冷榨芝麻油微膠囊的制備

魏安池，代慧慧，代紅麗，張雷雷，汪學(xué)德

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

冷榨芝麻油微膠囊的制備

魏安池，代慧慧，代紅麗，張雷雷，汪學(xué)德

（河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

為了提高冷榨芝麻油的穩(wěn)定性和實(shí)用性，以明膠和阿拉伯膠為壁材、冷榨芝麻油為芯材，采用復(fù)合凝聚法制備微膠囊化冷榨芝麻油。以微膠囊的形態(tài)、包埋率、產(chǎn)率及載量為指標(biāo)，通過單因素試驗(yàn)研究了壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壁芯比、pH值、攪拌速度、凝聚時間以及TG添加量對包埋效果的影響。在此基礎(chǔ)上，采用響應(yīng)面分析法確定了復(fù)凝聚法制備冷榨芝麻油微膠囊的最佳工藝條件：壁材的質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.76%，壁芯比2.24∶1，凝聚pH值3.99，攪拌速度400 r/min，凝聚時間20 min，TG添加量15 U/g。復(fù)凝聚法制備的冷榨芝麻油微膠囊的包埋率達(dá)到91%以上，是一種較好的微膠囊制備方法。

冷榨芝麻油；微膠囊；復(fù)凝聚法；制備

0 引言

冷榨芝麻油的不飽和脂肪酸高達(dá)80%以上，且富含木酚素類物質(zhì)，具有很高營養(yǎng)價值和較強(qiáng)的保健功能[1-2]。研究表明，冷榨芝麻油具有降血脂、防衰老、保護(hù)肝臟、抗癌等作用[2-3]。冷榨芝麻油也因其怡人的清香和純正的口感而廣受人們的喜愛。但冷榨芝麻油存儲穩(wěn)定性和氧化穩(wěn)定性較差，風(fēng)味成分容易揮發(fā)損失，在一定程度上影響了冷榨芝麻油的儲存和應(yīng)用。油脂的微膠囊化是用于食用油脂深加工的新技術(shù)，在增強(qiáng)油脂的穩(wěn)定性、改善油脂的應(yīng)用效果和儲運(yùn)特性等方面具有重要作用。油脂的微膠囊化方法有多種，其中常用的有噴霧干燥法和復(fù)凝聚法。前者是利用干燥固化的原理，工藝較簡單，但設(shè)備體積大，能耗高，包埋率較低；后者是利用水溶液中復(fù)合壁材之間電荷的作用導(dǎo)致壁材溶解度降低而凝聚并形成微膠囊析出，芯材的密封性好，產(chǎn)率和包埋率較高[4]。同時，由于干燥前分離除去了絕大部分的液態(tài)水，因此所需干燥脫除的水分少，耗能較低。本文采用復(fù)凝聚法制備冷榨芝麻油微膠囊，并通過響應(yīng)面分析對工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，取得了較好的效果，包埋率達(dá)到91%以上。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

冷榨芝麻油：金日食用油有限公司；豬皮明膠A 型（G）、阿拉伯膠（GA）、轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（TG，120 U/g）：食品級，上海鑫勇生物科技有限公司；氫氧化鈉、冰醋酸、石油醚（30～60℃）、無水乙醇、鹽酸等均為分析純；水為蒸餾水。

1.2 儀器與設(shè)備

AL104電子分析天平：梅特勒-托利多國際貿(mào)易（上海）有限公司；HH-4數(shù)顯攪拌水浴鍋：江蘇省金壇市友聯(lián)儀器研究所；MS7-H550-Pro型LCD數(shù)控加熱型磁力攪拌器：美國Scilogex；BT-1600顆粒圖像分析系統(tǒng)：丹東百特科技有限公司；PHS-3E型pH計(jì)：上海佑科儀器公司；FM200型高速乳化剪切均質(zhì)機(jī)：上海弗魯克科技發(fā)展有限公司；LGJ-10C型冷凍干燥機(jī):北京四環(huán)科學(xué)儀器廠。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 冷榨芝麻油微膠囊的制備

