花椒油微膠囊工藝優(yōu)化

武愷彤 徐建中 齊立軍 高偉 馬倩云 駱?biāo)?/p>

DOI：10.3969/j.issn.1000-9973.2024.03.019

引文格式：武愷彤，徐建中，齊立軍，等.花椒油微膠囊工藝優(yōu)化[J].中國(guó)調(diào)味品，2024，49（3）：112-117，124.

WU K T， XU J Z， QI L J， et al. Optimization of Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule process[J].China Condiment，2024，49（3）：112-117，124.

摘要：該研究以阿拉伯膠與辛烯基琥珀酸淀粉鈉為復(fù)配壁材，采用噴霧干燥技術(shù)制備花椒油微膠囊，應(yīng)用響應(yīng)面試驗(yàn)法，以包埋率與花椒精油收率為響應(yīng)值，以壁材占比、復(fù)配壁材比與噴霧干燥出風(fēng)溫度為響應(yīng)因子，建立了二次回歸方程模型，得到制備花椒油微膠囊的最佳工藝參數(shù)：壁材占比為40%，復(fù)配壁材比（阿拉伯膠∶辛烯基琥珀酸淀粉鈉）為1∶1，噴霧干燥出風(fēng)溫度為90 ℃，得到的花椒油微膠囊包埋率為93.54%，花椒精油收率為95.35%，并且在穩(wěn)定性與感官評(píng)價(jià)方面均優(yōu)于其他花椒產(chǎn)品。

關(guān)鍵詞：花椒油；微膠囊；阿拉伯膠；辛烯基琥珀酸淀粉鈉

中圖分類號(hào)：TS225.1?? ???文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A????? 文章編號(hào)：1000-9973（2024）03-0112-06

Optimization of Zanthoxylum bungeanum Maxim. Oil Microcapsule Process

WU Kai-tong1， XU Jian-zhong2，3*， QI Li-jun2，3， GAO Wei2，3， MA Qian-yun1， LUO Shuang-shuang2，3

（1.College of Food Science and Technology， Hebei Agricultural University， Baoding 071001， China;

2.Chenguang Biotech Group Co.， Ltd.， Handan 057250， China; 3.Hebei Institute of

Plant Natural Pigment Industrial Technology， Hengshui 057250， China）

Abstract： In this study， with arabic gum and starch sodium octenyl succinate as the composite wall materials， spray drying technology is used to prepare Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule. Response surface test method is used to establish a quadratic regression equation model with the embedding rate and the yield of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil as the response values， and the proportion of wall materials， the ratio of composite wall materials and the outlet air temperature of spray drying as the response factors. The best process parameters for preparing Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule are obtained： the proportion of wall materials is 40%， the ratio of composite wall materials （arabic gum∶starch sodium octenyl succinate） is 1∶1 and the outlet air temperature of spray drying is 90 ℃. The embedding rate of the obtained Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil microcapsule is 93.54%， the yield of Zanthoxylum bungeanum Maxim. essential oil is 95.35%， and it is superior to other products of Zanthoxylum bungeanum Maxim. in terms of the stability and sensory evaluation.

Key words： Zanthoxylum bungeanum Maxim. oil; microcapsule; arabic gum; starch sodium octenyl succinate

收稿日期：2023-08-20

作者簡(jiǎn)介：武愷彤（1999—），女，碩士，研究方向：生物與醫(yī)藥。

*通信作者：徐建中（1983—），男，高級(jí)工程師，碩士，研究方向：制劑穩(wěn)態(tài)化。

花椒屬蕓香科花椒屬植物，具有特殊的強(qiáng)烈芳香味[1]。花椒在我國(guó)的應(yīng)用已有兩千余年的歷史，其廣泛用于調(diào)味料、香料及中藥中，被譽(yù)為我國(guó)傳統(tǒng)的“八大調(diào)味品”之一[2]。花椒中獨(dú)特的“麻味”主要由花椒麻素產(chǎn)生，花椒麻素是一類鏈狀不飽和脂肪酸酰胺類物質(zhì)[3]。在光照強(qiáng)、pH低、溫度高、氧氣高的條件下化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，變化較大。

微膠囊技術(shù)是將固體、液體或氣體包埋、封存在一種微型膠囊內(nèi)，成為一種固體微粒產(chǎn)品的技術(shù)[4]。此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用不僅可改善芯材表面的性質(zhì)，而且可在保護(hù)芯材不受損害的前提下阻止芯材之間的相互作用[5]。微膠囊壁材可以控制微膠囊中芯材釋放出來(lái)的速度，使其緩慢釋放，達(dá)到產(chǎn)品長(zhǎng)期儲(chǔ)存的效果，使產(chǎn)品的儲(chǔ)存與使用更方便。

