向殷豐，劉睿杰，常 明，金青哲，王興國(guó)

(江南大學(xué) 食品學(xué)院，食品安全與營(yíng)養(yǎng)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 無錫 214122)

沙棘(Hippophaerhamnoides)又名刺柳、酸刺柳、黑棘、酸刺，為胡頹子科沙棘屬灌禾或小喬木。沙棘具有耐寒、耐旱的特點(diǎn)，在我國(guó)北方和西部地區(qū)作為防止風(fēng)沙、保持水土的植物被廣泛種植。研究表明，沙棘籽的含油量一般為8%左右，高的可達(dá)15%～16%[1]，且油中富含油酸、亞油酸和亞麻酸，總不飽和脂肪酸含量將近90%[2]。此外，沙棘籽油還含有多種生理活性成分[3]，具有殺菌、止痛，促進(jìn)組織再生，抗衰老，抗疲勞，增強(qiáng)肌體活力和免疫力等功效[4]。

沙棘籽油作為功能性油脂，在食品及醫(yī)藥保健品領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，但目前針對(duì)其產(chǎn)品的進(jìn)一步開發(fā)研究甚少，常見的產(chǎn)品有沙棘籽油口服液、沙棘籽油乳劑及沙棘籽油軟膠囊等[5]。由于沙棘籽油含有豐富的不飽和脂肪酸，其在生產(chǎn)及儲(chǔ)存過程中易氧化酸敗，且油劑或乳劑的直接食用或飲用風(fēng)味不佳，難以進(jìn)行廣泛推廣。利用微膠囊技術(shù)對(duì)沙棘籽油進(jìn)行包埋，可有效延緩油脂氧化，便于產(chǎn)品儲(chǔ)存及運(yùn)輸[6]。劉光憲等[7]對(duì)不同壁材制備的沙棘籽油微膠囊性質(zhì)進(jìn)行了研究，但并未對(duì)加工工藝與原料配方等進(jìn)行深入的探究。目前，關(guān)于沙棘籽油微膠囊的研究較少，對(duì)其加工工藝、性能表征等研究尚淺。本研究在初步確定沙棘籽油微膠囊最佳壁材組合后，以酪蛋白酸鈉、麥芽糊精為壁材，采用噴霧干燥法制備沙棘籽油微膠囊，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上采用正文實(shí)驗(yàn)對(duì)工藝條件進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)，對(duì)沙棘籽油微膠囊的性質(zhì)進(jìn)行表征，對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為沙棘籽油的深加工提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1.1 原料與試劑

沙棘籽油，北京寶得瑞食品有限公司；酪蛋白酸鈉(CAS)，食品級(jí)，麥克林生化科技有限公司；大豆分離蛋白(SPI)，食品級(jí)，山東必盛生物科技有限公司；乳清分離蛋白(WPI)，食品級(jí)，英國(guó)Myprotein公司；麥芽糊精(MD)，食品級(jí)，泰州聚豐源生物科技有限公司。

正己烷、甲醇為色譜純，其他試劑均為分析純。

1.1.2 儀器與設(shè)備

C-MAG加熱磁力攪拌器、Ultra-Turrax T25高速分散機(jī)，德國(guó)IKA儀器設(shè)備有限公司；GEA Niro高壓均質(zhì)機(jī)，意大利GEA Niro Soavi公司；尼魯噴霧干燥機(jī)，北京霍爾斯生物科技有限公司；多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀，美國(guó)布魯克海文儀器公司；熱重分析儀，梅特勒-托利多儀器有限公司；超聲波清洗儀，昆山禾創(chuàng)超聲儀器有限公司；Agilent 7820氣相色譜儀，安捷倫科技有限公司；Rancimat油脂氧化穩(wěn)定性分析儀，瑞士萬(wàn)通中國(guó)有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 沙棘籽油微膠囊的制備

稱取一定質(zhì)量比的復(fù)合壁材于50～60℃的水中，攪拌溶解30 min后，在750 r/min下磁力攪拌4 h至壁材完全溶解。緩慢加入一定量的沙棘籽油，于19 000 r/min下高速剪切5 min，得到沙棘籽油初乳液，在30 MPa下高壓均質(zhì)2次。最后在進(jìn)風(fēng)溫度180℃、進(jìn)樣量12 mL/min、出風(fēng)溫度85℃條件下噴霧干燥，得到沙棘籽油微膠囊。