配制質(zhì)量比為1∶1的G、GA作為復(fù)合壁材，加水溶解調(diào)制成一定壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水溶液，然后加入冷榨芝麻油，20 000 r/min均質(zhì)乳化2 min。在40℃水浴、攪拌條件下用10%冰醋酸溶液調(diào)節(jié)pH值進(jìn)行凝聚，凝聚一定時間后加入設(shè)定量的TG進(jìn)行固化，固化溫度為15℃，固化pH值為6.0（用10%氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)），4 h后停止攪拌，靜置分層，傾倒出上層清液，將沉淀于下層的凝聚微膠囊凍干即得產(chǎn)品。

1.3.2 單因素試驗(yàn)

在微膠囊制備的其他條件不變的情況下，依次考察以下條件對微膠囊制備效果的影響。（1）壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%；（2）壁芯比分別為 3∶1、2∶1、3∶2、1∶1、2∶3；（3）凝聚pH 值分別為 3.4、3.7、4.0、4.3；（4） 攪拌速度分別為 200 r/min、400 r/min、600 r/min；（5）凝聚時間分別為 10 min、20 min、30 min、40 min；（6）TG 的用量（以底物明膠的質(zhì)量為基準(zhǔn)，下同）分別為0 U/g、5 U/g、10 U/g、15 U/g、20 U/g、25 U/g。

1.3.3 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用Box-Behnken三因素三水平的響應(yīng)面（RSM），以壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壁芯質(zhì)量比、凝聚pH值為自變量，以冷榨芝麻油微膠囊的包埋率為評價指標(biāo)響應(yīng)值，分別進(jìn)行二次多項(xiàng)回歸方程擬合及優(yōu)化分析。試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平編碼見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素與水平編碼Table 1 Factor level code of response surface design

1.3.4 冷榨芝麻油微膠囊包埋率的測定

包埋率參考文獻(xiàn)[5]的方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法見公式（1）。

表面含油量的測定：依照文獻(xiàn)[6]提供的溶劑浸泡滲透萃取方法測定。

樣品總含油量的測定：酸水解法[7]。

1.3.5 冷榨芝麻油微膠囊產(chǎn)率計(jì)算

產(chǎn)率按公式（2）進(jìn)行計(jì)算。

1.3.6 冷榨芝麻油微膠囊載量測定

[8]提供的方法，按公式（3）進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

在設(shè)定的壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%時制備微膠囊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)對微膠囊的載量影響不大，但對包埋率和產(chǎn)率的影響較大，壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1．0%時，微膠囊的載量、產(chǎn)率和包埋率均較高（圖1）。這與文獻(xiàn)[8-9]報道的結(jié)果基本相符。因此，初步確定較好的壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%。

圖1 壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)對微膠囊包埋率、產(chǎn)率和載量的影響Fig.1 Effects of the wall-material percentage on the embedding rate，yield and loads of microcapsule

2.1.2 壁芯比的影響

采用不同的壁芯比進(jìn)行微膠囊制備試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)隨著壁芯比的增大，微膠囊的載量逐漸下降，包埋率和產(chǎn)率均呈現(xiàn)先升高后降低趨勢（圖2）。當(dāng)壁芯比增加到2∶1時，微膠囊的包埋率和產(chǎn)率均最高，載量適中。因此，初步選定壁芯比為2∶1。

圖2 壁芯比對微膠囊包埋率、產(chǎn)率和載量的影響Fig.2 Effects of the wall to core ratio on the embedding rate，yield and loads of microcapsule

2.1.3 復(fù)凝聚pH值的影響

復(fù)凝聚法制備微膠囊是在一定pH條件下，乳化液中兩種帶有相反電荷的高分子電解質(zhì)之間發(fā)生相互的靜電作用而形成復(fù)合凝聚物，pH值會影響高分子電解質(zhì)所帶的凈電荷的量甚至靜電荷的性質(zhì)。本試驗(yàn)采用不同的pH值進(jìn)行凝聚反應(yīng)制備微膠囊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)pH值由3.4逐步提高到4.3時，微膠囊的載量變化不大，包埋率和產(chǎn)率先上升后下降，在pH值4.0時，微膠囊包埋率、產(chǎn)率和載量均較高（圖3）。因此，初步選定凝聚反應(yīng)的pH值為4.0。

