草果精油微膠囊的制備工藝優(yōu)化及性質(zhì)研究

趙星全，高媛媛 ，廖良坤，周 偉，涂 浩，熊邵濠，梁亞鍵，吉宏武，李積華

（1.廣東海洋大學(xué)食品科技學(xué)院，廣東湛江 524001；2.中國(guó)熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東湛江 524001）

草果（Amomum tsaokoCrevost et Lemaire）是姜科（Zingiberaceae），豆蔻屬（AmomumL）多年生草本植物，莖叢生，適宜生長(zhǎng)在海拔 1300～1800 m的林下陰濕處，植株高可達(dá)3 m，全株有辛香氣，栽培或野生于疏林下，云南是我國(guó)草果的主產(chǎn)地，其種植面積和產(chǎn)量均占全國(guó)的90%以上[1]。草果全株可提取芳香油，關(guān)于草果中活性成分的研究主要集中于草果精油[2-3]。草果精油是由草果粉碎后提取的金黃色油狀液體，具有特殊芳香氣味。研究表明，草果精油具有抑菌[4]、抗炎[5]以及降血糖等藥理活性[6-7]，具有較好的抗氧化活性[8]，特別是對(duì)于清除羥自由基和超氧陰離子自由基有著十分顯著的效果[9]。但由于草果精油易揮發(fā)、不穩(wěn)定、難溶于水等原因，一定程度上限制了草果精油的應(yīng)用。因此可以通過微膠囊技術(shù)對(duì)草果精油進(jìn)行包埋，從而提高草果精油的穩(wěn)定性、水溶性，擴(kuò)展草果精油的應(yīng)用范圍。

微膠囊技術(shù)是用高分子材料作為壁材，將液態(tài)或固態(tài)的物質(zhì)進(jìn)行包封的一種技術(shù)[10]。植物精油微膠囊是以植物精油作為芯材，利用壁材包埋形成的粒徑在20～200 nm的球狀結(jié)構(gòu)[11]。在微膠囊的制備過程中，壁材需根據(jù)芯材的性能以及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行篩選，壁材也與微膠囊的穩(wěn)定性及釋放機(jī)制有關(guān)[12]。近年來關(guān)于微膠囊壁材的研究逐漸增加，包括殼聚糖[13]、β-環(huán)糊精[14]、海藻酸鈉[15]、變性淀粉[16]和麥芽糊精[17]等。

目前，國(guó)內(nèi)外關(guān)于草果精油包埋的研究較少，馮雪[9]利用β-環(huán)糊精作為壁材包埋草果精油，采用冷凍干燥法制備草果精油微膠囊，草果精油的光敏性得到改善，精油中的活性成分具有緩釋效果。郭娜[18]利用離子交聯(lián)結(jié)合法制備了草果精油殼聚糖微球，能夠提高草果精油的穩(wěn)定性。但是β-環(huán)糊精和殼聚糖作為壁材生產(chǎn)成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。Feng等[19]利用OSA淀粉包埋肉桂精油制備了可降解膜，結(jié)果表明納米乳液提高了薄膜的斷裂伸長(zhǎng)率和抗菌性能。OSA淀粉是天然淀粉上的羥基基團(tuán)與疏水性辛烯基琥珀酸酐（OSA）上的羧基基團(tuán)發(fā)生脫水縮合反應(yīng)制備，因其同時(shí)具有良好的成膜性和穩(wěn)定性，是理想的脂質(zhì)微膠囊壁材[20]。噴霧干燥生產(chǎn)成本低、可連續(xù)生產(chǎn)[21]，是一種工業(yè)生產(chǎn)常用的干燥方式。噴霧干燥是將高壓均質(zhì)后的植物精油乳液霧化成細(xì)小的噴霧再經(jīng)高溫蒸發(fā)水分后得到的精油微膠囊粉末的一種工藝方法[22]。目前，國(guó)內(nèi)外沒有關(guān)于利用噴霧干燥法制備草果精油微膠囊的報(bào)道。