1.2.2 包埋率測(cè)定

1.2.2.1 表面油含量的測(cè)定

參考劉成祥等[8]的方法測(cè)定微膠囊表面油含量。

1.2.2.2 總含油量測(cè)定

采用氯仿-甲醇超聲波輔助法提取微膠囊中的沙棘籽油[9]。按下式計(jì)算微膠囊總含油量。

總含油量=(M2-M1)/M0×100%

式中：M0為微膠囊質(zhì)量,g；M2為提油后干燥至恒重的樣品與圓底燒瓶總質(zhì)量，g；M1為空?qǐng)A底燒瓶質(zhì)量，g。

1.2.2.3 包埋率計(jì)算

包埋率=(1-表面油含量/總含油量)×100%

1.2.3 粒徑分布測(cè)定

取0.5 g沙棘籽油微膠囊分散于200 mL蒸餾水中，完全溶解后，使用多角度粒度與高靈敏度Zeta電位分析儀測(cè)定粒徑，繪制粒徑分布圖。

1.2.4 熱失重分析

采用熱重分析儀進(jìn)行熱失重分析，控制氮?dú)饬髁繛?0 mL/min，以10℃/min升溫速率從20℃升溫至600℃，測(cè)定熱失重曲線。

1.2.5 脂肪酸組成分析

微膠囊中沙棘籽油的提取方法同1.2.2.2。脂肪酸組成的測(cè)定采用氣相色譜法，具體參考文獻(xiàn)[10]。

1.2.6 氧化誘導(dǎo)時(shí)間的測(cè)定

參考文獻(xiàn)[11]中的方法：將沙棘籽油微膠囊及沙棘籽油樣品同時(shí)置于60℃的烘箱中儲(chǔ)存，每天取樣，按1.2.2.2方法提取微膠囊中的油脂。精確稱取3.000 0 g(精確到0.000 1 g)油樣于反應(yīng)管中，在110℃、空氣流速20 L/h的條件下測(cè)定油樣的氧化誘導(dǎo)時(shí)間。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合壁材的選擇

MD由于成本低、溶解度好、不易氧化以及在高濃度下保持低黏度等特性，在微膠囊中使用廣泛。但MD乳化性能不佳，因此需與其他具備良好乳化性能的壁材復(fù)合使用，其中MD與蛋白類作為復(fù)合壁材在功能性油脂的微膠囊化中應(yīng)用廣泛[12]。

分別將MD與SPI、WPI和CAS按照質(zhì)量比1∶1進(jìn)行復(fù)配，在乳液固形物含量20%、壁材與芯材質(zhì)量比2∶1條件下進(jìn)行噴霧干燥，以微膠囊包埋率、微膠囊復(fù)水粒徑及氧化誘導(dǎo)時(shí)間為指標(biāo)，綜合確定最佳蛋白類型。表1為3種不同蛋白與MD復(fù)配后沙棘籽油微膠囊的包埋效果。

表1 3種不同蛋白與MD復(fù)配后微膠囊的包埋效果

注：表中同列數(shù)據(jù)不同字母表示差異顯著性(P<0.05)。

由表1可知，不同壁材復(fù)配得到的沙棘籽油微膠囊包埋率有較大的差異，其中復(fù)合壁材為CAS與MD的微膠囊包埋率顯著高于其他2種復(fù)合壁材(P<0.05)，而復(fù)合壁材為WPI與MD的微膠囊包埋率最低，為67.63%，其原因是WPI的乳化性能較CAS與SPI差。此外，3種微膠囊中，WPI與MD為壁材的產(chǎn)品氧化誘導(dǎo)時(shí)間顯著短于其他2種(P<0.05)，氧化穩(wěn)定性差，主要是因其包埋率低，導(dǎo)致多余的沙棘籽油留存在微膠囊表面而易被氧化[13]。CAS與MD為復(fù)合壁材的微膠囊復(fù)水后粒徑最小，與其他2種相比具有顯著性差異(P<0.05)。研究表明[14]，乳液粒徑會(huì)影響噴霧干燥過程中微膠囊的形成，進(jìn)而影響其包埋率。綜合分析，選擇CAS與MD作為復(fù)合壁材。

2.2 單因素實(shí)驗(yàn)

2.2.1 CAS與MD質(zhì)量比對(duì)微膠囊包埋率的影響

固定壁材與芯材質(zhì)量比2∶1、乳液固形物含量20%，考察CAS與MD質(zhì)量比分別為2∶1、3∶2、1∶1、1∶2、2∶3 時(shí)對(duì)沙棘籽油微膠囊包埋率的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 CAS與MD質(zhì)量比對(duì)微膠囊包埋率的影響

由圖1可知，沙棘籽油微膠囊包埋率隨著MD含量的增加呈先增加后降低趨勢(shì)。復(fù)合壁材中，CAS作為乳化劑，在形成良好乳狀液滴過程中起重要作用。當(dāng)CAS比例過低時(shí)，乳化程度低，不能較好地包被芯材。MD在包埋過程中起到了填充的作用，因而當(dāng)MD比例過低時(shí)，形成的微膠囊膜致密性較差，不利于包埋[15]。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇CAS與MD質(zhì)量比為1∶1進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 壁材與芯材質(zhì)量比對(duì)微膠囊包埋率的影響

