劉鑫，朱丹，牛廣財*，魏文毅，楊楠，曹榮安

1. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院（大慶 163319）；2. 沈陽市食品藥品檢驗(yàn)所（沈陽 110000）3. 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院（大慶 163319）

沙棘（Hippophae rhamnoidesL.）為胡頹子科沙棘屬的灌木，又名醋柳、酸刺子。沙棘籽為沙棘加工果汁后的副產(chǎn)物。沙棘籽油中不飽和脂肪酸高達(dá)74.16%～90.7%，具有高含量的亞油酸與亞麻酸[1-2]。沙棘籽油具有增強(qiáng)人體免疫力，抗炎、抗氧化、預(yù)防心腦血管疾病以及美容護(hù)膚等療效[3-5]。但是，高含量的不飽和脂肪酸對氧、光照、高溫等環(huán)境敏感，容易發(fā)生氧化，不利于儲藏[6]。目前，可通過加入天然或人工合成抗氧化劑及制備微膠囊來延緩油脂的氧化。

微膠囊技術(shù)是在一定的條件下，通過特定的壁材（天然或者合成的高分子材料）將芯材（固體、液體或者氣體）包裹形成一種微型膠囊，從而達(dá)到保護(hù)或者控制芯材釋放的技術(shù)[7]。這種技術(shù)能夠減少外界環(huán)境例如空氣和光照等對芯材化學(xué)性質(zhì)帶來的改變，也能掩蔽芯材的不良味道和色澤，以實(shí)現(xiàn)便于運(yùn)輸、保存和更好應(yīng)用的目的[8]。目前，國內(nèi)外已經(jīng)成功地對山蒼子油、魚油、堅(jiān)果油、亞麻籽油、燕麥胚芽油等油脂的微膠囊化工藝進(jìn)行了優(yōu)化[9-10]，其中，噴霧干燥法是最常用的一種微膠囊制備方法。但是，在噴霧干燥之前一般要用乳化劑將油脂乳化制成穩(wěn)定的乳化液，制備良好穩(wěn)定性的乳化液體系是成功制作微膠囊產(chǎn)品的重要環(huán)節(jié)[11]，即乳化工藝條件對壁材在微膠囊過程中達(dá)到最好的包埋性能十分重要。由于乳化液液滴粒徑大小和分布是反映乳化液穩(wěn)定性的一個重要參數(shù)，因此，試驗(yàn)選用乳液粒徑大小及分布作為沙棘籽油微膠囊化乳化工藝效果的評價指標(biāo)。

迄今為止，尚未見關(guān)于沙棘籽油乳化的研究報道，試驗(yàn)選用山崳酸甘油酯為乳化劑，大豆分離蛋白和β-環(huán)糊精為壁材，以乳液粒徑大小及分布為評價指標(biāo)，制備沙棘籽油乳化液，為進(jìn)一步將乳液噴霧干燥制得沙棘籽油微膠囊提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

沙棘籽：采于黑龍江九三農(nóng)場的深秋紅大果沙棘，制汁后干燥的沙棘籽。

大豆分離蛋白，鄭州谷神生物科技集團(tuán)有限公司；β-環(huán)狀糊精，上海藍(lán)季生物；蔗糖酯，杭州金鶴來食品添加劑有限公司；山崳酸甘油酯，廣州天潤藥業(yè)；乙醇為分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

SHZ-DⅢ型真空泵，攻義市予華儀器有限責(zé)任公司；RE-2000B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海亞榮生化儀器廠；XH-300A型超聲波-微波協(xié)同萃取儀，北京祥鵠科技發(fā)展有限公司；HWS24型電熱恒溫水浴鍋，上海一恒科技有限公司；SONICSVCX150型超聲波細(xì)胞破碎儀，美國SONICS公司；DF-1集熱式攪拌器，金壇虹盛儀器廠；高壓均質(zhì)機(jī)，GEA高壓均質(zhì)機(jī)，意大利Niro Soavi公司；101-2AB電熱鼓風(fēng)干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；AR2140電子天平，奧豪斯國際貿(mào)易（上海）有限公司；激光粒度分布儀，丹東市百特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 沙棘籽油的制備

沙棘籽粉碎經(jīng)60目篩過濾后，取沙棘籽粉末加入萃取溶劑正己烷，將其置于超聲波-微波協(xié)同萃取儀中，經(jīng)超聲波-微波協(xié)同作用萃取得到沙棘籽油，其不飽和脂肪酸含量為88.93%，其中，亞油酸占39.60%，亞麻酸占32.60%。