本文以草果精油為芯材，OSA淀粉、麥芽糊精為壁材，采用噴霧干燥法制備草果精油微膠囊，通過單因素及正交試驗(yàn)篩選較優(yōu)的工藝配方，并對(duì)草果精油微膠囊的性質(zhì)進(jìn)行研究。該研究為制備草果精油微膠囊提供了理論依據(jù)，通過微膠囊技術(shù)提高了草果精油的穩(wěn)定性和水溶性，擴(kuò)大了草果精油的應(yīng)用范圍及經(jīng)濟(jì)價(jià)值，為草果精油微膠囊應(yīng)用及工業(yè)化生產(chǎn)提供一定的理論支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

干燥草果（特級(jí)） 福貢云能產(chǎn)業(yè)開發(fā)有限公司；N-CREAMER 46 OSA淀粉、N-CREAMER 3334 OSA淀粉 食品級(jí)，宜瑞安食品配料有限公司；LYCKEBY 52033 OSA淀粉 食品級(jí)，瑞典利柯碧康萊納有限公司；麥芽糊精（食品級(jí)） 保齡寶生物股份有限公司；單，雙甘油脂肪酸酯（食品級(jí)）、硬脂酰乳酸鈉（食品級(jí)） 凱愛瑞配料貿(mào)易（上海）有限公司；阿拉伯膠（食品級(jí)） 法國(guó)萊科瑞；瓊脂（食品級(jí)） 福建眾邦海洋生物科技有限公司；卡拉膠（食品級(jí)） 綠新（福建）食品有限公司；大豆卵磷脂（食品級(jí)） 美國(guó)杜邦；無水乙醇（分析純） 西隴科學(xué)股份有限公司

HK-08搖擺式粉碎機(jī) 廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司；NG-DF小型蒸餾裝置 東莞市釀哥機(jī)械設(shè)備有限公司；H-Spray Mini噴霧干燥塔 北京霍爾斯生物科技有限公司；U-T6系列紫外可見分光光度計(jì) 屹譜儀器制造（上海）有限公司；T-25 digital高速剪切機(jī) 德國(guó)IKA公司；AMF-5微射流高壓均質(zhì)機(jī) ATS安拓思納米技術(shù)（蘇州）有限公司；ZETASIZER PRO馬爾文粒度儀 英國(guó)馬爾文儀器公司；S-4800掃描電子顯微鏡 日本株式會(huì)社日立高新技術(shù)那珂事業(yè)所；LUMIIFUGE 111穩(wěn)定性分析儀 蘭姆（江蘇）儀器有限公司；STA PT1000熱分析儀 德國(guó)LINSEIS公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 草果精油提取 參考楊海艷等[8]的方法采用水蒸氣蒸餾法提取草果精油：將干草果粉碎，稱取2000 g干草果粉置于精油蒸餾裝置中的物料擋板上，加入適量去離子水（物料與水分離），采用螺旋固定夾固定冷凝裝置，將蒸餾裝置在電磁爐上加熱提取精油，直至分液漏斗中油相體積無變化后停止加熱，冷卻后收集得到草果精油。精油經(jīng)過無水硫酸鈉干燥后，密封儲(chǔ)存于4 ℃的環(huán)境中。

1.2.2 草果精油乳液及微膠囊制備 稱取一定量的OSA淀粉、麥芽糊精和膠體，緩慢加入70～80 ℃的去離子水中，水相溶液中固形物含量30%，置于水浴鍋中加熱攪拌至物料溶解，溫度降至50 ℃保溫；稱取一定量精油和乳化劑（單，雙甘油脂肪酸酯、硬脂酰乳酸鈉、大豆卵磷脂的一種或幾種）在50 ℃水浴鍋中攪拌、混勻制成油相；將油相緩慢加入到剪切狀態(tài)下的水相溶液中混合剪切，10000 r/min剪切10 min，混合液再經(jīng)過350 bar高壓均質(zhì)兩次得到草果精油乳液。將原料篩選后穩(wěn)定性表現(xiàn)較好的草果精油乳液使用小型噴霧干燥機(jī)進(jìn)行干燥，參照Ren等[23]的方法及實(shí)驗(yàn)室預(yù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行參數(shù)設(shè)置：進(jìn)風(fēng)溫度為（150±5） ℃，出風(fēng)溫度為（85±5） ℃，蠕動(dòng)泵速度為15 r/min，進(jìn)氣率為80%，收集噴霧干燥草果精油微膠囊粉，儲(chǔ)存于密封袋中備用。