固定CAS與MD質(zhì)量比1∶1、固形物含量20%，考察壁材與芯材質(zhì)量比分別為2∶1、3∶2、1∶1、1∶2、2∶3 時(shí)對(duì)沙棘籽油微膠囊包埋率的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 壁材與芯材質(zhì)量比對(duì)微膠囊包埋率的影響

由圖2可知，當(dāng)壁材與芯材質(zhì)量比為2∶1時(shí)，包埋率最高。隨著芯材含量的增加，包埋率呈降低趨勢(shì)。主要原因?yàn)殡S著芯材含量增加，壁材的相對(duì)含量減少，在乳化過程中形成的乳狀液穩(wěn)定性下降，從而導(dǎo)致噴霧干燥形成的微膠囊成膜性差，表面油含量過高而包埋率下降。本實(shí)驗(yàn)選擇壁材與芯材質(zhì)量比為2∶1進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)。

芯材與壁材的比例大小也決定了載油量的大小。高載油量即高比例的芯材可提高產(chǎn)量并減少壁材的使用，但過高的芯材含量會(huì)導(dǎo)致包埋率的降低與表面油含量的升高，從而導(dǎo)致微膠囊產(chǎn)品的溶解度、氧化穩(wěn)定性降低等，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。Hogan等[16]以CAS為壁材包埋大豆油，當(dāng)壁芯比從4∶1降低至1∶3時(shí)，包埋率從89.2%下降至18.8%，可見壁芯比對(duì)微膠囊包埋率有顯著影響。

2.2.3 固形物含量對(duì)微膠囊包埋率的影響

當(dāng)固形物含量高于25%時(shí)，乳液黏度過高，在噴霧干燥過程中流動(dòng)性太差而無法形成較好的微膠囊[17]，因此選擇不超過25%的固形物含量進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。固定CAS與MD質(zhì)量比1∶1、壁材與芯材質(zhì)量比2∶1，考察乳液固形物含量分別為10%、15%、20%、25%時(shí)對(duì)沙棘籽油微膠囊包埋率的影響，結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著乳液固形物含量的增加，微膠囊包埋率先上升后下降，固形物含量為20%時(shí)包埋率最高。當(dāng)固形物含量為10%時(shí)，微膠囊包埋率最低，主要原因是此時(shí)乳液含水量大，噴霧干燥時(shí)水分干燥不完全而導(dǎo)致產(chǎn)品包埋不佳。當(dāng)固形物含量進(jìn)一步增大時(shí)，乳液黏度增加，不利于噴霧干燥的霧化過程而導(dǎo)致包埋率下降。因此，確定乳液最佳固形物含量為20%。

圖3 固形物含量對(duì)微膠囊包埋率的影響

乳液固形物含量對(duì)微膠囊包埋率的影響十分重要，含量過高會(huì)導(dǎo)致乳液的黏度增大，不利于噴霧干燥的進(jìn)行。此外，固形物含量增大的同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致壁材含量增大，此時(shí)過多的壁材無法溶解完全，從而無法與芯材形成均一乳狀液而影響微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 正交實(shí)驗(yàn)

基于單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采用L9(34)正交表，以CAS與MD質(zhì)量比(A)、壁材與芯材質(zhì)量比(B)、固形物含量(C)作為考察因素，以包埋率為考察指標(biāo)，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。正交實(shí)驗(yàn)因素水平見表2，正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果見表3，正交實(shí)驗(yàn)方差分析見表4。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素水平

表3 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

表4 正交實(shí)驗(yàn)方差分析

注：F0.05(2,2)=19，F(xiàn)0.01(2,2)=99，*表示影響顯著，**表示影響極顯著。

由表3可知，各因素對(duì)包埋率影響的主次順序?yàn)锽>C>A，即壁材與芯材質(zhì)量比>固形物含量>CAS與MD質(zhì)量比。由表4可知，壁材與芯材質(zhì)量比對(duì)微膠囊包埋率影響極顯著(P<0.01)，固形物含量對(duì)微膠囊包埋率影響顯著(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)最佳的因素水平組合為A1B3C2，即CAS與MD質(zhì)量比為1∶1，壁材與芯材質(zhì)量比為2∶1，固形物含量為20%。在最佳條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得到沙棘籽油微膠囊包埋率為96.15%。

2.4 沙棘籽油微膠囊的粒徑分布(見圖4)

