超聲輔助制備椰子油微膠囊及其貯藏穩定性研究

中圖分類號：TS206.4 文獻標志碼：A

Study on ultrasound-assisted preparation of coconut oil microcapsules and its storage stability

LIU Bao-xingl ，DENG Bao-hual，LIU Xiao-li2 * （1.Jiangsu Susa Food Co.，Ltd.，Taizhou 225324，China； 2.School of Food Science and Technology，Collaborative Innovation Center of Food Safety and Quality Control in Jiangsu Province，Jiangnan University，Wuxi 214122，China）

Abstract：To expand the application fields of coconut oil，this study used chitosan （CTS） and soy protein isolate （SPI） as wall materials，with coconut oil as the core material，combining ultrasonic-assisted homogenization and spray drying technology to prepare coconut oil microcapsules.The study examined the particle size and distribution，encapsulation eficiency，thermal stability of the microcapsules，and the retention rate of the core material under different storage conditions.Additionally，it analyzed the release behavior and changes of the microcapsule core material compared to unencapsulated core material in a simulated human gastrointestinal environment.The results showed that the average particle size of the prepared coconut oil microcapsules was 15.8μm ，with 83% of the microcapsules falling within the 10～ 25μm range，and they exhibited good thermal stability. In a storage environment at 4C ，relative humidity of 32% ，and light intensity of 0lx ，the microcapsules showed good stability. In the simulated gastrointestinal environment，after 27O minutes of treatment，the particle size of the microcapsules decreased from 15.55μm to 2.01μm ，with a release rate of 85.55% . This study provides a foundation for improving the quality and efficiency of coconut by-products. Key words：coconut oil; microcapsule;ultrasonic-spray drying； storage stability

0 引言

我國海南省盛產椰子，成熟椰子肉可提取出富含短鏈脂肪酸、多種烴類香氣成分和酚類化合物的天然椰子油.椰子油不僅具有豐富的香氣成分，還具有抗氧化、降血脂和預防心腦血管疾病的功效，在食品加工和化妝品領域有廣泛應用1.然而，由于椰子油的熔點較高，水溶性和分散性較差，直接作為增香劑使用時，熱加工過程中容易被氧化產生異味，或導致香氣成分大量溢出，極大限制了其應用范圍[2].因此，對于椰子油的穩態化及其應用研究顯得尤為迫切且具有現實意義.

微膠囊技術是一種成熟的技術，廣泛用于食品增香劑的包埋處理.因此，解決上述問題的有效途徑之一是對椰子油進行微膠囊化處理[3].微膠囊化技術可在芯材表面形成保護層，改善產品的物理性質，延長貨架期，并調節芯材的釋放速度，提高吸收率[4].然而，目前對于此類研究相對較少.

殼聚糖（Chitosan，CTS）是一種從甲殼類動物外殼中提取的天然多糖，具有良好的生物降解性、生物相容性、抗菌和抗氧化活性，廣泛應用于多個領域，尤為適合作為微膠囊壁材[5].大豆分離蛋白（SoybeanProteinIsolate，SPI）是從大豆蛋白中提取的蛋白質，富含人體必需的氨基酸，并具有良好的膠凝性、乳化性、保水性和發泡性等特性，可有效提高食品的營養價值和感官品質，因此常作為微膠囊壁材的選擇[6].

傳統微膠囊生產采用高壓均質技術，但該方法在乳化過程中易導致體系不穩定，使得形成的微膠囊在尺寸以及形態方面也存在不穩定的情況.超聲輔助均質技術以其獨特的優勢，能夠有效提高微膠囊的尺寸和形態穩定性.超聲波產生的機械效應和空化效應可以促進壁材和核心物質的混合，從而提高微膠囊的均勻性和穩定性.此外，超聲輔助均質技術還能減少乳化過程中的剪切力，減少對微膠囊的破壞，提高微膠囊的包封率和成品率.因此，采用超聲輔助均質技術可以有效避免這些問題].

基于此，本研究采用CTS和SPI作為復合壁材，以椰子油為芯材，通過超聲波輔助均質和噴霧干燥技術制備椰子油微膠囊.研究椰子油微膠囊的包埋率、粒徑、熱穩定性和釋放行為，并進一步探討其儲存穩定性及消化特性，旨在為椰子副產物的提質增效提供技術支撐.