1.2.3 草果精油微膠囊制備工藝優(yōu)化 微膠囊產(chǎn)品包埋效果與乳液的粒徑和乳液穩(wěn)定性相關(guān)[24-25]，以草果精油乳液貯藏期間（1、5、10、15、20、25、30 d）的粒徑分布、乳液粒徑穩(wěn)定性為考察指標(biāo)，考察不同壁材及乳化劑對(duì)乳液穩(wěn)定性的影響，初步篩選出較優(yōu)的微膠囊乳化體系配方。再通過單因素及正交試驗(yàn)，考察噴霧干燥后精油微膠囊的相關(guān)指標(biāo)，優(yōu)化草果微膠囊的包埋工藝。

1.2.3.1 變性淀粉的選擇及單因素實(shí)驗(yàn) 固定試驗(yàn)條件：?jiǎn)?，雙甘油脂肪酸酯（Mono-diglycerides of fatty acids，MDFA）1%（w/w），阿拉伯膠0.2%（w/w），精油添加量30%（w/w），以不同型號(hào)的OSA淀粉作為壁材進(jìn)行包埋試驗(yàn)，考察宜瑞安N-CREAMER 46、N-CREAMER 3334和瑞典LYCKEBY 52033三種型號(hào)的OSA淀粉對(duì)草果精油乳液貯藏期間內(nèi)粒徑分布、乳液粒徑穩(wěn)定性的影響，按照下表1設(shè)計(jì)配方進(jìn)行試驗(yàn)。以篩選出的OSA淀粉為原料，其他試驗(yàn)條件不變，OSA淀粉添加量（5%、10%、15%、20%、25%）作為變量，噴霧干燥后，考察OSA淀粉含量對(duì)微膠囊包埋率及負(fù)載率的影響。

表1 OSA淀粉試驗(yàn)配方設(shè)計(jì)Table 1 Experimental formula design of OSA starch

1.2.3.2 乳化劑的選擇 固定試驗(yàn)條件：N-CREAMER 46型號(hào)OSA淀粉15%（w/w），阿拉伯膠0.2%（w/w），精油添加量為30%（w/w），考察MDFA、硬脂酰乳酸鈉（Sodium Stearoyl Lactylate，SSL）、大豆卵磷脂（Soybean Lecithin，SL）對(duì)草果精油乳液貯藏期間內(nèi)乳液粒徑分布、乳液粒徑穩(wěn)定性的影響，按照表2設(shè)計(jì)配方進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 乳化劑試驗(yàn)配方設(shè)計(jì)Table 2 Experimental formula design of emulsifier

1.2.3.3 膠體的選擇及單因素實(shí)驗(yàn) 固定試驗(yàn)條件：N-CREAMER 46型號(hào)OSA淀粉15%（w/w），MDFA 1%（w/w），精油添加量為30%（w/w），添加不同膠體，考察阿拉伯膠、卡拉膠、瓊脂對(duì)草果精油乳液貯藏期間內(nèi)乳液粒徑分布、乳液粒徑穩(wěn)定性的影響，按照下表3設(shè)計(jì)配方進(jìn)行試驗(yàn)。選擇篩選出的膠體，其他試驗(yàn)條件不變，膠體添加量（0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%）作為變量，噴霧干燥后，考察膠體含量對(duì)微膠囊包埋率及負(fù)載率的影響。

表3 膠體試驗(yàn)配方設(shè)計(jì)Table 3 Experimental formula design of colloid

1.2.3.4 精油添加量單因素實(shí)驗(yàn) 固定試驗(yàn)條件：NCREAMER 46型號(hào)OSA淀粉15%（w/w），MDFA 1%（w/w），阿拉伯膠0.2%（w/w），其余為麥芽糊精，以精油添加量（10%、20%、30%、40%、50%）作為變量，考察精油添加量對(duì)微膠囊包埋率及負(fù)載率的影響。

1.2.3.5 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，以O(shè)SA淀粉添加量（A）、阿拉伯膠添加量（B）、精油添加量（C）為因素，以包埋率和負(fù)載率為響應(yīng)值，進(jìn)一步優(yōu)化草果精油微膠囊制備工藝。正交因素水平表見表4。

