袁發(fā)滸

(江漢大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 武漢 430056;武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430023)

陳婷,黃強(qiáng),馮涵,左正宇,劉志國(guó)

(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430023)

桃膠-明膠復(fù)合凝聚法制備紫蘇籽油微膠囊研究

袁發(fā)滸

(江漢大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 武漢 430056;武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430023)

陳婷,黃強(qiáng),馮涵,左正宇,劉志國(guó)

(武漢輕工大學(xué)生物與制藥工程學(xué)院，湖北 武漢 430023)

[摘要]為了提高紫蘇(Perilla frutescens (L.) Britt)籽油的穩(wěn)定性，以桃膠-明膠為壁材、紫蘇籽油為芯材、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶為固化劑，采用復(fù)合凝聚法制備紫蘇籽油微膠囊，研究了壁材組成、芯壁比、壁材濃度、pH、攪拌速度、乳化速度等因素對(duì)微膠囊形成的影響，確定其最佳工藝為:桃膠∶明膠重量比為1∶1，芯壁比為1∶1，壁材濃度為1.25%，pH為4.3，攪拌速度為300r/min，乳化速度12000r/min。通過(guò)對(duì)所得產(chǎn)品的包埋率、溶解度、貯藏穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定評(píng)估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)復(fù)合凝聚法制備的紫蘇籽油微膠囊包埋率達(dá)到90%，溶解度達(dá)到75%，15d后的過(guò)氧化值降低2.6倍，可為紫蘇油在食品中的廣泛應(yīng)用提供參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]紫蘇(Perilla frutescens (L.) Britt)籽油；復(fù)合凝聚；微膠囊；工藝

紫蘇(Perillafrutescens(L.) Britt)為唇形科草本一年生植物，是國(guó)家批準(zhǔn)的食藥兼用植物,在醫(yī)藥、食品、化工等領(lǐng)域有著重要的開(kāi)發(fā)價(jià)值[1，2]。紫蘇籽含油量一般為30%～51%，其中人體必須的α-亞麻酸含量高達(dá)60%左右[3]。α-亞麻酸是ω-3長(zhǎng)鏈多不飽和脂肪酸的前體物質(zhì)，在人體內(nèi)可以轉(zhuǎn)化生成具有重要生理作用的物質(zhì)——二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)。長(zhǎng)期食用紫蘇籽油對(duì)調(diào)節(jié)人體新陳代謝、預(yù)防和治療心腦血管疾病及高血脂有很好的效果[4～7]。因此，紫蘇籽油被認(rèn)為是潛在的功能性脂質(zhì)。但是，紫蘇籽油高不飽和的化學(xué)特性使其在加工運(yùn)輸過(guò)程中極易被氧化，使得其在商品領(lǐng)域中的應(yīng)用受到限制。

采用微膠囊技術(shù)包埋油脂，可以抑制其中不飽和脂肪酸的氧化，延長(zhǎng)產(chǎn)品的貯藏期[8]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)油脂微膠囊化的方法主要有噴霧干燥法、環(huán)糊精包埋法及復(fù)合凝聚法[8，9]。噴霧干燥法制備微膠囊工藝簡(jiǎn)單、利于工業(yè)化生產(chǎn)，但芯材物質(zhì)易吸附于微膠囊表面破壞其風(fēng)味，產(chǎn)品的貨架期短。環(huán)糊精包埋法載量很低，受限于被包埋芯材的極性和大小。而復(fù)合凝聚法制備出的微膠囊具有高產(chǎn)率、高載量，是一種較實(shí)用的方法。復(fù)合凝聚法包括乳化、復(fù)合凝聚、凝膠化、固化4個(gè)階段。該方法制備條件溫和，微膠囊經(jīng)固化后囊壁結(jié)構(gòu)十分穩(wěn)定，能夠耐受高溫、高濕，具有優(yōu)良的緩釋特性。

桃膠系桃或山桃等薔薇科植物分泌出來(lái)的膠質(zhì)物質(zhì),屬多糖類(lèi)物質(zhì)[10]。最新研究發(fā)現(xiàn)，桃膠多糖與阿拉伯膠多糖的組成類(lèi)似[11，12]。我國(guó)桃膠資源十分豐富，利用價(jià)廉易得的桃膠替代昂貴的阿拉伯膠有著重要意義。本研究以桃膠替代目前復(fù)合凝聚法普遍采用的阿拉伯膠，以桃膠-明膠為壁材，以轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶為固化劑，制備復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊，研究了壁材組成、芯壁比、pH、攪拌速度、乳化速度等因素對(duì)微膠囊形成的影響，并對(duì)所得產(chǎn)品的包埋率、溶解度、貯藏穩(wěn)定性等指標(biāo)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，為粉末狀紫蘇籽油在食品中的應(yīng)用提供了一定理論基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1主要原料

