朱建宇,齊寶坤,2,張小影,楊樹昌,李 楊,2,江連洲,2,*

(1.東北農(nóng)業(yè)大學食品學院,黑龍江哈爾濱 150030;2.國家大豆工程技術研究中心,黑龍江哈爾濱 150030)

大豆油脂體是大豆種子中儲藏脂肪的重要器官,其直徑通常在0.5～2.0 μm,外層由磷脂單分子層包被,內(nèi)部是儲存脂類形成的基質(zhì),磷脂單分子層表面附著多種油脂體膜蛋白,如Oleosin等[1]。生物體內(nèi)的油脂體在外部物理和化學脅迫下具有良好的穩(wěn)定性,來源于其表面所覆蓋的復合膜的保護作用[2]。食品工業(yè)中發(fā)現(xiàn)油脂體與預乳化添加劑或生物活性成分的載體一樣有益,在種子中,它們以預乳化油的形式存在,作為天然存在的食品原料,含有多不飽和脂肪酸、磷脂、生育酚、植物甾醇和油體蛋白等有益于人體健康的成分[3],也具有負載疏水性生物活性或芳香化合物的潛力[4],用作脂溶性食物成分的膠囊,應用在食品、制藥和個人護理產(chǎn)品的開發(fā)等方面。然而人工提取出的油脂體在儲藏過程中其穩(wěn)定性不如其在生物體內(nèi)時的穩(wěn)定性,油脂體暴露于光,熱,氧氣時容易被氧化變質(zhì),并且油脂體乳液因高含水量而易發(fā)生微生物腐敗[5]。Nikiforidis等[6]觀察顯示,玉米油脂體在儲藏過程中,發(fā)生嚴重的乳析和聚集現(xiàn)象,采用黃原膠覆蓋在油脂體表面能增加其儲藏穩(wěn)定性。Wu等[7]研究κ,ι,λ-卡拉膠對大豆油脂體乳液穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)不同類型卡拉膠均能提高乳液穩(wěn)定性。Chen等[8]用甜菜果膠靜電沉積大豆油脂體表面以增加大豆油體穩(wěn)定性。Fisk等[9]對比天然向日葵油脂體和人工制備的向日葵油乳液的氧化穩(wěn)定性,結(jié)果表明向日葵油脂體的氧化穩(wěn)定性要更好。Gray等[10]比較了藍薊屬植物種子油體和乳液的氧化穩(wěn)定性,也得到了同樣的規(guī)律,即天然油體的氧化穩(wěn)定性要好于人造乳液。Kapchie等[11]研究了pH與金屬離子對大豆油脂體氧化穩(wěn)定性的影響,發(fā)現(xiàn)鐵離子對油脂體的氧化具有促進作用,尤其在酸性環(huán)境下導致較快的氧化速度。侯俊才等[12]比較3種油料作物油脂體儲藏過程中的氧化穩(wěn)定性變化,隨著儲藏時間的延長,不同油脂體氧化穩(wěn)定性降低并存在差異。因此,為了在某些加工條件下進一步穩(wěn)定或調(diào)整它們的釋放特性,可能需要將其封裝起來,將大豆油脂體微囊化是改善油脂體長期穩(wěn)定性,甚至創(chuàng)建生物活性成分或藥物遞送系統(tǒng)的合適技術[13]。

微膠囊技術是指將固體、液體或者氣體利用天然或者合成的高分子成膜材料包埋起來,形成微小粒子的技術[14]。近年來,國內(nèi)外已有研究人員將魚油[15]、核桃油[16]、大豆胚芽油[17]等進行微膠囊化,制成粉末油脂均獲得良好的產(chǎn)品特性;并將麥芽糊精(MD)用于噴霧干燥,減少儲存期間的粘性和附聚問題,提高產(chǎn)品穩(wěn)定性,改善產(chǎn)品品質(zhì),與僅使用蛋白質(zhì)為壁材時相比,與碳水化合物結(jié)合獲得了較高的油脂封裝效率[18]。但現(xiàn)研究主要針對一些高附加值動植物油脂,提取油脂破乳過程中破壞了油脂體的天然結(jié)構(gòu),而對自然界中天然存在的大豆油脂體的微膠囊化應用研究較少。

