動物油脂粉末化技術(shù)研究進(jìn)展

夏蘊(yùn)實 ，劉暢，趙麗娟，張磊，王梓，孫印石 *

1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院特產(chǎn)研究所（長春 130000）；2. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)中藥材學(xué)院（長春 130000）；3. 長春大學(xué)食品學(xué)院（長春 130000）

動物油脂包括牛脂、羊脂、鹿脂、魚油等，這些油脂主要是存在于動物各類組織或哺乳動物分泌的乳汁中的脂肪。與一般植物油脂相比，經(jīng)烹調(diào)過后的動物油脂有著不可替代的香味，因而被大量應(yīng)用于速食，也因其特有的潤滑性和保護(hù)性而被應(yīng)用于如香皂、皂基原料加工的日化行業(yè)[1]。有研究表明，大尾羊尾脂和牛油對小鼠皮膚創(chuàng)傷均有不同程度的修復(fù)作用[2]。某些廢棄動物油脂中還可提取出柴油[3]，有效推動能源發(fā)展。然而，大多數(shù)的動物油脂存在易變質(zhì)、油膩難清洗、取用困難、味道腥臭、難以混合均勻等缺點。

粉末油脂是微膠囊化油脂的總稱，是以食用油脂、蛋白質(zhì)及碳水化合物等作為原料通過包埋技術(shù)加工而成的油脂制品[4]。微膠囊化技術(shù)是一種微小的顆?；蛞旱伪煌繉影?，或嵌入均勻或非均勻的基質(zhì)中，形成納米到毫米大小的膠囊的過程，具有多種性能[5]。利用這種技術(shù)將動物油脂制成微膠囊粉末不僅可有效解決動物油脂本身的一系列不足，還可以優(yōu)化產(chǎn)品性能，有利于批量生產(chǎn)，保護(hù)營養(yǎng)物質(zhì)。如魚油具有長鏈n-3脂肪酸、DHA、EPA等抑制心腦血管疾病、炎癥和血栓形成的成分，然而由于n-3脂肪酸極易發(fā)生氧化變質(zhì)且其風(fēng)味和顏色易于退化，限制魚油在食品中的應(yīng)用，故將魚油制成魚油微膠囊改善魚油本身的腥臭味，并且可以防止其氧化[6]。

1 粉末油脂配方組成

1.1 壁材的選擇

壁材是芯材的包被物，不同芯材對壁材往往有著不同的要求。壁材的選擇是使油脂乳液更為穩(wěn)定的關(guān)鍵一步，合適的壁材可有效包被芯材，使油脂不受外界環(huán)境的影響而發(fā)生變化。動物油脂常用壁材主要有蛋白質(zhì)、膠類物質(zhì)、多糖、淀粉、纖維素等。

蛋白質(zhì)由于本身所具有的成膜性、乳化性及良好的營養(yǎng)價值，是使用較為廣泛的包封劑。在乳化液形成過程中，蛋白質(zhì)分子被迅速吸附在新形成的油水界面上，形成的立體穩(wěn)定層阻止了油滴的凝聚，為乳化液提供物理穩(wěn)定性[7]。然而單一的蛋白質(zhì)壁材通常需要與碳水化合物或膠體復(fù)配以提高微膠囊的穩(wěn)定性。碳水化合物類壁材黏度較低，溶解性較好，如麥芽糊精作為較為常用的碳水化合物類壁材，易于干燥且黏度低，但乳化穩(wěn)定性及成膜性較差，且在外界環(huán)境影響下修復(fù)能力較弱，單一使用使得乳液體系不穩(wěn)定，需要一定配比的蛋白質(zhì)及碳水化合物復(fù)配以提高穩(wěn)定性[8]。

1.2 乳化劑的選擇

乳化劑的選擇關(guān)系著水相與油相的乳化程度高低，在乳化液中，乳化劑在被乳化的液滴表面形成薄膜，降低兩者之間的界面張力并且創(chuàng)造一個排斥障礙，以避免分散的液滴聚集[9]。乳化劑分子中含有親水和親油兩部分，一般分為兩性乳化劑、陰離子型乳化劑、陽離子型乳化劑和非離子型乳化劑。

