彭夢俠，陳梓云

（嘉應(yīng)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境學(xué)院，廣東 梅州 514015）

橙子油是橙子類果皮中提取的一種天然香精油，其主要成分是檸檬烯、月桂烯、蒎烯、癸醛、辛醛、芳樟醇、檸檬醛等[1]，具有誘人的橙香味，在食品以及化妝品行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。我國是橙子的重要原產(chǎn)地之一，資源豐富，品種優(yōu)良，但橙子取汁后的皮渣除少量用于醫(yī)藥工業(yè)外，大部分被丟棄，橙皮加工僅10%左右。因此發(fā)展橙皮加工產(chǎn)業(yè)將大大提高產(chǎn)品附加值。

近年來的相關(guān)研究表明，橙子油不僅可作為天然的香料，而且對多種微生物均有較強的抑菌效果。陳莉等[2]的研究表明，橙子精油對細(xì)菌和真菌均有抑菌作用，其中對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑菌作用最強，因此可將橙子油作 為天然的抑菌劑使用。但橙子油存在易揮發(fā)、易變質(zhì)的問題，這就需要對橙子油進(jìn)行加工來防止其氧化和減慢其揮發(fā)性。采用微膠囊技術(shù)對橙子油進(jìn)行包覆，就能保護(hù)其精油免受外界環(huán)境影響，極大地改善了其穩(wěn)定性和貯藏性，為橙子油的進(jìn)一步開發(fā)利用提供了強有力的支撐[3]。

目前，橙子油的微膠囊化已成為研究的熱點。李柱等[4]研究了以β-環(huán)糊精為載體制備微膠囊化甜橙油的工藝；熊月琴等[5]選用2∶1的辛烯基琥珀酸酯化淀粉HI-CAP100和麥芽糊精為壁材制備橙子油微膠囊。目前制得的橙子油微膠囊主要應(yīng)用于制備食品風(fēng)味劑，該類產(chǎn)品要在食品加工中受熱或溶于水時才能釋放出橙子油。本文將采用海藻酸鈉-殼聚糖制備橙子油微膠囊，橙子油通過壁材的多孔結(jié)構(gòu)在室溫下以氣體的形式緩慢釋放出來，能有效解決橙子油易揮發(fā)、易氧化等問題，讓橙子油的賦香和抗菌效果更加持久、穩(wěn)定。其產(chǎn)品可以用于冰箱、櫥柜、衣柜等的防霉抑菌，具有潛在的應(yīng)用價值。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

集熱式恒溫加熱磁力攪拌器DF-101S，AE240電子分析天平，恒溫鼓風(fēng)干燥箱，電冰箱BCD-215KAGA，循環(huán)水式多用真空泵SHB-B95。

海藻酸鈉，殼聚糖，無水氯化鈣，馬鈴薯葡萄糖瓊脂（PDA），吐溫-80，石油醚。以上試劑均為分析純。

1.2 實驗原理

采用銳孔-凝固浴法，使用海藻酸鈉和殼聚糖對橙子油進(jìn)行微膠囊化。殼聚糖是通過甲殼素脫乙酰化制備的天然高分子直鏈多糖，化學(xué)名稱為(1-4)-2-氨基-2-脫氧-β-D-葡聚糖。海藻酸鈉是存在于褐藻類中的天然高分子，從其結(jié)構(gòu)上看是由β-1,4結(jié)構(gòu)的D型甘露糖醛酸的鈉鹽( M)和α-1,4結(jié)構(gòu)的L型古羅糖醛酸的鈉鹽(G)共聚而成。由于殼聚糖分子鏈上有大量的伯氨基，海藻酸鈉的分子鏈上有大量的羧基，所以殼聚糖和海藻酸鈉可以通過正、負(fù)電荷吸引形成聚電解質(zhì)膜，海藻酸鈉羧基和殼聚糖氨基之間的靜電相互作用是復(fù)雜結(jié)構(gòu)的主要力量。把橙子油和海藻酸鈉溶解于同一溶液中，然后借助于滴管或注射器等微孔裝置，將此乳濁液滴加到殼聚糖和氯化鈣溶液中，海藻酸鈉在殼聚糖溶液中迅速固化從而形成微膠囊。

1.3 實驗方法

1.3.1 橙子油微膠囊的制備方法

取一定溫度下適量的水，攪拌，加入海藻酸鈉，配成一定濃度的海藻酸鈉溶液，然后在此溶液中加入適量的橙子油，滴入1~2滴濃度為1%的吐溫-80，在一定的乳化溫度下，攪拌混勻備用。另取殼聚糖和氯化鈣適量，加水溶解，制成一定濃度的固化液備用。用一次性注射針筒吸取海藻酸鈉橙子油混合液，邊攪拌邊滴入殼聚糖-氯化鈣固化液中，自發(fā)形成微囊，放入冰箱固化24 h，取出過濾，水洗2次，再用石油醚洗滌1次，收集微膠囊置于表面皿上，于60℃干燥2h，得橙子油微膠囊。