本文采用噴霧干燥法制備大豆油脂體微膠囊,通過響應面分析優(yōu)化工藝條件,制備成新型的穩(wěn)定狀態(tài)的油脂產(chǎn)品。對微膠囊基本理化指標、形態(tài)特征及氧化穩(wěn)定性進行測定分析,為大豆油脂體微膠囊工業(yè)化生產(chǎn)提供一定實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

大豆(東農(nóng)46號) 東北農(nóng)業(yè)大學大豆研究所;蔗糖 天津科密歐化學試劑有限公司;麥芽糊精(DE 15) 北京索萊寶科技有限公司;三羥甲基氨基甲烷鹽酸鹽(Tris-HCl) 北京百奧萊博科技有限公司;石油醚(沸程30～60 ℃)、異辛烷、異丙醇、正丁醇、甲醇 天津市天力化學試劑有限公司;硫氰酸銨、氯化鋇 天津市雙船化學試劑廠;硫酸亞鐵、氯化鈉 天津市光復精細化工研究所;其他試劑均為分析純。

JJ-2型組織搗碎機 江蘇金壇市雙捷實驗儀器廠;GL-21M高速冷凍離心機 湖南湘儀離心機儀器有限公司;DGG-9036A電熱恒溫鼓風干燥箱 蘇州江東精密儀器有限公司;QFN-6000Y 型噴霧干燥設備 上海喬楓實業(yè)有限公司;R-300旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀 瑞士Buchi公司;UV1101型紫外-可見分光光度計 上海天美科學儀器有限公司;SU8010超高分辨場發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM) 日本日立(Hitachi)公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 大豆油脂體的提取 參考Qi等[19]方法稍作修改。大豆與去離子水以料液比1∶5 (w/v)混合,4 ℃條件下浸泡20 h備用。將浸泡后大豆與pH7.5緩沖溶液(50 mmol/L Tris-HCl、0.4 mol/L蔗糖、0.5 mol/L氯化鈉)以料液比1∶5 (w/v)混合,組織搗碎機破碎研磨8 min,過濾除去豆渣,得到大豆勻漿液,置于冷凍離心機中4 ℃條件下9000 r/min離心30 min,收集最上層乳狀物。將乳狀物以料液比1∶1 (w/v),通過勻漿機以5000 r/min勻漿5 min,均勻分散在上述緩沖溶液中,4 ℃條件下9000 r/min離心30 min,收集最上層乳狀物。再次通過勻漿機將乳狀物均勻分散在8 mol/L的尿素和50 mmol/L Tris-HCl組成的緩沖溶液(1∶5,w/v)中,其中尿素和Tris-HCl緩沖溶液體積比為1∶1,4 ℃、9000 r/min條件下,離心30 min,收集最上層乳狀物。將提取的乳狀物以料液比1∶5 (w/v)均勻分散在50 mmol/L Tris-HCl緩沖溶液中,在4 ℃、9000 r/min條件下離心30 min,此步驟重復三次以保證油脂體良好的純度。最后將提取的上層乳狀物用去離子水(1∶1,w/v)清洗離心后即為大豆油脂體,置于4 ℃冰箱中備用,用前最多放置2 d。

1.2.2 大豆油脂體微膠囊的制備 采用工藝參數(shù):(1)大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)15%、入口溫度150 ℃、進料速率5.00 mL·min-1,將制備好的乳狀液進行噴霧干燥,得到未經(jīng)麥芽糊精包埋的大豆油脂體微膠囊,即樣品A;采用工藝參數(shù)(2)將壁材MD(DE 15)溶于去離子水中,磁力攪拌直至充分溶解,將大豆油脂體分散在麥芽糊精溶液中,通過勻漿機8000 r/min勻漿5 min,重復2次,得大豆油脂體乳狀液,使麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)9.0%、大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)6.0%、入口溫度150 ℃、進料速率5.00 mL·min-1,將制備好的乳狀液進行噴霧干燥,得到最佳工藝條件下制備的大豆油脂體微膠囊,即樣品B。噴霧干燥制得的微膠囊用密封袋封好,置于-20 ℃冰柜中貯存待用。

