牦牛酥油微膠囊的制備及特性分析

凌月霜，張 巖，陳煉紅,

（1.西南民族大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，四川成都 610041；2.西南民族大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，四川成都 610041）

圖 1 牦牛酥油微膠囊工藝流程Fig.1 Yak ghee microcapsule process

牦牛是西藏高原高寒地區(qū)的優(yōu)勢(shì)物種[1]。牦牛奶中n-3多不飽和脂肪酸、n-6多不飽和脂肪酸和共軛亞油酸（Conjugated linoleic acid，CLA）等含量比普通牛乳高，CLA含量為0.596 mg/mL，是黑白花奶牛的11.4倍，牦牛酥油營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[2]，且功能性脂肪酸含量高[3-4]，是優(yōu)良的高脂肪食品。同時(shí)，牦牛酥油中的鞘磷脂能有效預(yù)防組織炎癥的發(fā)生[5]。手工制作的酥油比機(jī)械制作的酥油呈香物質(zhì)（醇類、脂類等）更豐富，更受人們的喜愛(ài)[6-7]，但其水分含量高會(huì)導(dǎo)致在儲(chǔ)存過(guò)程中脂肪被氧化水解，產(chǎn)生有害的物質(zhì)[8]，造成牦牛酥油質(zhì)量下降，將其微膠囊化可以降低酥油氧化速率，保持品質(zhì)。

微膠囊是使用一種或幾種穩(wěn)定的分子材料（壁材）將不穩(wěn)定物質(zhì)（芯材）包埋，可以有效防止芯材跟外界接觸，起到防止氧化，延緩風(fēng)味物質(zhì)在儲(chǔ)藏期間釋放的作用，還可以控制芯材在特定部位釋放[9]。制備微膠囊常用的方法有噴霧干燥法、復(fù)合凝聚法、銳孔法等。銳孔法是以可溶性聚合物為壁材，在凝固浴中固化，將芯材封裝成微膠囊的方法[10]，具有快速簡(jiǎn)便、資金投入少、產(chǎn)品的粒徑和形態(tài)都較均勻等優(yōu)點(diǎn)，適合應(yīng)用于食品工業(yè)中。

目前，牦牛酥油微膠囊主要是采用噴霧干燥法制備[11-12]，而噴霧干燥法制成的微膠囊在胃液中沒(méi)有很好的緩釋性，不能很好地保護(hù)酥油的功能性脂肪酸經(jīng)過(guò)胃酸而不被破壞且其在高濕環(huán)境中容易破裂[13]。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇海藻酸鈉和CaCl2的復(fù)合產(chǎn)物作為壁材，采用銳孔法將牦牛酥油微膠囊化，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)來(lái)確定其最佳制備工藝，并測(cè)定其理化性質(zhì)，對(duì)制備的微膠囊結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，測(cè)定其熱穩(wěn)定性以及在胃腸液中的釋放特性，并測(cè)定其貯藏穩(wěn)定性。以獲得一種包埋率高，穩(wěn)定性高的微膠囊產(chǎn)品，并為深入研究酥油微膠囊在胃腸道內(nèi)的消化吸收能力提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

酥油（四川紅原） 傳統(tǒng)手工酥油；海藻酸鈉食品級(jí)，連云港天天海藻工業(yè)有限公司；無(wú)水氯化鈣

分析純，成都市科隆化學(xué)品有限公司；HCl、NaOH、磷酸二氫鉀、異辛烷、冰乙酸、硫代硫酸鈉 均為分析純，成都市科龍化工試劑廠；胃蛋白酶（1:3000）、胰蛋白酶（1:20） 均為食品級(jí)，如吉生物科技公司。

