李 凱, 馬立志,2,3, 常云鶴,2,3, 馮紅霞,2,3, 鄒 康,2,3, 尚祖飛,2,3, 陳大龍

(貴陽學(xué)院食品與制藥工程學(xué)院1,貴陽 550005)(貴州省果品加工工程技術(shù)研究中心2,貴陽 550005)(貴州省果品加工、貯藏與安全控制協(xié)同創(chuàng)新中心3,貴陽 550005)(貴州初好農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司4,六盤水 553000)

山桐子又稱水冬桐是大風(fēng)子科落葉喬木植物,生長(zhǎng)快、適應(yīng)能力強(qiáng),山桐子有“樹上的油庫”美譽(yù),可作為木材和油料兩用的樹種[1],廣泛分布于云南、廣西、四川、貴州等地[2],在貴州省主要分布于六盤水市和遵義市等。其果肉占果實(shí)總質(zhì)量的62.3%,種子占37.6%[3],其果實(shí)含油率為36.71%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))[4],山桐子油營(yíng)養(yǎng)豐富,含有大量的油酸和亞油酸[5]等,山桐子油中的不飽和脂肪酸能增強(qiáng)人體的抗氧化和免疫的能力[6-8];山桐子作為木本油料運(yùn)用比較廣泛,目前對(duì)山桐子油微膠囊產(chǎn)品的開發(fā)鮮有研究。

因?yàn)槭秤糜椭灰追稚⒃谑称敷w系中,把生理活性、加工性能限制了[9]。山桐子油含有豐富的亞油酸,使其儲(chǔ)存穩(wěn)定性較差,運(yùn)用面變窄。通過微膠囊技術(shù)對(duì)山桐子油進(jìn)行包埋,使其轉(zhuǎn)化粉末油脂,即山桐子微膠囊。粉末油脂方便運(yùn)輸、儲(chǔ)藏,可增加油脂的使用面,而油脂微膠囊化可防止油脂的氧化酸敗[10,11]。

研究使用噴霧干燥法制備山桐子油微膠囊,通過控制壁材與芯材質(zhì)量比、麥芽糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比、水與壁材質(zhì)量比[12]等因素進(jìn)行響應(yīng)面分析優(yōu)化工藝條件,制備山桐子油微膠囊。測(cè)試山桐子微膠囊包埋率、觀察外觀特征、測(cè)定氧化穩(wěn)定性,為山桐子油微膠囊提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山桐子果:來源于貴州省仁懷市山桐子種植基地;麥芽糊精、大豆分離蛋白等級(jí)為食品級(jí);單硬脂酸甘油酯、正己烷、石油醚純度為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

ZYJ908型螺旋榨油機(jī),LPG-5高速離心噴霧干燥機(jī),FA2004分析天平,RV10DS96旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀,KY-D500高剪切乳化分散機(jī),APV200 實(shí)驗(yàn)型高壓均質(zhì)機(jī),JF14112油脂氧化穩(wěn)定性分析儀器,LSM 900AS2激光共聚焦顯微鏡。

1.3 方法

1.3.1 山桐子油的榨取

參考宋明發(fā)等[13]方法,將篩選后山桐子果經(jīng)烘箱烘干后,在螺旋榨油機(jī)內(nèi)壓榨,取毛油經(jīng)精煉后得到成品油。其精煉主要步驟為脫膠、脫酸、脫色、脫臭。脫膠:溫度60 ℃,EDTA-2Na溶液濃度0.14 mol/L,SDS溶液濃度0.06 mol/L,水添加量8%,脫膠時(shí)間15 min,檸檬酸添加量0.16 g/mL;脫酸:NaOH質(zhì)量濃度為0.15 g/mL、超堿量為0.25%、堿煉溫度為35 ℃、堿煉時(shí)間為45 min;脫色:活性白土添加量17%、溫度94 ℃、攪拌時(shí)間94 min;脫臭:選擇脫臭溫度185 ℃,脫臭時(shí)間100 min。

