噴霧干燥法制備芝麻油微膠囊的研究

劉楠楠

（渭南師范學院化學與生命科學學院，陜西 渭南 714000）

經(jīng)測定［1］，芝麻油大約含油酸35．0%～49．4%，亞油酸37．7%～48．4%，花生酸0．4%～1．2%，而高度的不飽和脂肪酸容易在加工、貯藏的過程中哈敗。因此，運用微膠囊技術將芝麻油制成微膠囊產(chǎn)品，可以防止油脂的氧化變質(zhì)，增加油品的穩(wěn)定性。

目前，已有微膠囊化芝麻油的相關報道：王麗娟等［2］選用大豆分離蛋白、β－環(huán)糊精、瓜爾豆膠作復合壁材；郭元新等［3］以麥芽糊精、大豆分離蛋白、黃原膠為壁材，所得的微膠囊產(chǎn)品的包埋率并不十分理想。本試驗采用噴霧干燥法，以芝麻油為芯材，選擇大豆分離蛋白、阿拉伯膠為壁材，用正交試驗優(yōu)化微膠囊的配方，能較大地提高微膠囊的包埋率，此外通過熱重分析，顯示微膠囊產(chǎn)品能提高芝麻油的熱穩(wěn)定性，為其在高溫加工中的應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1．1 材料與試劑

芝麻油、阿拉伯膠、大豆分離蛋白：市售；

無水乙醚、石油醚（沸程30～60 ℃）：分析純，國藥集團化學試劑有限公司。

1．2 主要儀器設備

精密電子天平：TD1001型，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；

高速分散均質(zhì)機：FJ－200型，北京華威興業(yè)科技有限公司；

掃描電子顯微鏡：QUANTA 400 型，荷蘭飛利浦FEI公司；

離心機：DZ30－32型，上海安亭科學儀器廠；

恒溫水浴鍋：DK－98－1型，天津泰斯特儀器有限公司；

電熱恒溫鼓風干燥箱：DHG－9246A 型，天津泰斯特儀器有限公司；

電動攪拌機：MJ－250BP02A型，常州國華電器有限公司；

順流立式噴霧干燥塔：RGLWD1型，陜西三原食品機械有限公司；

循環(huán)水真空泵：SHZ－III型，天津泰斯特儀器有限公司；

激光粒度分布儀：BT－9300Z 型，丹東市百特儀器有限公司；

熱重分析儀：TGA－Q500型，美國TA 儀器公司。

1．3 方法

1．3．1 制備芝麻油微膠囊的工藝流程

壁材溶解在50 ℃左右的蒸餾水中→攪拌30min→保持混合溶液溫度為50℃→緩緩加入芝麻油→均質(zhì)（20MPa）乳化→乳化液噴霧干燥（進風溫度180 ℃，出風溫度80 ℃，進料流量15mL／min，料液溫度50 ℃）→冷卻→微膠囊產(chǎn)品

1．3．2 芝麻油微膠囊包埋條件的單因素試驗

（1）阿拉伯膠與大豆分離蛋白的比例對微膠囊包埋率的影響：在固形物質(zhì)量分數(shù)為20%，芯材占固形物含量為25%的條件下，選擇阿拉伯膠、大豆分離蛋白作為壁材，其比例分別為2∶1，1．5∶1，1∶1，1∶1．5，1∶2，以包埋率為指標，考察阿拉伯膠和大豆分離蛋白間的比例對微膠囊包埋率的影響。

（2）芯材占固形物的含量對微膠囊包埋率的影響：在阿拉伯膠∶大豆分離蛋白為1∶1（m∶m），固形物質(zhì)量分數(shù)為20%的條件下，采用芯材占固形物含量分別為10%，15%，20%，25%，30%對芝麻油進行包埋，以包埋率為指標，考察芯材占固形物含量對微膠囊包埋率的影響。

（3）固形物質(zhì)量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響：在阿拉伯膠∶大豆分離蛋白為1∶1（m ∶m），芯材占固形物含量為25%，分別采用固形物質(zhì)量分數(shù)為15%，20%，25%，30%，35%，以包埋率為指標，考察固形物質(zhì)量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響。

1．3．3 正交試驗優(yōu)化芝麻油微膠囊的配方 根據(jù)單因素的試驗結(jié)果，以包埋率為考察指標，選取阿拉伯膠與大豆分離蛋白比例、芯材占固形物的含量和固形物質(zhì)量分數(shù)三因素作為影響微膠囊包埋率的主要因素，并以此設計三因素L9（33）正交試驗。

1．4 微膠囊質(zhì)量評定

1．4．1 微膠囊表面油的測定 稱取2g芝麻油微膠囊產(chǎn)品，用石油醚30mL震蕩洗滌，過濾，重復2次，合并濾液放入精確稱量的稱量瓶中，置于60 ℃烘箱中蒸干溶劑，再將稱量瓶放置干燥器中冷卻稱重，可得微膠囊表面油質(zhì)量［4］。

