劉楠楠，陳雪峰，劉俊杰

(陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安，710021)

復(fù)凝聚法制備蔥油香精微膠囊*

劉楠楠，陳雪峰，劉俊杰

(陜西科技大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，陜西西安，710021)

探討了以明膠、阿拉伯膠為壁材，用復(fù)凝聚法制備蔥油香精微膠囊的工藝條件。分析了芯壁質(zhì)量比、pH值、固化時(shí)間對(duì)微膠囊成囊效果的影響，制備蔥油香精微膠囊的適宜工藝為:芯壁材質(zhì)量比1∶2;pH值4.15;固化劑為谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶，用量為明膠質(zhì)量的25%，固化時(shí)間12h。采用噴霧干燥法(進(jìn)風(fēng)溫度185℃，出風(fēng)溫度80℃，進(jìn)料溫度50℃)可以制備出蔥油香精微膠囊粉狀產(chǎn)品，產(chǎn)品的含水率為2.87%，包埋率為89.55%。

復(fù)凝聚法，噴霧干燥，微膠囊，蔥油香精

微膠囊是利用天然或合成的高分子材料包裹固體、液體甚至是氣體等物質(zhì)，制成有囊壁的微型膠囊以及保留或截留其他物質(zhì)的微粒，從而達(dá)到保護(hù)、控釋等效果［1］。在食品加工過程中，為改善產(chǎn)品風(fēng)味，香精作為賦香劑而被廣泛使用，但香精中的香味成分在光、熱、氧作用下容易發(fā)生變化，從而導(dǎo)致食品風(fēng)味劣變，最終影響產(chǎn)品品質(zhì)［2］。將香精進(jìn)行微膠囊化，就可以較好的解決香精在使用過程中的穩(wěn)定性問題，擴(kuò)大香精在食品加工中的應(yīng)用領(lǐng)域。本文利用復(fù)凝聚法結(jié)合噴霧干燥對(duì)蔥油香精進(jìn)行微膠囊化，研究了蔥油香精微膠囊的生產(chǎn)工藝。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

蔥油香精(onion oil flavor):廣州美益香料有限公司提供，明膠、阿拉伯膠、麥芽糊精、食用乙酸、氫氧化鈉、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶等材料:市購。

TD1001精密電子天平，賽多利斯儀器有限公司;XS-402相差顯微鏡，南京江南永新光學(xué)有限公司;QUANTA 400掃描電子顯微鏡，荷蘭飛利浦FEI公司;PB－10酸度計(jì)，賽多利斯儀器有限公司;DZ30－32離心機(jī)，上海安亭科學(xué)儀器廠;DK－98－1型恒溫水浴鍋，天津市泰斯特儀器有限公司;DHG－9246A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司;MJ－250BP02A電動(dòng)攪拌機(jī)，常州國(guó)華電器有限公司;RGLWD1順流立式噴霧干燥塔，陜西三原食品機(jī)械有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微膠囊香精的制備工藝流程

將阿拉伯膠配成濃度為0.03 g/mL的水溶液，按一定芯壁比加入蔥油香精進(jìn)行均質(zhì)乳化，再加入0.03 g/mL濃度的明膠水溶液，所得混合液攪拌均勻并加熱至45℃，然后加入體積分?jǐn)?shù)為10%的醋酸溶液調(diào)節(jié)混合液pH值到一定范圍，此時(shí)阿拉伯膠與明膠開始圍繞蔥油香精液滴凝聚并形成微膠囊，保溫并緩慢攪拌1 h，加入固化劑(谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶)進(jìn)行固化，固化一定時(shí)間后，加入1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH值到7.0左右，用離心機(jī)分離出濕膠囊，按質(zhì)量比1∶1加入濃度為0.2 mg/L的阿拉伯膠和麥芽糊精混合液，通過噴霧干燥(進(jìn)風(fēng)溫度185℃，出風(fēng)溫度80℃，進(jìn)料溫度50℃)即可得到蔥油香精微膠囊產(chǎn)品。

1.2.2 微膠囊形態(tài)的觀察

在采用復(fù)凝聚法制備微膠囊的過程中，用吸管適量吸取不同包埋條件下未經(jīng)噴霧干燥的微膠囊分散液，置于載玻片上，蓋上蓋玻片，用XS－402型相差顯微鏡10(目鏡)×40(物鏡)下觀測(cè)。