精煉后山桐子油的酸價(jià)(KOH)為0.95 mg/g、過氧化值0.03 g/100 g、碘值129.48 g/100 g、皂化值210.34 mg/g。

1.3.2 山桐子油微膠囊的制備

常見噴霧干燥制備油脂微膠囊大多數(shù)采用β-環(huán)狀糊精、大豆分離蛋白作為壁材,單硬脂酸甘油酯作為乳化劑,再添加芯材油脂乳化混勻后進(jìn)行噴霧干燥制得粉末油脂,噴霧干燥時(shí)進(jìn)風(fēng)溫度170 ℃以上。實(shí)驗(yàn)選擇以麥芽糊精[14]、大豆分離蛋白作為復(fù)配壁材,麥芽糊精具有具有黏性大、增稠性強(qiáng)、溶解性好、速溶性佳、載體性好、發(fā)酵小、吸潮性低、無異味等特點(diǎn),單硬脂酸甘油酯作為乳化劑,乳化劑以芯材的2%質(zhì)量分?jǐn)?shù)添加,將山桐子油滴在溶液中進(jìn)行攪拌制得乳液,用均質(zhì)機(jī)將初乳液均質(zhì)4次,然后用噴霧干燥機(jī)在溫度165 ℃下進(jìn)行噴霧干燥制得微膠囊。

1.3.3 山桐子油微膠囊包埋率測(cè)定

參照李福祥等[15]、楊艷紅等[16]、付紅軍等[17]的方法并稍作修改。

山桐子油微膠囊未包埋的游離油的測(cè)定:稱取山桐子油微膠囊10 g放入燒杯中,先用50 mL石油醚加入至燒杯中振蕩5 min過濾到事先稱好質(zhì)量的燒瓶中,記空燒瓶質(zhì)量為m瓶,再將150 mL的石油醚分多次加入燒杯中,每次潤(rùn)洗燒杯后再振蕩5 min進(jìn)行過濾到燒瓶里,將燒瓶接入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)并回收溶劑,將燒瓶置于烘箱中50 ℃烘干5 min,燒瓶和油的總質(zhì)量記為m瓶油,未包埋油質(zhì)量記為m1。

m1=m瓶油-m瓶

山桐子油微膠囊總油測(cè)定:稱取山桐子油微膠囊10 g加入80 mL正己烷進(jìn)行超聲振蕩處理40 min,然后過濾到已經(jīng)稱質(zhì)量的燒瓶中,然后用120 mL正己烷清洗濾渣過濾到燒瓶中進(jìn)行真空抽濾,將燒瓶接入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀蒸發(fā)并回收溶劑,將燒瓶置于烘箱中50 ℃烘干5 min,得出總油質(zhì)量m2。

山桐子油微膠囊包埋率記為E。

E= (1-m1/m2)×100%

式中:m1為山桐子油微膠囊表面油質(zhì)量/g;m2為山桐子油微膠囊總油質(zhì)量/g。

1.4 山桐子油微膠囊工藝研究

1.4.1 微膠囊化單因素實(shí)驗(yàn)

取初乳液500 mL,以壁材與芯材質(zhì)量比為4.5∶1.0,麥芽糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比為4.5∶1.0,水與壁材體積質(zhì)量比為7.5∶1.0的條件下進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)[12],觀察各因素對(duì)山桐子油微膠囊包埋率的影響,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表 1。

表1 山桐子油微膠囊包埋因素水平表

1.4.2 響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以山桐子微膠囊包埋率[18]為響應(yīng)值,利用Box-Behnken響應(yīng)面方法進(jìn)行3因素3水平響應(yīng)面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。

以單因素的實(shí)驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)響應(yīng)面對(duì)工藝優(yōu)化,設(shè)計(jì)表見表3。

