大蒜油的β-環(huán)糊精包埋工藝條件及其穩(wěn)定性研究

摘要 [目的]研究大蒜油的β-環(huán)糊精包埋最佳工藝條件及其穩(wěn)定性。[方法]分別采用超聲法和飽和溶液法制備大蒜油的β-環(huán)糊精包埋物，以大蒜油包埋率為指標(biāo)，以芯壁比、溫度、超聲功率和超聲時(shí)間為考察因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)來優(yōu)化超聲包埋條件，以芯壁比、溫度、時(shí)間為考察因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)來優(yōu)化飽和溶液法包埋條件。[結(jié)果]超聲法的最優(yōu)化工藝條件為芯壁比1∶7、超聲溫度35 ℃、超聲功率500 W和超聲時(shí)間40 min，飽和溶液法的最優(yōu)化條件為芯壁比1∶7、攪拌溫度35 ℃、攪拌時(shí)間70 min。其中，超聲法明顯優(yōu)于飽和溶液法，在最優(yōu)條件下其包埋率可達(dá)81.37%。相比未經(jīng)包埋的大蒜油制品，經(jīng)超聲法β-環(huán)糊精包埋后，其熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性及長期常溫貯存穩(wěn)定性均有較大幅度的提高。[結(jié)論]該研究結(jié)果可為提高大蒜油的藥用和食用價(jià)值提供參考。

關(guān)鍵詞 大蒜油;β-環(huán)糊精包埋;穩(wěn)定性

Abstract [Objective]To study the optimal technique conditions and stability of garlic oil βcyclodextrin embeddings. [Method]The βcyclodextrin embeddings of garlic oil were prepared by ultrasonic method and saturated solution method， respectively. Garlic oil embedding rate was taken as the index， and the core/wall ratio， temperature， power and time were taken as the investigation factors. Orthogonal test was used to optimize the ultrasonic embedding conditions. The factor of core/wall ratio， temperature and time were taken as the investigation factors. Single factor and orthogonal experiments were used to optimize the embedding condition of saturated solution method. [Result]The results showed that the optimum conditions for the ultrasonic method were coretowall ratio 1∶7， temperature 35 ℃， ultrasonic power 500 W and ultrasonic time 40 min. The optimal conditions for the saturated solution method were core wall ratio 1∶7 and stirring temperature 35 ℃， stirring time 70 min. Among them， the ultrasonic method is superior to the saturated solution method， and its embedding rate can reach 81.37% under the optimal conditions. Compared with the nonembedded garlic oil products， the thermal stability， light stability， and longterm storage stability at room temperature have been greatly improved by βcyclodextrin embedding. [Conclusion]The study can provide reference for improving the medicinal and edible value of garlic oil.

Key words Garlic oil;βcyclodextrin embedding;Stability

β-環(huán)糊精是環(huán)糊精家族的重要成員，它是由7個葡萄糖環(huán)狀結(jié)合而成的低聚糖，筒狀，內(nèi)部具有空洞結(jié)構(gòu)，其分子兩端與外部具有親水性，而內(nèi)部空洞為疏水性[1]。因此，一些空間結(jié)構(gòu)與環(huán)狀糊精空洞相似、疏水性的有機(jī)化合物可以進(jìn)入環(huán)糊精的疏水性口袋中，形成宿主-宿客包接化合物，生物、食品工業(yè)經(jīng)常用它來包埋一些易揮發(fā)且不溶于水的呈味物質(zhì)[2]。大蒜油又稱大蒜素，是大蒜破碎后，其中的蒜氨酸在內(nèi)源蒜氨酸酶作用下生成的一種淺黃色油狀硫化物，具有抗氧化、抗病毒、抗菌、降脂、降糖、保護(hù)心腦血管健康和提高免疫力等作用，但其具有大蒜特有的辛辣味和臭味，對胃腸道刺激性大，且易揮發(fā)，遇光和熱不穩(wěn)定，影響了其在醫(yī)藥和食品工業(yè)中的應(yīng)用[3-7]。筆者以β-環(huán)糊精為壁材，采用超聲法和飽和溶液法2種常用的方法包埋大蒜油，并以大蒜油包埋率為指標(biāo)，對這2種包埋方法進(jìn)行優(yōu)化和對比，并對包埋物穩(wěn)定性進(jìn)行研究，旨在為提高大蒜油的藥用和食用價(jià)值提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 材料。大蒜油：自制;β-環(huán)糊精：分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心;無水乙醇、95%乙醇、氯化鋇、濃硝酸、甲基橙：分析純，均購自天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。