HMS-203D加熱型磁力攪拌器 上海滬浙實(shí)業(yè)有限公司；Master Sizer 2000激光粒度儀 英國(guó)Malvern Panalytical公司；Nicolet 380傅里葉變換紅外光譜儀 美國(guó)Thermo Electron公司；STA 449C同步熱分析儀 德國(guó)Netzsch公司；Sigma 600場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡 德國(guó)Carl Zeiss Jena公司；DSC-60A差示掃描量熱儀 島津國(guó)際貿(mào)易（上海）有限公司；HR83水分測(cè)定儀 瑞士Mettler Toledo公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 微膠囊制備工藝流程 微膠囊制備工藝流程如圖1所示。

1.2.2 單因素實(shí)驗(yàn) 按照1.2.1流程制備牦牛酥油微膠囊，固定初始條件：乳化劑3%（單甘酯:蔗糖酯=2:3），海藻酸鈉濃度1.5%，芯壁質(zhì)量比2:1，CaCl2濃度2.5%，乳化溫度50 ℃，固化時(shí)間35 min。以包埋率為指標(biāo)，分別以海藻酸鈉濃度（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）、CaCl2濃度（1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%）、芯壁質(zhì)量比（1:1.5、1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、）、乳化溫度（40、45、50、55、60 ℃）、固化時(shí)間（25、30、35、40、45 min）5個(gè)因素進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)。

1.2.3 正交工藝優(yōu)化試驗(yàn) 單因素實(shí)驗(yàn)后選取海藻酸鈉濃度（A）、CaCl2濃度（B）、芯壁質(zhì)量比（C），進(jìn)行三因素三水平正交試驗(yàn)，優(yōu)化銳孔法制備酥油微膠囊工藝。試驗(yàn)因素水平表見(jiàn)表1。

表 1 正交因素水平表Table 1 Orthogonal factor level table

1.2.4 包埋率 以包埋率為指標(biāo)檢測(cè)酥油微膠囊化效果。參考陳欣等[14]的方法測(cè)定酥油微膠囊的表面油、總油的含量，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）。

式中：E表示包埋率，%；E1表示表面油含量，mg；E2表示總油含量，mg。

1.2.5 基本理化性質(zhì)測(cè)定

1.2.5.1 含水量 含水量參照GB 2009.3-2016進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5.2 溶解度 溶解度參照劉斯博[15]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5.3 流動(dòng)性 休止角的大小參考姚澤晨等[16]的方法進(jìn)行測(cè)定。

1.2.6 粒徑分布分析 參照Bee等[17]的方法，以水為分散劑，使用激光粒度分析儀測(cè)定微膠囊的粒度分布。

1.2.7 微觀形態(tài)表征 將酥油微膠囊置于樣品室內(nèi)，采用掃描電子顯微鏡（SEM）在加速電壓20 kV下觀察微膠囊的表面形態(tài)，并選擇分布較均勻的視野進(jìn)行拍照。

1.2.8 微膠囊的傅里葉紅外光譜分析 準(zhǔn)確稱取2 mg微膠囊、酥油、壁材樣品各一份；樣品：溴化鉀質(zhì)量比為1:100，在研缽混合研磨后壓片，在400～4000 cm-1范圍內(nèi)掃描。

1.2.9 熱穩(wěn)定性分析

1.2.9.1 熱重分析 將酥油微膠囊（3～5 mg）放入小坩堝中，設(shè)置同步熱分析儀參數(shù)溫度范圍30～600 ℃，升溫速度10 ℃/min，載氣為氮?dú)猓俾蕿?0 mL/min，進(jìn)行微分熱重（Derivative thermogravimetry，DTG）分析，測(cè)定樣品的熱釋放曲線。

1.2.9.2 差示掃描熱分析 參考姜雪等[18]的方法分析膠囊的熱力學(xué)特性。稱取2 mg酥油微膠囊樣品置于鋁盒中，溫度從20 ℃加熱到300 ℃，升溫速率