1? 材料與方法

1.1? 試劑與儀器

阿拉伯膠；辛烯基琥珀酸淀粉鈉；β-環(huán)糊精；蔗糖；麥芽糊精；抗壞血酸；維生素E；花椒油樹(shù)脂、花椒精油：晨光生物科技集團(tuán)股份有限公司；大豆油；無(wú)水乙醇；石油醚。

AM110W-O電動(dòng)攪拌器? 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司；L5T剪切乳化機(jī)? 英國(guó)Silverson公司；GPX-1微型噴霧干燥機(jī)? 上海繼譜電子科技有限公司；GYB40-10S均質(zhì)機(jī)? 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；R1002B旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀? 上海申升電子科技有限公司；DSX-242-1-1手提式高壓蒸汽滅菌器? 上海申安醫(yī)療器械廠。

1.2? 試驗(yàn)方法

1.2.1? 壁材的選擇

分別以阿拉伯膠、辛烯基琥珀酸淀粉鈉和β-環(huán)糊精為壁材，其他配方與制作條件相同，制作花椒油微膠囊，對(duì)比不同壁材對(duì)花椒油的包埋效果，以花椒精油收率與包埋率為指標(biāo)選擇包埋效果最好的壁材，壁材選擇設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

1.2.2? 花椒油微膠囊的制備

將一定量的壁材與蔗糖、麥芽糊精、抗壞血酸加入水中，在65 ℃條件下加熱溶解，混合均勻得到水相，將花椒精油、花椒油樹(shù)脂與大豆油在55 ℃下加熱攪拌至無(wú)顆粒制得花椒油，在花椒油中加入維生素E攪拌均勻得到油相，水相以7 000 r/min高速剪切，同時(shí)加入油相與一定量的壁材，剪切均勻后得到花椒油乳液，將得到的花椒油乳液經(jīng)高壓均質(zhì)細(xì)化，之后通過(guò)噴霧干燥使水分蒸發(fā)得到花椒油微膠囊。

1.2.3? 花椒油的包埋效果

1.2.3.1? 花椒油微膠囊包埋率的測(cè)定

表面油含量的測(cè)定參照石燕等[6]的方法，稱取2.0 g樣品加入20 mL石油醚混合攪拌3 min后過(guò)濾，將濾渣繼續(xù)重復(fù)上述工作2次，將得到的濾液混合，在50 ℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶劑完全揮發(fā)，稱重得表面油含量x。

總花椒油含量的測(cè)定參照周愛(ài)梅等[7]的方法，稱取2.0 g樣品加入10 mL純水溶解，加入20 mL無(wú)水乙醇、20 mL石油醚于分液漏斗中混合靜置，取上清液，重復(fù)2次石油醚萃取，將上清液混合，在50 ℃下旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)至溶劑完全揮發(fā)，稱重得總花椒油含量y。

包埋率的計(jì)算公式：

包埋率（%）=（1－xy）×100%。

1.2.3.2? 花椒油微膠囊收率的測(cè)定

參考GB/T 30385—2013《香辛料和調(diào)味品 揮發(fā)油含量的測(cè)定》，將花椒精油與水分一起蒸出，刻度管內(nèi)花椒油和水彼此分離，冷卻后讀出揮發(fā)油體積。

花椒精油收率（%）=花椒油微膠囊產(chǎn)品花椒精油含量花椒油微膠囊產(chǎn)品花椒精油理論含量×100%。

花椒油微膠囊麻度的檢測(cè)：先在液相色譜儀中通入內(nèi)標(biāo)物，得到內(nèi)標(biāo)物的峰面積，將溶解后的花椒油微膠囊通入液相色譜儀中，與內(nèi)標(biāo)物峰面積的比值即為花椒麻度的含量。

1.3? 影響花椒油微膠囊制備效果的單因素試驗(yàn)

選取1.2.1中最優(yōu)壁材繼續(xù)試驗(yàn)，通過(guò)預(yù)試驗(yàn)選定單因素：壁材占比（30%、35%、40%、45%、50%）、阿拉伯膠與辛烯基琥珀酸淀粉鈉的比例（3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3）、噴霧干燥出風(fēng)溫度（70，80，90，100 ℃），檢測(cè)不同條件下花椒油微膠囊的包埋率與花椒精油的收率。

1.4? 響應(yīng)面試驗(yàn)