1.1.2 儀器。HH-S6型恒溫水浴鍋，上海亞榮生化儀器廠;MEC-200SAH型超聲波合成萃取儀， 無錫沃信儀器制造有限公司;791型電磁加熱攪拌器，上海銳磊計(jì)量儀器設(shè)備有限公司;FA2014B型電子天平，上海越平科技儀器有限公司;YPHLOCK4.5型冷凍干燥機(jī)，美國LABCONCO公司。

1.2 方法

1.2.1 大蒜油/β-環(huán)糊精超聲包埋工藝流程。根據(jù)β-環(huán)糊精溶解度曲線，設(shè)定初始條件為：在 25 ℃條件下，取 1.90 g β-環(huán)糊精放入燒杯中，加入100 mL蒸餾水并磁力攪拌制成β-環(huán)糊精飽和水溶液。按照芯壁比1∶7（W/W）稱取適量大蒜油并加入無水乙醇使其溶解，然后逐滴加入β-環(huán)糊精水溶液中，在30 ℃、400 W超聲條件下包埋40 min后，冷卻結(jié)晶，在室溫減壓抽濾條件下，以無水乙醇清洗濾渣若干次，直至濾渣表面無油漬，常溫下干燥至恒重，即得到白色粉末狀包埋物[8]。以大蒜油包埋率為指標(biāo)，以芯壁比、超聲溫度、超聲功率和超聲時(shí)間為考察因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化超聲包埋條件。

1.2.2 大蒜油/β-環(huán)糊精飽和溶液包埋工藝流程。設(shè)定初始條件為：取1.90 g β-環(huán)糊精溶于100 mL蒸餾水中，制成過飽和溶液，按照1∶7的芯壁比加入大蒜油，在30 ℃下磁力攪拌50 min，然后在-18 ℃下經(jīng)4 h凍融析出，抽濾，并以無水乙醇清洗濾渣若干次，至濾渣表面無油漬，50 ℃加熱干燥至恒重，得β-環(huán)糊精包埋物[9]。以大蒜油包埋率為指標(biāo)，以芯壁比、攪拌溫度、攪拌時(shí)間為考察因素，進(jìn)行單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化飽和溶液法包埋條件。

1.2.3 大蒜油/β-環(huán)糊精超聲包埋物穩(wěn)定性研究。

1.2.3.1 光穩(wěn)定性試驗(yàn)。稱取10 g大蒜油/β-環(huán)糊精包合物標(biāo)準(zhǔn)品，并制備10 g大蒜油/β-環(huán)糊精混合物樣品，混合物中大蒜油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比與包合物相等。將混合物和包合物置于（25±5）℃、光照強(qiáng)度（3 000±500）lx下放置9 d，分別于第1、3、5、7、9 天取樣2 g，測定穩(wěn)定系數(shù)。

1.2.3.2 熱穩(wěn)定性試驗(yàn)。 稱取10 g大蒜油/β-環(huán)糊精包合物標(biāo)準(zhǔn)品，并制備10 g大蒜油/β-環(huán)糊精混合物樣品，混合物中大蒜油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比與包合物相等。將混合物和包合物均放置于60 ℃恒溫干燥箱9 d，分別在第1、3、5、7、9 天取樣2 g，測定穩(wěn)定系數(shù)。

1.2.3.3 長期留樣試驗(yàn)。稱取10 g大蒜油/β-環(huán)糊精包合物標(biāo)準(zhǔn)品，并制備10 g大蒜油/β-環(huán)糊精混合物樣品，混合物中大蒜油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比與包合物相等。將混合物和包合物置25 ℃恒溫干燥箱中放置60 d，分別于第10、20、30、40、50、60天取樣2 g，測定穩(wěn)定系數(shù)。