表4 正交因素及水平表Table 4 Orthogonal factors and levels table

1.2.3.6 正交試驗(yàn)綜合評(píng)分標(biāo)準(zhǔn) 為了更準(zhǔn)確地反映草果精油的包埋效果，以微膠囊包埋率和負(fù)載率作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，用綜合評(píng)分法進(jìn)行評(píng)定[26]，根據(jù)式（1）計(jì)算綜合評(píng)分，采用專家咨詢權(quán)數(shù)法（特爾斐法）[27]確定權(quán)重k值，包埋率是評(píng)價(jià)微膠囊包埋效果的重要參數(shù)，它表示微膠囊中被包埋的精油占總油的比值，其數(shù)值越高說明包埋性越好，精油利用率越高，故擬定該指標(biāo)權(quán)重為0.6；負(fù)載率表示微膠囊所負(fù)載的總油占精油初始添加量的比值，該數(shù)值主要反映在制備工藝中被包埋精油相較于理論精油量的變化，對(duì)微膠囊最終產(chǎn)品質(zhì)量也有一定影響，故擬定該指標(biāo)權(quán)重為0.4，將兩個(gè)指標(biāo)乘以相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)再相加得到綜合評(píng)分。

1.2.4 草果精油乳液穩(wěn)定性研究

1.2.4.1 草果精油乳液粒徑檢測(cè) 參考Hu等[28]的方法并進(jìn)行修改，將乳液用蒸餾水稀釋500倍，乳液粒徑分布采用Zetasizer Pro納米粒度及 ZETA電位分析儀進(jìn)行測(cè)定，OSA淀粉折射率為1.51，測(cè)試溫度為25 ℃。

1.2.4.2 乳液離心穩(wěn)定性的測(cè)定 乳液穩(wěn)定性分析通過LUMIIFUGE 111穩(wěn)定性分析儀進(jìn)行分析。2 mm的PC管中加入乳液至刻度線，設(shè)置轉(zhuǎn)速為2000 r/min，每間隔30 s進(jìn)行一次測(cè)量，記錄150次數(shù)據(jù)繪制穩(wěn)定性圖譜。

1.2.5 草果精油微膠囊性質(zhì)研究

1.2.5.1 微膠囊產(chǎn)品包埋率和負(fù)載率的測(cè)定 參考黎漢清等[29]的方法并進(jìn)行修改，用無水乙醇配制梯度濃度的草果精油-乙醇溶液；對(duì)草果精油-乙醇溶液進(jìn)行全波段掃描，確定草果精油的最大吸收波長(zhǎng)為303 nm，在草果精油最大吸收波長(zhǎng)處測(cè)定其不同濃度時(shí)的吸光度，以無水乙醇作為空白對(duì)照，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=6.76768x-0.02725（R2=0.9996）。依據(jù)草果精油-乙醇標(biāo)準(zhǔn)曲線分別計(jì)算總油質(zhì)量（m1）和表面油質(zhì)量（m2），取0.01 g微膠囊粉末加1 mL無水乙醇超聲處理20 min，靜置1 h后，再超聲20 min后進(jìn)行過濾，調(diào)整稀釋倍數(shù)在303 nm下測(cè)定吸光值y，帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程中可得精油濃度x1，通過式（2）計(jì)算m1；取0.01 g微膠囊粉末加1 mL無水乙醇洗滌后過濾，調(diào)整稀釋倍數(shù)在303 nm下測(cè)定吸光值y，帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程中可得精油濃度x2，通過公式（3）計(jì)算m2。

式中：A表示稀釋倍數(shù)。

根據(jù)下列公式計(jì)算草果精油微膠囊的包埋率與負(fù)載率：

式中：M表示微膠囊中添加精油的初始總質(zhì)量，mg；m1表示微膠囊中測(cè)量出的精油總質(zhì)量，mg；m2表示微膠囊表面精油質(zhì)量，mg。

1.2.5.2 微膠囊水分含量測(cè)試 水分含量按照 GB 5009.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中水分的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)定。