1.2.3 大豆油脂體微膠囊化工藝研究

1.2.3.1 單因素試驗 基本工藝參數(shù)為:麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)7.5%、大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)7.5%、入口溫度140 ℃、進料速率5.33 mL·min-1。在其它因素不變的情況下,選擇麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)為2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%,大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)為2.5%、5.0%、7.5%、10.0%、12.5%,入口溫度為100、120、140、160、180 ℃,進料速率為2.67、4.00、5.33、6.67、8.00 mL·min-1。對麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)、大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)、入口溫度及進料速率進行單因素試驗,考察各因素對大豆油脂體微膠囊包埋率的影響。

1.2.3.2 響應面法優(yōu)化試驗 在單因素試驗基礎上,選擇A(麥芽糊精質(zhì)量分數(shù),%)、B(大豆油脂體質(zhì)量分數(shù),%)、C(入口溫度, ℃)、D(進料速率,mL/min-1)4個因素為自變量,以包埋率為響應值,進行響應面優(yōu)化試驗,確定優(yōu)化方案,具體因素水平見表1。

表1 因素水平編碼表Table 1 Encode table of factors and levels

1.2.4 大豆油脂體化學組成測定

1.2.4.1 水分含量測定 采用GB/T 14489.1-2008烘箱法,將裝有大豆油脂體5 g的帶蓋平底盒揭開放入預先調(diào)整到(103±2) ℃的烘箱內(nèi),3 h后取出立即蓋上蓋子,放在干燥器內(nèi)冷卻至室溫后迅速稱重,精確到0.001 g。繼續(xù)干燥1 h后稱重,直至兩次連續(xù)稱重差值小于5 mg。

1.2.4.2 脂肪含量測定 采用GB/T 5009.6-2016索氏抽提法,將大豆油脂體5 g置于蒸發(fā)皿中加入20 g石英砂沸水浴蒸干后,在干燥箱中(100±5) ℃干燥30 min,研磨移入濾紙筒,放入抽提筒內(nèi)并加入石油醚,連接已干燥至恒重的接收瓶,水浴加熱,使石油醚不斷回流抽提。提取完畢取下接收瓶,回收石油醚,于(100±5) ℃干燥1 h,放干燥器內(nèi)冷卻半小時后稱量。重復以上操作直至兩次稱量差值小于2 mg。

1.2.4.3 蛋白質(zhì)含量的測定 采用GB/T 5009.5-2016燃燒法,稱取1 g大豆油脂體(精確至0.0001 g),用錫箔包裹后置于樣品盤上。試樣進入燃燒反應爐后,在高純氧環(huán)境下中充分燃燒,檢測蛋白質(zhì)含量。

1.2.5 掃描電子顯微鏡觀察 將大豆油脂體微膠囊撒在粘有導電膠帶的樣品臺上,吹去多余樣品后噴金處理,置于儀器樣品室中,調(diào)整加速電壓為5 kV,觀察微膠囊樣品的微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.6 包埋率的測定

1.2.6.1 總油含量的測定 精確稱取微膠囊粉末2 g(精確到0.0001 g,m0)于100 mL錐形瓶中,加入40 mL石油醚,超聲處理15 min,立即進行真空抽濾,用已恒重的圓底燒瓶(m1)收集濾液,用40 mL石油醚洗滌濾渣,50 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)并回收溶劑,置于105 ℃烘箱將溶劑蒸干烘至恒重(m2),根據(jù)公式(1)計算總油含量[20]。

式(1)

1.2.6.2 表面油含量的測定 精確稱取微膠囊粉末2 g(精確到0.0001 g,m0)于100 mL錐形瓶中,加入40 mL石油醚,輕微振蕩2 min,漏斗過濾,用已恒重的圓底燒瓶(m1)收集濾液,再用25 mL石油醚洗滌濾渣,50 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)并回收溶劑,置于105 ℃烘箱將溶劑蒸干烘至恒重(m2),根據(jù)公式(2)計算表面油含量[20]。

式(2)

1.2.6.3 包埋率的測定 微膠囊的包埋率是樣品中被包埋油脂含量和總油脂含量的比值,根據(jù)公式(3)計算包埋率[20]。

式(3)