1.3.2 橙子油微膠囊包埋率的測定方法

稱取1g左右橙子油微膠囊樣品于潔凈干燥的研缽中，將橙子油微膠囊搗碎，用40mL石油醚分2次浸泡洗滌，過濾，濾渣置于60℃烘箱內(nèi)干燥2 h，冷卻至室溫，稱量。包埋率計算公式：

式中， m樣品為稱取橙子油微膠囊的樣品質(zhì)量，g；m濾渣為橙子油微膠囊經(jīng)上述處理后的濾渣質(zhì)量，g；m微膠囊為制作樣品時該批次所制備的微膠囊的質(zhì)量，g；m橙子油為制備樣品時該批次所使用的橙子油質(zhì)量，g。

1.3.3 橙子油微膠囊緩釋效果的測定方法

稱取2g自制的橙子油微膠囊放入三頸瓶中，從一口通入氮氣,流速為20mL·s-1，其它兩口敞開。每隔15 min稱重1次，測量6次。另取1.2.2中處理烘干所得的濾渣粉末(微膠囊殼體粉末）、（0.43g+1.57）g橙子油(按2g橙子油微膠囊最佳包埋率時所含橙子油計量）放入三頸瓶中，在相同條件下通入氮氣，同樣測量6次。比較兩者的失重情況，考察微膠囊的緩釋效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 海藻酸鈉濃度對微膠囊制備的影響

保持乳化溫度為60℃，殼聚糖濃度為1%，CaCl2濃度為2%，壁材海藻酸鈉與芯材橙子油質(zhì)量比為 1∶3，pH=6.0，2滴濃度為 1%的吐溫 -80，在海藻酸鈉濃度分別為2.5%、3.0%、3.5%、4.0%條件下制備微膠囊，試驗結(jié)果見表1和圖1。

表1 海藻酸鈉濃度對微膠囊化的影響

圖1 海藻酸鈉濃度對橙子油微膠囊包埋率的影響

海藻酸鈉的濃度對微膠囊形狀和強度的影響見表1，海藻酸鈉濃度對微膠囊強度的影響很明顯。海藻酸鈉濃度小于2.5%時，不能成囊，不能起到包埋效果；海藻酸鈉濃度大于4.0%時，黏度太大，產(chǎn)品呈餅狀。海藻酸鈉濃度為3.5%時可制得球狀、強度好的膠囊。

由圖1可知，隨著海藻酸鈉濃度的增大，微膠囊的包埋率在海藻酸鈉濃度小于3.5%之前是增大的。在3.5%處達(dá)到最大值，之后隨著海藻酸鈉濃度的增大而減小。這是因為海藻酸鈉濃度太低，壁膜厚度不夠，難以很好地包埋芯材。而當(dāng)海藻酸鈉濃度過高，溶液黏度較大，微膠囊產(chǎn)品干燥速度變慢，橙子精油揮發(fā)，導(dǎo)致包埋率下降。

2.2 殼聚糖濃度對微膠囊制備的影響

保持乳化溫度為60℃，海藻酸鈉濃度為3.5%，CaCl2濃度為2%，壁材與芯材的質(zhì)量比為1∶3，pH=6.0，2滴濃度為1%的吐溫-80，在殼聚糖濃度分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%條件下制備微膠囊，試驗結(jié)果見表2和圖2。

表2 殼聚糖濃度對微膠囊化的影響

圖2 殼聚糖濃度對橙子油微膠囊包埋率的影響

殼聚糖濃度對微膠囊形狀的影響如表2所示。殼聚糖濃度小于1.0%時，成囊穩(wěn)定性差，易破，不能起到包埋效果；殼聚糖濃度大于2.0%時，多數(shù)呈蝌蚪狀并容易粘連在一起。殼聚糖濃度為1.5%時可制得球狀、強度好的膠囊。

由圖2可以看出，隨著殼聚糖濃度的增大，包埋率整體呈增加的趨勢，這是因為進(jìn)料中壁材量增加，使得液滴成膜速度增加，低沸點物質(zhì)損失減少，從而提高包埋率。但當(dāng)殼聚糖濃度超過1.5%時，包埋率反而有所下降。這是由于成囊速度下降，物料在成囊前停留時間增長，低沸點的橙子油損失增加，且在濃度過高的情況下（＞1.5%），黏度太大，在成囊時發(fā)生嚴(yán)重粘連現(xiàn)象。當(dāng)殼聚糖濃度為1.5%時，微膠囊的包埋率達(dá)到最佳水平。