冷榨紫蘇籽油：吉林省通化縣紅潤(rùn)山珍食品有限公司產(chǎn)品；食用明膠：鄭州博研生物科技有限公司產(chǎn)品；桃膠粉：山東鼎力膠業(yè)有限公司產(chǎn)品；轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶(TG酶)：深圳恒生生物科技有限公司產(chǎn)品。其他試劑均為國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司產(chǎn)品。

1.2主要儀器設(shè)備

懸臂式攪拌器(RW20.N)：廣州儀科實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有限公司生產(chǎn)；高速分散均質(zhì)機(jī)(FJ-200)：上海標(biāo)本模型廠(chǎng)生產(chǎn)；電熱恒溫水浴鍋(HH.S11-2-S)：上海圣科儀器有限公司生產(chǎn)；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-9140A)：上海精宏儀器有限公司生產(chǎn)；pH計(jì)(PHS-3C)：上海雷磁設(shè)備有限公司生產(chǎn)；冷凍干燥機(jī)(LGJ-10)：上海安亭科學(xué)儀器廠(chǎng)生產(chǎn)；生物顯微鏡(CX23)：奧林巴斯(中國(guó))有限公司生產(chǎn)。

1.3工藝流程

配制一定比例的桃膠、明膠溶液，溶解后按比例加入紫蘇籽油，再用高速分散均質(zhì)機(jī)進(jìn)行乳化，倒入三口燒瓶中40°C恒溫?cái)嚢瑁姿嵴{(diào)節(jié)pH至所需值，進(jìn)行復(fù)合凝聚反應(yīng)一段時(shí)間后，降溫至15°C，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH至6.0，加入轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶進(jìn)行固化，反應(yīng)2.5h后停止攪拌，固化12h，過(guò)濾洗滌沉淀后得到微膠囊濕囊，將微膠囊濕囊倒入培養(yǎng)皿中，放入冰箱中冷藏過(guò)夜，經(jīng)真空干燥機(jī)冷凍干燥即得到粉末狀紫蘇油產(chǎn)品。

1.4試驗(yàn)方法1.4.1微膠囊制備工藝單因素試驗(yàn)

分別測(cè)定不同壁材組成(桃膠∶明膠的比例分別為0.50∶1.50、0.75∶1.25、1.00∶1.00、1.25∶0.75、1.50∶0.50)、芯壁比(1∶2、1∶1、2∶1)、壁材濃度(0.75%、1.00%、1.25%、1.50%、1.75%)、pH(3.0、3.5、4.0、4.5)、攪拌速度(100、300、500、700r/min)、乳化速度(6000、8000、10000、12000r/min)下的微膠囊產(chǎn)率，確定各單因素的最佳水平。

1.4.2復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率測(cè)定

將紫蘇籽油微膠囊樣品放入燒杯中，用少量的蒸餾水分散均質(zhì)后轉(zhuǎn)移至圓底燒瓶中，加入一定量的蒸餾水進(jìn)行水蒸氣蒸餾，使燒瓶中溶液澄清至油柱高度恒定為止，待油柱冷卻后讀取油柱體積，按如下公式計(jì)算產(chǎn)率。

式中:m為反應(yīng)得到的復(fù)合凝聚微膠囊的總質(zhì)量,g；v為反應(yīng)加入的紫蘇籽油總體積,L；m′為水蒸汽蒸餾取用的濕復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊的質(zhì)量,g；v′為將質(zhì)量為的濕復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊蒸餾后所得油的體積,L。

1.4.3復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊形態(tài)觀(guān)察及粒徑測(cè)定

取一滴固化后的復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊懸浮液，將其放在載玻片上用顯微鏡觀(guān)察并拍照，放大倍數(shù)100倍。對(duì)拍攝的照片選取約50個(gè)目標(biāo)，測(cè)定其平均粒徑并作統(tǒng)計(jì)分析。

1.4.4復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊溶解度測(cè)定

稱(chēng)取紫蘇油微膠囊約5.0g于50mL離心管中，加入適量25～30℃的蒸餾水，加蓋充分震蕩溶解5min后，置于離心機(jī)中，以1000r/min轉(zhuǎn)速離心10min，傾去上清液，在離心管中再加入適量25～30℃水，充分震蕩溶解5min，離心10min后傾去上清液，重復(fù)此步驟至沉淀物不再溶解為止，用少量水將沉淀洗入已知重量的稱(chēng)量皿中，先在沸水浴上蒸干水分，再移入烘箱中105℃干燥至恒重。