10 ℃/min。

1.2.10 體外釋放模擬實(shí)驗(yàn) 按照Chung等[19]的方法配制人工胃液；按照周莉等[20]的方法配制人工腸液。

按照程翎[21]的方法進(jìn)行體外釋放模擬實(shí)驗(yàn)并按照下式測(cè)定累積釋放率，計(jì)算公式見(jiàn)式（2）。

式中：Q表示累計(jì)釋放率，%；Q1表示過(guò)濾液中脂肪含量，mg；Q2表示微膠囊產(chǎn)品中總油含量，mg。

1.2.11 酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

1.2.11.1 溫度對(duì)酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響 將酥油和制備的微膠囊放在25、60 ℃下避光保存，每2 d取1g樣品，共五次，參照GB 5009.227-2016的方法，測(cè)定其過(guò)氧化值（POV）。

1.2.11.2 光照對(duì)酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響 將酥油和制備的微膠囊放在室溫下避光和光照保存，每2 d取1g樣品，共五次，按照1.2.11.1的方法測(cè)定過(guò)氧化值（POV）。

1.2.11.3 酥油和酥油微膠囊氧化動(dòng)力學(xué)研究及貨架期預(yù)測(cè) 零級(jí)或一級(jí)動(dòng)力學(xué)，其方程分別見(jiàn)式（3）、（4）：

零級(jí)動(dòng)力學(xué)：

一級(jí)動(dòng)力學(xué)：

式中：A表示t時(shí)間后樣品過(guò)氧化值，mmol/kg；A0表示初始過(guò)氧化值，mmol/kg；k表示反應(yīng)速率常數(shù)；t表示貯藏時(shí)間，d。

表 2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Result of orthogonal test

將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)代入兩個(gè)方程中，用Origin 2021軟件擬合，得到回歸方程和回歸系數(shù)R2，選取R2較大的回歸方程，將其代入方程，得到預(yù)測(cè)貯藏時(shí)間。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有實(shí)驗(yàn)均重復(fù)3次。使用SPSS 23.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較分析，以P＜0.05為差異顯著。采用Origin 2021軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 海藻酸鈉濃度對(duì)包埋率的影響 由圖2可知，海藻酸鈉濃度的變化會(huì)導(dǎo)致酥油微膠囊包埋率的變化，總體呈先上升后下降的趨勢(shì)。海藻酸鈉的粘度與濃度呈正相關(guān)，濃度低時(shí)粘度低，通過(guò)注射器時(shí)不易成型，且制備出來(lái)的微膠囊外壁較薄，在后期的處理中容易被破壞，導(dǎo)致包埋率下降。海藻酸鈉濃度增加后，粘度增大，通過(guò)注射器形成的微膠囊成型效果越來(lái)越好，包埋率上升，在海藻酸鈉濃度為1.5%時(shí)包埋率達(dá)到最大，為84.47%。隨后海藻酸鈉濃度上升，包埋率下降，主要是因?yàn)楹Ｔ逅徕c濃度增大，粘度也越來(lái)越高，使得成型所需要的推進(jìn)壓力越來(lái)越高，擠壓成型困難[22]，導(dǎo)致微膠囊包埋率降低。因此，海藻酸鈉濃度選擇1.0%、1.5%、2.0%作為正交優(yōu)化試驗(yàn)的三個(gè)水平。

圖 2 海藻酸鈉濃度對(duì)包埋率的影響Fig.2 Effect of sodium alginate concentration on microencapsulation rate

圖 3 CaCl2濃度對(duì)包埋率的影響Fig.3 Effect of CaCl2 concentration on microencapsulation rate

2.1.2 CaCl2濃度對(duì)包埋率的影響 由圖3可知，CaCl2濃度升高，包埋率也隨之變化，總體呈先上升后下降的趨勢(shì)。在海藻酸鈉中添加CaCl2，兩者之間發(fā)生反應(yīng)，形成“蛋盒二聚體”，可以將芯材包埋在壁材里且獲得穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)[23]。當(dāng)CaCl2濃度較低，芯壁材混合液滴入凝固浴時(shí)，海藻酸鈉和Ca2+沒(méi)有完全反應(yīng)，導(dǎo)致成膜速度慢，且形成的膜較薄，不能將酥油有效地包封在微膠囊內(nèi)部。隨著CaCl2濃度逐漸升高，包埋率隨之變大，CaCl2濃度為2.0%時(shí)，包埋率最大，包埋率為84.16%。當(dāng)CaCl2濃度繼續(xù)增加，包埋率開(kāi)始降低。這是因?yàn)镃aCl2濃度高，海藻酸鈉和CaCl2迅速反應(yīng)，外層快速凝固，導(dǎo)致CaCl2與海藻酸鈉形成的結(jié)構(gòu)過(guò)于緊密，不能很好地將酥油包埋進(jìn)去[24]。因此，CaCl2濃度選1.5%、2%、2.5%作為正交優(yōu)化試驗(yàn)的三個(gè)水平。