1.2.4 包埋率與穩(wěn)定系數(shù)的測定方法。采用GB8862—1988《脫水大蒜揮發(fā)性有機(jī)硫化合物的測定方法》測定包埋物中有機(jī)硫化物含量[10]，并計(jì)算包埋率與穩(wěn)定系數(shù)。

包埋率（%）=包埋物中有機(jī)硫化物含量（g）大蒜油中有機(jī)硫化物含量（g）×100

穩(wěn)定系數(shù)（%）=樣品中有機(jī)硫化物含量（g）標(biāo)準(zhǔn)品初始有機(jī)硫化物含量（g）×100

2 結(jié)果與分析

2.1 大蒜油/β-環(huán)糊精超聲包埋條件的確定

2.1.1 芯壁比的確定。保持初始條件不變，改變芯壁比（W/W）分別為1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9，以包埋率為指標(biāo)，確定最佳芯壁比，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，在芯壁比為1∶7的條件下，大蒜油包埋率最高，為81.11%;降低芯壁比，包埋率隨之下降。分析原因可能是因?yàn)殡S芯壁比的降低，溶液的乳化效果提高，包埋率也隨之增高;而當(dāng)芯壁比小于1∶7 以后，壁材增多致乳化液黏度過大，大蒜油不易向環(huán)糊精分子擴(kuò)散，從而使包埋率降低。故選擇最佳芯壁比為1∶7。

2.1.2 超聲包埋溫度的確定。保持初始條件不變，改變包埋溫度分別為25、30、35、40、45 ℃，以包埋率為指標(biāo)，確定最佳超聲包埋溫度，結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，在溫度為30 ℃ 的條件下，大蒜油的包埋率最高，可達(dá)81.09%;隨著溫度的上升，包埋率先升高后下降。分析原因可能是因?yàn)殡S著溫度提高分子熱運(yùn)動加速，促進(jìn)了包埋的進(jìn)行，但超過30 ℃后，大蒜油逐漸分解，包埋率也隨之下降。故選擇最佳包埋溫度為30 ℃。

2.1.3 超聲包埋功率的確定。保持初始條件不變，改變超聲包埋功率分別為300、400、500、600、700 W，以包埋率為指標(biāo)，確定最佳包埋功率，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著超聲功率的提高，其空化作用和擾動作用加強(qiáng)，大蒜油包埋率也隨之提高，超聲功率400 W時(shí)可達(dá)81.02%，但超過400 W以后，高功率超聲波下包埋溫度也逐漸上升，大蒜油揮發(fā)分解，包埋率逐漸下降。因此選擇最佳超聲包埋功率為400 W。

2.1.4 超聲包埋時(shí)間的確定。保持初始條件不變，改變包埋時(shí)間分別為20、40、60、80、100 min，以包埋率為指標(biāo)，確定最佳包埋時(shí)間，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，隨著超聲包埋時(shí)間的延長，大蒜油包埋率明顯提高，超聲包埋40 min，其包埋率可達(dá)80.88%;超過40 min后，大蒜油的包埋率并沒有顯著提高。因此，選擇最佳包埋時(shí)間為40 min。

2.1.5 超聲包埋正交試驗(yàn)結(jié)果。以包埋率為指標(biāo)，根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，考察超聲包埋時(shí)間、超聲包埋功率、超聲包埋溫度和芯壁比對包埋率的影響，采用 L9（34） 正交試驗(yàn)對超聲包埋條件進(jìn)行優(yōu)化，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

由表1可知，超聲包埋條件對大蒜油包埋率的影響程度依次為超聲功率>芯壁比>超聲溫度>超聲包埋時(shí)間，大蒜油包埋率最高的最優(yōu)組合為A2B3C3D2，即控制芯壁比為1∶7、溫度35 ℃、超聲功率500 W和超聲時(shí)間40 min。在此最優(yōu)條件下，進(jìn)行3組平行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明：大蒜油的包埋率分別為81.08%、82.06%、80.97%，平均包埋率為81.37%。