1．4．2 微膠囊中總油的測定 稱取2g芝麻油微膠囊樣品，反復研磨后，無水乙醚作溶劑用索氏抽提法測定。

1．4．3 微膠囊包埋率 按式（1）計算。

1．4．4 微膠囊的表面結(jié)構(gòu)觀察 采用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察芝麻油微膠囊的表面超微結(jié)構(gòu)。在樣品臺上貼上一層雙面膠，將微膠囊粉末輕輕撒在上面，加速電壓為20kV，選擇具有代表性的視野進行觀察。

1．4．5 微膠囊粒度的測定 使用BT－9300Z型激光粒度分布儀測定芝麻油微膠囊產(chǎn)品的粒徑分布。將少量的微膠囊溶于水中，加入到分散劑中，測試所使用的分散劑為水。

1．4．6 熱穩(wěn)定性的測定 采用熱重法測定芝麻油及微膠囊產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性。熱重分析儀參數(shù)設計：氮氣流量為20mL／min，升溫速率為10 ℃／min，從30 ℃升溫至600 ℃，測定芝麻油微膠囊、芝麻油的熱重曲線。

2 結(jié)果與討論

2．1 芝麻油微膠囊包埋條件的研究

2．1．1 阿拉伯膠與大豆分離蛋白的比例對微膠囊包埋率的影響 由圖1可知，當阿拉伯膠／大豆分離蛋白為2∶1（m∶m）時，包埋率為71．5%，隨著大豆分離蛋白含量的增加，包埋率逐漸升高。這是因為蛋白質(zhì)是同時具有親水基和疏水基的兩性物質(zhì)，有分子面和分子內(nèi)吸引力，乳化性很好，其良好的乳化性對芯材的包埋率起很大作用［5］。當二者比例達1∶1（m∶m）時，包埋率最高，為78．9%，但隨著大豆分離蛋白的進一步提高，包埋率又呈下降趨勢，原因是大豆分離蛋白比例過高，易造成料液黏度過大，不利于噴霧干燥閃蒸脫水［6］。

圖1 阿拉伯膠和大豆分離蛋白的比例對微膠囊包埋率的影響Figure1 Effect of different ratio of Arabic gum between Soy protein isolate on microencapsulation efficiency

2．1．2 芯材占固形物的含量對微膠囊包埋率的影響 由圖2可知，當芝麻油含量為10%時，包埋率為72．9%，含量隨著芯材含量的提高，包埋率也在逐步提高，當芯材含量達到25%時最高，隨著芝麻油含量的進一步提高，包埋效果呈急速下降趨勢。這是因為若芯材含量過高，在有限壁材的條件下，使得干燥過程中液滴成膜的速度減慢，芯材損失增加。但芯材含量太少，則會造成壁材的浪費［7］。

圖2 芯材占固形物的含量對芝麻油微膠囊包埋率的影響Figure2 Effect of different core material content of total solids on microencapsulation efficiency

2．1．3 固形物質(zhì)量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響 由圖3可知，隨著固形物質(zhì)量分數(shù)的提高，包埋率也隨之上升，在濃度達25%時，包埋率最大，這是因為固形物含量的增加，乳化液中水分會減少，在干燥過程中液滴的成膜速度加快，利于成囊。而隨著固形物的進一步增大，乳化液過于粘稠，干燥速度減慢，影響壁膜的形成，導致包埋率下降。

圖3 固形物質(zhì)量分數(shù)對微膠囊包埋率的影響Figure3 Effect of different mass fraction of solids on microencapsulation efficiency

2．1．4 芝麻油微膠囊配方優(yōu)化正交試驗 在單因素試驗的基礎上，設計三因素L9（33）正交試驗。正交試驗因素水平見表1，試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果見表2。

表1 微膠囊配方正交優(yōu)化試驗因素水平表Table1 Tableof factor levels of microencapsulation of Sesame oil

由表2可知，影響微膠囊包埋率因素的主次順序為阿拉伯膠與大豆分離蛋白的比例＞芯材占固形物的含量＞固形物質(zhì)量分數(shù)。芝麻油微膠囊最優(yōu)配方為A2B2C1，即阿拉伯膠和大豆分離蛋白比例為1∶1，芯材占固形物含量為25%，固形物質(zhì)量分數(shù)為23%。驗證實驗得該條件下的包埋率達81．4%。

2．2 掃描電鏡觀察芝麻油微膠囊的表面結(jié)構(gòu)

在最佳工藝條件下制得的產(chǎn)品經(jīng)掃描電鏡觀察表面微觀結(jié)構(gòu)見圖4。

微膠囊產(chǎn)品為白色粉末，顆粒細小均勻。圖4為放大倍數(shù)為1 000倍下微膠囊的表面結(jié)構(gòu)，由此觀察，此法制得的芝麻油微膠囊大部分呈圓球狀或橢球狀，表面較為光滑，無裂痕，囊壁致密完整，說明芯材已被壁材包裹。但還有少數(shù)微膠囊表面有凹陷、皺縮。凹陷的原因是由于在噴霧干燥過程中，霧化液滴在干燥中，表面液滴迅速蒸發(fā)產(chǎn)生收縮而導致的，屬正常現(xiàn)象［8］。