1.2.5.3 熱穩(wěn)定性分析 參考江連洲等[30]的方法并進(jìn)行修改，將裝有15 mg樣品的氧化鋁坩堝放入熱分析儀中，設(shè)置升溫速率為10 ℃/min，氮?dú)饬魉俸愣?0 mL/min，升溫范圍為30～600 ℃，以空氧化鋁坩堝作對(duì)照。

1.2.5.4 掃描電子顯微鏡 在樣品臺(tái)貼上一層導(dǎo)電雙面膠，將少量微膠囊粉末附于導(dǎo)電膠上并用洗耳球吹去多余的粉末，樣品噴金后設(shè)置加速電壓10 kV，在放大倍數(shù)為1000倍、5000倍、10000倍下觀察微膠囊粉末的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有試驗(yàn)均進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)，采用Origin 2021、WPS Excel和IBM SPSS Statistics 25分析處理數(shù)據(jù)，采用Origin 2021和穩(wěn)定分析儀自帶軟件進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 原料篩選及單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

良好的乳液穩(wěn)定性是制備微膠囊的重要指標(biāo)之一[31]，平均粒徑及粒徑分布情況可以體現(xiàn)乳液的穩(wěn)定性[32]，乳液粒徑越小，噴霧干燥時(shí)分散更均勻，納米級(jí)乳液經(jīng)噴霧干燥得到的微膠囊具有良好的溶解性和分散性[24]。先以乳液穩(wěn)定性作為考察指標(biāo)，篩選合適的原料配方，再以不同原料添加量作為變量，考察添加量對(duì)微膠囊包埋率的影響。

2.1.1 變性淀粉的確定 如圖1a所示，不添加OSA淀粉、N-CREAMER 46、LYCKEBY 52033的試驗(yàn)組具有較好的單峰分布。N-CREAMER 3334組粒徑分布為雙峰分布，粒徑分布范圍不均一，且隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)粒徑有明顯增大趨勢(shì)。無淀粉組和LYCKEBY 52033組雖然呈現(xiàn)單峰分布，但其平均粒徑較大；由圖1b可知，乳液粒徑隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)粒徑有明顯增大趨勢(shì)，N-CREAMER 46試驗(yàn)組粒徑具有良好的正態(tài)分布且分布集中，平均粒徑在230 nm左右，貯藏期間粒徑增長(zhǎng)幅度最小。結(jié)果表明，NCREAMER 46型號(hào)的OSA淀粉制備的乳液更穩(wěn)定性。

圖1 不同OSA淀粉對(duì)粒徑分布與貯藏期平均粒徑的影響Fig.1 Effects of different modified starch on particle size distribution and average particle size during storage

利用穩(wěn)定性分析儀分析添加不同OSA淀粉制備的草果精油乳液穩(wěn)定性，結(jié)果如圖2所示。分析穩(wěn)定性圖譜，高密度紅色線條表示乳狀液中顆粒沉淀緩慢，可均勻分散于乳液中，即具有較好的分散穩(wěn)定性[33]。圖2中無OSA淀粉組和N-CREAMER 3334組出現(xiàn)了較稀疏的紅色線條，表示樣品離心較短時(shí)間即出現(xiàn)了油水分離，透光率增大速率較快，乳液離心穩(wěn)定性差；N-CREAMER 46試驗(yàn)組在離心過程中透光率變化最小，說明該組草果精油乳液油水結(jié)合能力強(qiáng)，具有更好的穩(wěn)定性，這與粒徑和儲(chǔ)存穩(wěn)定性分析得出的結(jié)果一致。

