乙基纖維素微膠囊化膨化小麥麩皮粉品質(zhì)評價和應用

王旭成，周柏玲，許效群

（1.山西農(nóng)業(yè)大學 食品科學與工程學院，山西太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學 山西功能食品研究院，山西 太原 030031）

在國內(nèi)小麥是主要的糧食作物之一，每年小麥的產(chǎn)量和使用量是一個龐大的數(shù)字[1]。完整的小麥籽粒由皮層、胚乳和胚芽3個部分組成[2]，傳統(tǒng)加工小麥的方式主要是制粉，麩皮是小麥加工面粉過程中得到的主要副產(chǎn)品，一般占小麥籽?？傎|(zhì)量的15%，在過去幾十年中，常常用作畜牧業(yè)養(yǎng)殖中的飼料[3]，在傳統(tǒng)觀念中，其經(jīng)濟價值并不高，但通過近年來的研究發(fā)現(xiàn)，麩皮還有許多價值尚未被大眾熟知，其深加工潛力較大[4]。

由于微膠囊化加工技術(shù)能夠改變形態(tài)、緩釋、掩蓋不良氣味，對微膠囊化目標物有著良好的保護，使其在日用品、醫(yī)藥、畜牧養(yǎng)殖、食品、化學材料等領(lǐng)域得以廣泛應用。郝佳等[5]介紹了微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中的應用，主要用于酶、益生菌、營養(yǎng)素和食品添加劑。武偉等[6]介紹了微膠囊的控制釋放作用在食品工業(yè)中的應用，主要用于香料、風味劑和多種活性物質(zhì)。空氣懸浮法（流化床包衣法）作為一種常見的制備方法，其通過物理機械方法制備微膠囊[7]?？諝鈶腋》ㄟm用于固體顆粒的包埋，且由于其運行過程的連續(xù)性，便于工廠流水線批量作業(yè)，在食品工業(yè)中應用廣泛。

乙基纖維素（EC）作為一種被醫(yī)藥領(lǐng)域廣泛應用的緩控釋包衣材料，其有著良好的成膜性、疏水性和熱穩(wěn)定性，在低溫下仍能保持撓曲性，有極強的抗生物性能，無毒[8]。陳磊等[9]介紹了EC在緩控釋藥物制劑中的應用，包括骨架型緩控釋制劑、膜控型緩控釋制劑和滲透泵控釋制劑。常翠等[10]介紹了EC的包衣適用性，包括噴速、霧滴大小、黏度、軟化溫度和成膜時間等。

目前關(guān)于微膠囊化膨化小麥麩皮粉的研究鮮有報道。在食品工業(yè)領(lǐng)域，主流的微膠囊化技術(shù)為噴霧干燥法，這一方法對芯材的溶解度有較高的要求，且成本較高。基于空氣懸浮法對固體顆粒包埋的適用性，故本試驗采用空氣懸浮法制備微膠囊。

本試驗基于前期研究，采用膨化小麥麩皮粉（部分可溶）為芯材，不同質(zhì)量分數(shù)EC溶液為壁材溶液，使用空氣懸浮法，制得對應的微膠囊樣品，研究不同質(zhì)量分數(shù)EC溶液微膠囊化膨化小麥麩皮粉產(chǎn)品品質(zhì)的差別，通過對比微膠囊樣品之間的相關(guān)指標，對微膠囊樣品的產(chǎn)品品質(zhì)、抗氧化性和成本進行綜合考慮，選出微膠囊化膨化小麥麩皮粉的最適EC溶液質(zhì)量分數(shù)，旨在為小麥麩皮深加工提供一種可行思路和參考方向，也為其提供理論依據(jù)和實踐基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

供試材料為小麥麩皮擠壓膨化產(chǎn)物（根據(jù)前期研究，以小麥麩皮粉為原料，使用雙螺桿擠壓膨化機，物料水分為40%，末端溫度為130℃，螺桿轉(zhuǎn)速為50 r/min，制得相應膨化產(chǎn)物）。