1.2.7 水分含量的測定 參照GB 5009.3-2016,對大豆油脂體微膠囊進行水分含量的測定。

1.2.8 溶解度的測定 參考Hermanto等[21]的方法稍作修改。準確稱取微膠囊樣品1 g,將樣品溶解于25 mL蒸餾水中。將溶解樣品轉(zhuǎn)入離心管中并以4000 r/min離心10 min后,傾去上清液,加入25 mL蒸餾水,再次離心分離上清液,用少量蒸餾水將沉淀洗入已恒重蒸發(fā)皿中,置于105 ℃烘箱中干燥至恒重,溶解度(W)按公式(4)計算:

式(4)

式中:M為樣品質(zhì)量,g;m1-蒸發(fā)皿質(zhì)量,g;m2-蒸發(fā)皿質(zhì)量和不溶物質(zhì)量,g;B-樣品水分含量,%。

1.2.9 堆積密度的測定 將微膠囊樣品緩慢裝入10 mL量筒中,并將量筒水平勻速晃動使微膠囊粉末自然下沉,直至微膠囊填充至量筒刻度線處,記錄填充的微膠囊質(zhì)量以及量筒的填充體積,計算單位體積微膠囊的質(zhì)量即為微膠囊的堆積密度(d0,g/mL)[22]。

式(5)

式中:m-微膠囊的質(zhì)量,g;V-量筒填充體積,mL。

1.2.10 休止角的測定 參照GB/T 11986-1989,取150 mL微膠囊樣品于量筒中,在室溫25 ℃,相對濕度50%標準環(huán)境下測量,將樣品通過漏斗落在下方100 mm的水平圓板上,使微膠囊自然堆積,在流動停止后2 min,測量微膠囊粉末的錐形高度與覆蓋半徑。

式(6)

式中:h-微膠囊粉末的錐形高度,mm;r-微膠囊粉末的覆蓋半徑,mm。

1.2.11 氧化穩(wěn)定性測定 將最佳工藝制備大豆油脂體微膠囊樣品及未經(jīng)MD包埋直接進行噴霧干燥的大豆油脂體置于60 ℃烘箱中儲藏7 d[23],進行加速氧化實驗,每天測定樣品過氧化值及硫代巴比妥酸反應物。

1.2.11.1 過氧化值的測定 參考Aberkane等[24]的方法稍作修改。準確稱取0.5 g樣品與5 mL去離子水混勻,使其完全溶解。取0.3 mL稀釋液與1.5 mL異辛烷-異丙醇(3∶1,v/v)充分混勻后,2000 r/min離心10 min。取0.2 mL上清液與9.8 mL甲醇-正丁醇(2∶1,v/v)混勻后,加入20 μL 3.94 mol/L硫氰酸銨和20 μL二價鐵離子溶液(0.132 mol/L氯化鋇和0.144 mol/L硫酸亞鐵體積比1∶1混合),避光靜置20 min,在波長510 nm處檢測吸光度。用分光光度計以甲醇-正丁醇(2∶1,v/v)混合溶液為參比,以過氧化氫異丙苯做標準曲線(y=16.757x+0.3193,R2=0.9946;其中:y為過氧化值,x為吸光度),計算樣品中過氧化值。

1.2.11.2 硫代巴比妥酸反應物(TBARS)的測定 參考Rocha等[25]的方法稍作修改。TBA(硫代巴比妥酸)試劑的配制:將0.375 g硫代巴比妥酸,15 g三氯乙酸,1.76 mL 12 mol/L HCl,82.9 mL去離子水均勻混合。將1 mL復原大豆油脂體乳狀液,2 mL TBA試劑混合于15 mL試管中,漩渦30 s。沸水浴加熱25 min后冷卻至室溫,隨后2500 r/min離心20 min,532 nm下測定吸光度。以1,1,3,3-四乙氧基丙烷做標準曲線(y=0.5711x-0.0522,R2=0.9941;其中:y為吸光度,x為硫代巴比妥酸值),計算樣品中TBARS值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實驗均重復3次,結(jié)果表示為平均值±標準差。采用Design Expert 10進行響應面試驗設計,SPSS 18.5軟件對數(shù)據(jù)進行ANOVA差異顯著性分析,以P<0.05為差異顯著。采用Origin 8.5軟件進行繪圖。