適當(dāng)?shù)娜榛瘎┨砑涌梢蕴岣呷橐旱姆€(wěn)定性、延長儲存時間、改善粉末油脂品質(zhì)、避免結(jié)塊等現(xiàn)象的產(chǎn)生。不同乳化劑可以影響微膠囊的表面元素組成及脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物的含量。在配方中合理使用乳化劑可降低粉末表面脂肪含量同時提升表面碳水化合物含量，從而使得共軛基粉末內(nèi)聚行為降低，結(jié)塊減少，產(chǎn)品收率顯著提高（脂類乳化劑粉體相反）。近年來，越來越多的乳化劑被應(yīng)用于動物油脂的微膠囊化研究，如Falkeborg等[10]采用十二烯基琥珀酸酐（SAC12）對海藻酸鹽進(jìn)行化學(xué)改性，制備出一種新型抗氧化乳化劑——十二烯基琥珀酸鹽（DSA）。與用天然海藻酸鹽或β-乳球蛋白（BLG）穩(wěn)定的乳狀液相比，乳狀液的乳化穩(wěn)定性顯著提高。

1.3 穩(wěn)定劑的選擇

穩(wěn)定劑在整個體系中既起到一定的乳化作用，又能夠穩(wěn)定微膠囊形成前的乳液體系，從而提高粉末質(zhì)量。常用的穩(wěn)定劑有阿拉伯膠、三聚磷酸鈉、磷酸氫二鉀、蔗糖酯等。穩(wěn)定劑是否需要添加，取決于所形成的乳液穩(wěn)定狀態(tài)，可視情況單一添加或復(fù)配添加。

穩(wěn)定劑的種類及含量可影響乳液體系的理化性質(zhì)，且對油脂具有一定保護(hù)作用。Yesiltas等[11]系統(tǒng)研究以酪蛋白酸鈉（NaCas）和海藻酸鈉（NaAlg）為穩(wěn)定劑的高脂-3魚油-水乳狀液的物理和氧化穩(wěn)定性，證明乳化液的黏度受魚油和總穩(wěn)定劑含量的影響較大，而油滴的大小主要受魚油含量和2種穩(wěn)定劑配比的影響。

1.4 芯材含量

作為芯材的動物油脂是粉末油脂的主要原料，根據(jù)不同需求可制成不同載油量的粉末油脂。近年來，以動物油脂為芯材的粉末油脂載油量一般為20%~60%。微膠囊粉末的載油量越高，表面油含量、浸出油及總油含量則越高；載油量過低時會導(dǎo)致含水量較高，則乳液黏度降低，干燥效果不佳；載油量過高時會導(dǎo)致進(jìn)料困難，機(jī)械運作不暢，出粉率降低，包埋效果不佳[12]。

2 乳化

乳化的過程是水-油形成乳狀液的過程，乳狀液是2種不相混溶的液體或膠體的分散體，即一種液體（分散相）被分散到另一種（連續(xù)相）中，兩相之間有一個界面邊界[13]。常用方法有磁力攪拌、高速剪切探針混合、高壓均質(zhì)、超聲乳化等。Comunian等[14]采用玻璃微流控裝置技術(shù)獲得魚油乳液，并通過該裝置研究不同類型、不同濃度、不同蛋白組合的水乳狀液（O/W）中單油包封魚油的效果。乳液的穩(wěn)定性受多種內(nèi)外因素的影響，如乳化劑性質(zhì)、溫度、pH的改變等。如乳清分離蛋白在乳化過程中，通過對蛋白質(zhì)進(jìn)行溫度預(yù)處理來部分或完全解開蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，以暴露埋藏的疏水部分，而pH的預(yù)處理條件對乳液性能的影響可能導(dǎo)致對功能屬性的更大控制，如穩(wěn)定乳狀液的能力[15]。故通常采取1種或1種以上的方法配合改變溫度和pH進(jìn)行乳化。