1.2.3 掃描電子顯微鏡(SEM)觀察微膠囊的超微結(jié)構(gòu)。

在樣品臺(tái)上貼上一層雙面膠，將噴霧干燥后的微膠囊粉末輕輕撒在上面，加速電壓為20 kV，選擇具有代表性的視野進(jìn)行觀察。

1.2.4 微膠囊包埋率的測(cè)定

產(chǎn)品表面蔥油含量的測(cè)定方法:稱取2.000 g微膠囊產(chǎn)品，用20 mL石油醚震蕩洗滌，過濾，重復(fù)2次，合并濾液放入已精確稱量的稱量瓶中，置于60℃烘箱中蒸干溶劑，將稱量瓶放置干燥器中冷卻稱重，可得微膠囊表面蔥油質(zhì)量。

產(chǎn)品中總蔥油含量的測(cè)定:稱取2.000 g微膠囊樣品，反復(fù)研磨多次，無水乙醚作溶劑用索式抽提法測(cè)定［3］。

1.2.5 水分含量的測(cè)定

105℃ 恒重法［4］，準(zhǔn)確稱取蔥油香精微膠囊 m(10 g)，在105℃烘箱中烘2 h，然后在干燥器中冷卻至室溫，稱量為m1，重復(fù)以上操作，干燥時(shí)間為1 h，再稱質(zhì)量為m2，兩者相差不超過0.05 g。

2 結(jié)果與討論

2.1 芯壁比對(duì)成囊效果的影響

pH 值為 4.15，選擇芯壁質(zhì)量比為 2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，相差顯微鏡下觀察其包埋情況，結(jié)果見圖1。

圖1 相差顯微鏡下不同芯材壁材比對(duì)成囊效果的影響(標(biāo)尺=10μm)

從微膠囊的形成來看，當(dāng)芯壁質(zhì)量比為2∶1時(shí)，微膠囊形狀不規(guī)則，大小不一，芯材液滴未被完全包埋［(圖1(A)］;當(dāng)芯壁質(zhì)量比為1∶1時(shí)，微膠囊形狀大多為橢圓形，少數(shù)為不規(guī)則形，部分微膠囊中芯材液滴未被完全包埋［(圖1(B)］;而當(dāng)芯壁質(zhì)量比為1∶2時(shí)，微膠囊大小均一、呈球形，芯材液滴被完全包埋［(圖1(C)］;當(dāng)芯壁比為1∶3時(shí)，微膠囊形狀不規(guī)則且顆粒之間有交聯(lián)聚集現(xiàn)象，多數(shù)微膠囊中芯材液滴未被包埋［(圖1(D)］。復(fù)凝聚法是使用2種或多種帶不同電荷的水溶性高分子電解質(zhì)作為壁材，將不溶于水的芯材以微粒形態(tài)(液滴)分散在壁材溶液中，在適當(dāng)?shù)臈l件下(如改變pH值，加入無機(jī)鹽電解質(zhì)等)，帶不同電荷的壁材因靜電作用發(fā)生相互吸附并圍繞芯材液滴凝聚成聚合物，聚合物最終從溶液中以固相析出形成微膠囊［5］。結(jié)果表明，不同的芯壁比對(duì)微膠囊的形成有很大的影響。這是因?yàn)樾静臐舛冗^高，芯材分散于連續(xù)相中的乳狀液滴增加，液滴更易相互碰撞而聚集成不規(guī)則狀態(tài)［6］，同時(shí)隨著芯材用量的增加，平均凝聚在芯材液滴表面的明膠和阿拉伯膠聚合物減少，從而使壁膜變薄，甚至出現(xiàn)芯材未被完全包埋的情況。若壁材濃度過大，帶相反電荷的壁材雖能圍繞芯材凝聚，但壁材之間互相碰撞的幾率也大大增加，壁材交聯(lián)現(xiàn)象嚴(yán)重，所形成的聚合物呈不規(guī)則形狀;另外壁材也可不圍繞芯材液滴直接發(fā)生凝聚，使得部分芯材未被包埋。只有當(dāng)芯壁質(zhì)量比適中時(shí)(如1∶2)，微膠囊成囊效果最好。

2.2 pH值對(duì)成囊效果的影響

芯壁質(zhì)量比為1∶2，調(diào)節(jié) pH值分別為3.75，3.95，4.15，4.35，相差顯微鏡下觀察其包埋情況，結(jié)果見圖2。

圖2 相差顯微鏡下不同pH對(duì)微膠囊成囊效果的影響(標(biāo)尺=10μm)

從微膠囊的形成來看，在pH值在3.75～4.15內(nèi)，隨著pH值的下降，微膠囊囊壁由厚變薄，以至出現(xiàn)形狀不完整、芯材液滴未被包埋的現(xiàn)象。pH值在3.75時(shí)，微膠囊囊壁最薄，部分微膠囊中芯材液滴沒有完全包埋［圖2(A)］;pH值在3.95時(shí)，微膠囊囊壁較厚，少量微膠囊囊壁不完整［圖2(B)］，pH值在4.15時(shí)，微膠囊囊壁厚實(shí)，芯材液滴被完全包埋［圖2(C)］;pH值上升到4.35時(shí)，沒有微膠囊形成［圖2(D)］。