圖3 pH值對微膠囊包埋率、產(chǎn)率和載量的影響Fig.3 Effects of pH on the embedding rate，yield and loads of microcapsule

2.1.4 攪拌速度的影響

隨著攪拌速度的增大，微膠囊的包埋率和產(chǎn)率逐漸下降（圖4），說明攪拌速度過快會影響微膠囊的包埋率和產(chǎn)率。因此，初步確定較適宜的攪拌轉(zhuǎn)速為400 r/min。

圖4 攪拌速度對微膠囊的包埋率、產(chǎn)率和載量的影響Fig.4 Effects of stirring speed on the embedding rate，yield and loads of microcapsule

2.1.5 反應(yīng)時間的影響

復(fù)凝聚反應(yīng)需要一定的反應(yīng)時間才能形成完整的微膠囊。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在20 min時，包埋率和產(chǎn)率已經(jīng)分別達(dá)到90%和75%，此后再延長反應(yīng)時間，微膠囊的包埋率和產(chǎn)率變化不大（圖5）。說明復(fù)凝聚反應(yīng)速率比較快，為了既能充分發(fā)生復(fù)凝聚反應(yīng)，又能節(jié)約時間，本試驗(yàn)選擇反應(yīng)時間為20 min。

圖5 反應(yīng)時間對微膠囊的包埋率、產(chǎn)率和載量的影響Fig.5 Effects of reaction time on the embedding rate，yield and loads of microcapsule

2.1.6 反應(yīng)溫度的選擇

在明膠水溶液中，明膠分子存在兩種可逆變化的構(gòu)型——溶膠和凝膠。在15～35℃范圍內(nèi)，兩種形式的明膠分子成平衡狀態(tài)共存；當(dāng)溫度下降到15℃及以下時，明膠主要以凝膠形式存在，溫度高于35℃時，明膠主要以溶膠形式存在[10]。復(fù)凝聚體系的溫度過低，明膠已經(jīng)以凝膠形式存在，不利于復(fù)凝聚形成微膠囊；而溫度過高，又會造成芯材成分的溶解性增大而引起損失。為了保證復(fù)合凝聚相的產(chǎn)生，本試驗(yàn)選擇反應(yīng)溫度為40℃。

2.1.7 固化條件與TG添加量

為了使復(fù)凝聚形成的微膠囊更加穩(wěn)固，試驗(yàn)采用TG對其進(jìn)行固化。據(jù)文獻(xiàn)[11-12]可知，TG最適作用的pH值范圍是5～8，最佳固化溫度范圍在45～55℃。本試驗(yàn)在固化過程為了保證微膠囊處于凝膠狀態(tài)，降低了固化溫度，實(shí)際采用的TG固化溫度為15℃，固化pH值為6.0，固化時間4 h。

研究TG添加量對冷榨芝麻油微膠囊微觀形態(tài)、產(chǎn)率和包埋率的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加TG對微膠囊粒徑大小的影響不大，但能夠使微膠囊更加緊密（圖6）。TG添加量對微膠囊的包埋率無顯著影響，但對產(chǎn)率和載量有一定的影響，在TG添加量為15 U/g時，產(chǎn)率和載量均較高（圖7）。

2.2 冷榨芝麻油微膠囊的制備工藝條件的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，選取壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)（A）、壁芯比（B）和pH值（C）這3個對微膠囊包埋率影響較大的因素，采用Box-Behnken中心組合試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，考察其對微膠囊包埋率（Y）的影響，優(yōu)化工藝條件，結(jié)果見表2和圖8。

圖6 TG對微膠囊形態(tài)的影響Fig.6 Effects of transglutaminase on the morphology of microcapsule

圖7 TG添加量對微膠囊的包埋率、產(chǎn)率和載量的影響Fig.7 Effects of transglutaminase amount on the embedding rate，yield and loads of microcapsule