3 動物油脂粉末化方法

3.1 冷凍干燥法

冷凍干燥法又稱升華干燥法，物料需先進(jìn)行低溫冷凍，再進(jìn)行脫水干燥。因其較低的凍結(jié)溫度，對維持納米顆粒的原始尺寸和形態(tài)結(jié)構(gòu)更有效。為方便修改操作條件，在冷凍干燥過程中，在冷凍階段施加真空。真空冷凍干燥（VFD）是在低溫減壓的條件下利用水的升華性能，使其低溫脫水而達(dá)到干燥目的的一種技術(shù)[16]，是一種高效的冷凍方法。利用真空冷凍干燥法制備動物油脂粉末是將配制好的一定比例的油脂乳液經(jīng)低溫冷凍為固體，并放置于真空條件下升華其中水分，使其脫水。當(dāng)產(chǎn)品在冷凍過程中通過真空條件降低水分時，溫度會降低到抑制變質(zhì)反應(yīng)和微生物生長的程度。此外，該工藝還具有可保留實際產(chǎn)品的營養(yǎng)特性、顏色、香味、味道和形狀的優(yōu)點。但是與噴霧干燥的方法相比，冷凍干燥消耗更多的能量，需要更長的處理時間，其中真空冷凍干燥為維持真空狀態(tài)將消耗更大的能量。因此冷凍干燥的成本很高，適用于附加值較高的產(chǎn)品[17]。

3.2 噴霧干燥法

噴霧干燥法是將待加工物料置于干燥室中，經(jīng)霧化后再與熱空氣接觸，稀料中的水分迅速汽化，從而得到干燥產(chǎn)品。該法能直接使溶液、乳濁液干燥成粉狀或顆粒狀制品，可省去蒸發(fā)、粉碎等工序，是系統(tǒng)化技術(shù)應(yīng)用于物料干燥的一種方法。噴霧干燥的方法由于價格低廉、操作簡便等諸多因素被廣泛應(yīng)用于動物油脂的粉末化加工。在噴霧干燥過程中隨著溫度的升高，水分的快速去除可有效增加產(chǎn)品的貨架壽命，降低運輸和儲藏成本，并為消費者提供方便、穩(wěn)定的產(chǎn)品。該方法得到的粉末狀油脂類產(chǎn)品具有良好的分散性、復(fù)水性、便攜性，此外部分動物油脂作為可食用油脂，其油脂粉末可大大掩蓋油脂原有的不良?xì)馕都翱诟?，使所得產(chǎn)品更加容易被廣泛接受。

Chen等[18]采用噴霧干燥和冷凍干燥2種方法，研究魚油與植物甾醇酯、檸檬烯共包埋的微膠囊的性能和穩(wěn)定性，結(jié)果表明，噴霧干燥樣品揮發(fā)分保留率較高，表面油含量較低，微膠囊化效率較高。

3.3 噴霧冷凍干燥法

噴霧冷凍干燥（SFD）是一種很有前途的膠體顆粒凍干的替代方法。這種方法是將樣品噴入一定濃度的不同冷凍保護(hù)劑的冷空氣柱中進(jìn)行噴霧冷凍干燥，收集冷凍后的小球進(jìn)行進(jìn)一步冷凍干燥。當(dāng)制備相似的樣品時，采用噴霧冷凍干燥的方法與常規(guī)的冷凍干燥技術(shù)相比，制備出的球形多孔納米復(fù)合微粒具有較高流動性（CI≤10）[19]。

Pang等[20]對比噴霧干燥、冷凍干燥和噴霧冷凍干燥3種方法所得魚油粉末，并認(rèn)為凍干魚油粉末制作時間長、成本高。噴霧干燥成本低、消耗時間短但粉末的產(chǎn)量和品質(zhì)在當(dāng)前實驗條件下較差。噴霧冷凍干燥法產(chǎn)率較高，微膠囊粉體粒徑均勻，穩(wěn)定性和緩釋性能皆優(yōu)于冷凍干燥和噴霧干燥。

