許明君，徐振秋，董興葉（江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司，江蘇連云港222001）

響應(yīng)面法優(yōu)化海英菜籽油微膠囊化工藝

許明君，徐振秋，董興葉
（江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司，江蘇連云港222001）

為減緩海英菜籽油的氧化速度，提高穩(wěn)定性，以酪蛋白、β-環(huán)糊精為壁材，采用微膠囊-噴霧干燥法制備海英菜籽油微膠囊。通過單因素試驗(yàn)，選擇芯材含量、包埋時(shí)間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量為影響因素，包埋率為響應(yīng)值。通過響應(yīng)面分析法確定海英菜籽油微膠囊化的最佳工藝參數(shù)：芯材含量18.3%、包埋時(shí)間50.7min、β-環(huán)糊精含量41.1%、單甘脂含量50.4%，在該條件下海英菜籽油微膠囊包埋率為93.82%。

海英菜籽油；微膠囊；包埋率；響應(yīng)面

海英菜又稱堿蓬、鹽蒿、海鮮菜等［1-2］。其具有清熱解毒、降血壓、擴(kuò)張血管、預(yù)防心臟病等功效［3-6］。有研究表明：堿蓬提取出的物質(zhì)具有抗氧化活性［7］。海英菜籽油中含有較高的不飽和脂肪酸成分，極易受光和熱的影響從而分解變質(zhì)，使其功效成分和營養(yǎng)成分損失和品質(zhì)下降。因此采用微膠囊技術(shù)，對海英菜籽油行包埋處理，可將海英菜籽油與周圍環(huán)境隔開，有效地防止菜籽油中的油脂氧化，提高其穩(wěn)定性，增加儲(chǔ)存時(shí)間，方便生產(chǎn)運(yùn)輸。

微膠囊技術(shù)指利用成膜材料將固體、液體或氣體囊于其中，形成直徑幾十微米至上千微米的微小容器的技術(shù)［8］。油脂不易溶于水，使用及保存不方便，其中還有較多的不飽和脂肪酸易氧化酸敗，將油脂微膠囊化可以有效地防止油脂酸敗氧化［9-10］。微膠囊的制備方法可分為3類：物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法［11-13］。在國內(nèi)文獻(xiàn)中部分植物油、香精微膠囊化研究已有大量報(bào)道，但對于具有含有抗氧化，降血脂、降血壓功能的海英菜籽油方面的研究鮮有報(bào)道。

本文以海英菜籽油為芯材，β-環(huán)糊精和酪蛋白為壁材，通過中心響應(yīng)面法對影響包埋率的4個(gè)因素包括芯材含量、包埋時(shí)間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量進(jìn)行工藝優(yōu)化。

1　材料與方法

1.1材料

1.1.1材料與試劑

海英菜籽油：江蘇康緣藥業(yè)股份有限公司自制；β-環(huán)糊精（β-cyclodextrin，β-CD）、麥芽糊精、酪蛋白：寧諾商貿(mào)有限公司。

單甘脂、吐溫-20：浙江金華有限公司；無水乙醇：GR，南京化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2主要儀器設(shè)備

B-079電子天平：Sartorius；納米高壓均質(zhì)機(jī)：廊坊通用機(jī)械有限公司；OPD-8高速離心噴霧干燥機(jī)：上海大川原干燥設(shè)備有限公司；膠體磨：溫州市七星乳品設(shè)備廠；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋：常州市華普達(dá)教學(xué)儀器有限公司。