2.3 氯化鈣濃度對微膠囊制備的影響

保持乳化溫度為60℃，海藻酸鈉濃度為3.5%，殼聚糖濃度為1.5%，壁材與芯材的質(zhì)量比為1∶3，pH=6.0，2滴濃度為1%的吐溫-80，在氯化鈣濃度分別為1.0%、2.0%、3.0%、4.0%條件下制備微膠囊，試驗結(jié)果見表3和圖3。

氯化鈣濃度對微膠囊形狀的影響如表3所示。氯化鈣濃度小于1.0%時，不能成囊，不能起到包埋效果；氯化鈣濃度大于4.0%時，成囊但形狀多樣不規(guī)則，囊壁硬度大。氯化鈣濃度為2.0%時可制得球狀、強度好的膠囊。

由圖3可見，隨著氯化鈣濃度的增大，包埋率整體隨之提高。但當(dāng)氯化鈣濃度＞2.0%時，包埋率反而下降。在成囊的過程中，氯化鈣是作為固化劑的。氯化鈣的濃度太低，固化效果不好，導(dǎo)致包埋率比較低；但當(dāng)氯化鈣的濃度過高，微膠囊壁膜強度太大且容易粘接，導(dǎo)致包埋率下降。

表3 氯化鈣濃度對微膠囊化的影響

圖3 氯化鈣濃度對橙子油微膠囊包埋率的影響

2.4 乳化溫度對微膠囊制備的影響

保持海藻酸鈉濃度為3.5%，殼聚糖濃度為1.5%，CaCl2濃度為2.0%，壁材與芯材的質(zhì)量比為1∶3，pH=6.0，2滴濃度為1%的吐溫-80，改變?nèi)榛瘻囟?，分別在50℃、55℃、60℃、65℃的乳化溫度下制備微膠囊，試驗結(jié)果見表4和圖4。

表4 乳化溫度對微膠囊化的影響

由圖4可知，乳化溫度以55℃為宜。這是因為溫度偏低，會導(dǎo)致乳化劑和部分物料得不到完全的溶解而使整個體系乳化作用減弱，成囊效果和強度均較差，且出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象；溫度太高時，乳化劑能發(fā)揮其功效，但易揮發(fā)的橙子精油會大量揮發(fā)，使得包埋率下降。

圖4 乳化溫度對橙子油微膠囊包埋率的影響

2.5 芯材與壁材的質(zhì)量比對微膠囊制備的影響

保持乳化溫度為55℃，海藻酸鈉濃度為3.5%，殼聚糖濃度為1.5%，CaCl2濃度為2.0%，pH=6.0，2滴濃度為1%的吐溫-80，在芯材與壁材的質(zhì)量比分別為2.0、2.5、3.0、3.5條件下制備微膠囊，試驗結(jié)果見表5和圖5。

表5 芯材與壁材的質(zhì)量比對微膠囊化的影響

圖5 芯材與壁材質(zhì)量比對橙子油微膠囊包埋率的影響

芯材與壁材的質(zhì)量比對微膠囊形狀的影響如表5所示。芯材與壁材的質(zhì)量比≤2.5時，可制得球體形狀較好、強度好的微膠囊；但當(dāng)芯材與壁材的質(zhì)量比≥3.0時，成囊性逐漸變差。芯材與壁材的質(zhì)量比為2.5時可制得球狀、強度好的膠囊。

由圖5可知，隨著芯材與壁材質(zhì)量比的增大，微膠囊的包埋率在芯壁比小于2.5之前逐漸增大，在2.5處達(dá)到最大值，之后隨著芯壁比的增大而減少。這是由于芯材的相對量越多，單位壁材包裹的芯材增加，粒徑增大，同時囊壁會變薄，直接影響包埋的效果。因此在適度的芯壁比（2.5）下，才能得到包埋率高且強度好的微膠囊。

2.6 殼聚糖溶液的pH值對微膠囊制備的影響

保持乳化溫度為55℃，海藻酸鈉濃度為3.5%，殼聚糖濃度為1.5%，CaCl2濃度為2.0%，壁材與芯材的質(zhì)量比為1∶2.5，在殼聚糖溶液的pH值分別為4.0、5.0、6.0、7.0條件下制備微膠囊，試驗結(jié)果見表6和圖6。

表6 殼聚糖溶液的pH值對微膠囊化的影響

圖6 糖溶液的pH值對橙子油微膠囊包埋率的影響

殼聚糖溶液的pH值對微膠囊形狀的影響見表6。殼聚糖溶液的pH值小于4.0時，不能成囊，不能起到包埋效果；殼聚糖溶液的pH值大于7.0時，黏度太大，產(chǎn)品呈餅狀。殼聚糖溶液的pH值為6.0時可制得球狀、強度好的膠囊。