3.4 靜電噴霧法

靜電噴霧法是近些年較新穎的包封技術(shù)，分為單軸靜電噴霧法和同軸靜電噴霧法，是利用電流體動力學(xué)射流技術(shù)制備微膠囊，可產(chǎn)生尺寸較小的納米微膠囊，易于被分散到基質(zhì)中，與傳統(tǒng)包覆的方法相比，電噴法更精確、快速。電噴霧技術(shù)可將聚合物溶液、懸浮液或熔體置于高壓（通常在7~20 kV）電場中，從而產(chǎn)生干燥的納米微粒，這種溫和條件下制備微膠囊的方法可用于開發(fā)敏感成分微膠囊的制備。電噴技術(shù)在植物化學(xué)納米和微膠囊化方面已有一定研究基礎(chǔ)，且在食品領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景[21]。

在動物油脂方面，Pedro等[22]以蛋白質(zhì)-多糖混合物為壁材，采用電噴霧法制備載魚油納米微囊。

3.5 擠壓法

擠壓法是把芯材分散在熔融的碳水化合物中后，在特定模具中使壁材發(fā)生脫水、硬化，同時包埋芯材，得到固體微膠囊。擠壓法是一種低溫條件下的加工方式，制備得到的微膠囊粉末中芯材的風(fēng)味物質(zhì)得到較大程度的保留，且可以防止氧氣的進(jìn)入和精油的揮發(fā)，表面油含量較低，從而有效延長產(chǎn)品保質(zhì)期，相比較其他油脂粉末化方法有一定優(yōu)勢。操作溫度低，對風(fēng)味物質(zhì)損害小[23]。

吳瓊林等[24]首次將魚油通過靜電共擠出技術(shù)包埋在海藻酸鈉/海藻酸鈉-高甲氧基果膠殼核式新型微球中，所得的微膠囊的氧化穩(wěn)定性高于魚油乳液。

3.6 凝聚法

凝聚法一般分為單凝聚法和復(fù)凝聚法。單凝聚法是指將芯材分散于囊材的水溶液中，以電解質(zhì)或強(qiáng)親水性非電解質(zhì)為凝聚劑，使囊材凝聚包封于藥物表面形成微囊。復(fù)凝聚法是指利用兩種具有相反電荷的高分子材料作為囊材，將囊心物分散在囊材的水溶液中，在一定條件下，相反電荷的高分子材料相互交聯(lián)后，溶解度降低，自溶液中凝聚析出成囊。復(fù)凝聚法相對簡單，對芯材影響較少，但反應(yīng)條件較難控制，制得微膠囊產(chǎn)品穩(wěn)定性差，是從初始溶液中分離一個或多個水膠體，在同一反應(yīng)介質(zhì)中懸浮或乳化的活性成分周圍沉積新形成的凝聚相。雙包封法制備微膠囊就是在復(fù)合凝聚制備微膠囊的基礎(chǔ)上，對微膠囊進(jìn)行第二層包覆，該技術(shù)可有效提高微膠囊的穩(wěn)定性和保質(zhì)期。且研究表明，復(fù)凝聚法和雙包封法處理后制備的微膠囊在加工、運輸和使用方面均具有較高性能[25]。

使用復(fù)凝聚反應(yīng)的方法制備以阿拉伯膠和殼聚糖作為壁材的魚油微膠囊，利用最優(yōu)的制備參數(shù)時，所得的復(fù)凝聚魚油微膠囊的球形規(guī)整，粒徑分布均勻，分散性良好，對魚油的包埋率和壁材的利用率分別達(dá)到75.33%和81.01%[26]。

3.7 脂質(zhì)體法

制備脂質(zhì)體的原理是當(dāng)磷脂與水相接觸時，由于磷脂的兩親特性，磷脂分子會自動形成雙層結(jié)構(gòu)，以保護(hù)其疏水性部分遠(yuǎn)離水相，這種由磷脂雙分子層形成的含有親水性核心的封閉的球狀囊泡被稱為脂質(zhì)體；在這個過程中，親水性成分（如水溶性維生素、營養(yǎng)物質(zhì)和藥物）被包載在脂質(zhì)體內(nèi)的水相中。相反，脂溶性成分則將包裹在磷脂分子和磷脂分子之間[27]。脂質(zhì)體按照磷脂層結(jié)構(gòu)可分為單層脂質(zhì)體、多層脂質(zhì)體及多囊脂質(zhì)體。