1.2方法

1.2.1海英菜籽油微膠囊的制備方法

將壁材酪蛋白，β-環(huán)糊精按照設(shè)定比例共稱取100 g，倒入燒杯中，加入1 000 mL、60℃～70℃蒸餾水溶解，將單甘脂與吐溫-20按設(shè)定的比例混合制得乳化劑。按乳化劑添加量1.5%的比例與芯材海英菜籽油混合后加入到裝有壁材溶液的燒杯中溶解，得到懸濁液，經(jīng)高壓均質(zhì)機(jī)30 MPa、5 min均質(zhì)，制得微膠囊乳濁液，在50℃下按設(shè)定的時(shí)間放置，將微膠囊乳濁液在進(jìn)風(fēng)溫度165℃、出風(fēng)溫度70℃、進(jìn)料速度5 mL/min的條件下噴霧干燥，得到海英菜籽油微膠囊樣品。

1.2.2海英菜籽油微膠囊包埋率的測定

1.2.2.1表面油含量的測定

稱取1 g微膠囊樣品，加入無水乙醇溶液10 mL，搖勻，將微膠囊懸濁液倒入離心管中，4 000 r/min離心15 min，取上清液5 mL，放入已經(jīng)精確稱重的稱量瓶（X1）中，將稱量瓶放入水浴鍋內(nèi)蒸餾，直至稱量瓶中的無水乙醇蒸干，將稱量瓶取出，放于干燥器內(nèi)冷卻后稱重（X2）。以Z1表示微膠囊表面油含量，則Z1=X2-X1。

1.2.2.2總油含量的測定

稱取1 g微膠囊樣品，研磨（破壁）加入無水乙醇溶液10 mL，搖勻，將微膠囊懸濁液倒入離心管中，4 000 r/min離心15 min，取上清液5 mL，放入已經(jīng)精確稱重的稱量瓶（C1）中，將稱量瓶放入水浴鍋內(nèi)蒸餾，直至稱量瓶中的無水乙醇蒸干，將稱量瓶取出，放于干燥器內(nèi)冷卻后稱重（C2）。以Z2表示微膠囊總油含量，則Z2=C2-C1。

1.3微膠囊乳濁液配制單因素試驗(yàn)

1.3.1β-環(huán)糊精在壁材中的含量的選擇

選擇β-環(huán)糊精在壁材中的含量分別為20%、30%、 40%、50%、60%，按照芯材含量15%，單甘脂在乳化劑中的含量50%、包合時(shí)間45 min的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳壁材。

1.3.2芯材含量的選擇

選擇芯材含量分別為10%、15%、20%、25%、30%，按照β-環(huán)糊精在壁材中的含量40%，單甘脂在乳化劑中的含量50%，包合時(shí)間45min的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳芯壁比。

1.3.3單甘脂在乳化劑中含量的選擇

選擇單甘脂在乳化劑中的含量分別為20%、30%、40%、50%、60%、70%，加入量1.5%，按照β-環(huán)糊精在壁材中的含量40%，單甘脂在乳化劑中的含量50%，包合時(shí)間45 min的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳乳化劑添加比例。

1.3.4包合時(shí)間的選擇

均質(zhì)時(shí)間分別選擇15、30、45、60、75 min，按照β-環(huán)糊精在壁材中的含量40%，單甘脂在乳化劑中的含量50%，芯材含量15%的條件，按照1.2.1制備方法制得微膠囊。測定其包埋率，確定最佳均質(zhì)條件。

1.4微膠囊乳濁液配制的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

在單因素試驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken的中心組合設(shè)計(jì)原理，選擇芯材含量（W1）、β-環(huán)糊精含量（W2）、包埋時(shí)間（W3）、單甘脂含量（W4）四因素為自變量，包埋率為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)四因素三水平的試驗(yàn)，并選定四因素的0水平和波動(dòng)區(qū)，試驗(yàn)因素水平見表1。

2　結(jié)果與分析

2.1單因素試驗(yàn)結(jié)果

海英菜籽油微膠囊工藝單因素試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果：β-環(huán)糊精在壁材中添加量為40%時(shí)海英菜籽油包埋率最高為89.47%、芯材含量為20%時(shí)海英菜籽油包埋率最高為91.33%、單甘脂在乳化劑中添加量為50%時(shí)海英菜籽油包埋率最高為90.12%、包合時(shí)間為45 min時(shí)海英菜籽油包埋率最高為92.52%。