2.1.3 芯壁質(zhì)量比對(duì)包埋率的影響 由圖4可知，隨著芯壁質(zhì)量比的增大，包埋率總體呈先上升后下降的趨勢(shì)。芯壁質(zhì)量比低時(shí)，由于沒(méi)有足夠的芯材被包埋，導(dǎo)致包埋率下降。在芯壁質(zhì)量比為1.5:1時(shí)，包埋率最大，為87.39%。芯壁質(zhì)量比繼續(xù)上升時(shí)，包埋率下降，主要是因?yàn)樾静倪h(yuǎn)大于壁材，當(dāng)包埋物濃度增加時(shí)，包埋物會(huì)與海藻酸纖維形成弱鍵，并減少了海藻酸鹽鏈之間的相互作用，降低了復(fù)合物的穩(wěn)定性，從而使包埋率下降[25]。陳麗等[26]的研究也出現(xiàn)同樣的結(jié)果。因此，芯壁質(zhì)量比選擇1:1、1.5:1、2:1作為正交優(yōu)化試驗(yàn)的三個(gè)水平。

圖 4 芯壁質(zhì)量比對(duì)包埋率的影響Fig.4 Effect of core-wall mass ratio on microencapsulation rate

2.1.4 乳化溫度對(duì)包埋率的影響 由圖5可知，隨著乳化溫度的升高，酥油微膠囊包埋率先上升，接著在一定乳化溫度范圍內(nèi)包埋率基本不變，最后包埋率呈下降的趨勢(shì)。因?yàn)樵谙嗤袒瘯r(shí)間內(nèi)，較低溫度的海藻酸鈉粘度大，影響銳孔造粒的效果，乳化溫度逐漸升高，海藻酸鈉更易于和Ca2+聯(lián)結(jié)。當(dāng)乳化溫度在55 ℃時(shí)，包埋率最高，為85.14%。當(dāng)乳化溫度上升到一定程度時(shí)，海藻酸鈉中的結(jié)構(gòu)單元容易分離，不易與Ca2+聯(lián)結(jié)，外部結(jié)構(gòu)松散，包埋率降低[27]。由于溫度過(guò)高對(duì)酥油中不飽和脂肪酸有不利影響，并且包埋率在乳化溫度50和55 ℃時(shí)差異不顯著（P＞0.05），所以確定反應(yīng)溫度為50 ℃，在正交試驗(yàn)中不選擇乳化溫度進(jìn)行優(yōu)化。

圖 5 乳化溫度對(duì)包埋率的影響Fig.5 Effect of emulsification temperature on microencapsulation rate

2.1.5 固化時(shí)間對(duì)包埋率的影響 由圖6可知，隨著固化時(shí)間的增加，酥油微膠囊包埋率呈上升趨勢(shì)，接著在一定固化時(shí)間內(nèi)包埋率基本不變，最后包埋率下降。固化時(shí)間太短，包埋率較低主要是因?yàn)楹Ｔ逅徕c中Na+與CaCl2中的Ca2+置換形成海藻酸鈣需要時(shí)間，固化時(shí)間太短導(dǎo)致微膠囊的壁膜薄弱，包埋效果較差。隨著固化時(shí)間延長(zhǎng)，生成的海藻酸鈣越來(lái)越多，包埋效果越來(lái)越好，包埋率顯著提升（P＜0.05）。在固化時(shí)間30 min時(shí)，酥油微膠囊包埋率最高，為84.29%。當(dāng)固化時(shí)間超過(guò)30 min，包埋率逐漸降低，這是由于海藻酸鈣的置換時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，包埋的酥油會(huì)通過(guò)囊壁上的孔向外擴(kuò)散，導(dǎo)致包埋率較低[28]。所以微膠囊固化時(shí)間確定為30 min，在后續(xù)的正交試驗(yàn)中將不再對(duì)固化時(shí)間進(jìn)一步優(yōu)化。