表2 微膠囊配方正交試驗結(jié)果極差分析表L9（34 ）Table2 Results of or thogonal test method L9（34 ）

圖4 1000倍掃描電鏡（SEM）下微膠囊的表面微觀結(jié)構(gòu)Figure4 SEM image of microencapsulate of Sesame oil（1 000×）

2．3 芝麻油微膠囊的粒度分布

微膠囊的顆粒直徑尺寸范圍一般在2～300μm［9］。由圖5可知，用此法制得的微膠囊的粒度呈正態(tài)分布，粒徑范圍大多數(shù)落在20～70μm，微膠囊產(chǎn)品的體積平均粒徑為41．19μm，說明用此方法在最佳工藝條件下制得的微膠囊粒徑大小較為均一。

2．4 芝麻油及微膠囊的熱重分析

芝麻油和芝麻油微膠囊的熱失重曲線見圖6。

由圖6可知，芝麻油的失重分為兩個階段：第一階段在50～150 ℃，芝麻油的損失為27%，這可能是由于其中的水分及揮發(fā)性物質(zhì)的損失所造成；第二階段芝麻油在320 ℃處開始降解，降解幅度非常大，在400 ℃附近就完全降解。而微膠囊產(chǎn)品的熱降解趨勢是一個緩慢的過程，在150 ℃以內(nèi)損失明顯減弱，在135 ℃處，只有大約5%的損失，這可能是由自由水損失所造成的，說明微膠囊產(chǎn)品能夠有效地避免芯材揮發(fā)性物質(zhì)的損失，提高芯材的熱穩(wěn)定性。此外，隨著溫度的逐漸升高，一些不耐熱的壁材在此時也會緩慢降解，導致物質(zhì)質(zhì)量的損失，當溫度再次上升到300 ℃以上時，芯材開始受熱分解?？梢娢⒛z囊達到了緩釋效果。

圖5 芝麻油微膠囊的粒度分布Figure5 Particle size distribution of microencapsules of Sesame oil

圖6 芝麻油和芝麻油微膠囊的TG 曲線Figure6 TG curves of Sesame oil and microencapsules of Sesame oil

3 結(jié)論

（1）阿拉伯膠和大豆分離蛋白的成膜性、乳化性良好，來源廣泛。以二者為壁材，采用噴霧干燥法制備芝麻油微膠囊，經(jīng)正交優(yōu)化。結(jié)果顯示：當阿拉伯膠和大豆分離蛋白比例為1∶1（m∶m），芯材占固形物的含量為25%，固形物質(zhì)量分數(shù)為23%時，所制備的微膠囊包埋率最高。微膠囊產(chǎn)品表面光滑，壁膜致密完整，顆粒大小均一，說明采用阿拉伯膠和大豆分離蛋白復配，能夠達到較好的包埋效果。

（2）熱重分析顯示，在高溫下，用此法制得的微膠囊可以大大改善芯材揮發(fā)性強的特點，具有更高的緩釋性及熱穩(wěn)定性，對芯材起到了良好的保護作用。因此，將芝麻油制成微膠囊不僅運輸貯存方便，同時還可作為食品添加劑，應用到高溫焙烤行業(yè)，如添加到餅干、面包等焙烤食品中，既能保持芝麻油的原有香氣，又能避免其在高溫下的氧化揮發(fā)，擴大了其應用范圍。

1 劉玉蘭，陳劉揚，汪學德，等．國產(chǎn)芝麻和進口芝麻及加工芝麻油品質(zhì)對比［J］．農(nóng)業(yè)機械學報，2011，42（1）：150～153．

2 王麗娟，李志芬，閆心麗，等．芝麻油微膠囊化復合壁材的選擇及工藝條件的研究［J］．糧油加工，2007（3）：56～58．

3 郭元新，賈洪濤．微膠囊化技術生產(chǎn)粉狀芝麻油的研究［J］．中國油脂，2005，30（4）：24～26．

4 陳雪峰，劉楠楠．β－環(huán)糊精制備蔥油香精微膠囊的工藝研究［J］．中國調(diào)味品，2011，36（3）：61～63．

5 蓋旭，李榮，姜子濤．以大豆分離蛋白為壁材噴霧干燥法制備芥末油微膠囊［J］．中國調(diào)味品，2012，37（3）：72～75．

6 劉大川，李江平，劉嘩，等．紫蘇油粉末制備工藝研究［J］．中國油脂，2008，33（11）：5～8．

7 馮巖，張曉鳴，路宏波，等．復合凝聚法制備VE微膠囊工藝的研究［J］．食品與機械，2008，24（3）：39～43．

8 王賽賽，陶寧萍．大蒜精油微膠囊包埋工藝研究［J］．食品工業(yè)科技，2011，32（4）：228～231，235．

9 張峻，齊葳，韓志慧，等．食品微膠囊、超微粉碎加工技術［M］．北京：化學工業(yè)出版社，2005：1～2．