1.4.5復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊的貯藏穩(wěn)定性

將冷凍干燥制備的微膠囊產(chǎn)品及紫蘇油均勻地鋪在錐形瓶底，放入恒溫箱中65℃進(jìn)行油脂的加速氧化實(shí)驗(yàn)，每隔24h以硫代硫酸鈉法測(cè)1次過(guò)氧化值[13]，第10d后，每隔120h測(cè)定1次，直至第30d。

2結(jié)果與分析

2.1壁材組成對(duì)復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率的影響

圖1所示為不同壁材組成下的復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率。由圖1可見(jiàn)，隨著桃膠所占比例的增加，產(chǎn)率先升高后降低。當(dāng)桃膠∶明膠的比例至1∶1時(shí)，復(fù)合凝聚微膠囊的產(chǎn)率最高達(dá)到87.9%。當(dāng)桃膠比例繼續(xù)增加時(shí)，產(chǎn)率開(kāi)始逐漸下降，可能是形成的復(fù)聚物較少，芯材不能很好地被壁材包埋，導(dǎo)致芯材在制備過(guò)程中損失，使得產(chǎn)率下降。綜合考慮成本及產(chǎn)率，選擇桃膠明膠比例為1∶1。

圖1　不同壁材組成下的復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率

2.2芯壁比對(duì)復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率的影響

隨著芯壁比增加，復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊平均粒徑逐漸增加，形態(tài)由球狀變得不規(guī)則。當(dāng)芯壁比為1∶2時(shí)，形成球狀微膠囊，但粒徑較小(50μm以?xún)?nèi))。當(dāng)芯壁比從1∶2上升至1∶1時(shí)，分散體系中芯材乳狀液滴數(shù)量顯著增加，因此形成的單核微膠囊數(shù)量也相應(yīng)增加，更多的單核微膠囊彼此相互碰撞聚集成粒徑較大(65μm以?xún)?nèi))的球狀多核微膠囊。當(dāng)芯壁比為2∶1時(shí)，出現(xiàn)了不規(guī)則的多核微膠囊，由于已經(jīng)形成的數(shù)量眾多的、大的球狀多核微膠囊之間發(fā)生碰撞，壁材破裂，重新組合成不規(guī)則的、粒徑更大(72μm以?xún)?nèi))的多核微膠囊，但是體系中仍有少數(shù)未破壞的球狀多核微膠囊存在。芯壁比為1∶1時(shí)，制備的復(fù)合凝聚微膠囊球形度完好，大小均一，內(nèi)部芯材分布均勻。因此，以桃膠:明膠為壁材制備球狀多核復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊的芯壁比確定為1∶1。

2.3壁材濃度對(duì)復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率的影響

在復(fù)合凝聚階段隨著壁材濃度的增加，微膠囊的形態(tài)由球形變得不規(guī)則，平均粒徑由逐漸增大再到減??；同時(shí)，體系粘度增加，復(fù)合凝聚物量也以相同的比例增加，芯壁比保持不變，芯材的量也同比率增加，因此產(chǎn)率略有增加(圖2)。當(dāng)壁材濃度為1.25%時(shí)，微膠囊的具有較高的球形度，芯材在微膠囊中的分布也較為均一。因此，以桃膠明膠為壁材制備復(fù)合凝聚紫蘇油微膠囊的壁材濃度為1.25%較為適宜。

圖2　不同壁材濃度下的復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率

2.4攪拌速度對(duì)復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊性質(zhì)的影響

隨著攪拌速度的增加，微膠囊的粒徑減小。攪拌速度為100r/min時(shí)，復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊具有較大的粒徑，平均粒徑為150μm，微膠囊的含油量不均勻。當(dāng)攪拌速度增加到300r/m時(shí)，微膠囊的粒徑減小，此時(shí)微膠囊的平均粒徑為70μm，乳狀液的穩(wěn)定性增強(qiáng)，不同粒徑的球狀多核微膠囊的含油量的差別較小，粒徑均一，表面光滑。攪拌速度升至500r/min時(shí)，平均粒徑減少到45μm，可以看到球狀的微膠囊，但內(nèi)部含油量也減少。當(dāng)攪拌速度增加到700r/min時(shí)，微膠囊呈不規(guī)則形，且微膠囊的平均粒徑減少到30μm。當(dāng)攪拌速度增加時(shí)，產(chǎn)率和載量均略有下降?？赡苁窃诟咚贁嚢钘l件下，復(fù)合凝聚物不能充分沉積在油滴表面，使得包埋率降低，產(chǎn)率和載量下降。因此，以桃膠-明膠為壁材制備球狀多核復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊的較為合適的攪拌速度為300r/min。