根據(jù)單因素試驗(yàn)的結(jié)果，以壁材占比（A）、阿拉伯膠與辛烯基琥珀酸淀粉鈉的比例（B）、噴霧干燥出風(fēng)溫度（C）為主要影響因素，以花椒精油收率與花椒油樹(shù)脂收率R1和包埋率R2為主要響應(yīng)值，運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表2。

1.5? 產(chǎn)品指標(biāo)的檢測(cè)

1.5.1? 微膠囊結(jié)構(gòu)

將制得的花椒油微膠囊放于載玻片上，通過(guò)光學(xué)顯微鏡確定花椒油微膠囊的結(jié)構(gòu)特征。

1.5.2? 穩(wěn)定性

將花椒油微膠囊用鋁箔袋包裝后放入高壓滅菌鍋中在121 ℃下高溫處理15 min，取出放至室溫后，測(cè)定產(chǎn)品的花椒精油與花椒酰胺含量，計(jì)算花椒精油與花椒酰胺的損失率。

將花椒油微膠囊用鋁箔袋包裝后放入溫度為40 ℃、濕度為75%的恒溫恒濕箱中，定期取出測(cè)定產(chǎn)品的花椒精油與花椒酰胺含量，確定花椒油微膠囊的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

將花椒油微膠囊放于平皿中，敞口置于50 ℃溫度下，每隔4 d取出檢測(cè)花椒精油的含量，計(jì)算花椒精油的保留率，確定花椒油微膠囊的緩釋性能與穩(wěn)定性。

1.5.3? 感官評(píng)定

應(yīng)用花椒油微膠囊制作小酥肉，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)法對(duì)小酥肉進(jìn)行評(píng)價(jià)。由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)、無(wú)特殊喜好的15名專業(yè)人員對(duì)制作的小酥肉進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，分別從香氣、麻感、苦味、滋味4個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。小酥肉的感官評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 壁材的選擇

按照1.2.3中花椒精油收率和包埋率的測(cè)定方法，對(duì)不同壁材的花椒油微膠囊進(jìn)行包埋效果的檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可知，花椒精油收率從大到小為辛烯基琥珀酸淀粉鈉+阿拉伯膠>阿拉伯膠>辛烯基琥珀酸淀粉鈉>β-環(huán)糊精+阿拉伯膠>β-環(huán)糊精+辛烯基琥珀酸淀粉鈉>β-環(huán)糊精，辛烯基琥珀酸淀粉鈉與阿拉伯膠復(fù)配的花椒油微膠囊花椒精油收率高于其他壁材。包埋率從大到小為辛烯基琥珀酸淀粉鈉+阿拉伯膠>辛烯基琥珀酸淀粉鈉>β-環(huán)糊精+辛烯基琥珀酸淀粉鈉>β-環(huán)糊精+阿拉伯膠>阿拉伯膠>β-環(huán)糊精，辛烯基琥珀酸淀粉鈉與阿拉伯膠復(fù)配的花椒油微膠囊的包埋率高于其他壁材。由干燥后花椒精油收率和包埋率可知辛烯基琥珀酸淀粉鈉與阿拉伯膠復(fù)配的效果最好，將其選為后續(xù)試驗(yàn)的壁材。

2.2? 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1? 響應(yīng)面試驗(yàn)方案與結(jié)果

依據(jù)1.3中單因素試驗(yàn)的結(jié)果，分別選取單因素中對(duì)花椒油微膠囊包埋率與花椒精油收率有顯著影響的3個(gè)水平進(jìn)行響應(yīng)面試驗(yàn)，壁材占比（A）為35%、40%、45%，復(fù)配壁材比（B）為2∶1、1∶1、1∶2，噴霧干燥出風(fēng)溫度（C）為80，90，100 ℃，運(yùn)用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，見(jiàn)表5。

2.2.2? 包埋率回歸模型的建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表5中數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合試驗(yàn)與方差分析，反映壁材占比、復(fù)配壁材比、噴霧干燥出風(fēng)溫度對(duì)包埋率的影響，方差分析表見(jiàn)表6。

由表6可知，一次項(xiàng)、二次項(xiàng)及交互項(xiàng)AB、BC對(duì)花椒油微膠囊包埋率的影響極顯著。比較各因素的F值可知B>C>A，說(shuō)明影響微膠囊包埋率的主要是復(fù)配壁材比，其次是噴霧干燥出風(fēng)溫度，壁材占比的影響最小。方差分析結(jié)果顯示回歸模型極顯著，失擬項(xiàng)不顯著，試驗(yàn)誤差小，試驗(yàn)結(jié)果與回歸模型方程的擬合程度好，由表7可知試驗(yàn)的可信度與準(zhǔn)確度較高。