通過檢測(cè)OSA淀粉的辛烯基琥珀酸酐基團(tuán)含量以及OSA淀粉顆粒性狀分析不同型號(hào)OSA淀粉乳化性能差異的原因。檢測(cè)結(jié)果：N-CREAMER 46 OSA淀粉基團(tuán)含量為2.90%、N-CREAMER 3334 OSA淀粉基團(tuán)含量為3.3%、LYCKEBY 52033 OSA淀粉基團(tuán)含量為5.19%。OSA淀粉中辛烯基琥珀酸基團(tuán)含量代表淀粉中羥基被取代的情況，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，一般取代度越大，OSA淀粉的乳化活性越大[34]。這與本試驗(yàn)結(jié)果不符。通過掃描電子顯微鏡觀察OSA淀粉的形態(tài)，結(jié)果如圖3所示。N-CREAMER 46 OSA淀粉與其他兩種型號(hào)淀粉有著明顯的區(qū)別，N-CREAMER 46 OSA淀粉保持著較完整的淀粉顆粒形態(tài)，其余兩種淀粉呈現(xiàn)碎片化的狀態(tài)，推測(cè)已成為糊精狀態(tài)。這與使用過程一致，N-CREAMER 46 OSA淀粉較難溶解，黏度較高，成膜性較好，可在精油液滴的油水界面上形成更加致密的包裹層，從而有效阻止分散相液滴發(fā)生絮凝、聚集和合并等現(xiàn)象[35]。

圖3 不同型號(hào)OSA淀粉的掃描電鏡圖（100 μm）Fig.3 SEM images of different types of OSA starch (100 μm)

OSA淀粉添加量的單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示，OSA淀粉添加量在5%～25%范圍內(nèi)，隨著OSA淀粉添加量增加，包埋率增加，添加量為15%～25%時(shí)包埋率變化不顯著；OSA淀粉添加量在10%～25%時(shí)，負(fù)載率變化不顯著。考慮到OSA淀粉使用量增大會(huì)導(dǎo)致微膠囊生產(chǎn)成本上升，所以O(shè)SA淀粉的最佳添加量為15%。

圖4 OSA淀粉添加量對(duì)包埋率及負(fù)載率的影響Fig.4 Effects of OSA starch addition on embedding rate and loading rate

2.1.2 乳化劑的確定 如圖5a所示，無乳化劑、MDFA和MDFA+SSL組均有良好的單峰分布，在圖5b中無乳化劑和SL組隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，乳液的平均粒徑變化明顯；GM組呈正態(tài)分布的平均粒徑最小，并且貯藏期間平均粒徑的變化較小，說明該乳液具有較好的物理穩(wěn)定性和貯藏穩(wěn)定性[36]。

圖5 不同乳化劑對(duì)粒徑分布與貯藏期平均粒徑的影響Fig.5 Effects of different emulsifiers on particle size distribution and average particle size during storage

根據(jù)圖6可知，無乳化劑組、MDFA+SSL組和SL組在離心力的作用下均發(fā)生了明顯分層現(xiàn)象，透光率增大，而MDFA組具有較好的離心穩(wěn)定性，這與其粒徑和儲(chǔ)存穩(wěn)定性分析的結(jié)果相一致。MDFA是目前世界范圍內(nèi)應(yīng)用最廣泛的食品乳化劑之一，在本試驗(yàn)中，MDFA可能與OSA發(fā)生協(xié)調(diào)作用，能夠與精油相互作用形成一種復(fù)合體，經(jīng)過均質(zhì)分散后在油水界面上形成界面膜，降低表面張力，從而使草果精油乳液保持穩(wěn)定，但MDFA可看作一種極性類脂化合物，親油相較強(qiáng)，添加量過多會(huì)形成油包水（W/O）結(jié)構(gòu)，破壞乳液穩(wěn)定性[37]。因此根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，MDFA的最佳添加量為1%。

圖6 不同乳化劑對(duì)乳液離心穩(wěn)定性的影響Fig.6 Effect of different emulsifiers on centrifugal stability of emulsion

2.1.3 膠體的確定 如圖7a所示，阿拉伯膠、卡拉膠和瓊脂試驗(yàn)組均有較好的單峰分布。由圖7b可知，隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，無膠體和卡拉膠試驗(yàn)組粒徑變化明顯，阿拉伯膠和瓊脂試驗(yàn)組粒徑變化較小，瓊脂試驗(yàn)組在貯藏期間粒徑稍大于阿拉伯膠組。阿拉伯膠是一種天然膠，具有良好的乳化性，阿拉伯膠在水溶液中表現(xiàn)出高溶解性和低粘度，這些特點(diǎn)都有利于噴霧干燥法制備微膠囊[38-39]。

圖7 不同膠體對(duì)粒徑分布與貯藏期平均粒徑的影響Fig.7 Effects of different colloids on particle size distribution and average particle size during storage