2 結(jié)果與討論

2.1 大豆油脂體化學組成

大豆油脂體中的兩種主要成分為甘油三酯(油脂)和水,含量分別達到32.08%±0.34%和45.32%±0.47%(濕基),此外,還有少量的蛋白質(zhì)。雖然大豆油脂體中蛋白質(zhì)含量僅占5.83%±0.14%(濕基),但由于大豆油脂體單層磷脂膜與表面蛋白有很好的乳化性,成熟種子細胞中的油脂體不會發(fā)生融合或聚集,且其特殊的雙親結(jié)構(gòu)對穩(wěn)定大豆油脂體結(jié)構(gòu)起著重要的作用,這些特點使其在制備過程中避免了溶劑萃取破壞,便于提取加工,可作為一種天然乳化劑應用于食品工業(yè)中[2]。油脂體表面蛋白與油脂體的生物發(fā)生相關,并能穩(wěn)定油脂體與胞質(zhì)溶膠的交界面,維持油脂體的穩(wěn)定性。此外,基于大豆油脂體乳液和奶油性狀,乳制品和仿制乳飲料自然是潛在應用的主要領域,還可以以水包油乳液的形式出現(xiàn)在其他液體、半液體或固體食物中,應用到可食性膜和食品包裝中[26]。

2.2 單因素實驗結(jié)果

圖1(a)為麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)對包埋率的影響。隨著麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)的增加,大豆油脂體微膠囊的包埋率顯著增加(P<0.05),當麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)為10.0%時,包埋率最大,繼續(xù)增加麥芽糊精質(zhì)量分數(shù),包埋率顯著降低(P<0.05)。這是由于大豆油脂體總量一定,壁材含量的提高可加速干燥過程中液滴成膜,油脂不易外泄,包埋率增加[27];當壁材含量高于10.0%時,壁材用量遠大于芯材,噴霧干燥時難以形成微小顆粒,MD與油脂體表面蛋白接枝度降低[16],穩(wěn)定性下降,引起乳狀液在噴霧干燥過程中霧化速率下降的現(xiàn)象,容易發(fā)生堵塞,導致微膠囊有效成分所占比例降低,進而降低包埋率。

圖1(b)為大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)對包埋率的影響。包埋率開始沒有顯著變化(P>0.05),當大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)超過7.5%時,繼續(xù)增加大豆油脂體的質(zhì)量分數(shù),包埋率顯著降低(P<0.05)。這是由于當大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)較低時,即微膠囊的芯壁比較低,成膜性好,壁材厚,產(chǎn)品顆粒小且均勻,包埋率升高[16];然而當大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)持續(xù)增加,即芯壁比增大,有限的壁材無法將芯材完全包裹,致使形成的微膠囊外壁較薄,通透率高,甚至部分油脂直接裸露在壁材外側(cè),芯材容易泄露,包埋率降低[28]。

圖1(c)為入口溫度對包埋率的影響。隨著入口溫度(100～140) ℃的增加,大豆油脂體微膠囊的包埋率顯著增加(P<0.05)。當入口溫度達到180 ℃時,包埋率顯著降低(P<0.05)。這是因為出口溫度低于140 ℃時,液滴水分不能及時蒸發(fā),微膠囊的水分含量高,流動性較差,不能形成致密且具有一定強度的壁膜,容易粘壁[17]。當出口溫度達到180 ℃,水分蒸發(fā)速度過快,壁膜易產(chǎn)生裂紋及凹陷,表面不光滑圓整,降低壁材成膜性,且高溫對大豆油脂體結(jié)構(gòu)的完整性造成破壞,包埋率下降[29]。

圖1(d)為進料速率對包埋率的影響。隨著進料速率的增加,大豆油脂體微膠囊的包埋率顯著增加(P<0.05),當進料速率達到8.00 mL·min-1,包埋率顯著下降(P<0.05)。導致這種現(xiàn)象的原因是當進料速率過快或過慢時,會出現(xiàn)包埋效果不穩(wěn)定及粘壁現(xiàn)象,甚至可能導致乳液經(jīng)噴嘴后無法形成微膠囊[30],包埋率降低。