2.2.3? 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)回歸方程對(duì)各因素的交互作用進(jìn)行分析，分別得到壁材占比、復(fù)配壁材比與噴霧干燥出風(fēng)溫度交互作用關(guān)系的響應(yīng)面圖和等高線圖，見(jiàn)圖1～圖3。

響應(yīng)面圖和等高線圖

composite wall materials on the embedding rate

由圖1可知壁材占比與復(fù)配壁材比的交互作用，當(dāng)壁材占比在35%～45%之間時(shí)微膠囊的包埋率先增大后減小，變化幅度明顯；當(dāng)復(fù)配壁材比（阿拉伯膠∶辛烯基琥珀酸淀粉鈉）在1∶2～2∶1之間時(shí)包埋率逐漸增大，變化幅度明顯，等高線為山丘形，壁材占比與復(fù)配壁材比的交互作用顯著。

由圖2可知壁材占比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用，當(dāng)壁材占比在35%～45%之間時(shí)微膠囊的包埋率先增大后減小，變化幅度較??；當(dāng)噴霧干燥出風(fēng)溫度在90～100 ℃之間時(shí)包埋率逐漸增大，變化幅度較小，壁材占比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用不顯著。

由圖3可知復(fù)配壁材比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用，當(dāng)復(fù)配壁材比（阿拉伯膠∶辛烯基琥珀酸淀粉鈉）在1∶2～2∶1之間時(shí)微膠囊的包埋率逐漸增大，變化幅度明顯；當(dāng)噴霧干燥出風(fēng)溫度在90～100 ℃之間時(shí)包埋率逐漸增大，變化幅度明顯，復(fù)配壁材比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用顯著。

2.2.4? 收率回歸模型建立及方差分析

利用Design-Expert 8.0.6軟件對(duì)表5中數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸擬合試驗(yàn)與方差分析，反映壁材占比、復(fù)配壁材比、噴霧干燥出風(fēng)溫度對(duì)花椒精油收率的影響，方差分析表見(jiàn)表8。

由表8可知，一次項(xiàng)A、B、C及二次項(xiàng)A2、B2對(duì)花椒油微膠囊包埋率的影響極顯著。比較各因素的F值可知C>B>A，說(shuō)明影響微膠囊包埋率的主要是噴霧干燥出風(fēng)溫度，其次是復(fù)配壁材比，壁材占比的影響最小。方差分析結(jié)果顯示回歸模型極顯著，失擬項(xiàng)不顯著，試驗(yàn)誤差小，試驗(yàn)結(jié)果與回歸模型方程的擬合程度好。由表9可知，試驗(yàn)的可信度與準(zhǔn)確度較高。

2.2.5? 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)回歸方程對(duì)各因素的交互作用進(jìn)行分析，分別得到壁材占比、復(fù)配壁材比與噴霧干燥出風(fēng)溫度交互作用關(guān)系的響應(yīng)面圖和等高線圖，見(jiàn)圖4～圖6。

由圖4可知壁材占比與復(fù)配壁材比的交互作用，當(dāng)壁材占比在35%～45%之間時(shí)微膠囊的花椒精油收率先增大后減小，變化幅度明顯；當(dāng)復(fù)配壁材比（阿拉伯膠∶辛烯基琥珀酸淀粉鈉）在1∶2～2∶1之間時(shí)花椒精油收率逐漸減小，變化幅度明顯，等高線為山丘形，壁材占比與復(fù)配壁材比的交互作用顯著。

由圖5可知壁材占比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用，當(dāng)壁材占比在35%～45%之間時(shí)微膠囊的花椒精油收率先增大后減小，變化幅度較小；當(dāng)噴霧干燥出風(fēng)溫度在90～100 ℃之間時(shí)花椒精油收率逐漸增大，變化幅度較小，壁材占比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用不顯著。

由圖6可知復(fù)配壁材比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用，當(dāng)復(fù)配壁材比（阿拉伯膠∶辛烯基琥珀酸淀粉鈉）在1∶2～2∶1之間時(shí)花椒精油收率逐漸減小，變化幅度明顯；當(dāng)噴霧干燥出風(fēng)溫度在90～100 ℃之間時(shí)花椒精油收率逐漸增大，變化幅度明顯，復(fù)配壁材比與噴霧干燥出風(fēng)溫度的交互作用顯著。