1.2 試劑與儀器

乙基纖維素（分析純，成都市科龍化工試劑廠）；海藻酸鈉（分析純，天津市大茂化學試劑廠）；乙醇、氫氧化鉀、酚酞（均為分析純，天津市致遠化學試劑有限公司）。

2200型不銹鋼磨粉機（北申興盛有限公司）；FDV超微粉碎機（佑崎有限公司）；101-OA電熱鼓風干燥箱（天津市泰斯特儀器有限公司）；BSA 224S-CW電子天平（賽多利斯科學儀器有限公司）；DZKW-4電熱恒溫水浴鍋（北京中興偉業(yè)儀器有限公司）；LBF-5型旋轉(zhuǎn)流化床制粒包衣機（常州奇琪干燥制粒設(shè)備有限公司）；LXJ-IIB低速大容量離心機（上海安亭科學儀器廠）；BT-2001激光粒度分布儀、BT-901干法分散進樣系統(tǒng)（丹東百特儀器有限公司）；Helios G4 UC等線聚焦離子束-電子束雙束電鏡（Thermo Fisher Scientific公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 膨化麩皮粉的制備 使用不銹鋼磨粉機將小麥麩皮擠壓膨化產(chǎn)物初步粉碎，轉(zhuǎn)速為1 500 r/min，再使用超微粉碎機將其進一步粉碎，轉(zhuǎn)速為22 000 r/min，制得膨化麩皮粉。

1.3.2 膨化麩皮微粒的制備 向膨化麩皮粉中加入樣品總質(zhì)量1.00%的海藻酸鈉，混勻，再加入樣品總質(zhì)量8.00%的蒸餾水，再次混勻，將混勻后的樣品過孔徑為0.425 mm網(wǎng)篩，收集篩下樣品，收集物即制得的膨化麩皮微粒[11]。

1.3.3 不同質(zhì)量分數(shù)EC溶液的制備 配制0、2.00%、2.75%、3.50%、4.25%和5.00%質(zhì)量分數(shù)的EC溶液。分別稱取對應質(zhì)量EC，采用無水乙醇為溶劑，使用恒溫水浴鍋于50℃加熱溶解，備用。

1.3.4 不同質(zhì)量分數(shù)EC溶液微膠囊樣品的制備本試驗采用膨化麩皮微粒為芯材，不同質(zhì)量分數(shù)EC溶液為壁材溶液，使用旋轉(zhuǎn)流化床制粒包衣機進行包衣，包衣方式選擇為底噴，氣源壓強為0.45 MPa，氣密壓強為0.3 MPa，壁材流量為2 mL/min，進風溫度為50℃，出風溫度為30℃，床溫為40℃，包衣時間為120 min。制得的樣品，于4℃環(huán)境下保存?zhèn)溆肹12-14]。

1.3.5 水分含量的測定 稱取5 g待測樣品，放置于已干燥至恒質(zhì)量的鋁盒中，使用烘箱進行干燥，溫度為105℃，時間為5 h，完成干燥后取出，鋁盒加蓋，放置于干燥皿中冷卻至室溫，取出，稱質(zhì)量。重復上述操作，直至2次稱質(zhì)量之間的質(zhì)量差小于1 mg，記錄此次稱質(zhì)量數(shù)據(jù)。使用公式（1）對待測樣品的水分含量（X）進行計算[15]。

式中，m0為干燥至恒質(zhì)量的鋁盒質(zhì)量（g）；m1為烘干前待測樣品與鋁盒的總質(zhì)量（g）；m2為烘干后待測樣品與鋁盒的總質(zhì)量（g）。

1.3.6 溶解度的測定 稱取5 g待測樣品，放置于50 mL的小燒杯中，量取40 mL蒸餾水，水溫在25～30℃，蒸餾水少量多次加入小燒杯中，使待測樣品中的可溶成分溶解于蒸餾水中，將懸濁液轉(zhuǎn)移到50 mL的離心管，使用離心機進行離心，轉(zhuǎn)速為4 000 r/min，時間為10 min，離心結(jié)束后棄去上清液，重復上述操作3次。將剩余沉淀用蒸餾水洗出至已干燥至恒質(zhì)量的稱量皿中，使用烘箱進行干燥，溫度為105℃，時間為5 h，完成干燥后取出，放置于干燥皿中冷卻至室溫，完成冷卻后取出，稱質(zhì)量。重復上述操作，直至2次稱質(zhì)量之間的質(zhì)量差小于1 mg，記錄此次數(shù)據(jù)。使用公式（2）對待測樣品的溶解度（Y）進行計算[16]。

式中，a為待測樣品質(zhì)量（g）；a1為稱量皿質(zhì)量（g）；a2為烘干后稱量皿與沉淀的總質(zhì)量（g）。

1.3.7 容積密度的測定 將待測樣品倒入筆直放置的10 mL刻度試管中，刻度試管已干燥至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量，記錄此次數(shù)據(jù)。使用公式（3）對待測樣品的容積密度（ρ）進行計算[17]。