明膠是一種既含—COO－又含—NH3+的兩性蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)在4.8～9.0［7］。在水溶液里明膠分子的電荷性受溶液pH值的影響。當(dāng)溶液pH值低于明膠等電點(diǎn)時(shí)，分子帶正電;當(dāng)溶液pH值高于等電點(diǎn)時(shí)，分子帶負(fù)電。通過改變?nèi)芤旱膒H，就可以使明膠成為聚陽離子或聚陰離子。阿拉伯膠是由多種單糖縮聚形成的聚合物，結(jié)構(gòu)中含有—COO－，當(dāng)溶液pH值≥3.0時(shí)，阿拉伯膠分子是聚陰離子［5］。本文研究結(jié)果表明，pH值并不是越低越好，這是因?yàn)閜H值過低時(shí)(如pH=3.75)，大量的H+會(huì)抑制明膠電離，導(dǎo)致明膠帶正電荷量減少［8］，使得明膠與阿拉伯膠之間的靜電作用減弱，從而不利于微膠囊的形成。若pH值較高(如pH=4.35)，接近明膠等電點(diǎn)，明膠所帶正電荷量也減少，與阿拉伯膠的靜電作用也減弱，從而也不利于微膠囊形成。只有當(dāng)pH值適中時(shí)(如pH=4.15)，明膠正電荷量達(dá)最大，與阿拉伯膠的靜電作用最強(qiáng)，從而最有利于微膠囊的形成。

2.3 固化時(shí)間對(duì)成囊效果的影響

明膠一阿拉伯膠的復(fù)合凝聚是通過靜電作用產(chǎn)生相分離，從而導(dǎo)致聚合物在溶膠與凝膠之間發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變，條件改變，凝聚相就會(huì)消失［6］。為使在芯材周圍凝聚的聚合物不再解聚，需要對(duì)聚合物進(jìn)行固化處理。固化處理的原理就是讓包埋在芯材周圍的高分子物質(zhì)之間發(fā)生化學(xué)交聯(lián)，從而獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的微膠囊。常用的固化劑有甲醛、戊二醛、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶等，甲醛、戊二醛屬化學(xué)交聯(lián)劑，對(duì)人體有害，不適合制備食品用微膠囊，故本研究選用符合食品安全要求的谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶(TG)作為微膠囊的固化劑。固化劑酶的用量為明膠質(zhì)量的25%，固化時(shí)間設(shè)置為4、8、12、16 h，將固化后的微膠囊溶液在 90℃ 下保溫30 min，觀察其固化效果(相差顯微鏡下)，結(jié)果如圖3所示。

圖3 相差顯微鏡下TG不同作用時(shí)間對(duì)微膠囊成囊的影響(標(biāo)尺=10μm)

圖4 掃描電鏡(SEM)下微膠囊的表面微觀結(jié)構(gòu)(1 000×)

當(dāng)固化時(shí)間為4 h時(shí)，經(jīng)高溫處理后，微膠囊囊壁變薄且產(chǎn)生破損［圖3(A)］。固化時(shí)間為8h時(shí)，經(jīng)高溫處理后，微膠囊囊壁雖然變薄，但囊壁結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，只有少微膠囊囊壁破損［圖3(B)］。固化時(shí)間為12 h，經(jīng)高溫處理后，微膠囊囊壁依然厚實(shí)，囊壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，幾乎無破損［圖3(C)］。固化時(shí)間為16 h時(shí)，固化效果同固化12 h的結(jié)果［(圖3(D)］。微膠囊未經(jīng)固化處理經(jīng)高溫作用后，微膠囊形態(tài)不穩(wěn)定，囊壁發(fā)生解聚［圖3(E)］。

90℃保溫30 min的處理是一個(gè)破壞性實(shí)驗(yàn)，用于觀察微膠囊的穩(wěn)定性。結(jié)果表明，當(dāng)酶量一定時(shí)，延長(zhǎng)固化時(shí)間可有效提高微膠囊的穩(wěn)定性。谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶是一種催化酰基轉(zhuǎn)移反應(yīng)的酶，它能夠通過形成蛋白質(zhì)分子間共價(jià)鍵，催化蛋白質(zhì)分子聚合和交聯(lián)［9］，提高微膠囊的囊壁強(qiáng)度。選用TG對(duì)微膠囊經(jīng)固化處理12h后，在溫度高達(dá)90℃時(shí)，微膠囊依然保持完整，而隨著時(shí)間進(jìn)一步延長(zhǎng)，固化作用更強(qiáng)。董志儉等［10］研究了酶用量和固化時(shí)間對(duì)微膠囊的影響，酶用量多，所需時(shí)間短，酶用量少，所需時(shí)間長(zhǎng)。