1.3.2 沙棘籽油乳化液的制備

采用同時乳化法分別制備油相與水相，選取β-環(huán)糊精與大豆分離蛋白作為微膠囊壁材，按照一定質(zhì)量配比加入到水相中，并在水相中加入1.5%蔗糖酯作為表面活性劑。將水相置于70 ℃的集熱式恒溫攪拌器中加熱使其完全溶解；將作為乳化劑的山崳酸甘油酯和油相沙棘籽油置于平底燒瓶中，并加入2%的無水乙醇便于油脂的溶解，將平底燒瓶置于集熱式恒溫攪拌器中，連接空氣冷凝管，在70 ℃條件下加熱溶解10 min使油相完全溶解。保持油相高速攪拌的條件下快速加入同溫的水相后繼續(xù)乳化10 min。所制備的初乳液經(jīng)超聲波細(xì)胞破碎儀的超聲作用，使得油脂進(jìn)一步分散于水相中，然后經(jīng)40 MPa的高壓均質(zhì)3次得到穩(wěn)定的沙棘籽油乳狀液。

1.3.3 單因素試驗(yàn)

在山崳酸甘油酯添加量為2%，固形物含量為10%，芯材添加量為40%的條件下，考察大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精在1∶1，1∶2，1∶3，1∶4和1∶5等不同的配比條件下，對沙棘籽油乳化液粒徑大小的影響。

在山崳酸甘油酯添加量為2%，固形物含量為10%，大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比為1∶3的條件下，考察芯材添加量（表示占乳化液總干物質(zhì)的比重）分別為10%，20%，30%，40%和50%時，對沙棘籽油乳化液粒徑大小的影響。

在固形物含量為10%，芯材添加量為40%，大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精在1∶3配比的條件下，考察山崳酸甘油酯添加量分別為1.0%，1.5%，2.0%，2.5%和3.0%時，對沙棘籽油乳化液粒徑大小的影響。

在乳化劑添加量為2%，芯材添加量為40%，大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精在1∶3配比的條件下，考察固形物含量分別為8%，10%，12%，14%和16%時，對沙棘籽油乳化液粒徑大小的影響。

1.3.4 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取沙棘籽油乳化液粒徑的大小作為響應(yīng)值，A大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比、B芯材添加量、C乳化劑添加量及D總固形物含量作為考察因素，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)對沙棘籽油微膠囊化的乳化工藝進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)，因素水平如表1所示。

1.4 乳液粒徑的測定

乳化液的粒徑采用激光粒徑分布儀進(jìn)行測定，介質(zhì)為蒸餾水，顆粒折射率為1.520，介質(zhì)折射率為1.333，分析模式為通用。采用體積平均直徑D4,3表征乳化液顆粒大小[12]，將樣品均質(zhì)后立即測定，每個樣品重復(fù)3次。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)組均重復(fù)3次，試驗(yàn)結(jié)果采用Microsoft Excel 2013軟件計(jì)算平均值與標(biāo)準(zhǔn)差并進(jìn)行制圖。

表1 因素水平表

2 結(jié)果與分析

2.1 大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比對沙棘籽油乳化液粒徑的影響

如圖1所示，隨著β-環(huán)糊精含量的增加，乳化液粒徑呈現(xiàn)先減小后增加的趨勢。大豆分離蛋白含量的減少有助于乳化液穩(wěn)定性增加，其原因可能是大豆分離蛋白溶液本身在遭遇pH降低、溫度升高等外界環(huán)境會導(dǎo)致其溶解性的降低，影響乳化液的穩(wěn)定性[13]。而作為“內(nèi)疏水、外親水”分子結(jié)構(gòu)的β-環(huán)糊精，不僅有助于油脂的包埋，還可以增強(qiáng)大豆分離蛋白的溶解性及乳化液的乳化性[14]。因此，確定大豆分離蛋白/β-環(huán)糊精的最適配比為1∶3。

圖1 大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比對乳化液粒徑的影響

2.2 芯材添加量對沙棘籽油乳化液粒徑的影響

由圖2可知，隨著芯材添加量的不斷增加，乳化液粒徑呈現(xiàn)先減小而后增加的現(xiàn)象。當(dāng)壁材用量過多時，導(dǎo)致乳化液粒徑增加的原因可能是此時體系黏度過大，進(jìn)而影響了乳化液的穩(wěn)定性[15]。當(dāng)芯材添加量為40%時，乳化液粒徑達(dá)到最??；而芯材油相濃度繼續(xù)增加時，由于其顆粒過于密集，乳化液粒徑呈現(xiàn)上升趨勢。所以，確定芯材的最適添加量為40%。

2.3 乳化劑添加量對沙棘籽油乳化液粒徑的影響

山崳酸甘油酯是一種極長碳鏈的脂肪酸，其形態(tài)結(jié)構(gòu)可更多容納油脂，作為油脂的載體具有較好的相容性和包封的效果，是一種理想的油脂乳化劑。由圖3可知，隨著乳化劑添加量的增加，體系的界面張力不斷減小，使得乳化液的粒徑不斷減小，在乳化劑添加量為1.5%時乳化液穩(wěn)定性最高，粒徑達(dá)到最小；當(dāng)乳化劑添加量繼續(xù)增加，體系表面張力繼續(xù)減小，形成更小的小液滴，但同時其碰撞合并的幾率增大，且乳化劑添加量的增加會導(dǎo)致體系黏度的增加，故而引起乳化液粒徑的變大[16]。因此，乳化劑山崳酸甘油酯最適添加量為1.5%。