式中，b0為干燥至恒質(zhì)量的刻度試管質(zhì)量（g）；b1為待測樣品與刻度試管的總質(zhì)量（g）；V為待測樣品在刻度試管所占的體積（mL）。

1.3.8 流動性的測定 于水平桌面放置1塊平板，在其上方固定1個玻璃漏斗，精確稱取10 g待測樣品置于漏斗中，讓樣品自由通過漏斗，于平板上自然堆積，測定粉堆的高度與覆蓋半徑。使用公式（4）對待測樣品的休止角（θ）進行計算[18]。

式中，h為待測樣品自然堆積粉堆的高度（cm）；r為待測樣品自然堆積粉堆的覆蓋半徑（cm）。

1.3.9 包含率的測定 稱取5 g的待測樣品，按1.3.5中方法測定其水分含量（X）。使用公式（5）對待測樣品的干物質(zhì)含量進行計算。芯材干物質(zhì)的含量與微膠囊樣品含量的比值為包含率，使用公式（6）對待測樣品的包含率（A）進行計算。

式中，Z為樣品干物質(zhì)含量（%）；Z0為芯材干物質(zhì)含量（%）。

1.3.10 粒徑分布的測定 采用干法粒徑分布測定體系，使用干法分散進樣系統(tǒng)和激光粒度分布儀，對待測樣品的粒徑分布進行測定[19]。

1.3.11 感官評價 邀請10人組成感官品評小組，組員情況男女各半且經(jīng)過專業(yè)培訓，對剛制得的待測樣品進行評定并打分，評價項目包括色澤、組織結(jié)構(gòu)、質(zhì)地和氣味，各項評分細則標準如表1所示，滿分為100分，90分以上為優(yōu)秀，80～90分為良好，60～80分為合格，60分以下為差。

表1 感官評價標準Tab.1 Sensory evaluation criteria

1.3.12 樣品表面形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀察 使用導電雙面膠將待測樣品固定于樣品平臺上，真空中噴涂鈀金，使用雙束電鏡以2.00 kV電子束觀察待測樣品的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，選擇觀察清晰且分布較均勻的視野進行拍照[20]。

1.3.13 加速儲藏條件下樣品脂肪酸值變化的測定 將待測樣品置于烘箱中進行儲藏，溫度為60℃，儲藏期為30 d，每隔3 d取樣，按GB/T 15684—2015測定樣品的脂肪酸值[21]，標定物為KOH。

1.4 數(shù)據(jù)分析

以上所有的試驗至少重復3次，試驗所得數(shù)據(jù)均采用“平均值±標準偏差”表示，采用Origin 8.0軟件進行繪圖，采用SPSS 18.0軟件進行方差統(tǒng)計分析，并采用Duncan進行兩兩比較，顯著性水平為P＜0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品的基礎(chǔ)指標分析

由表2可知，不同質(zhì)量分數(shù)EC溶液對樣品基礎(chǔ)指標影響較大。就樣品水分含量和溶解度而言，水分含量最大差值為2.29%，溶解度最大差值為1.78%，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)升高，樣品水分含量下降，溶解度下降。由于EC有較強的疏水性且不溶于水，當樣品顆粒表面包裹有EC膜時，對樣品吸水性和水中的溶解性有影響，進而導致樣品水分含量下降和水中的溶解度下降。就樣品容積密度和休止角而言，容積密度最大差值為0.037 2 g/mL，休止角最大差值為26.99°，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)升高，樣品容積密度下降，休止角下降，即流動性上升。對于樣品流動性而言，休止角低于30°時，樣品的流動性良好；休止角在30°～45°時，樣品的流動性較好；休止角大于45°時，樣品的流動性較差。故3.50%、4.25%和5.00%質(zhì)量分數(shù)微膠囊樣品流動性良好，2.00%和2.75%質(zhì)量分數(shù)微膠囊樣品流動性較好，質(zhì)量分數(shù)為0的微膠囊樣品流動性較差。由于EC溶液黏度較高，EC溶液黏度與其質(zhì)量分數(shù)成正比。高質(zhì)量分數(shù)EC溶液會加劇包衣過程中樣品顆粒之間的黏連問題，導致樣品中黏合物比例提高，使得樣品顆粒粒徑提高以及均勻度下降，進而導致樣品容積密度下降和流動性上升。就樣品包含率而言，包含率最大差值為2.38%，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)升高，包含率下降，由于EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，使得單位質(zhì)量內(nèi)干物質(zhì)比例下降，即芯材比例下降，進而導致樣品包含率下降。

