β-環(huán)糊精包合蛋黃卵磷脂工藝的研究

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(吉林大學食品科學與工程學院,吉林長春 130062)

β-環(huán)糊精包合蛋黃卵磷脂工藝的研究

懷影,王瑩,于亞莉,劉靜波*

(吉林大學食品科學與工程學院,吉林長春 130062)

微膠囊化蛋黃卵磷脂,可以充分保持蛋黃卵磷脂原有的活性,拓寬其在食品加工中的應用范圍。本研究以β-環(huán)糊精為壁材,通過包結絡合法制備蛋黃卵磷脂微膠囊,選取包埋率作為制備工藝的優(yōu)化指標,通過單因素和正交實驗,分別考察乳化剪切速率、壁材芯材比、單甘酯:蔗糖酯配比及單甘酯:蔗糖酯用量對蛋黃卵磷脂微膠囊包埋效果影響,實驗結果表明,蛋黃卵磷脂微膠囊制備最佳工藝條件為:剪切速率5000 r/min,壁材芯材比4∶1,單甘酯、蔗糖酯用量1%,單甘酯、蔗糖酯用量配比為1∶9,在此工藝條件下進行了驗證實驗,得蛋黃卵磷脂微膠囊包埋率為65.81%±1.65%。因此,β-環(huán)糊精可作為蛋黃卵磷脂微膠囊的良好包埋壁材。

蛋黃卵磷脂,β-環(huán)糊精,微膠囊,包埋率

微膠囊技術是將一些不穩(wěn)定、易揮發(fā)的氣、液或固體包封在具有一定成膜性的材料里,并形成微小膠囊[1-2]。而微膠囊的眾多壁材中β-環(huán)糊精價格低廉,適用范圍廣,適合大規(guī)模工業(yè)化生產[3],β-環(huán)糊精具有內疏水、外親水的空穴結構[4],通過分子包埋法[5]選擇性對分子大小不同的疏水性活性物質包合[6]。β-環(huán)糊精作為壁材包埋產品穩(wěn)定性高,流動性好,結晶性增強,吸濕性降低,降低包裝和貯運成本,β-環(huán)糊精已廣泛應用于微膠囊領域(油類[7-9]、黃酮類[10-12]、肽類[13]、卵磷脂[14-16])，卵磷脂是一種含磷極性脂類物質,其主要存在于蛋黃、大豆、植物種子(菜籽、葵花籽、花生等)、動物內臟等[17];卵磷脂具有延緩機體衰老,防治粥樣動脈硬化,增強免疫功能等生理功能[17-18],隨著對卵磷脂的研究和了解越加深入,卵磷脂的營養(yǎng)保健功能越來越受到人們的關注[19]。關于微膠囊化卵磷脂的研究,國內外對微膠囊化大豆微膠囊的研究比較系統(tǒng),陳昊等[20]比較了幾種壁材對大豆卵磷脂微膠囊化效果;Ishikawa H等[21]對BSA微膠囊化大豆卵磷脂工藝條件和穩(wěn)定性進行研究。對于蛋黃卵磷脂微膠囊化報道較少,戴妍等[22]探究了三種壁材(DE-18麥芽糊精、大豆分離蛋白/DE-18 麥芽糊精以及大豆分離蛋白/DE-18麥芽糊精/酪蛋白酸鈉)微膠囊化蛋黃卵磷脂,以大豆分離蛋白/DE-18麥芽糊精為壁材包埋效果最好;而以β-環(huán)糊精為壁材微膠囊化蛋黃卵磷脂尚未見報道,因此,本文通過單因素及正交實驗,采用冷凍干燥法[23-27](傳統(tǒng)工業(yè)上多用噴霧干燥法微膠囊包埋,而噴霧干燥的高溫環(huán)節(jié)勢必對蛋黃卵磷脂產生一定的破壞。真空冷凍干燥不僅能避免蛋黃卵磷脂高溫分解,還能有效抑制氧化反應,較好地保存卵磷脂的活性[28],提高蛋黃卵磷脂微膠囊產品的品質。)優(yōu)化β-環(huán)糊精作為壁材微膠囊化蛋黃卵磷脂,探究最佳包埋工藝條件。本文為今后β-環(huán)糊精微膠囊化蛋黃卵磷脂應用提供理論基礎和技術支持。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

蛋黃粉 北京金鍵力公司;卵磷脂標準品分析純 美國SIGMA公司;β-環(huán)糊精、特丁基對苯二酚(TBHQ)、單甘酯、蔗糖酯食品級 鄭州安華食品添加劑有限公司;鹽酸、氯化鈉、95%乙醇、碳酸鈉等試劑分析純 北京化工廠。