圖 6 固化時(shí)間對(duì)包埋率的影響Fig.6 Effect of curing time on microencapsulation rate

2.2 正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果

2.2.1 正交試驗(yàn)分析 由表2的包埋率可知，A3B3C2組的包埋率最高，為84.62%。各因素對(duì)制備酥油微膠囊包埋率影響的主次順序?yàn)椋篈＞B＞C，最優(yōu)組合是A2B3C2。

2.2.2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果 對(duì)上述正交試驗(yàn)得到的最佳微膠囊制備工藝（A2B3C2）進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，制備酥油微膠囊的最佳條件是：海藻酸鈉濃度1.5%，CaCl2濃度2.5%，芯壁比1.5:1，乳化溫度50 ℃，固化時(shí)間30 min，產(chǎn)品包埋率可達(dá)89.41%，高于正交表中包埋率最高的組合（A3B3C2），與正交表的預(yù)測(cè)相吻合。

2.3 最優(yōu)工藝制備牦牛酥油微膠囊理化指標(biāo)結(jié)果分析

2.3.1 微膠囊基本理化性質(zhì)分析 如表3所示，微膠囊的水分含量為5.25%±0.16%，含水量對(duì)產(chǎn)品貯藏期有較大影響，水分含量低，貯藏中不易結(jié)塊和霉變，還會(huì)降低油脂的氧化速度，提升產(chǎn)品的貯藏時(shí)間。休止角為20.6°±0.35°，表明微膠囊產(chǎn)品表面光滑、流動(dòng)性好。溶解度為57.22%±2.21%，溶解度良好，可進(jìn)一步擴(kuò)大產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，為食品工業(yè)應(yīng)用打下良好基礎(chǔ)。

表 3 微膠囊的物理指標(biāo)Table 3 The physical index of microcapsules

2.3.2 微膠囊的掃描電鏡和粒徑分析 從圖7（a）可以看出牦牛酥油微膠囊表面凹凸有致，囊壁清晰沒(méi)有存在裂紋，說(shuō)明微膠囊具有良好的包裹性，有效隔絕外部的空氣，保持了酥油的穩(wěn)定性。表面的褶皺是銳孔法微膠囊的特征，主要是因?yàn)楦稍锖笫ニ衷斐删劭s，表面上有些凹凸是由于高溫噴金導(dǎo)致的。圖7（b）顯示，微膠囊平均粒徑為929.773 μm，有50%的微膠囊大于974.592 μm，粒徑在1002.374～1124.683 μm范圍內(nèi)的微膠囊最多，占11.57%，表明微膠囊粒徑較為集中。

2.3.3 傅里葉紅外光譜分析結(jié)果 圖8為海藻酸鈉、酥油和微膠囊的紅外光譜圖，可以看出酥油在3442 cm-1處存在吸收峰，該峰主要是由-OH和NH共同引起的，表明酥油中不僅有脂肪，還存在蛋白質(zhì)。酥油和微膠囊共有的吸收峰為2852 cm-1，此處是脂肪酸的甲基和亞甲基伸縮振動(dòng)的吸收峰；1744 cm-1處是酥油的醛、酮中的C=O伸縮振動(dòng)吸收峰；1164 cm-1的吸收峰為酥油中脂肪酸、氨基酸中C-O-C的對(duì)稱伸縮振動(dòng)引起的。上述這三個(gè)波數(shù)在海藻酸鈉中均不存在吸收峰，表明微膠囊化后的特征峰是包埋了牦牛酥油引起的，通過(guò)微膠囊紅外光譜可以看出，微膠囊的出峰位置與酥油基本相同，說(shuō)明微膠囊的主體結(jié)構(gòu)為酥油，在1743、1637、1465 cm-1等處的吸收峰強(qiáng)度明顯降低，719 cm-1處由C-H的彎曲振動(dòng)產(chǎn)生的吸收峰消失，這些吸收峰是由酥油中脂類、蛋白質(zhì)引起的，證明脂類、蛋白質(zhì)的含量減少，酥油被包埋。而微膠囊在623 cm-1處存在海藻酸鈉的特征吸收峰Na-O，表明壁材中存在海藻酸鈉。