結(jié)合圖8不同膠體離心穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果顯示，瓊脂作為穩(wěn)定劑時(shí)的乳化體系更穩(wěn)定，這與陳義勇等[40]以瓊脂和明膠作為膠體制備花生乳液考察乳液穩(wěn)定性結(jié)果一致。這可能是因?yàn)榄傊ざ却笥诎⒗z，形成的界面膜更加穩(wěn)固，但黏度過大不利于噴霧，因此選擇阿拉伯膠進(jìn)一步試驗(yàn)。

圖8 不同膠體對(duì)乳液離心穩(wěn)定性的影響Fig.8 Effect of different colloids on centrifugal stability of emulsion

由圖9實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，阿拉伯膠添加量在0.2%～0.5%范圍內(nèi)，對(duì)微膠囊包埋率的影響不顯著；當(dāng)膠體添加量大于0.3%時(shí)，負(fù)載率顯著降低（P＜0.05），且在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)乳液粘度增大，精油分散效果不好，噴霧過程霧化效果差，干燥損耗較大，因此膠體的添加量選擇0.2%。

圖9 膠體添加量對(duì)包埋率及負(fù)載率的影響Fig.9 Effects of colloid addition on embedding rate and loading rate

2.1.4 精油添加量單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果 由圖10可知，精油添加量10%～30%對(duì)微膠囊包埋率影響不顯著，添加量40%時(shí)包埋率顯著降低（P＜0.05），這表明精油添加量過高，揮發(fā)損耗越多，微膠囊包埋率越低；當(dāng)精油添加量50%時(shí)，制備過程中精油會(huì)在乳液表面析出，不能完全乳化；而精油添加量小于30%時(shí)，由于機(jī)械損耗和壁材空囊等原因?qū)е仑?fù)載率較低。所以，精油添加量選擇30%。

圖10 精油添加量對(duì)包埋率及負(fù)載率的影響Fig.10 Effects of essential oil addition on embedding rate and loading rate

2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果

由正交試驗(yàn)結(jié)果（表5）可知，最佳制備草果精油微膠囊的原料配比為A3B2C2，綜合評(píng)分為74.41，即N-CREAMER 46 OSA淀粉15%（w/w），阿拉伯膠0.2%（w/w），精油添加量30%（w/w）。根據(jù)極差值分析可知，各因素對(duì)草果精油微膠囊的包埋效果影響大小依次為OSA淀粉添加量＞精油添加量＞阿拉伯膠添加量。在最佳制備工藝參數(shù)下進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，3次試驗(yàn)得到的草果精油微膠囊的平均包埋率為80.97%±3.18%，平均負(fù)載率為60.95%±4.30%。

表5 草果精油微膠囊正交試驗(yàn)結(jié)果Table 5 Results of orthogonal test of microencapsulation of Amomum tsaoko essential oil

采用SPSS對(duì)正交結(jié)果進(jìn)行方差分析，結(jié)果見表6。由表6可知，對(duì)草果精油微膠囊包埋系數(shù)影響大小依次為A＞C＞B，三個(gè)因素對(duì)草果精油微膠囊包埋系數(shù)影響均為顯著（P＜0.05）。

表6 正交試驗(yàn)結(jié)果方差分析表Table 6 Analysis of variance of orthogonal test results

2.3 微膠囊性質(zhì)分析

2.3.1 微膠囊物理性質(zhì) 根據(jù)正交試驗(yàn)得出的最優(yōu)配方A3B2C2制備草果精油微膠囊產(chǎn)品如圖11所示，微膠囊產(chǎn)品呈白色粉末狀，包埋率81.07±3.20%，水分含量3.40±0.08%，水分含量低于4%可以有效抑制微生物生長(zhǎng)以及防止微膠囊結(jié)塊[41]，微膠囊呈粉末狀，流動(dòng)性好，具有較好的復(fù)水溶解性，微膠囊復(fù)水后平均粒徑（226.37±3.06） nm。