1材料與方法

1.1主要材料與試劑

椰子油，實驗室進行精制處理，食品級；殼聚糖（CTS），相對分子量為 400kDa ，脫乙酰度為 80%～ 90% ，實驗室自制，食品級；大豆分離蛋白（SPI），源葉生物科技股份有限公司，食品級；脂肪酸甲酯標準品，美國Supelco公司，色譜純；胃蛋白酶 cgt;250 NFU/mg）、胰蛋白酶 （3000～3500NFU/g） ，北京索萊寶科技有限公司；其他常規試劑，上海國藥化學試劑有限公司，均為分析純，

1.2主要儀器與設備

UV-2550型紫外可見分光光度計，日本島津；NS-90ZPlus納米粒度及電位分析儀，珠海歐美克儀器有限公司；UltraturraxT-lOb型高速剪切機，德國IKA公司；科力超聲KL-100S數控超聲波清洗器，深圳市科力超聲波洗凈設備有限公司；S-300型噴霧干燥機，美國BUCHIWorld公司；DTA-50型差熱分析儀，日本島津；ParticaminiLA-35O型激光粒度分析儀，英國馬爾文帕納科公司.

1.3 實驗方法

1.3.1 椰子油微膠囊的制備

先將一定比例的椰子油與SPI溶液混合后，再緩慢滴加到含有 1% 醋酸的CTS溶液中，使用高速剪切機在 6000r/min 的條件下攪拌乳化 5min 直至形成均一穩定的乳液，隨后將體系pH調至6.5，在 40^°C 下進行超聲處理，超聲時間 10min .超聲功率 200W ，備用.

將谷氨酰胺轉氨酶 SPD加入1.5倍于常規流量的溶劑中，在攪拌速度為 60r/min 下緩慢攪拌，然后進行1.2小時的固化，接著靜置進行分層、篩選和水洗，回收濕囊后噴霧干燥，得到產品.制備得到的椰子油微膠囊芯壁比為 1：2 ：

1.3.2 包埋率的測定

（1）表面椰子油含量測定

準確稱取一定量的微膠囊，記質量為 m₁ ，振蕩浸提 5min （溶劑為石油醚）后過濾，保留濾渣，再繼續用石油醚將其洗滌兩次，過濾后轉移濾液至恒重后質量為 m₂ 的圓底燒瓶中，在 下，通過旋轉蒸發除去過量石油醚，干燥、恒重后稱量圓底燒瓶及微膠囊的總重記為 .由式（1）計算表面椰子油含量：

式（1）中： M₁ 為微膠囊表面油含量， %sm₁ 為椰子油微膠囊的質量， g;m₂ 為干燥圓底燒瓶的質量，g;m₃ 為恒重圓底燒瓶與椰子油微膠囊表面油的總質量，g.

（2）總椰子油含量的測定

將準確稱取的一定量樣品，記錄質量為 m₁ .溶解在 30mL 去離子水中，再往其中分別加入50mL石油醚和 50mL 無水乙醇，經2次萃取獲得的萃取液合并后，再轉移至已恒重，質量為 m₂ 的圓底燒瓶中進行旋轉蒸發以除去多余溶劑，干燥至恒重后，稱量圓底燒瓶及微膠囊的總重記為 ，按照依照式（2）計算總椰子油含量：

式（2）中： M₂ 為微膠囊總椰子油含量， %;m₁ 為 椰子油微膠囊的質量， g;m₂ 為干燥圓底燒瓶的質 量， g;m₃ 為恒重后椰子油微膠囊總油與圓底燒瓶 的總質量，g.

（3）椰子油微膠囊包埋率的測定

椰子油微膠囊包埋率是一個重要的指標，指包人微膠囊中的椰子油量與椰子油使用總量的比值，依照式（3）進行計算[9]：

式（3）中： Y 為包埋率， %;M₁ 為表面油質量， g; M₂ 為總油質量，g.

1.3.3 椰子油微膠囊粒徑的測定

在蒸餾水中將微膠囊樣品置于其中并分散均勻后，用納米粒度儀測定其粒徑分布[10].

1.3.4椰子油微膠囊的熱重（TG/DTG）分析

將設備的初始溫度設為 30^°C ，終止溫度 800° 以每秒 10^°C 的速率升溫，同時將氮氣的流量調節至 20mL/min ，最后獲得椰子油微膠囊TG/DTG曲線，以便對其熱重性質進行分析[11].

1.3.5 芯材在不同貯藏條件下的保留率

為了探究不同貯藏條件對芯材保留率的影響，將所制備的椰子油微膠囊分別置于不同的貯藏溫度、不同相對濕度和不同光照強度下一段時間后，

測定其芯材保留率.

（1）不同貯藏溫度：將微膠囊樣品在恒溫恒濕培養箱中分別在 溫度下貯藏21d，在相對濕度（RH）為 32% ，光照強度為0lx

（2）不同相對濕度：將溫度控制在 4^°C ，光照強度為 0lx ，把樣本放人 32% 、 54% ？ 76% 和 92% 的濕環境下貯藏21d.