表2 響應(yīng)面因素與水平表

表3 響應(yīng)面設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)與結(jié)果

1.5 山桐子油微膠囊激光共聚焦顯微鏡觀察

將少許山桐子油微膠囊粉末置于觀察片上,放入激光共聚焦顯微鏡進(jìn)行觀察山桐子微膠囊樣品的微觀結(jié)構(gòu)。

1.6 氧化穩(wěn)定性測(cè)定

將山桐子油和山桐子油微膠囊常溫儲(chǔ)藏7 d和30 d,使用氧化穩(wěn)定性指數(shù)法(OSI)測(cè)試山桐子油和山桐子油微膠囊OSI值,運(yùn)用油脂氧化穩(wěn)定性分析儀測(cè)出油脂的OSI值,OSI值可以表示山桐子油的氧化穩(wěn)定性[19],通過常溫存放的山桐子油和山桐子油微膠囊測(cè)出OSI值并記錄,同時(shí)在等條件下測(cè)試出山桐子油和山桐子油微膠囊的酸價(jià)和過氧化值進(jìn)行對(duì)比,參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LS/T 3258—2018《山桐子油》酸價(jià)(KOH)≤3 mg/g;過氧化值≤0.25 g/100 g從而推導(dǎo)出保質(zhì)期。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)

2.1.1 壁材與芯材質(zhì)量比對(duì)山桐子油微膠囊包埋率的影響

由圖1可見,在水的體積與壁材的質(zhì)量比為7.5∶1.0,麥芽糊精質(zhì)量與大豆分離蛋白的質(zhì)量比4.5∶ 1.0,在溫度165 ℃下進(jìn)行噴霧干燥得山桐子油微膠囊,隨著山桐子油所占比例降低,山桐子油微膠囊包埋率先增高后下降,壁材與芯材質(zhì)量比為5.5∶1.0時(shí)山桐子油微膠囊包埋率達(dá)到最高。在壁材與芯材質(zhì)量比低于5.5∶1.0時(shí),山桐子油含量高,麥芽糊精和大豆分離蛋白只能包埋少部分山桐子油;當(dāng)麥芽糊精和大豆分離蛋白質(zhì)量與山桐子油質(zhì)量比高于5.5∶1.0時(shí),山桐子油在乳化液體系中擴(kuò)散不均勻,使?jié)舛冉档?從而被包埋的山桐子油脂含量降低,使山桐子油微膠囊的包埋率降低。

圖1 單因素實(shí)驗(yàn)圖

2.1.2 麥芽糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比對(duì)山桐子油微膠囊包埋率的影響

由圖1可見,在水的體積與壁材的質(zhì)量比為7.5∶1.0,壁材與芯材質(zhì)量比4.5∶ 1.0,溫度165 ℃下進(jìn)行噴霧干燥得山桐子油微膠囊,山桐子油微膠囊包埋率隨麥芽糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比麥芽糊精所占比例升高,山桐子油微膠囊的包埋率先升高后降低,在麥芽糊精質(zhì)量與大豆分離蛋白的質(zhì)量比3.5∶1.0時(shí)山桐子油微膠囊包埋率達(dá)到最高,麥芽糊精質(zhì)量與大豆分離蛋白的質(zhì)量比低于3.5∶1.0時(shí),乳化液黏度降低,麥芽糊精、大豆分離蛋白與山桐子油混合效果不理想,從而包埋率降低;麥芽糊精質(zhì)量與大豆分離蛋白比高于3.5∶1.0時(shí)山桐子油乳化液體系就會(huì)變黏稠,山桐子油進(jìn)入麥芽糊精和大豆分離蛋白孔隙中非常困難,山桐子油被麥芽糊精和大豆分離蛋白包埋得少,山桐子油微膠囊包埋率會(huì)呈下降趨勢(shì)。