圖 7 微膠囊的掃描電鏡圖（a）和粒徑分布圖（b）Fig.7 Scanning electron microscope diagram (a) and particle size distribution diagram (b) of microcapsules

圖 8 微膠囊紅外光譜圖Fig.8 FTIR of microcapsules

2.3.4 微膠囊的熱穩(wěn)定性分析

2.3.4.1 熱重分析 熱重分析可以顯示出牦牛酥油微膠囊在不同的溫度條件下的損失速率和比例[29]。由圖9可知，在215 ℃之前為微膠囊熱分解的第一個(gè)階段，質(zhì)量減少7.33%，此階段損失的主要是附著在微膠囊表面的酥油以及一些水分；第二個(gè)階段是

215～415 ℃，質(zhì)量減少51.77%，大部分牦牛酥油微膠囊都是在此階段被破壞，說(shuō)明外面的膜在高溫下被破壞，酥油和海藻酸鈉釋放出來(lái)被分解；最后一個(gè)階段是415～515 ℃，質(zhì)量減少27.97%，此階段的損失主要與CaCl2分解有關(guān)。

這與趙楠楠[30]、張維等[31]制備的偃松松塔精油、榛子油微膠囊結(jié)論一致。牦牛酥油微膠囊在215 ℃前結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，熱穩(wěn)定性良好，在食品加工中有良好的潛能。

2.3.4.2 DSC分析結(jié)果 差示掃描量熱儀反映的是物理或化學(xué)變化之間與熱效應(yīng)之間的關(guān)系[32]。由圖10可得，在116 ℃時(shí)，牦牛酥油微膠囊開(kāi)始發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，其峰值溫度為132 ℃，在256 ℃時(shí)微膠囊徹底溶解。由此可知，本法制備的牦牛酥油微膠囊在常規(guī)的熱處理中可以保持良好的熱穩(wěn)定性，保證芯材不被破壞。

圖 9 微膠囊熱重分析圖Fig.9 DTG diagram of microcapsules

圖 10 微膠囊的DSC曲線Fig.10 DSC of microcapsules

2.3.5 微膠囊在人工胃液和腸液中緩釋實(shí)驗(yàn)分析

2.3.5.1 微膠囊在胃液中的釋放曲線擬合 將牦牛酥油微膠囊在體外人工模擬胃液釋放情況使用五個(gè)模型擬合，由表4可知，其中Logistic模型擬合度最高，擬合方程中R2為0.992最接近1，說(shuō)明牦牛酥油的釋放動(dòng)力學(xué)最符合Logistic模型的運(yùn)動(dòng)情況。由圖11可知，銳孔法制備的酥油微膠囊最大釋放率在11.52%，主要是由于附在微膠囊表面的酥油被消化，而壁材沒(méi)有被破壞。因?yàn)楹Ｔ逅徕}在胃液較低pH條件下，鈣離子與海藻酸鹽分子羧基解離，且質(zhì)子化增加導(dǎo)致排斥力下降從而使壁材收縮，降低其被消化的可能性[33]。這個(gè)特性可以保證牦牛酥油能夠完整被傳遞到小腸中，牦牛酥油中的不飽和脂肪酸能更好被利用[34]。

表 4 體外人工模擬胃液釋放擬合結(jié)果Table 4 Fitting results of in vitro artificial simulation of gastric juice release