通過Design-Expert對數(shù)據(jù)處理和方差分析，建立的包埋率回歸模型如下:Y=91.08-0.92A+1.27B-0.65C-1.86AB-0.82AC+0.21BC-1.41A2-4.50B2-4.93C2，其中壁芯比的二次項(xiàng)B2（P＜0.000 1）和pH值二次項(xiàng)C2（P＜0.000 1）對微膠囊包埋率的影響極其顯著（P＜0.01），壁材的質(zhì)量分?jǐn)?shù) A（P=0.048 1）、壁芯比 B（P=0.013 3），以及二者的乘積AB（P=0.011 5）和壁材的質(zhì)量分?jǐn)?shù)二次項(xiàng) A2（P=0.033 3）對微膠囊的包埋率有顯著的影響（P＜0.05）。模型的 P值為0.000 2，表明該回歸方程線性模型極其顯著（P＜0.01），可用于微膠囊包埋率的預(yù)測。

表2 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案及結(jié)果Table 2 Response surface design and experimental results

方差分析結(jié)果顯示，壁材的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和壁芯比的乘積AB的P=0.011 5＜0.05，說明因素A、B兩兩間有交互作用；壁材的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和pH值的乘積AC的P=0.177 6＞0.05，壁芯比和pH值的乘積BC的P=0.712 5＞0.05，說明因素 A、C之間 和 B、C之間的交互作用不顯著。

2.3 最佳工藝條件的確定及驗(yàn)證試驗(yàn)

根據(jù)Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)所得包埋率的二次回歸模型，預(yù)測最佳工藝條件為：壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.76%、壁芯比 2.24∶1和 pH值 3.99，在此條件下，得到微膠囊包埋率的理論最大值是91.47%。實(shí)際驗(yàn)證試驗(yàn)的結(jié)果是91.06%，與預(yù)測值相近，說明響應(yīng)面優(yōu)化的回歸模型可以有效地預(yù)測冷榨芝麻油微膠囊最佳工藝條件，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價值。

3 結(jié)論

復(fù)凝聚法制備冷榨芝麻油微膠囊的最主要影響因素為壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壁芯比和pH值。最佳的工藝參數(shù)為：壁材質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.76%，壁芯比2.24∶1，凝聚pH值3.99，攪拌速度400 r/min，凝聚時間20 min，TG添加量為15 U/g。在優(yōu)化的工藝條件下，復(fù)凝聚法制備的冷榨芝麻油微膠囊包埋率可達(dá)到91%以上。

圖8 兩因素間交互作用對包埋率的影響Fig.8 Effect of two factors interaction on the embedding rate

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MICROCAPSULATION OF COLD PRESSED SESAME OIL

WEI Anchi，DAI Huihui，DAI Hongli，ZHANG Leilei，WANG Xuede
（School of Food Science and Technology，Henan University of Technology，Zhengzhou 450001，China）

The unsaturated fatty acid content of cold pressed sesame oil is as high as 80%，but its storage stability and oxidative stability are poor，which will affect the storage and application of cold pressed sesame oil. In order

to improve the stability and practicability of cold pressed sesame oil，microcapsule was prepared by gelatin and Arabic gum as wall material and cold pressed sesame oil as core material using complex coacervation method..The influence of wall material mass fraction，core to wall ratio，pH，stirring speed，coacervation time and transglutaminase amount on the embedding effect were evaluated by single factor experiments，while the morphology，embedding rate，production rate and loads of microcapsule was as evaluation indexes. On this basis，the optimum parameters for the preparation of microcapsule cold pressed sesame oil with complex coacervation method were established，which were shown as follows: wall material mass fraction of 0.76%，wall to core ratio of 2.24:1，pH of 3.99，stirring speed of 400 r/min，coacervation time of 20 min and transglutaminase amount of 15 U/g. Under these conditions，the embedding rate of the microcapsule was higher than 91%. It was concluded that coacervation method was a good method for the microcapsulation of cold pressed sesame oil.

cold pressed sesame oil；microcapsule；complex coacervation method；preparation

TS225.1

B

1673-2383(2017)06-0016-05

http://kns.cnki.net/kcms/detail/41.1378.N.20171226.1723.006.html

網(wǎng)絡(luò)出版時間：2017-12-26 17:24:10

2016-11-27

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目（CARS15-1-10）

魏安池（1965—），男，河南鄢陵人，博士，副教授，研究方向?yàn)槭秤糜椭c油料蛋白。