2.2響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果分析

通過DesignExpert軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，預(yù)測海英菜籽油微膠囊工藝的最優(yōu)條件。響應(yīng)面分析因子與水平表見表1，試驗(yàn)結(jié)果見表2，方差分析見表3。

利用DesignExpert軟件對表2數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多元回歸擬合，得到包埋率對編碼自變量W1、W2、W3和W4的二次多項(xiàng)回歸方程：包埋率=94.66-5.17W1+3.97W2+ 4.53W3+0.15W4+5.42W1W2+4.80W1W3+0.43W1W4-3.54W2W3-2.02W2W4+0.98W3W4-3.99W12-3.07W22-3.33W32-2.00W42

表1　響應(yīng)面分析因子與水平表Table 1　Factors and levels of response surface methodology

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果Table 2　Experimental design and results of extraction of response surface methodology

續(xù)表2　響應(yīng)面試驗(yàn)方案與試驗(yàn)結(jié)果Continue table 2　Experimental design and results of extraction of response surface methodology

由表3的方差分析可以看出該模型P＜0.05，說明響應(yīng)值對該模型顯著，失擬項(xiàng)不顯著，說明該模型與試驗(yàn)擬合情況良好，可以用該回歸方程代替試驗(yàn)真實(shí)點(diǎn)對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和預(yù)測。根據(jù)回歸分析結(jié)果和回歸方程作出響應(yīng)曲面圖和等高線分析圖。

對模型中的回歸性系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)可以看出（見表3），該二次回歸方程的一次項(xiàng)、二次項(xiàng)以及交互項(xiàng)X1X2、X1X3、X2X3、X2X4對微膠囊包埋率有顯著的影響（P＜0.05）。根據(jù)二次回歸方程各個(gè)值的絕對值大小可以得到四個(gè)因素對微膠囊包埋率的影響順序?yàn)椋盒静暮浚景駮r(shí)間＞β-環(huán)糊精含量＞單甘脂含量。

表3 回歸模型方差分析Table 3　Analysis of variance for regression model

2.2.1芯材含量、包埋時(shí)間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量間交互作用分析

如圖1所示，響應(yīng)曲面非常陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明芯材含量和β-環(huán)糊精含量之間交互作用顯著。在芯材含量一定時(shí)，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在40%附近達(dá)到最佳值；在β-環(huán)糊精含量一定時(shí)，包埋率隨著芯材含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在20%附近達(dá)到最佳值。

圖1　芯材含量和β環(huán)糊精含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.1　Response surface plot and contour map for embedding rate of core content and β-cyclodextrin content

如圖2所示，響應(yīng)曲面非常陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明芯材含量和單甘脂含量之間交互作用顯著。在芯材含量一定時(shí)，包埋率隨著單甘脂含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在50%附近達(dá)到最佳值；在單甘脂含量含量一定時(shí)，包埋率隨著芯材含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在20%附近達(dá)到最佳值。

如圖3所示，響應(yīng)曲面較為陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明單甘脂含量和β-環(huán)糊精含量之間交互作用顯著。在單甘脂含量一定時(shí)，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在50 min附近達(dá)到最佳值；在單甘脂含量一定時(shí)，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先升高后降低，在40%附近達(dá)到最佳值。

圖2　芯材含量和單甘脂含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.2　Response surface plot and contour map for embedding rate of core content and monostearin content

圖3　單甘脂含量和β-環(huán)糊精含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.3　Response surface plot and contour map for embedding rate of monostearin content and β-cyclodextrin content

圖4　包埋時(shí)間和β-環(huán)糊精含量對包埋率的響應(yīng)曲面和等高線圖Fig.4　Response surface plot and contour map for embedding rateof embedding time and β-cyclodextrin content

