科學(xué)性和客觀性。將學(xué)生的線上學(xué)習(xí)情況、課堂參與情況、解決問題能力、計(jì)算思維能力等納入學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)體系，更科學(xué)、客觀地衡量學(xué)生學(xué)習(xí)效果。在教學(xué)過程中，通過線上、線下的數(shù)據(jù)分析，把握學(xué)生整個(gè)學(xué)習(xí)過程，并及時(shí)反饋評(píng)價(jià)結(jié)果，使學(xué)生通過評(píng)價(jià)結(jié)果了解自己的不足，進(jìn)行及時(shí)、有效的改正。

1.3.6.1 不同濕度環(huán)境下的微膠囊貯藏的氧化性能測(cè)定

將樣品放入燒杯，置于干燥器中，干燥器的底部裝有硝酸鎂飽和溶液和氯化鈉飽和溶液，用于模擬50%和75%的濕度環(huán)境。每隔3 d分別從各個(gè)燒杯中取出樣品，測(cè)量過氧化值。

1.3.6.2 微膠囊在高溫情況下貯藏的氧化性測(cè)定

將樣品放入燒杯，置于60 ℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱中，每隔1 d分別從燒杯中取出樣品，測(cè)量過氧化值。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 不同納米蒙脫土含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

圖1為不同納米蒙脫土含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響。隨著納米蒙脫土含量在壁材中逐漸增多，包埋率呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)含量在4%時(shí)，包埋效率達(dá)到最高，但含量超過4%后，包埋效率反而降低。這是由于納米蒙脫土能提高天然大分子囊壁的力學(xué)性能、阻隔能力和耐熱性[11]，更好包埋精油。適量的納米蒙脫土添加可以提高壁材的包埋性能，但是過量添加則會(huì)降低壁材的力學(xué)性能，導(dǎo)致包埋率降低。

圖1 不同納米蒙脫土含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

2.1.2 不同固形物含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

圖2為不同固形物含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響。隨著固形物含量的增加，微膠囊的包埋率呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，固形物含量在20%時(shí)，包埋率達(dá)最高。當(dāng)固形物含量較低時(shí)，由于水含量高，使微膠囊干燥的時(shí)間變長，魚油易泄漏，但固形物含量增加到一定量時(shí)，乳液黏度變大，噴霧干燥時(shí)壁材成膜速度降低，不利于蒸發(fā)水分，造成魚油損失，使微膠囊包埋率降低[12]。

圖2 不同固形物含量對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

2.1.3 不同芯壁比對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

圖3是不同芯壁比對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響。包埋率隨著壁占比的增加而增大。這是由于當(dāng)壁占比太小時(shí)，魚油的量增多，就會(huì)造成壁材包埋不完整，使表面油含量增大，造成粉末微膠囊流動(dòng)性變差，微膠囊易粘著。若壁占比太大，雖然包埋率較高，但會(huì)使包埋的總油降低[13]。因此，綜合考慮，制備魚油微膠囊的最佳芯壁比為1∶2。

圖3 不同芯壁比對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

2.1.4 不同進(jìn)口溫度對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

圖4為進(jìn)口溫度對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響。包埋效率隨著進(jìn)口溫度的升高而增大，在190 ℃時(shí)達(dá)最高。噴霧干燥的進(jìn)口溫度過高會(huì)造成魚油微膠囊表面凹陷，進(jìn)口溫度過低會(huì)影響水分蒸發(fā)，造成包埋率降低，還會(huì)有粘壁現(xiàn)象[14]。

圖4 進(jìn)口溫度對(duì)魚油微膠囊包埋效果的影響

2.2 正交試驗(yàn)

由表2可得各因素的極差R的大小順序：D＞C＞A＞B，極差值越大，反映該因素影響越大，即影響微膠囊油包埋率最主要的因素是進(jìn)風(fēng)溫度，芯壁比次之，然后是納米蒙脫土含量，最后是固形物含量。比較各列k值，噴霧干燥最佳工藝參數(shù)為A2B3C3D1，即納米蒙脫土含量4%、固形物含量24%、芯壁比1∶2.5、進(jìn)口溫度180 ℃。以此工藝條件，進(jìn)行微膠囊驗(yàn)證試驗(yàn)，得到的微膠囊包埋率可達(dá)77.6%，說明此最佳工藝參數(shù)制備的魚油微膠囊包埋率最大。