圖 11 模擬胃液中體外釋放Logistic模型擬合結(jié)果Fig.11 Fitting results of Logistic model for in vitro release in simulated gastric juice

表 5 體外人工模擬腸液釋放擬合結(jié)果Table 5 Fitting results of in vitro artificial simulation of intestinal fluid release

圖 12 模擬腸液中體外釋放Peppas模型擬合結(jié)果Fig.12 Fitting results of Peppas model for in vitro release in simulated intestinal fluid

2.3.5.2 微膠囊在腸液中的釋放曲線擬合 由表5可知，將牦牛酥油微膠囊在體外人工模擬腸液釋放情況使用五個(gè)模型擬合，其中Peppas模型擬合度最高，擬合方程中R2為0.992最接近1，說(shuō)明牦牛酥油的釋放動(dòng)力學(xué)最符合Peppas模型的運(yùn)動(dòng)情況。由圖12可知，銳孔法制備的酥油微膠囊在3.5 h基本釋放完全，釋放率達(dá)96.44%，說(shuō)明牦牛酥油微膠囊能在腸道中被消化。在模擬腸液中，胰蛋白酶破壞囊壁結(jié)構(gòu)，芯材向外擴(kuò)散和囊壁溶蝕同時(shí)進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)大部分酥油在腸液中釋放，釋放出來(lái)的牦牛酥油功能性物質(zhì)可以在腸道中被人體所吸收。

2.3.6 微膠囊貯藏穩(wěn)定性分析

2.3.6.1 溫度對(duì)微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響 由圖13、圖14可知，微膠囊初始過(guò)氧化值較未包埋的酥油高，主要是因?yàn)槲⒛z囊在制備時(shí)受外部環(huán)境影響，導(dǎo)致部分酥油氧化，后期酥油氧化的速度顯著高于微膠囊氧化的速度（P＜0.05）。10 d內(nèi)貯藏溫度25和60 ℃酥油過(guò)氧化值分別上升了4.45、56.4 mmol/kg，貯藏溫度25和60 ℃微膠囊過(guò)氧化值分別上升了0.79、8.35 mmol/kg，均顯著低于同條件下酥油過(guò)氧化值增加量（P＜0.05）。且60 ℃條件下，第2 d酥油的過(guò)氧化值已經(jīng)超過(guò)了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的15.76 mmol/kg。隨著貯藏時(shí)間增加，酥油過(guò)氧化值上升趨勢(shì)顯著高于微膠囊（P＜0.05），酥油微膠囊過(guò)氧化值低主要是由于酥油被壁材包埋在其中，減少與外部環(huán)境接觸的機(jī)會(huì)，從而減少氧化。60 ℃條件下微膠囊的過(guò)氧化值也在略微升高，主要是因?yàn)楹Ｔ逅徕c與CaCl2反應(yīng)，形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在空隙，微膠囊在保存過(guò)程中酥油會(huì)有滲出現(xiàn)象，在高溫下加速了酥油滲出，滲出的酥油遇到空氣則發(fā)生了氧化，導(dǎo)致過(guò)氧化值上升。以上結(jié)果表明微膠囊化可以防止酥油的氧化，顯著延長(zhǎng)酥油的貨架期（P＜0.05）。

圖 13 25 ℃對(duì)酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響Fig.13 Effect of temperature of 25 ℃ on storage stability of ghee microcapsules

圖 14 60 ℃對(duì)酥油微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響Fig.14 Effect of temperature of 60 ℃ on storage stability of ghee microcapsules