圖4 沙棘籽油微膠囊粒徑分布

由圖4可知，沙棘籽油微膠囊的粒徑呈正態(tài)分布，范圍為160～760 nm，平均粒徑為372 nm，所制備的沙棘籽油微膠囊粒徑分布均勻且集中。

2.5 沙棘籽油微膠囊的熱失重曲線(見圖5)

圖5 沙棘籽油微膠囊熱失重曲線

熱失重過程可反映產(chǎn)品的分解過程，同時(shí)也可體現(xiàn)沙棘籽油微膠囊的熱穩(wěn)定性。由圖5可知，在50～100℃內(nèi)曲線出現(xiàn)了小幅度下降，約有2.3%的質(zhì)量損失，此階段損失的質(zhì)量主要為微膠囊樣品中的自由水。在100～200℃范圍內(nèi)，曲線趨于平緩，可知樣品幾乎沒有發(fā)生失重，處于熱穩(wěn)定區(qū)。在200～450℃范圍內(nèi)，曲線迅速下降，此過程中的質(zhì)量損失超過70%，說明該過程中沙棘籽油微膠囊發(fā)生了分解。這個(gè)過程包括3個(gè)失重階段：第一階段主要是樣品中的結(jié)合水以及部分熔點(diǎn)低的壁材組分損失，導(dǎo)致質(zhì)量下降10.1%；第二階段主要為微膠囊結(jié)構(gòu)被破壞，沙棘籽油暴露而氧化分解，導(dǎo)致質(zhì)量損失28.8%；第三個(gè)階段的質(zhì)量變化主要來自于壁材的進(jìn)一步熱分解。根據(jù)微膠囊中沙棘籽油的分解溫度范圍可知，沙棘籽油微膠囊表現(xiàn)出了較好的熱穩(wěn)定性。

2.6 沙棘籽油微膠囊化前后脂肪酸組成(見表5)

表5 沙棘籽油微膠囊化前后脂肪酸組成及相對(duì)含量 %

注：表中同行不同字母表示差異顯著(P<0.05)。

由表5可知，沙棘籽油中不飽和脂肪酸含量極為豐富，其中α-亞麻酸含量高達(dá)28.21%，可作為ω-3脂肪酸的良好來源。對(duì)比微膠囊化前后沙棘籽油脂肪酸組成的變化可知，多不飽和脂肪酸含量降低了1.9%，而單不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸含量略有升高。在微膠囊化過程中，噴霧干燥的瞬時(shí)高溫可能導(dǎo)致部分多不飽和脂肪酸被氧化生成單不飽和脂肪酸或飽和脂肪酸?？傮w來說，微膠囊化對(duì)沙棘籽油脂肪酸組成及相對(duì)含量并未產(chǎn)生較大影響。

2.7 沙棘籽油微膠囊的氧化誘導(dǎo)時(shí)間(見圖6)

由圖6可見，最初沙棘籽油的氧化穩(wěn)定性略高于微膠囊中的沙棘籽油，其原因可能是噴霧干燥過程中瞬時(shí)的高溫造成微膠囊表面的油脂發(fā)生了輕微氧化。但隨著高溫儲(chǔ)存時(shí)間的延長(zhǎng)，經(jīng)微膠囊包埋的沙棘籽油氧化穩(wěn)定性變化明顯小于未包埋的沙棘籽油。60℃儲(chǔ)存6 d，未包埋的沙棘籽油氧化誘導(dǎo)時(shí)間為0.67 h，而微膠囊化后其氧化誘導(dǎo)時(shí)間為2.22 h，可見沙棘籽油的氧化穩(wěn)定性經(jīng)過微膠囊包埋后提高至3倍以上，顯著提高了沙棘籽油的抗氧化性。

注：圖中*表示相同儲(chǔ)存時(shí)間下兩樣品差異顯著(P<0.01)。

圖6 加速儲(chǔ)存過程中沙棘籽油氧化誘導(dǎo)時(shí)間的變化

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)通過復(fù)合壁材對(duì)沙棘籽油進(jìn)行包埋，在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上利用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化沙棘籽油微膠囊的制備工藝條件，得到最佳的包埋條件為：壁材(CAS與MD)質(zhì)量比1∶1，壁材與芯材質(zhì)量比2∶1，固形物含量20%。最佳條件下制得的沙棘籽油微膠囊包埋率為96.15%，平均粒徑為372 nm，且分布均勻。沙棘籽油微膠囊具有較好的熱穩(wěn)定性，在正常加工范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生熱分解。微膠囊化對(duì)沙棘籽油中的不飽和脂肪酸沒有明顯影響，經(jīng)過包埋的沙棘籽油氧化穩(wěn)定性明顯優(yōu)于未包埋的沙棘籽油。沙棘籽油進(jìn)行微膠囊化后，不僅可以有效保留其營(yíng)養(yǎng)成分，且能在很大程度上延緩氧化。