NDJ-1旋轉粘度計 上海精科科學儀器有限公司;UV-2550紫外可見分光光度計 北京華爾達科貿有限責任公司;Bactosacn FC顯微鏡 亞太同裘貿易有限公司;JY92-2D超聲波細胞粉碎機 寧波新芝生物科技股份有限公司;Nano ZS激光粒度分析儀 英國馬爾文儀器有限公司;FJ300-S數(shù)顯高速分散均質機 上海標本模型廠;ALPHA1-2冷凍干燥機 香港欣東亞科貿責任有限公司;BT25S精密電子分析天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司;1-15K臺式離心機 美國SIGMA公司;HH-S恒溫水浴鍋 常州市國立實驗設備研究所。

1.2實驗方法

1.2.1 乙醇-丙酮溶劑法提取蛋黃卵磷脂 準確稱取一定量的蛋黃粉,按蛋黃粉與乙醇料液比為1∶10加入乙醇,40 ℃恒溫攪拌 1 h,收集提取液,離心(4000 r/min、15 min)取上清液,對沉淀進行二次提取,合并兩次上清液,旋轉蒸發(fā)濃縮至近干,取出濃縮物,加入一定量丙酮,反復浸洗,直到丙酮洗液接近無色,對丙酮冷析物真空冷凍干燥,得到淡黃色蠟狀的卵磷脂[18]。

1.2.2 蛋黃磷脂酰膽堿(蛋黃PC)標準曲線的繪制 準確稱取適量蛋黃PC 標準品溶于無水乙醇,配制濃度分別為0.01、0.02、0.03、0.04、0.05 mg/mL的標準溶液,測定標準液201 nm處吸光度值,以PC 濃度為橫坐標,吸光度值為縱坐標繪制標準曲線。

1.2.3 蛋黃卵磷脂微膠囊制備工藝 參考謝帆[29]和葛艷蕊[30],通過包結絡合法,制備蛋黃卵磷脂微膠囊。

壁材準備:稱取適量β-環(huán)糊精溶于40 mL、70 ℃蒸餾水中。

芯材準備:稱取適量蛋黃卵磷脂、抗氧化劑TBHQ(0.2 g/kg 蛋黃PC)和一定量乳化劑(單甘酯、蔗糖酯)溶解于10 mL無水乙醇溶液中,攪拌均勻,超聲振蕩助溶,一定剪切速率下剪切5 min,50 MPa壓力下乳化均質。

微膠囊制備:按比例將壁材和芯材混合,得固形物含量為20%(m/V)的微膠囊乳化液,在40 ℃下保溫包結1 h,不斷攪拌,攪拌速率100 r/min。靜置一段時間待微囊緩慢析出,離心,-80 ℃過夜冷凍,真空干燥(冷凍溫度-55 ℃,真空度100 Pa)得大豆卵磷脂微膠囊。

1.2.4 蛋黃卵磷脂微膠囊制備單因素和正交實驗

1.2.4.1 單因素實驗設計 稱取適量蛋黃卵磷脂,溶于乙醇溶液中,配制50 mL固形物含量為20%的微膠囊乳化液體系,分別考察乳化剪切速率、壁材芯材比、乳化劑(單甘酯:蔗糖酯)配比及乳化劑用量4個單因素對微膠囊包埋效果的影響。固定壁芯材比3∶1,乳化劑(單甘酯∶蔗糖酯)配比1∶9,乳化劑用量0.5%,乳化剪切速率4000 r/min,考察不同的乳化剪切速率(3000、4000、5000、6000、7000 r/min)、壁芯材比(1∶1、2∶1、3∶1、4∶1、5∶1)、單甘酯:蔗糖酯(0∶10、1∶9、2∶8、3∶7、4∶6)、乳化劑用量(0、0.25%、0.50%、0.75%、1.00%)對蛋黃卵磷脂包埋率的影響,實驗重復三次。

1.2.4.2 正交實驗 在單因素實驗結果基礎上,采用4因素3水平正交實驗設計,研究剪切速率、壁材芯材比、乳化劑配比和乳化劑用量4種主要因素對蛋黃卵磷脂包埋率的影響,優(yōu)化最佳包埋工藝參數(shù)。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels table of orthogonal experiment

1.2.5 蛋黃卵磷脂微膠囊產品指標檢測

1.2.5.1 乳化液粒徑的測定 將微膠囊乳化液稀釋至澄清,準備3個濃度梯度相差一個數(shù)量級的樣品液,加樣1 mL,測定粒度直徑。

1.2.5.2 乳化穩(wěn)定性的測定 取1.5 mL微膠囊乳化液離心(2000 r/min,10 min),離心后記錄乳化液分層體積[29]。

1.2.5.3 乳化液粘度測定 采用旋轉粘度計,測定溫度為25 ℃,轉子以1 r/s旋轉,60 s后讀數(shù)[15]。

1.2.5.4 微膠囊總蛋黃PC測定 用無水乙醇作溶劑,準確稱取10 mg樣品于燒杯中,加入25 mL無水乙醇,振蕩,然后用超聲波破碎15 min,超聲功率為8 kW,過濾,測濾液在201 nm下的吸光度值,根據標準曲線算出微囊中的PC包埋量。