圖11 微膠囊粉末表觀形態(tài)Fig.11 Apparent morphology of microcapsule powder

2.3.2 熱重分析結(jié)果 草果精油微膠囊、草果精油、壁材的熱重分析如圖12所示，草果精油在70 ℃時(shí)開始有明顯質(zhì)量損失，至200 ℃精油完全分解，質(zhì)量趨近于0%；經(jīng)噴霧干燥后的草果精油微膠囊由于壁材的保護(hù)，在加熱至200 ℃時(shí)質(zhì)量損失約為6.3%，壁材失重曲線類似較為平緩，說明壁材在該溫度下不會(huì)分解[42]，可推測(cè)6.3%為微膠囊中水分及一些易揮發(fā)物質(zhì)的散失；在200～333 ℃時(shí)，微膠囊失重明顯且失重率大于壁材，可能是微膠囊中壁材發(fā)生破裂，導(dǎo)致芯材溢出分解，說明微膠囊在200 ℃以內(nèi)具有一定熱穩(wěn)定性[43]；333～476 ℃時(shí)，失重速率變緩。王凱等[44]的研究表明OSA淀粉的熱分解溫度在300 ℃附近，故推測(cè)333 ℃可能是麥芽糊精和OSA淀粉碳化分解的溫度，由圖12可知333 ℃時(shí)壁材的失重速率明顯加快，表明微膠囊結(jié)構(gòu)開始破壞[45]，直到476 ℃后質(zhì)量趨于0%，說明微膠囊已全部分解。根據(jù)以上分析可知，草果精油經(jīng)微膠囊化后熱穩(wěn)定性得到明顯提高。

圖12 微膠囊失重率Fig.12 Weight loss rate of microcapsules

2.3.3 掃描電鏡結(jié)果 噴霧干燥制備的微膠囊粉末噴金后在掃描電子顯微鏡下觀察，結(jié)果如圖13所示：草果精油微膠囊呈獨(dú)立的球形結(jié)構(gòu)，表面沒有出現(xiàn)裂紋及破損情況，但有明顯的凹陷情況，凹痕是噴霧干燥微膠囊化產(chǎn)品普遍具有的特征[46]，這是可能是由于乳液滴在噴霧干燥過程中因高溫作用導(dǎo)致水分蒸發(fā)不均勻引起的，溫禮馨等[47]在用噴霧干燥法制備薰衣草精油微膠囊時(shí)也發(fā)生了不同程度的凹陷現(xiàn)象。將微膠囊放大10000倍，可以看到規(guī)則的球形結(jié)構(gòu)，表面光滑，囊壁完整，說明草果精油被壁材包埋。

圖13 噴霧干燥草果精油微膠囊掃描電鏡圖Fig.13 Scanning electron microscope of spray-dried microencapsulation of Amomum tsaoko essential oil

3 結(jié)論

本試驗(yàn)以草果精油為芯材，OSA淀粉、麥芽糊精為壁材，阿拉伯膠作為穩(wěn)定劑，采用噴霧干燥法制備了草果精油微膠囊。通過離心穩(wěn)定性篩選了穩(wěn)定性較好的乳液配方，采用單因素及正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了微膠囊生產(chǎn)工藝，結(jié)合微膠囊物理性質(zhì)、掃描電子顯微鏡、熱重分析對(duì)微膠囊性質(zhì)進(jìn)行表征。噴霧干燥制備的草果精油微膠囊平均包埋率81.07%，平均負(fù)載率為64.43%，水分含量3.40%，水溶性良好，復(fù)水后平均粒徑22（226.37±3.06） nm；掃描電子顯微鏡顯示噴霧干燥得到的草果精油微膠囊是光滑無裂痕的球狀結(jié)構(gòu)，微膠囊表面有凹陷，微膠囊顆粒大小不均勻，有聚集現(xiàn)象；經(jīng)包埋后的草果精油微膠囊熱穩(wěn)定性得到明顯提高。

綜上所述，本試驗(yàn)通過噴霧干燥法制備的草果精油微膠囊有效提高了草果精油的水溶性、熱穩(wěn)定性，擴(kuò)展了草果精油的應(yīng)用場(chǎng)景，提高了草果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，同時(shí)也掩蓋了草果特有的氣味。在原料選材及工藝優(yōu)化中充分考慮了成本問題，制備了性能良好的微膠囊產(chǎn)品，可為工業(yè)生產(chǎn)提供一定技術(shù)參考。