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果表

2.3 魚油微膠囊基本指標(biāo)

依據(jù)制備魚油微膠囊的最佳工藝，用噴霧干燥分別制備含4%納米蒙脫土的魚油微膠囊和不含納米蒙脫土的魚油微膠囊，并進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)，結(jié)果見表3。含4%納米蒙脫土的魚油微膠囊的水分含量、休止角、表面油含量均小于不含納米蒙脫土的魚油微膠囊，說明含4%納米蒙脫土的魚油微膠囊具有更好的穩(wěn)定性，易于貯存，不易發(fā)霉結(jié)塊，流動(dòng)性好，并且納米蒙脫土能提高魚油微膠囊的總油含量，有利于壁材包埋魚油的效率。

表3 魚油微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.4 不同濕度下魚油微膠囊的貯藏氧化性

圖5和圖6分別為在25 ℃、相對(duì)濕度75%和50%下魚油微膠囊過氧化值隨時(shí)間的變化。魚油微膠囊的過氧化值隨時(shí)間逐漸增加，在75%相對(duì)濕度環(huán)境下，過氧化值的增加速率比50%相對(duì)濕度要快，主要是由于天然壁材在較高濕度下更易吸水，使得壁材的孔隙增大，從而加快了被包埋魚油的氧化速度。添加4%納米蒙脫土的魚油微膠囊比未添加的氧化速率要慢，在75%相對(duì)濕度下存放30 d后，含4%納米蒙脫土的魚油微膠囊過氧化值為12.1%，而不添加納米蒙脫土的微膠囊過氧化值為14.3%，所以壁材中添加納米蒙脫土有利于減緩魚油微膠囊在較高濕度下的氧化。

圖5 75%濕度下魚油微膠囊過氧化值隨時(shí)間的變化

圖6 50%濕度下魚油微膠囊過氧化值隨時(shí)間的變化

2.5 高溫下微膠囊貯藏氧化性

圖7為在60 ℃下魚油微膠囊過氧化值隨時(shí)間的變化。在60 ℃下，魚油及魚油微膠囊都比在室溫下氧化得快，其中以未被包埋的魚油氧化速度最快，沒有添加納米蒙脫土的魚油微膠囊氧化速度次之，添加了4%含量納米蒙脫土的魚油微膠囊氧化速度最慢。結(jié)果說明微膠囊對(duì)魚油具有一定的保護(hù)作用，壁材包裹住魚油，能有效地減少外界環(huán)境中氧氣、光照等因素對(duì)魚油的影響，使魚油的氧化速度下降，并且納米蒙脫土能增強(qiáng)壁材膜的致密性，提高膜的阻隔性，使氧氣在膜中受阻，從而降低所包埋魚油的氧化速率，延長魚油的貨架期。

圖7 在60 ℃下魚油微膠囊過氧化值隨時(shí)間的變化

3 結(jié)論

研究在麥芽糊精與阿拉伯膠壁材中加入一定量的納米蒙脫土（MMT），采用噴霧干燥法制備魚油微膠囊的工藝條件，對(duì)魚油包埋率有影響的納米蒙脫土含量、固形物含量、芯壁比、噴霧干燥進(jìn)口溫度4個(gè)因素進(jìn)行考察和優(yōu)化，得到最佳的魚油微膠囊制備條件：納米蒙脫土含量4%、固形物含量24%、壁芯比1∶2.5、噴霧干燥進(jìn)口溫度180 ℃，該條件下魚油包埋率為77.6%。產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)表明含4%納米蒙脫土的魚油微膠囊具有更好的穩(wěn)定性，易于貯存，不易發(fā)霉結(jié)塊，流動(dòng)性好，并且納米蒙脫土能提高魚油微膠囊的總油含量，有利于壁材包埋魚油的效率。分析魚油微膠囊在高溫高濕條件下的貯藏穩(wěn)定性，與未包埋的魚油相比，魚油微膠囊的氧化速度明顯減慢。壁材中添加納米蒙脫土有利于減緩魚油微膠囊在較高濕度和溫度下的氧化。