1.2.5.5 微膠囊包埋率的測定 包埋率為根據標準曲線算出微囊中的PC包埋量與制備微膠囊所投放總蛋黃PC的比值[29]。

1.2.6 數(shù)據處理與分析 實驗數(shù)據采用SPSS 17.0(美國,SPSS公司)統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析、相關性分析。顯著性水平為p<0.05。

2 結果與分析

2.1蛋黃PC標準曲線的繪制

如圖1所示,為蛋黃PC標準曲線,用紫外分光光度計于波長201 nm 處,用10 mm比色皿檢測標準品的吸光度值,根據不同濃度標準品的吸光度值,做出標準曲線如圖,由圖可見,R2=0.998,回歸方程式y(tǒng)=0.130x+0.032,曲線成良好的線性關系,符合標準曲線要求。

圖1 蛋黃PC標準曲線Fig.1 Standard curve of egg yolk PC

2.2剪切速率對乳化液粒徑和包埋率的影響

由圖2得,隨著剪切速率增大,芯材乳化液的體積平均粒徑逐漸減小,而剪切速率由3000 r/min增大到5000 r/min時,包埋率顯著增大(p<0.05),剪切速率5000 r/mim增加到7000 r/min時,包埋率逐漸減小。剪切速率5000 r/min時有最大包埋率65.345%±2.840%。β-環(huán)糊精分子的腔洞直徑約為7～8 ?[31],當芯材乳化液粒徑與β-環(huán)糊精分子的腔洞直徑大小匹配時,能夠達到最佳的包埋效果。當剪切速率小于5000 r/min時,乳化液平均粒徑大于β-環(huán)糊精分子的腔洞直徑,由于空間有限,不能很好的被包埋到壁材分子中,因此包埋率較低;反之,當剪切速率大于5000 r/min時,乳化液體積平均粒徑小于β-環(huán)糊精分子的腔洞直徑,不能穩(wěn)定嵌合在壁材分子中,在攪拌或離心操作中易被甩出,從而導致包埋率降低;因此在生產中選擇剪切速率為5000 r/min。

圖2 剪切速率對包埋率和乳化液粒徑的影響Fig.2 Effect of shear rate on embedding rate

2.3壁芯比對乳化液粘度和包埋率的影響

由圖3得,隨著壁芯比增加,乳化液粘度隨著壁芯比顯著增加(p<0.05);而壁芯比從1∶1增加4∶1時,微膠囊包埋率顯著增大(p<0.05),壁芯比從4∶1增加5∶1時,微膠囊包埋率逐漸減小;壁芯比為4∶1時有最大包埋率58.977%±2.98%。這是由于當壁芯比增加時,微膠囊壁較厚實,溶液的乳化效果提高,因而包埋率隨之增高;而當壁芯比大于4∶1時,壁材數(shù)量過多導致乳化液粘度過大,芯材乳化液不易向壁材分子遷移擴散,從而導致包埋率降低[32];因此在生產中選擇壁芯比4∶1。

圖3 壁芯比對乳化液粘度和包埋率的影響Fig.3 Effect of wall/Core ratio on the emulsion viscosity and the embedding rate

2.4乳化劑配比對乳化液穩(wěn)定性和包埋率的影響

有研究表明復配單甘酯和蔗糖酯可提高乳化液穩(wěn)定性[33-34],因此本文通過研究單甘酯和蔗糖酯配比對乳化液穩(wěn)定性及包埋效果影響。由圖4得:當乳化劑配比0∶10增加1∶9時,乳化穩(wěn)定性和包埋率都顯著增大(p<0.05),而乳化劑配比從1∶9增加到4∶6時,乳化穩(wěn)定性和包埋率都顯著減小(p<0.05);單甘酯與蔗糖酯比為1∶9時,微囊包埋率達到最大值62.219%±3.87%,因乳化穩(wěn)定性越大,包埋率越大[44];因此選擇單甘酯與蔗糖酯比為1∶9進行生產。

圖4 乳化劑配比對乳化液穩(wěn)定性和包埋率的影響Fig.4 Effect of emulsifier ratio on emulsion stability and embedding rate