（3）不同光照強度：調節恒溫恒濕培養箱的溫度為 4C 、相對濕度為 32% ，將樣品分別置于 0lx 、 的光照強度下貯藏

1.3.6芯材的保留率和釋放率

分別按式（4）、（5）對芯材保留率和釋放率進行計算[12]：

r=1-B₁

式（4）、（5）中： B₁ 為保留率， %;q₁ 為總油含量，g;q₀ 為即時表面含油量， g;q₂ 為表面含油量， g;r 為釋放率， %

1.3.7 微膠囊芯材在模擬人體消化道環境中的釋放情況

通過模擬人體口腔唾液環境、胃液環境和腸液環境，來進一步對椰子油微膠囊在人體消化道環境中的釋放情況進行研究[13].

（1）人體口腔唾液（SOS）：依據本實驗室前期的方法配制 SOS 溶液，備用[13].

（2）胃液（SGF）：準確稱取 0.2g 氯化鈉和0.32g 胃蛋白酶溶解于 100mL 蒸餾水中，調節 pH 至2.0，得到模擬胃液的特定環境的SGF溶液備用.

（3）腸液（SIF）：將一定量的磷酸氫二鉀與 g 胰蛋白酶溶解在 100mL 蒸餾水中，調節 pH=6.8 ，制備獲得SIF溶液備用.

將微膠囊樣品依次置于SOS、SGF和SIF中，在 下水浴環境中分別以 100r/min 的轉速攪拌 0～10min，10～120min，120～270min 進行反應.

2 結果與討論

2.1微膠囊的粒徑分析

椰子油微膠囊的粒徑分布結果如圖1所示.由圖可以看出，椰子油微膠囊的粒徑呈正態分布，其中粒徑在 10～25μm 范圍內的微膠囊占總量的83% ，其中 38% 的微膠囊粒徑介于 15～20μm ，平均粒徑為 15.8μm ，分布較為均勻.然而，仍有少量微膠囊的粒徑介于 35～100μm 之間，這可能是由于部分小粒徑微膠囊發生了團聚所致，

2.2 熱穩定性分析

采用熱重-差熱綜合分析儀可對產品的熱穩定性進行了分析.如圖2所示，在程序控制的升溫過程中，椰子油微膠囊的質量發生了顯著變化，整個過程主要可以分為以下三個熱降解階段：第一個階段發生在 之間，熱降解曲線呈輕微下降趨勢，伴隨 9.8% 的質量損失，主要由微膠囊中的自由水散失及表面油脂氧化分解引起；第二階段的熱降解發生在 150‰ 之間，曲線迅速下降，微膠囊質量損失約為 49% ，表明該階段椰子油微膠囊發生了大量分解；在 400°～600 ℃之間，微膠囊的質量損失達到 26% ，主要由于微膠囊壁材在高溫下分解所致[14].

通過分析熱分解過程中的溫度變化，本研究發現在實際的食品加工和儲存條件下，即 30^°C～150^°C 之間，椰子油微凝膠僅有 9.8% 的質量損失，因此可以確認本方法制備的椰子油微膠囊具有較好的熱穩定性.

2.3貯藏溫度對椰子油保留率的影響

在相對濕度為 32% 、避光的環境下，將椰子油微膠囊分別貯藏于 和 50^°C 的環境中，研究芯材隨時間的變化.由圖3可見，隨著貯藏溫度的升高，各組椰子油的保留率逐漸下降.在相同的貯藏時間下，貯藏溫度越低，椰子油的保留率越高.椰子油在四種溫度下的保留率依次為：4^cCgt;25^°Cgt;35^°Cgt;50^°C. 當樣品在 4^°C 環境下貯藏21天時，椰子油的保留率仍可保持在 93% ，而在 50^°C 下貯藏相同時間后，保留率降至 58% ，說明大部分椰子油被釋放.這是由于較高溫度下，微膠囊壁材的通透性增強并受損，減少了對椰子油的束縛，導致其加速逸出；同時，高溫加劇了椰子油分子的運動，進一步加快了釋放速率[15].

圖4展示了將椰子油微膠囊分別貯藏在相對濕度為 32%.54%.76% 和 92% ，光照強度為 0lx 、溫度為 4^°C 的環境中椰子油保留率的變化情況.

根據圖4可知，在 RH=32% 時，微膠囊中椰子油釋放較為緩慢，經過21天貯藏后，保留率仍高達 94% ；但隨著貯藏期間相對濕度的增加，椰子油保留率顯著下降.當 RH=92% 時，椰子油微膠囊的保留率僅剩 47% .隨著相對濕度的升高，微膠囊壁材更易吸水，水分更容易進人微膠囊內部，影響微膠囊外殼結構，導致滲透性顯著提高，從而降低微膠囊的結構穩定性，促使椰子油進一步釋放[16].這一結果表明，低濕度條件下微膠囊結構穩定性更高，水分滲透較少，對芯材的保護效果更好.此研究涵蓋了常見儲存環境中的濕度變化，為椰子油微膠囊在實際儲存條件下的應用提供了實驗數據和理論支持.未來可進一步探討更低濕度下的貯藏效果.