2.5pH對(duì)復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊性質(zhì)的影響

當(dāng)pH為4.5時(shí)，可形成單核微膠囊或不規(guī)則多核的微膠囊，也有少量不含芯材的空復(fù)合凝聚物。當(dāng)pH降到4.0時(shí)，微膠囊的形狀由不規(guī)則狀變成球狀，粒徑增大(由20μm增加到70μm)。當(dāng)pH由4.0降到3.5時(shí)，微膠囊的粒徑減小(由70μm減小到35μm)。但在pH下降的過(guò)程中，微膠囊產(chǎn)率的變化并不大(圖3)。

圖3　不同pH下的復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊產(chǎn)率

2.6乳化速度對(duì)復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊形態(tài)及性質(zhì)的影響

乳化速度6000r/min乳化時(shí)，乳化效果差，所形成的微膠囊芯材分布不均勻，芯材乳狀液滴上浮，使得壁材不能完全包埋芯材。隨著乳化速度的升高，乳化液穩(wěn)定性越好，因?yàn)槿榛航?jīng)充分均質(zhì)后，油滴變得很小而且均勻地分散在溶液中，壁材能夠均勻地分布在小油滴周?chē)瑥亩纬奢^為穩(wěn)定的乳化液。轉(zhuǎn)速過(guò)大不利于對(duì)油相進(jìn)行包裹，且容易使包覆紫蘇籽油的微膠囊破裂，包埋率下降。故選擇乳化速度為12000r/min。

2.7微膠囊效果的評(píng)價(jià)

通過(guò)上述最佳工藝制備的紫蘇籽油微膠囊經(jīng)冷凍干燥后所得的微膠囊產(chǎn)品，測(cè)定后可知其包埋率為90%，溶解度達(dá)到75%。由微膠囊的貯藏穩(wěn)定性測(cè)定結(jié)果(圖4)可以看出，隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng)，紫蘇籽原油與微膠囊冷凍干燥粉均表現(xiàn)出過(guò)氧化值增長(zhǎng)的趨勢(shì)，紫蘇籽原油由于沒(méi)有壁材的包埋，直接與外界環(huán)境接觸，氧化速率快，過(guò)氧化值迅速增大。而復(fù)合凝聚微膠囊化對(duì)紫蘇籽油具有很好的保護(hù)作用，減少其與光照和氧氣接觸的機(jī)會(huì)，有效緩解氧化破壞，較未包埋的紫蘇籽原油，其穩(wěn)定性得到很大提高。因此，經(jīng)過(guò)復(fù)凝聚法包埋的紫蘇籽油儲(chǔ)藏期延長(zhǎng)，有效降低了紫蘇籽油的氧化變質(zhì)。

圖4　微膠囊產(chǎn)品在貯藏過(guò)程中過(guò)氧化值的變化

3結(jié)論

對(duì)桃膠-明膠復(fù)合凝聚紫蘇籽油微膠囊的制備工藝進(jìn)行了研究，確定了微膠囊的最佳制備工藝為:桃膠明膠比例為1∶1，芯壁比為1∶1，壁材濃度為1.25%，pH為4.3，攪拌速度為300r/min，乳化速度12000r/min。采用轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶作為固化階段的改良劑，取代常用的甲醛、戊二醛等有毒試劑，使復(fù)凝聚法制備的微膠囊產(chǎn)品應(yīng)用在食品行業(yè)成為可能。所得產(chǎn)品包埋率高、穩(wěn)定性好，可為紫蘇油在食品中的廣泛應(yīng)用提供參考依據(jù)。

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[收稿日期]2016-02-23

[作者簡(jiǎn)介]袁發(fā)滸( 1988-) ，男，碩士，主要從事脂質(zhì)營(yíng)養(yǎng)與安全研究。通信作者:劉志國(guó)，zhiguo_l@126.com。

[中圖分類(lèi)號(hào)]TS225.1+9

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1673-1409(2016)15-0069-05

[引著格式]袁發(fā)滸，陳婷,黃強(qiáng),等.桃膠-明膠復(fù)合凝聚法制備紫蘇籽油微膠囊研究[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版) ，2016，13(15)：69～73.