2.5乳化劑用量對乳化液穩(wěn)定性和包埋率的影響

由圖5得,乳化穩(wěn)定性和微膠囊包埋率隨著乳化劑用量的增加而增大,在乳化劑用量為1%時,微膠囊包埋率達到最大為56.031%±3.305%。究其原因是在一定范圍內,乳化穩(wěn)定性會隨著乳化劑用量的增加而上升,而包埋率與乳化穩(wěn)定性呈正相關,所以包埋率也逐漸增大。因此在生產中選擇1%的乳化劑用量。

表2 蛋黃卵磷脂微膠囊制備正交實驗結果Table 2 Orthogonal experiment results of egg yolk lecithin microcapsule preparation

圖5 乳化劑用量對乳化液穩(wěn)定性和包埋率的影響Fig.5 Effect of emulsifier amount on emulsion stability embedding rate

2.6蛋黃卵磷脂微膠囊工藝條件的正交實驗結果分析

根據單因素實驗,對每個影響微膠囊包埋率的因素進行篩選,剪切速率(4000、5000、6000 r/min)、乳化液(單甘酯:蔗糖酯)配比(1∶9、2∶8、3∶7)、壁材芯材(3∶1、4∶1、5∶1)、乳化劑用量(0.50%、0.75%、1.00%)進行正交實驗設計,表2為蛋黃卵磷脂微膠囊化工藝條件優(yōu)化的結果與分析。

由極差分析表明:蛋黃卵磷脂微膠囊的影響因素主次依次為影響蛋黃卵磷脂微膠囊包埋率的主次因素順序為A>C>B>D,即:剪切速率>壁材芯比>乳化劑配比>乳化劑用量。確定蛋黃卵磷脂微膠囊制備的最佳工藝條件:剪切速率5000 r/min,單甘酯:蔗糖酯為1∶9,壁芯比4∶1,單甘酯∶蔗糖酯用量1%。對該工藝條件進行驗證實驗,得蛋黃卵磷脂微囊包埋率為65.81%±1.65%。

3 結論

本文通過包結絡合法制備蛋黃卵磷脂微膠囊,并通過單因素實驗和正交實驗,考察乳化剪切速率、壁材芯材比、乳化劑(單甘酯∶蔗糖酯)配比及乳化劑用量4個單因素對微膠囊包埋效果的影響。經研究表明,蛋黃卵磷脂微膠囊包埋率的主次因素順序為剪切速率>壁材芯材比>乳化劑配比>乳化劑用量;制備蛋黃卵磷脂微膠囊最佳工藝為:剪切速率5000 r/min,乳化劑配比(單甘酯:蔗糖酯)1∶9,壁材芯材比(β-環(huán)糊精∶蛋黃卵磷脂)4∶1,乳化劑(單甘酯∶蔗糖酯)用量1%;該工藝條件下包埋率為65.81%±1.65%。

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Studyonthetechnologyofpreparingeggyolklecithinwithβ-cyclodextrin

HUAIYing,WANGYing,YUYa-li,LIUJing-bo*

(College of Food Science and Engineering,Jilin University,Changchun 130062,China)

Microencapsulation of egg yolk lecithin can fully maintain the original activity of yolk lecithin and broaden its range of application in food processing. In this study,egg yolk lecithin microcapsules were prepared by inclusion complexing method withβ-cyclodextrin as wall material,select optimal embedding rate as the index of the preparation process,through single factor and orthogonal experiments,respectively to study the effects of shearing rate,core wall material ratio,monoglyceride sucrose ester and monoglyceride ratio ester:sucrose ester content of egg yolk lecithin micro encapsulation effect,the experimental results showed that the egg yolk lecithin microcapsules were prepared by the optimum conditions were:the shear rate of 5000 r/min,the wall material of core material than 4∶1,monoglyceride and sucrose ester content of 1%,monoglyceride and sucrose ester content ratio was 1∶9,in this process under the condition of test,hadegg yolk lecithin micro encapsulation rate of 65.81%±1.65%. Therefore,β-cyclodextrin can be used as a good embedding material for egg yolk lecithin microcapsules.

egg yolk lecithin;β-cyclodextrin;microcapsules;embedding rate

2017-04-14

懷影(1993-),女，碩士研究生，研究方向：營養(yǎng)與功能性食品，E-mail:abcd132722@163.com。

*

劉靜波(1962-)，女，博士，教授，研究方向：營養(yǎng)與功能性食品，E-mail：ljb168@sohu.com。

吉林省重大科技招標專項“營養(yǎng)休閑化系列蛋制品加工關鍵技術與產品開發(fā)(20160203013NY)”；長春市“雙十工程”項目大豆低聚肽生產關鍵技術及產業(yè)化(15SS09)；吉林省營養(yǎng)與功能食品重點實驗室。

TS201.1

B

1002-0306(2017)21-0220-05

10.13386/j.issn1002-0306.2017.21.043