脂質(zhì)體是一種較為新穎的微膠囊制備技術(shù)，能夠較好地保護(hù)芯材、提高芯材物質(zhì)的生物利用度和水溶性。近年來，隨著脂質(zhì)體技術(shù)的不斷發(fā)展，可達(dá)到包載物質(zhì)在特定刺激下定向釋放。何娜[28]實現(xiàn)對鰱魚魚油納米脂質(zhì)體的制備及其性質(zhì)的研究，實現(xiàn)魚油中多不飽和脂肪酸的富集及工藝的優(yōu)化。

4 動物油脂粉末品質(zhì)評定指標(biāo)

評定動物油脂粉末品質(zhì)的指標(biāo)有很多，中國對魚油微膠囊的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SC/T 3505—2006規(guī)定魚油微膠囊產(chǎn)品的要求、試驗方法、檢驗規(guī)則及標(biāo)簽、包裝、運輸和儲存，并通過對原料、感官（外觀、氣味、水中分散性）、凈含量、理化指標(biāo)（EPA及DHA含量、水分、表面油脂含量、油脂過氧化值）、安全衛(wèi)生指標(biāo)（鉛、砷、菌落總數(shù)、大腸菌群、霉菌和酵母、沙門氏菌、志賀氏菌、金黃色葡萄球菌）對魚油粉末的品質(zhì)進(jìn)行要求[29]。

除此之外，動物油脂粉末的評定指標(biāo)還有粒徑、包埋率、含水量、掃描電鏡、過氧化值、黏度、流動性等，已被廣泛應(yīng)用。Serfert等[30]首次描述魚油感官質(zhì)量中最重要的氣味屬性也可用于重組微膠囊魚油，并通過添加氣味掩蔽化合物（β-環(huán)糊精）或香料（香蘭素和蘋果香精）改善感官輪廓。Zhang等[31]通過測定微膠囊化效率（MEE）、氧化穩(wěn)定性、熱分析等指標(biāo)對魚油粉體的穩(wěn)定性及形貌進(jìn)行評價。

5 結(jié)語

近年來，中國在油脂粉末化技術(shù)方面有較大發(fā)展，但在動物粉末油脂方面仍有很大的發(fā)展空間。動物油脂的粉末化不僅是對油脂的保護(hù)和應(yīng)用，也為動物油脂作為各種營養(yǎng)物質(zhì)的載體進(jìn)行儲存、運輸和加工創(chuàng)造巨大可能。但現(xiàn)存的動物粉末油脂品質(zhì)參差不齊，表面油含量較高、冷水分散時有結(jié)塊現(xiàn)象及油脂本身味道難以去除等問題還很突出?？梢酝ㄟ^改變及創(chuàng)新粉末油脂的配方和工藝，發(fā)掘更多的有效壁材、乳化劑和穩(wěn)定劑等，使粉末油脂的品質(zhì)得以提高。如魚油、蝦油等的動物油脂本身易氧化變質(zhì)，對于具有抗氧化功能的新型壁材的研究需要新的突破。同樣，更加優(yōu)良的乳化劑及穩(wěn)定劑可有效提高復(fù)原乳化液的乳化程度和穩(wěn)定性，還需進(jìn)一步研究；如鹿脂、羊脂等的動物油脂穩(wěn)定性較好，因具有一定的藥理活性，制備成粉末油脂可掩蓋動物油脂本身的腥臭味，便于服用，且更多動物油脂的藥理活性有待進(jìn)一步發(fā)掘。

隨著對動物油脂粉末化技術(shù)認(rèn)識的加深，富集后的動物油脂可進(jìn)一步分離純化有效成分，且隨著具有靶向控釋特性的微膠囊技術(shù)不斷成熟，動物油脂中有效成分的靶向輸送成為可能，有助于擴(kuò)大動物油脂的應(yīng)用范圍。