圖2 芯材添加量對乳化液粒徑的影響

圖3 乳化劑添加量對乳化液粒徑的影響

2.4 總固形物含量對沙棘籽油乳化液粒徑的影響

由圖4可知，隨著總固形物含量的增加，乳化液粒徑不斷增加，可能原因是體系濃度上升，液滴顆粒密集，顆粒的聚集使得粒徑不斷上升[17]；且總固形物的含量對體系黏度具有較大的影響，也可能是過高的黏度導(dǎo)致了乳化液粒徑的增加，噴霧干燥法在將乳化液制備成微膠囊的過程中，乳化液黏度對噴霧干燥收集效率影響較大，總固形物含量較低時乳化液中水分含量較大，液滴的水分不能及時蒸發(fā)而不利于微膠囊致密外膜的形成，適當(dāng)增加總固形物的含量，會增加微膠囊的收集效率[15]，因此，乳化液最適合的總固形物含量為10%。

2.5 響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選取沙棘籽油乳化液粒徑的大小作為響應(yīng)值，采用Box-Behnken設(shè)計(jì)對沙棘籽油微膠囊化的乳化工藝進(jìn)行四因素三水平的響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)。選取大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比、芯材添加量、乳化劑山崳酸甘油酯添加量及總固形物含量作為考察因素。Box-Behnken設(shè)計(jì)方案及試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖4 總固形物含量對乳化液粒徑的影響

表2 Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

采用Design-Expert 8.0.6數(shù)據(jù)分析軟件，對響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行回歸擬合，得到回歸擬合方程為：Y=0.78-0.032A-0.23B-0.11C+0.067D+0.18AB-0.065AC-0.045AD+0.12BC+0.025BD+0.15CD+0.17A2+0.16B2+0.13C2+0.2D2。

該模型極顯著（p＜0.01），失擬項(xiàng)不顯著（p=0.181 5），回歸系數(shù)R2=0.953 2，表明模型相關(guān)度好，即回歸模型預(yù)測值與實(shí)測值能較好地吻合。

由表3該模型的方差分析結(jié)果可知，模型中一次項(xiàng)B、C、D影響均極其顯著（p＜0.01），且對沙棘籽油乳化液粒徑大小的影響順序?yàn)橐蛩谺＞C＞D；交互項(xiàng)AB、BC、CD的影響極顯著（p＜0.01）；A2、B2、C2、D2影響極顯著（p＜0.01）。響應(yīng)面與等高線圖如圖5～圖7所示。

表3 回歸方程的方差分析表

圖5 芯材添加量與大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比的響應(yīng)曲面圖和等高線圖

圖6 乳化劑添加量與芯材添加量的響應(yīng)曲面圖和等高線圖

圖7 總固形物含量與乳化劑添加量的響應(yīng)曲面圖和等高線圖

2.6 驗(yàn)證試驗(yàn)

經(jīng)Design-Expert 8.0.6軟件分析后，確定沙棘籽油微膠囊化的最優(yōu)乳化工藝?yán)碚撝禐椋捍蠖狗蛛x蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比為1∶2.85，芯材添加量為43%，乳化劑添加量1.77%，總固形物含量為9.89%。此條件下乳化液的體積平均直徑D4,3為0.721 μm。考慮實(shí)際操作條件的方便，將最優(yōu)乳化工藝調(diào)整為：大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比為1∶3，芯材添加量為43%，乳化劑添加量1.8%，總固形物含量為10%，經(jīng)3次驗(yàn)證試驗(yàn)，得到沙棘籽油微膠囊乳化液的體積平均直徑D4,3的平均值為0.722 μm。實(shí)際值與模型預(yù)測值相近，該模型對沙棘籽油微膠囊乳化液體積平均直徑的預(yù)測合理。驗(yàn)證試驗(yàn)條件下所得乳化液粒度頻率分布曲線如圖8所示，在最優(yōu)條件下，沙棘籽油乳化液的中位徑D50為0.415 μm，D90為1.388 μm，D4,3為0.722 μm。

圖8 驗(yàn)證試驗(yàn)條件下所得乳化液粒度頻率分布曲線

3 結(jié)論

經(jīng)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)確定沙棘籽油乳化液的工藝條件為：大豆分離蛋白與β-環(huán)糊精質(zhì)量比為1∶3，芯材添加量為43%，乳化劑添加量1.8%，總固形物含量為10%，此時沙棘籽油微膠囊乳化液穩(wěn)定性最好，經(jīng)超聲的分散及40 MPa高壓均質(zhì)作用后其乳化液的體積平均直徑D4,3為0.722 μ m，中位徑D50為0.415 μ m，D90為1.388 μm，該工藝所制備的乳化液粒徑較小且大小較為均一。