2.4 微膠囊表面微觀結(jié)構(gòu)的觀察

將最佳工藝條件下得到的微膠囊通過離心分離收集微膠囊，加入二次包埋壁材進(jìn)行噴霧干燥。所得產(chǎn)品經(jīng)電鏡掃描觀察其表面微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，微膠囊外觀呈圓形，表面光滑，囊壁致密完整。肉眼下觀察，微膠囊產(chǎn)品為白色粉末，顆粒細(xì)小均勻，流動(dòng)性、分散性較好。蔥油香氣較淡，研磨后，蔥油香味濃郁。經(jīng)測(cè)定含水率為2.87%，包埋率為89.55%。

3 結(jié)論

復(fù)凝聚結(jié)合噴霧干燥法是新型的微膠囊制備技術(shù)，復(fù)凝聚形成的微膠囊經(jīng)固化后，囊壁穩(wěn)定，在高溫下不易解聚和破裂［11］，復(fù)水后仍然能較好地保持微膠囊的原有狀態(tài)，能最大程度的減少芯材的損失。復(fù)凝聚法制造蔥油香精微膠囊的最佳工藝條件為:芯壁材料質(zhì)量比1∶2，pH值4.15，固化劑(TG)用量為明膠量的25%，固化時(shí)間12 h。采用噴霧干燥可將復(fù)凝聚制備的濕膠囊制成固體微膠囊產(chǎn)品，產(chǎn)品外觀為粉狀，研磨處理后，能夠釋放出濃郁的蔥油香味，該產(chǎn)品可以用于食品加工中的香味賦香。

［1］ 孫忠于，王海濱.微膠囊的功能特性及其在食品工業(yè)中應(yīng)用［J］.武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，27(2):41－43.

［2］ 劉袖洞，何洋，劉群，等.微膠囊及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用［J］.科學(xué)通報(bào)，2000，45(23):2476－2485.

［3］ 孫愛蘭，譚天偉，周榮琪，等.殼聚糖香精微膠囊的制備［J］. 食品與發(fā)酵工業(yè)，2005，31(3):60－63.

［4］ 孫傳慶，胡小明，朱金玲，等.番茄紅素的微膠囊化研究和穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)［J］.食品科技，2007，(2):166－170.

［5］ 張峻，齊葳，韓志慧，等.食品微膠囊、超微粉碎加工技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.50－53.

［6］ 馮巖，張曉鳴，路宏波，等.復(fù)合凝聚法制備VE微膠囊工藝的研究［J］.食品與機(jī)械，2008，24(3):39－43.

［7］ 李瑾，鄭學(xué)明，錢銳，等.影響復(fù)凝聚法制備明膠緩釋微囊的因素探討［J］.中國(guó)畜牧獸醫(yī)，2009，36(6):207－209.

［8］ 謝艷麗，蔣敏，陳鴻雁.復(fù)凝聚法制備明膠/阿拉伯膠含油微膠囊工藝過程的研究［J］.化學(xué)世界，2010(1):33－37.

［9］ 崔艷華，張?zhí)m威.谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶研究進(jìn)展［J］.生物技術(shù)通報(bào)，2009(1):31－36.

［10］ 董志儉，沈煜，夏書芹等.復(fù)合凝聚球狀多核薄荷油微膠囊的壁材選擇及固化研究［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35(8):40 －43.

［11］ 路宏波，張沖，馮巖等.復(fù)合凝聚法制備魚油微膠囊技術(shù)的研究［J］.食品工業(yè)科技，2008，29(6):120－123.

Study of Microencapsulation Technology of Onion Oil Flavor by Complex Coacervation

Liu Nan-nan，Chen Xue-feng，Liu Jun-jie
(College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi＇an 710021，China)

The manufacture of microencapsu1ation of onion oil flavor by complex coacervation using gelatin and gum arabic as the wall materials was investigated.The influence of the ratio of core to wall，pH and hardening time on the morphology of the microencapsu1ation was evaluated.Core to wall ratio 1∶2;pH4.15;the transglutaminase used as cross-linking agent to gelation ratio 25%;solidified time12h were found to be the optimum conditions.Finally，the microencapsulation powders were prepared by spray-drying(inlet temperature was 185℃，outlet temperature was 80℃and feed temperature was 50℃).The moisture content and encapsulation efficiency of microencapsulation powders was 2.87%and 89.55%respectively.

complex coacervation，spray drying，microencapsulation，onion oil flavor

碩士研究生。

*陜西科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金項(xiàng)目(BJ09－22)

2010－07－25，改回日期:2010－10－29