2.3 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果與分析

2.3.1 響應面試驗設計與結(jié)果 大豆油脂體微膠囊化的最優(yōu)工藝參數(shù)利用軟件Design Expert 10進行中心組和設計,具體設計方案以及試驗結(jié)果見表2。

通過多元回歸分析,擬合得到包埋率與因變量的回歸模型如下:

R=82.06+14.30A-14.32B+3.18C+0.080D+12.30AB+1.91AC-0.86AD+1.16BC+0.42BD-0.00625CD-7.66A2-6.20B2-3.68C2-1.03D2

由表3的方差分析可知,該回歸模型極顯著(P<0.01),失擬項不顯著(P=0.9641>0.05),表明該模型實測值與預測值擬合度較好,因而該模型能較好的分析和預測微膠囊包埋率。對于大豆油脂體微膠囊包埋率,一次項A、B、C均極顯著;交互項AB、AC極顯著,BC影響顯著;二次項A2、B2、C2均極顯著,D2顯著。結(jié)合表中F值大小,可知各因素對包埋率的影響效應依次為:B(大豆油脂體質(zhì)量分數(shù))> A(麥芽糊精質(zhì)量分數(shù))> C(入口溫度)> D(進料速率)。

表3 響應面模型的方差分析Table 3 Analysis of variance and significance test of the response surface quadratic regression model

2.3.2 響應曲面及等高線分析 從圖2可以看出,A與B交互作用顯著,等高線圖最扁平,說明這兩個因素之間的交互作用最大;A與C的交互作用較顯著,表現(xiàn)為曲線較陡;B與C交互作用最小。而其他因素之間的交互作用不顯著,曲面圖較平滑。響應面結(jié)果與響應面方差分析結(jié)果相同。

圖2 因素交互作用對包埋率影響的響應面和等高線圖Fig.2 Response surface and corresponding contour plots showing the effects of preparation conditions on the embedding efficiency of oleosome microcapsules注:圖a、c、e分別表示麥芽糊精含量、大豆油脂體含量及入口溫度三因素兩兩交互對包埋率影響的響應面圖;圖b、d、f分別表示麥芽糊精含量、大豆油脂體含量及入口溫度三因素兩兩交互對包埋率影響的等高線圖。

2.3.3 驗證實驗 綜合回歸方程和響應面圖可以得到噴霧干燥法制備大豆油脂體微膠囊的最佳工藝參數(shù)為麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)為8.87%、大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)為6.06%、入口溫度為149.71 ℃、進料速率為4.93 mL·min-1,此工藝條件下,理論最高包埋率為90.86%?？紤]實際操作可行性,將條件歸整為:麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)為9.0%、大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)為6.0%、入口溫度為150 ℃、進料速率5.00 mL·min-1,進行三次驗證試驗,實際測得大豆油脂體微膠囊包埋率為89.97%±1.13%,實驗結(jié)果與預測值結(jié)果相差不大,說明該模型方程與實際情況擬合度較好,將模型方程用于預測大豆油脂體微膠囊包埋率是可行的。

2.4 微觀結(jié)構(gòu)分析

圖3為大豆油脂體微膠囊的表面結(jié)構(gòu)。掃描電鏡圖像表明大豆油脂體被壁材MD成功包封。圖(a)中樣品A顯示出天然淡黃色的表面顏色,而在使用MD包埋之后,圖(b)中樣品B表面顏色變?yōu)槿榘咨?。樣品A微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)不規(guī)則的球形,表面粗糙多孔,這是因為干燥時水分遷移速率不同,導致微膠囊形狀不規(guī)則以及表面孔洞的形成[31],且顆粒粒徑大小不一,存在大塊粘連,表面有反光,表明微膠囊表面油含量較高,芯材未包裹好,有滲漏。樣品B微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)較規(guī)則球形,囊壁完整性較好,結(jié)構(gòu)致密,有典型的皺褶及凹陷,Kolanowski等[32]也在魚油微膠囊上發(fā)現(xiàn)了褶皺凹陷等類似現(xiàn)象,這是霧滴在高溫下迅速干燥導致表面收縮產(chǎn)生,但未見破裂、孔洞現(xiàn)象,說明對芯材有較好保護作用,具有良好的包埋結(jié)構(gòu)。