從圖6可見，當(dāng)pH值小于6.0包埋率隨著殼聚糖溶液的pH值升高而增大，當(dāng)pH值大于6.0包埋率有所下降。pH=6.0包埋率最高，此時的pH值與殼聚糖的pKa=6.3，由此可推斷pH值對微膠囊影響的本質(zhì)是對聚電解質(zhì)絡(luò)合反應(yīng)的影響，此時分子電荷密度的影響是不能忽略的。根據(jù)Lewis酸堿平衡理論，當(dāng)殼聚糖溶液的pH＜pKa時，其分子鏈上的氨基主要以-形式存在，隨著pH的增高，-減少。當(dāng)溶液的pH接近殼聚糖的pKa，殼聚糖分子的電荷密度顯著降低，導(dǎo)致殼聚糖分子空間伸展最小，這時殼聚糖能夠更深入地進(jìn)入海藻酸鈉凝膠網(wǎng)絡(luò)中，發(fā)生聚電解質(zhì)絡(luò)合程度越深，所以形成的微膠囊包埋率也最高。當(dāng)殼聚糖溶液的pH太高時，微膠囊表現(xiàn)為直接的液化膨脹，吸附了過多的水分，使得包埋的芯材比例減少，從而導(dǎo)致包埋率降低。

2.7 正交實驗確定最佳條件

從以上的單因素實驗可知，海藻酸鈉濃度、殼聚糖濃度和芯材與壁材的質(zhì)量比對微膠囊的包埋率影響較大，因此選取海藻酸鈉濃度、殼聚糖濃度、芯材與壁材的質(zhì)量比作為主要的考察因素，以微膠囊的包埋率為考察指標(biāo)進(jìn)行正交實驗。所選試驗因素水平見表7，正交試驗結(jié)果見表8。

表7 因素水平表

表8 正交實驗結(jié)果

由表8可知，在3種因素中，對橙子油包埋率影響的程度大小為：A（海藻酸鈉濃度）＞B（殼聚糖濃度）＞C（芯材與壁材的質(zhì)量比）。制備微膠囊的最佳條件為A2B2C2，即海藻酸鈉濃度為3.5%，殼聚糖濃度為1.5%，芯材與壁材的質(zhì)量比為3.0，在最佳條件下制備橙子油微膠囊包埋率可達(dá)89.13，且微膠囊的外形好，強度好。

2.8 最佳條件下制備微膠囊的重現(xiàn)性試驗

按正交試驗選出的最佳試驗方案A2B2C2進(jìn)行3次平行試驗，實驗結(jié)果見表9。

表9 最佳條件下制備微膠囊的重現(xiàn)性試驗

表9表明，在海藻酸鈉濃度為3.5%、殼聚糖濃度為1.5%、芯材與壁材的質(zhì)量比為3.0條件下，進(jìn)行3次平行試驗的包埋率分別為88.71%、89.94%、88.95%，均無明顯差異，平均包埋率為89.20%，與2.7中最佳條件下制備的微膠囊的包埋率89.13%相差甚小，故正交試驗選出的最佳制備條件的重現(xiàn)性和穩(wěn)定性良好。

2.9 橙子油微膠囊緩釋效果探究

按照1.3.3的方法進(jìn)行實驗，可避免微膠囊自然失重受空氣溫度和濕度的影響，能更好地考察橙子油微膠囊的緩釋效果。實驗結(jié)果見表10、表11。將表10、表11數(shù)據(jù)做緩釋效果圖如圖7所示。

表10 橙子油微膠囊的失重數(shù)據(jù)

表11 微膠囊殼體粉末+橙子油的失重數(shù)據(jù)

圖7表明，橙子油微膠囊的精油揮發(fā)緩慢，且揮發(fā)速度平穩(wěn)，而對照組微膠囊殼體粉末+橙子油精油揮發(fā)速度很快，因此自制橙子油微膠囊具有明顯的緩釋性。

圖7 微膠囊殼體粉末+橙子油與橙子油微膠囊揮發(fā)性比較

3 結(jié)論

利用銳孔-凝固浴法制備出了橙子油微膠囊。經(jīng)單因素實驗和正交實驗得到了制備橙子油微膠囊的最佳工藝條件：海藻酸鈉濃度為3.5%、殼聚糖濃度為1.5%、氯化鈣濃度為2.0%、乳化溫度為55℃、芯材與壁材的質(zhì)量比為1∶3、殼聚糖溶液的pH=6.0。在最佳工藝條件下，所制微膠囊外形好、強度高，成型效果好；其包埋率達(dá)到89.20%，并具有良好的重現(xiàn)性。對制備的橙子油微膠囊的緩釋性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，橙子油微膠囊的緩釋性明顯。

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