如圖4所示，響應(yīng)曲面較為陡峭，等值線圖呈橢圓狀，說明包埋時(shí)間和β-環(huán)糊精含量之間交互作用顯著。在包埋時(shí)間一定時(shí)，包埋率隨著β-環(huán)糊精含量的升高，曲面先升高后降低，在40%附近達(dá)到最佳值；在β-環(huán)糊精含量一定時(shí)，包埋率隨著包埋時(shí)間的升高，曲面先快速升高后緩慢升高，在50%附近達(dá)到最佳值。

2.3驗(yàn)證試驗(yàn)

通過程序?qū)M合方程的求解與響應(yīng)面模型預(yù)測得出微膠囊乳濁液制備的最佳工藝條件為：芯材含量18.30（取18.3）%、包埋時(shí)間50.71（取50.7）min、β-環(huán)糊精含量41.14（取41.1）%、單甘脂含量50.37（取50.4）%。根據(jù)預(yù)測最佳工藝，得到包埋率的預(yù)測值為96.63%。結(jié)合模型預(yù)測的最佳工藝條件，進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，測3次取平均值，測得包埋率為93.82%。驗(yàn)證結(jié)果與預(yù)測值相差接近，說明了模型與試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。

3　結(jié)論

通過單因素試驗(yàn)初步分析海英菜籽油噴霧干燥微膠囊工藝技術(shù)的條件影響，在此基礎(chǔ)上，采用Box-Behnken試驗(yàn)，以海英菜籽油微膠囊包埋率為響應(yīng)值，以芯材含量、包埋時(shí)間、β-環(huán)糊精含量、單甘脂含量4個(gè)因素為響應(yīng)因子建立二次回歸實(shí)際方程模型，4個(gè)因素對微膠囊包埋率的影響順序?yàn)椋盒静暮浚景駮r(shí)間＞β-環(huán)糊精含量＞單甘脂含量，經(jīng)檢驗(yàn)該方程擬合較好，說明方程成立，能達(dá)到預(yù)期的包埋目的，同時(shí)可預(yù)測其理論值。依據(jù)二次回歸模型，確定了海英菜籽油微膠囊化的最佳工藝條件：芯材含量18.3%、包埋時(shí)間50.7 min、β-環(huán)糊精含量41.1%、單甘脂含量50.4%，在該條件下海英菜籽油微膠囊包埋率為93.82%。制備的微膠囊產(chǎn)品即改變了海英菜籽油使用的局限性，同時(shí)也在不破壞其成分的及基礎(chǔ)上增加了保存時(shí)間，方便儲(chǔ)存和運(yùn)輸，海英菜籽油微膠囊產(chǎn)品作為食品添加劑，可以應(yīng)用于各種糕點(diǎn)、飲料、營養(yǎng)粉之中，擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍。對海英菜籽油的深加工具有重要意義。

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Optimization of Preparation of Rapeseed Oil Haiying Microcapsules by Response Surface Methodology

XU Ming-jun，XU Zhen-qiu，DONG Xing-ye
（Jiangsu Kanion Pharmaceutical Co.，Ltd.，Lianyungang 222001，Jiangsu，China）

In this study，the objectives were to slow the oxidatition and improve the stabilization of rapeseed oil haiying，casein and β-cyclodextrin as the wall-material，the rapeseed oil haiying was sprayed drying for microen-capsulation.On the basis of single factor：select the core content，embedding time，β-cyclodextrin content and monostearin content，This test adopted the response surface methodology to obtain the optimal parameters，the embedment rate as response value，and the results were as follows：core content 18.3%，β-cyclodextrin content 41.1%，monostearin content 50.4%and 50.7 min of embedding time.Under the optimal condition，the micro-capsules embedment rate of rapeseed oil haiying reached 93.82%.

haiying oil；microcapsules；embedment；response surface

2015-10-08

許明君（1987—），男（漢），助理工程師，碩士，研究方向：保健食品。