2.1.3 水與壁材質(zhì)量比對(duì)山桐子油微膠囊包埋率的影響

由圖1可見,在壁材與芯材質(zhì)量比4.5∶1.0,麥芽糊精質(zhì)量與大豆分離蛋白的質(zhì)量比4.5∶1.0,溫度165 ℃下進(jìn)行噴霧干燥得山桐子油微膠囊,山桐子油微膠囊包埋率隨水與壁材質(zhì)量比水所占比例升高,山桐子油微膠囊的包埋率先升高后降低,在水與壁材質(zhì)量比7.5∶1.0時(shí),山桐子油微膠囊包埋率達(dá)到最高,當(dāng)水與壁材質(zhì)量比低于7.5∶1.0時(shí),乳化液黏稠度不夠,壁材對(duì)芯材包埋率降低;當(dāng)水與壁材質(zhì)量比高于7.5∶1.0時(shí),壁材濃度降低,再加上純凈水和山桐子油難相溶,山桐子油與麥芽糊精和大豆分離蛋白混合不好,從而使山桐子油微膠囊包埋效果不佳。

2.2 響應(yīng)面設(shè)計(jì)結(jié)果分析

根據(jù)因素水平表,利用Design-Expert.V8.0.6.1軟件設(shè)計(jì)出實(shí)驗(yàn)組,結(jié)果見表3,通過軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行二次多項(xiàng)式回歸擬合,山桐子油微膠囊包埋率(Y)回歸方程:

Y=83.64-3.65A-5.19B-2.20C+1.89AB+0.23AC-1.37BC-9.35A2-6.43B2-4.80C2

為證明回歸方程的有效性及三因素和因變量的影響,現(xiàn)對(duì)回歸方程進(jìn)行方差分析和顯著性分析,詳情見表4。

表4 山桐子油微膠囊包埋率方差分析及顯著性結(jié)果

2.3 激光共聚焦LSM顯微鏡圖

由圖2a可知,山桐子油微膠囊在受熱均勻條件下包埋油脂較多,顆粒飽滿,形狀規(guī)則;在圖2b中,山桐子油微膠囊在噴霧干燥塔里停留時(shí)間長(zhǎng)或者加熱時(shí)間長(zhǎng)時(shí),導(dǎo)致微膠囊失水出現(xiàn)褶皺;在圖2c中,山桐子油微膠囊在噴霧干燥塔里受熱不均,微膠囊內(nèi)部水分未均勻蒸發(fā)從而形成氣孔導(dǎo)致微膠囊出現(xiàn)氣孔凹陷,未包埋完全。

圖2 激光共聚焦LSM顯微鏡圖

2.4 氧化性實(shí)驗(yàn)

將山桐子油和山桐子油微膠囊常溫儲(chǔ)藏7 d和30 d,然后用油脂氧化穩(wěn)定性分析儀器測(cè)出油脂的OSI值,然后與保質(zhì)期進(jìn)行對(duì)比,充分證明山桐子油微膠囊的制備對(duì)山桐子油具有保護(hù)作用,30 d后山桐子油微膠囊油的OSI及保質(zhì)期限比常溫存放的山桐子油要高,詳情見表5。

表5 山桐子油OSI 值的變化表

3 結(jié)論

利用噴霧干燥技術(shù),考察山桐子油微膠囊的包埋率受壁壁材與芯材質(zhì)量比、麥芽糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比、水與壁材質(zhì)量比等條件的影響,在單因素試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,利用響應(yīng)面中心組合方法優(yōu)化山桐子油噴霧干燥制備微膠囊最佳工藝參數(shù):壁材與芯材質(zhì)量比為4.8∶1.0,麥芽糊精與大豆分離蛋白的壁材復(fù)配質(zhì)量比為2.6∶1.0,水與壁材體積質(zhì)量比為6.8∶1.0的條件下,山桐子油微膠囊包埋率達(dá)到84.22%。研究得出山桐子油微膠囊對(duì)油脂有保護(hù)作用,具有良好的抗氧化能力,貨架保質(zhì)期限較長(zhǎng)。