表2 麩皮系列樣品基礎(chǔ)指標Tab.2 Basic indexes of ser ies of bran samples

2.2 樣品粒徑分布

由圖1可知，0～5.00%質(zhì)量分數(shù)微膠囊樣品圖譜都存在3個峰，即樣品區(qū)間分布集中在3.162～4.328、24.34～49.33、180.0～220.0μm粒徑區(qū)間處，樣品均勻度較差，符合2.1中得出的結(jié)論，即EC溶液質(zhì)量分數(shù)升高，均勻度下降；在200.0μm處存在樣品最高峰，說明EC溶液微膠囊化麩皮微粉，會將粒徑較小的顆粒聚合包埋至粒徑200.0μm左右。

從圖1還可看出，質(zhì)量分數(shù)為0的微膠囊樣品累積量超過90%在79.01～85.47μm處，質(zhì)量分數(shù)2.00%的微膠囊樣品的累積量超過90%在200.0～300.0μm處，質(zhì)量分數(shù)5.00%的微膠囊樣品累積量超過90%在300.0～400.0μm處。結(jié)果表明，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，樣品累積量超過90%所在的上下限粒徑值越大，說明EC溶液微膠囊化麩皮微粉會提高樣品顆粒粒徑，且隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，樣品顆粒粒徑提高幅度增大，符合2.1中得出的結(jié)論，即EC溶液質(zhì)量分數(shù)升高，樣品顆粒粒徑提高。

從表3可以看出，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)升高，對應樣品的D50和D98提高，符合2.1中得出的結(jié)論，即EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，樣品顆粒粒徑提高。就樣品平均粒徑和比表面積而言，根據(jù)上述結(jié)論推斷，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，樣品平均粒徑應呈現(xiàn)上升趨勢，比表面積應呈現(xiàn)下降趨勢，但結(jié)合數(shù)據(jù)，雖樣品數(shù)據(jù)總體走向符合這一推論，但個別數(shù)據(jù)存在偏差，推測是由于樣品均勻度較差導致。

表3 麩皮系列樣品粒徑分布數(shù)據(jù)Tab.3 Par ticle size distribution data of ser ies of br an samples

2.3 感官評價

由表4可知，0、2.00%和2.75%質(zhì)量分數(shù)微膠囊樣品評價為合格，3.50%、4.25%和5.00%質(zhì)量分數(shù)微膠囊樣品評價為良好。就樣品色澤而言，總體呈棕黃色，有些許白色摻雜其中，由于EC膜為白色，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，樣品色澤分值應隨之下降，但結(jié)合數(shù)據(jù)，不符合這一推斷，說明EC膜自身色澤對樣品色澤影響較小。就樣品組織結(jié)構(gòu)而言，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，根據(jù)2.1中得出的結(jié)論，EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，樣品顆粒粒徑提高，均勻度下降，結(jié)合數(shù)據(jù)，符合這一推斷。就樣品質(zhì)地而言，由于EC溶液自身黏性的影響，樣品中多為黏合物，2.00%～5.00%質(zhì)量分數(shù)微膠囊樣品質(zhì)地的差值較小，但與質(zhì)量分數(shù)為0的微膠囊樣品差值較大，結(jié)合數(shù)據(jù)，符合這一推斷。就樣品氣味而言，膨化麩皮粉存在不良氣味，根據(jù)上述結(jié)論推斷，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)的升高，樣品氣味分值應隨之上升，結(jié)合數(shù)據(jù)，EC溶液到達3.50%以上的樣品氣味的分值趨于穩(wěn)定，說明掩蔽膨化麩皮粉氣味，需EC溶液質(zhì)量分數(shù)達到3.50%以上。綜合感官評價各項分值，3.50%質(zhì)量分數(shù)EC溶液微膠囊化樣品為最優(yōu)。

表4 麩皮系列樣品感官評價Tab.4 Sensory evaluation of series of bran samples 分

2.4 樣品表面形態(tài)結(jié)構(gòu)

由圖2-A可知，同質(zhì)量分數(shù)為0的微膠囊樣品相比，2.00%～5.00%的微膠囊樣品顆粒大小不太均一，樣品多數(shù)為不規(guī)則的團狀聚合物，部分樣品中還出現(xiàn)細長狀事物。

由圖2-B可知，質(zhì)量分數(shù)為0的微膠囊樣品表面凹凸不平，整體形狀不規(guī)則；2.00%和2.75%的微膠囊樣品表面較為光滑，但存在較多褶皺；3.50%和4.25%的微膠囊樣品表面較為光滑，褶皺較少；5.00%的微膠囊樣品表面較為光滑，存在壁材多次包裹情況。