2.3.6.2 光照對(duì)微膠囊貯藏穩(wěn)定性的影響 光氧化是脂質(zhì)氧化變質(zhì)的主要因素[35]。當(dāng)牛奶中的光敏劑被激發(fā)時(shí)，可以誘發(fā)乳脂的自動(dòng)氧化[36]。由圖15、圖16可知，未包埋酥油的氧化速率比微膠囊的快。10 d內(nèi)避光和光照條件下酥油過(guò)氧化值分別上升了3.27、4.37 mmol/kg，避光和光照條件下微膠囊過(guò)氧化值分別上升了0.73、0.82 mmol/kg，均顯著低于同條件下酥油過(guò)氧化值增加量（P＜0.05）。微膠囊過(guò)氧化值增長(zhǎng)速率慢，主要是因?yàn)殛笈Ｋ钟臀⒛z囊化后，經(jīng)壁材包裹，減緩了外部條件對(duì)牦牛酥油的影響，從而延長(zhǎng)了酥油的保質(zhì)期，在避光條件下貯存效果更佳。因此建議避光貯藏酥油微膠囊。

圖 15 避光對(duì)酥油微膠囊貯存穩(wěn)定性的影響Fig.15 Effect of protecting from light on the storage stability of ghee microcapsules

圖 16 光照對(duì)酥油微膠囊貯存穩(wěn)定性的影響Fig.16 Effect of light on the storage stability of ghee microcapsules

2.3.6.3 酥油和酥油微膠囊的氧化動(dòng)力學(xué)研究及貨架期預(yù)測(cè) 由表6可知各個(gè)樣品在不同環(huán)境下的回歸方程和擬合系數(shù)。表中酥油和酥油微膠囊的零級(jí)反應(yīng)回歸系數(shù)均大于一級(jí)反應(yīng)回歸系數(shù)。證明銳孔法制備的微膠囊的氧化反應(yīng)屬于零級(jí)氧化動(dòng)力學(xué)反應(yīng)[37]。預(yù)測(cè)的貨架期最長(zhǎng)的是在避光條件貯藏的微膠囊，貨架期達(dá)136 d，是相同條件下的酥油的4.4倍，說(shuō)明微膠囊避光貯藏具有更穩(wěn)定的性質(zhì)。根據(jù)R2可知方程擬合度較好，可以用來(lái)預(yù)測(cè)酥油和酥油微膠囊的貯藏期[38]。

3 結(jié)論

酥油是采用牦牛奶制成的一種藏族食品，但酥油在制作過(guò)程中水分含量較高，不易儲(chǔ)存，將其微膠囊化可以極大延長(zhǎng)其保質(zhì)期。本實(shí)驗(yàn)使用海藻酸鈉與CaCl2作為壁材，使用銳孔法成功制備牦牛酥油微膠囊。以包埋率為指標(biāo)，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定最佳工藝參數(shù)，并測(cè)定其理化指標(biāo)、穩(wěn)定性及釋放特性。結(jié)果表明，最佳工藝為：海藻酸鈉濃度1.5%，CaCl2濃度2.5%，芯壁質(zhì)量比1.5:1，乳化溫度50 ℃，固化時(shí)間30 min，所得微膠囊包埋率為89.41%；含水量較低、溶解度、流動(dòng)性良好，由FTIR分析可知，酥油特征峰在微膠囊化后強(qiáng)度降低，表明酥油被成功包埋；SEM和激光粒度儀分析表明，微膠囊結(jié)構(gòu)完整且粒徑分布較為集中，其平均粒徑為929.773 μm；DSC、熱重分析表明酥油在微膠囊化后熱穩(wěn)定性提高；模擬消化實(shí)驗(yàn)表明，微膠囊產(chǎn)品在胃液中釋放率為11.52%，在腸液中釋放率達(dá)96.44%，大部分微膠囊在腸道中釋放。對(duì)其貯藏條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，微膠囊在25 ℃和避光下貯藏可以保持其穩(wěn)定性，預(yù)測(cè)最長(zhǎng)貨架期可達(dá)136 d。本實(shí)驗(yàn)表明使用銳孔法制備牦牛酥油微膠囊具有可行性，可以有效延長(zhǎng)其保質(zhì)期，有利于產(chǎn)品的遠(yuǎn)距離銷售。

表 6 貯藏實(shí)驗(yàn)線性回歸分析Table 6 Linear regression analysis of storage test