圖3 大豆油脂體微膠囊掃描電鏡Fig.3 SEM of soybean oleosome microcapsules注:圖(a)中樣品A為未經(jīng)麥芽糊精包埋的大豆油脂體微膠囊;圖(b)中樣品B為最佳工藝條件下制備的大豆油脂體微膠囊。

2.5 大豆油脂體微膠囊基本理化指標

由表4可知,相比未經(jīng)麥芽糊精包埋直接進行噴霧干燥的大豆油脂體,最佳工藝條件下制備得到的大豆油脂體微膠囊的水分含量較低,溶解性良好,休止角較小,表明在噴霧干燥過程中水分充分蒸發(fā),達到所需干燥狀態(tài),有利于產(chǎn)品儲藏,符合粉末制品含水率一般控制在2%～5%的要求[33],休止角是衡量粉末產(chǎn)品流動性的重要指標,30°～45°表明產(chǎn)品粘度較小,流動性良好[34]。較低的表面油含量與較高的包埋率表明大豆油脂體微膠囊具有良好的產(chǎn)品品質(zhì),有利于儲藏期的延長。

表4 大豆油脂體微膠囊基本理化指標測定結(jié)果Table 4 Basic physical and chemical indicators of soybean oleosome microcapsules

2.6 氧化穩(wěn)定性測定

大豆油脂體微膠囊在60 ℃進行加速氧化貯藏試驗,與未經(jīng)MD包埋直接進行噴霧干燥的大豆油脂體進行比較,其氧化穩(wěn)定性變化如圖4所示。初始兩種微膠囊樣品氧化程度均較低,過氧化值分別為8.81±0.57和8.30±0.79 meq/kg,TBARS值分別為0.57±0.06和0.51±0.04 μmol/kg,并無顯著性差異(P>0.05),表明噴霧干燥等過程未對油脂品質(zhì)產(chǎn)生影響[35]。經(jīng)過7 d貯藏后,樣品的過氧化值及TBARS值均顯著增加(P<0.05),樣品A過氧化值急速增加至(53.87±2.95) meq/kg,TBARS值增加至(5.76±0.07) μmol/kg,產(chǎn)生刺激的哈喇味,酸敗嚴重;相比之下,樣品B過氧化值及TBARS值增長相對緩慢,顯示出了較低的氧化水平。表明隨著儲藏時間的延長,MD對大豆油脂體有顯著的保護作用,形成致密的囊壁結(jié)構(gòu)有效阻止氧氣的滲透率,減緩芯材油脂的氧化速度,顯著延長油脂的儲藏期[36]。

圖4 加速儲藏試驗中大豆油脂體微膠囊氧化穩(wěn)定性的變化Fig.4 Changes of oxidative stability of soybean oleosome microcapsules in accelerated storage test注:圖(a)表示大豆油脂體微膠囊過氧化值的變化;圖(b)表示大豆油脂體微膠囊TBARS值的變化;樣品A為未經(jīng)麥芽糊精包埋的大豆油脂體微膠囊,樣品B為最佳工藝條件下制備的大豆油脂體微膠囊。圖中不同小寫字母表示微膠囊氧化穩(wěn)定性存在顯著性差異(P<0.05)。

3 結(jié)論

利用噴霧干燥法以MD為壁材,成功制備大豆油脂體微膠囊,確定最佳工藝參數(shù):麥芽糊精質(zhì)量分數(shù)為9.0%、大豆油脂體質(zhì)量分數(shù)為6.0%、入口溫度為150 ℃、進料速率5.00 mL·min-1,大豆油脂體微膠囊包埋率達到89.97%±1.13%。大豆油脂體微膠囊的水分含量較低,溶解性與流動性良好,結(jié)構(gòu)致密,微膠囊化大幅提高了油脂的抗氧化性,減緩芯材油脂的氧化速度,顯著延長油脂儲藏期,具有較好的氧化穩(wěn)定性。通過本研究結(jié)果可見,微膠囊化能有效維持大豆油脂體的穩(wěn)定性,制備成新型的穩(wěn)定狀態(tài)的油脂產(chǎn)品,改變油脂存在狀態(tài),使大豆油脂體易氧化的缺陷通過微膠囊化變得更加穩(wěn)定而得以解決,對于大豆油脂體加工應用領域的拓展和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展具有重大意義。