由圖2-C可知，質(zhì)量分數(shù)為0的微膠囊樣品存在裂紋與空洞；2.00%和2.75%的微膠囊樣品表面褶皺較為明顯，說明EC膜已包裹樣品，但并未達到完全包裹的效果；3.50%、4.25%和5.00%的微膠囊樣品表面褶皺較少，EC膜總體較為光滑，微膠囊化效果較為理想。

綜合樣品不同放大倍數(shù)掃描電鏡圖進行分析，EC溶液微膠囊化膨化麩皮粉，當EC溶液質(zhì)量分數(shù)達到3.50%以上時，微膠囊樣品成型效果好，且不會出現(xiàn)未完全包裹的情況，符合2.3中得出的結(jié)論，即當EC溶液質(zhì)量分數(shù)達到3.50%以上時，可以達到較好的掩蔽效果。隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)上升，微膠囊樣品均一度明顯下降，結(jié)合2.1得出的結(jié)論，高濃度的EC溶液會加劇樣品中的黏連情況，使得樣品均一度下降。

2.5 加速儲藏條件下樣品脂肪酸值變化

由圖3可知，麩皮系列樣品脂肪酸值都隨儲藏時間的延長而增加，在加速儲藏條件下，隨著EC溶液質(zhì)量分數(shù)升高，樣品30 d內(nèi)脂肪酸值增加量越小，即壁材對芯材的封閉效果越明顯，推測是由于隨著EC總量的增加，對芯材的包裹更加完整，可以達到更好的保護作用。

使用EC溶液包埋膨化麩皮粉，可以減緩其脂肪酸值增長速率。其中，3.50%、4.25%和5.00%的微膠囊樣品同2.00%和2.75%的微膠囊樣品相比，減緩幅度較為明顯，且效果相近，說明EC溶液微膠囊化膨化麩皮粉，當EC溶液質(zhì)量分數(shù)達到3.50%以上時，即可達到良好的封閉效果，符合2.4中得出的結(jié)論，當EC溶液質(zhì)量分數(shù)達到3.50%以上時，微膠囊樣品成型效果好，且不會出現(xiàn)未完全包裹的情況。

3 結(jié)論與討論

本試驗選用不同質(zhì)量分數(shù)EC溶液為壁材，采用空氣懸浮技術(shù)，對膨化小麥麩皮粉進行包埋。通過比較樣品之間的指標，對微膠囊樣品的產(chǎn)品品質(zhì)、抗氧化性和成本進行綜合考慮，EC溶液微膠囊化膨化小麥麩皮粉的最佳質(zhì)量分數(shù)為3.50%，樣品水分含量為4.25%，溶解度為16.64%，容積密度為0.476 9 g/mL，休止角為29.51°，包含率為98.03%，粒徑分布均勻，結(jié)構(gòu)完整，表面光滑且無裂紋，無不良氣味。此外，在加速儲藏條件下，30 d內(nèi)脂肪酸值增加量較小，增長速率較低，表明該質(zhì)量分數(shù)EC溶液在膨化麩皮胚芽粉表面形成的EC膜對原料粉有良好的保護作用。彭志剛等[22]在分析影響微膠囊包封率的因素時，認為包封率會隨著EC黏度的增大而增大，但隨著黏度增大到一定程度時，微膠囊產(chǎn)物黏連情況加重，包封率卻無明顯提升，與本試驗結(jié)果相符。楊輝等[23]在分析影響微膠囊包埋率的因素時，認為包埋率會隨著EC在壁材中占比提高而提高，但隨著占比提高到一定程度時，包埋率達到最大值，過高的EC占比易形成較大結(jié)塊，不利于微膠囊形成，這也與本試驗結(jié)果相符?？敌≌鋄24]在分析影響微膠囊成品品質(zhì)的因素時，認為EC壁材溶液濃度太大時不利于囊心的分散和乳滴的形成，會使微膠囊粒徑分布不均且發(fā)生黏連，溶液濃度太小會影響芯材的包埋和釋放，與本試驗結(jié)果相符。考慮到本試驗中高質(zhì)量分數(shù)EC溶液制得的微膠囊樣品均勻度較低，本試驗仍需對微膠囊制備工藝進一步優(yōu)化。本研究結(jié)果可為小麥麩皮深加工提供一種可行思路和參考方向，也為其提供理論依據(jù)和實踐基礎(chǔ)。