2.2 大蒜油/β-環(huán)糊精飽和溶液法包埋條件的確定

2.2.1 芯壁比的確定。保持初始條件不變，改變芯壁比分別為1∶5、1∶6、1∶7、1∶8、1∶9，以包埋率為指標(biāo)，確定最佳芯壁比，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，隨著芯壁比的降低，大蒜油包埋率先升高后降低，選擇最佳芯壁比為1∶7，在此芯壁比下，大蒜油包埋率為69.71%。

2.2.2 攪拌溫度的確定。保持初始條件不變，改變磁力攪拌溫度分別為20、25、30、35、40 ℃，以包埋率為指標(biāo)，確定最佳溫度，結(jié)果如圖6所示。

由圖6可知，隨著攪拌溫度的提高，大蒜油包埋率先升高后降低，選擇最佳攪拌包埋溫度為30 ℃，在此溫度下，大蒜油包埋率為69.11%。

2.2.3 攪拌時(shí)間的確定。保持初始條件不變，改變磁力攪拌時(shí)間分別為40、50、60、70、80 min，以包埋率為指標(biāo)，確定最適時(shí)間，結(jié)果如圖7所示。

由圖7可知，隨著攪拌時(shí)間的延長，大蒜油包埋率逐漸提高，但超過60 min其包埋率變化不顯著，因此選擇最佳攪拌時(shí)間為60 min，在此時(shí)間下，其包埋率為69.56%。

2.2.4 飽和溶液包埋正交試驗(yàn)結(jié)果。以包埋率為指標(biāo)，考察芯壁比、攪拌溫度、攪拌時(shí)間對包埋率的影響，采用L9（34） 正交試驗(yàn)對飽和溶液包埋條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果見表2。

由表2可知，飽和溶液包埋條件對大蒜油包埋率的影響程度依次為攪拌溫度>芯壁比>攪拌包埋時(shí)間，大蒜油包埋率最高的最優(yōu)組合為A2B3C3，即控制芯壁比為1∶7、攪拌溫度35 ℃、攪拌包埋時(shí)間70 min。在此最優(yōu)條件下，進(jìn)行3組平行驗(yàn)證試驗(yàn)，結(jié)果表明：大蒜油的包埋率分別為69.88%、70.12%、69.35%，平均包埋率為69.78%。

2.3 大蒜油/β-環(huán)糊精超聲包埋物的穩(wěn)定性檢驗(yàn)

由圖8、圖9可知，大蒜油超聲包合物的光穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性均優(yōu)于混合物，9 d后，大蒜油包合物的光穩(wěn)定系數(shù)和熱穩(wěn)定系數(shù)分別為81.22%和73.33%，而混合物的光穩(wěn)定系數(shù)和熱穩(wěn)定系數(shù)分別降為59.11%和36.21%。

由圖10可知，在常溫下長期留樣，60 d后，包合物的穩(wěn)定系數(shù)為83.32%，遠(yuǎn)高于混合物的65.11%，顯示出良好的室溫儲存穩(wěn)定性。

3 結(jié)論

（1）超聲包埋條件對大蒜油包埋率的影響程度依次為功率>芯壁比>溫度>包埋時(shí)間，最優(yōu)包埋條件為控制芯壁比為1∶7、溫度35 ℃、超聲功率500 W和超聲時(shí)間40 min。在此最優(yōu)條件下，大蒜油的包埋率可達(dá)81.37%。

（2）飽和溶液包埋條件對大蒜油包埋率的影響程度依次為溫度>芯壁比>包埋時(shí)間，最優(yōu)包埋條件為控制芯壁比為1∶7、溫度35 ℃、攪拌包埋時(shí)間70 min。在此最優(yōu)條件下，大蒜油包埋率為69.78%。

（3）相比于飽和溶液包埋法，超聲包埋法具有包埋時(shí)間短、包埋率高的特點(diǎn)。相比未經(jīng)包埋的大蒜油制品，經(jīng)超聲法β-環(huán)糊精包埋后，其熱穩(wěn)定性、光穩(wěn)定性及長期常溫貯存穩(wěn)定性均有較大幅度的提高。

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