2.2.6? 最佳工藝

通過(guò)Design-Expert 8.0.6軟件分析得到包埋率與花椒精油收率均較好的工藝條件：壁材占比為固形物的40%，復(fù)配壁材比（阿拉伯膠∶辛烯基琥珀酸淀粉鈉）為1∶1，噴霧干燥出風(fēng)溫度為90 ℃。

2.3? 產(chǎn)品物理性質(zhì)

2.3.1? 產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與分析

由圖7可知，花椒油微膠囊呈球狀，中間的透明液體為被包埋的花椒油，微粒間有明顯黏連，表面的阿拉伯膠具有一定的黏度，使微膠囊聚集成團(tuán)，花椒油微膠囊的粒徑在1 000～3 000 nm之間，完全溶解于水中，溶液呈現(xiàn)淡黃色。

2.3.2? 穩(wěn)定性數(shù)據(jù)分析

花椒油微膠囊的耐熱穩(wěn)定性見(jiàn)表10。

由表10可知，花椒油微膠囊經(jīng)過(guò)高溫后花椒油中的主要物質(zhì)花椒精油與花椒油樹(shù)脂的損失率分別為5.78%與5.21%，均低于花椒粉的損失率8.55%與10.61%，花椒油微膠囊提高了花椒產(chǎn)品的耐熱性。

花椒油微膠囊的穩(wěn)定性見(jiàn)圖8。

Maxim. oil microcapsule

由圖8可知，花椒油微膠囊放置半個(gè)月內(nèi)花椒精油與花椒油樹(shù)脂的損失率較小、穩(wěn)定性好。

花椒油微膠囊的緩釋性能見(jiàn)圖9。

由圖9可知，在50 ℃下放置20 d，花椒精油的保留率達(dá)95.08%，有較好的緩釋性能，微膠囊對(duì)揮發(fā)油的包裹提高了揮發(fā)油的穩(wěn)定性。

2.3.3? 感官評(píng)價(jià)

對(duì)花椒油微膠囊與花椒油兩者分別

制作的小酥肉進(jìn)行感官評(píng)價(jià)，見(jiàn)表11。

由表11可知，花椒油微膠囊與花椒油相比，小酥肉在外觀上無(wú)明顯差異，花椒香氣與麻感強(qiáng)度因微膠囊技術(shù)的應(yīng)用得到提高，在進(jìn)行油炸時(shí)微膠囊更好地保護(hù)了花椒油中的花椒香氣與麻味物質(zhì)，減少了花椒油中的香氣成分花椒精油與麻味物質(zhì)花椒酰胺在高溫下的持續(xù)損失，花椒油微膠囊在加熱情況下的應(yīng)用效果好于花椒油。

3? 結(jié)論

本研究以辛烯基琥鉑酸淀粉鈉與阿拉伯膠為壁材，采用噴霧干燥法制備了花椒油微膠囊，通過(guò)單因素試驗(yàn)與響應(yīng)面試驗(yàn)得到適宜的工藝條件：復(fù)配壁材比（阿拉伯膠∶辛烯基琥珀酸淀粉鈉）為1∶1，壁材占比為40%，噴霧干燥出風(fēng)溫度為90 ℃，此時(shí)包埋率為93.54%，花椒精油收率為95.35%，花椒油微膠囊有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性與耐高溫穩(wěn)定性，在加熱應(yīng)用與長(zhǎng)時(shí)間放置時(shí)都優(yōu)于其他花椒產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)：

[1]佟如新，王普民，尹遠(yuǎn)平.花椒溫通散結(jié)作用初探[J].時(shí)珍國(guó)醫(yī)國(guó)藥，1999（12）：897-898.

[2]方正，高海燕，趙鐳，等.花椒油樹(shù)脂加速貯藏期間麻味物質(zhì)組成及麻感變化[J].中國(guó)調(diào)味品，2019，44（8）：1-6，12.

[3]張倩，孟凡冰，熊楊洋，等.響應(yīng)面法優(yōu)化花椒精油微膠囊的制備[J].中國(guó)調(diào)味品，2021，46（11）：69-76.

[4]于江穎，黃驊，宋仁德，等.微膠囊技術(shù)及其在肉制品中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].肉類工業(yè)，2022（5）：46-53.

[5]呂沛峰，高彥祥，毛立科，等.微膠囊技術(shù)及其在食品中的應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑，2017（12）：166-174.

[6]石燕，李倩，李如一，等.淡水魚油微膠囊的制備及其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2015，41（1）：80-84.

[7]周愛(ài)梅，楊小斌，王爽，等.藍(lán)圓鲹魚油微膠囊的制備工藝優(yōu)化及其穩(wěn)定性[J].食品工業(yè)技，2017，38（24）：181-186.