將椰子油微膠囊分別置于相對溫度 4^°C 、相對濕度 32% 的環境下，設置不同光照強度以研究芯材保留率受光照強度的影響.由圖5可知，在相同貯藏時間下，隨著光照強度從 逐漸增加到 10 000lx ，芯材保留率逐漸降低.這一現象可能是由于高光照條件下，光能激發了微膠囊內部的油脂分子，形成自由基，進一步引發自由基鏈反應，加速壁材的氧化分解，導致芯材的釋放增加[17].

研究表明，食物在人體消化系統中的消化吸收時間約為 3～5h^[18] ，因此將模擬消化道的時間設置為 4.5h ，可以基本概括整個食物的消化過程.通過模擬人體消化道的幾個關鍵環節 —口腔消化、胃液消化和腸液消化，研究椰子油微膠囊在人體消化系統中的釋放情況[19].

圖6展示了椰子油微膠囊在模擬消化道環境中，經過SOS10分鐘、SGF消化110分鐘和SIF消化150分鐘的釋放曲線.結果表明，樣品在此模擬環境中表現出良好的緩釋效果.例如，在前10分鐘的模擬口腔消化階段，椰子油的釋放量僅為3.7% ，幾乎全部轉移至下一個消化階段.在胃液消化階段，經過10至120分鐘的消化，椰子油在SGF酸性環境中緩慢釋放，釋放率達到 30.8% ，明顯高于口腔階段.可能是由于殼聚糖和大豆分離蛋白組成的壁材在該階段延長了反應時間.

楊天智等[20]以殼聚糖、乳清蛋白和海藻酸鈉為壁材，采用冷凍干燥法制備微膠囊負載丁香酚.制備的丁香酚微膠囊穩定性好，具備良好的緩釋能力.ShuaiDong等[21]探討了以大豆分離蛋白（SPI）和殼聚糖鹽酸鹽（CHC）為復合壁材，通過復合凝聚法制備蘆丁微膠囊.研究發現，在體外消化模擬中，SCR微膠囊在模擬胃液和腸液中的釋放率分別為 16.97% 和 76.53% ，實現了蘆丁在腸液中的靶向釋放.這是由于蛋白質和多糖之間的靜電引力，SCR中大豆分離蛋白的結構可以讓微膠囊免受由疏水性氨基酸形成的肽鍵的酶解.這表明殼聚糖和大豆分離蛋白組成的壁材能夠有效控制蘆丁的釋放，延長其在模擬消化道環境中的釋放時間.

進入腸液后，椰子油的釋放率顯著增加，至270分鐘時釋放率達 85.5% ，表明微膠囊的結構發生了巨大變化，胰蛋白酶破壞了微膠囊的骨架結構，導致微膠囊迅速降解，并在外殼上形成大量孔隙，促使其促速釋放22].

2.7微膠囊粒徑在模擬人體消化道環境中的變化情況

微膠囊在SOS、SGF和SIF環境中粒徑的變化可直接反映壁材的溶解程度.由圖7可知，椰子油微膠囊在SGF環境中的平均粒徑由起始的

15.55μm 減小至120分鐘時的 5.98μm ，減少了64% ，同時對應的芯材釋放率為 22.9% .這表明在SGF階段，酸性環境及胃蛋白酶的作用使得壁材部分溶解，但整體結構仍保持相對完整[23]，從而阻礙了椰子油的快速釋放.然而，當微膠囊進人SIF環境后，隨著環境由酸性轉為中性及腸液滲透壓的變化，壁材的結構穩定性進一步下降，導致微膠囊粒徑迅速減小.平均粒徑在270分鐘時進一步減小至 2.01μm ，最終釋放了 80.6% 的椰子油.這說明SIF環境中壁材的迅速溶解大大加速了椰子油的釋放過程.

3結論

通過超聲波輔助結合噴霧干燥技術，以殼聚糖（CTS）和大豆分離蛋白（SPI）作為復合壁材，椰子油作為芯材，成功制備了平均粒徑為 15.8μm 的椰子油微膠囊.其中，粒徑在 10～25μm 范圍內的微膠囊占總量的 83% .在貯藏溫度為 4^°C 、相對濕度為 32% 、光照強度為 0lx 的條件下，微膠囊表現出較好的貯藏穩定性.研究表明，在模擬消化道270分鐘的環境中，椰子油的釋放率達到 85.5% ，微膠囊的粒徑從初始的 15.55μm 減少至 2.01μm. 這說明椰子油微膠囊在消化道中具有優良的緩釋特性，且能適應人體胃腸的消化和吸收需求.本研究所制備的椰子油微膠囊為天然椰子油的應用提供了有力的理論參考和支持，

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【責任編輯：陳 佳】