辛相余，張海生，李 琴，薛婉瑞，許銘芯，李 瑾

(陜西師范大學 食品工程與營養(yǎng)科學學院，陜西省果蔬深加工工程技術研究中心，西安 710119)

大扁杏，薔薇科杏屬植物，是近年來以‘龍王帽’及其優(yōu)良品系為主進行推廣種植的甜仁杏的總稱，廣泛分布在我國華北、西北及遼寧西北部地區(qū)，是一種特有的經(jīng)濟林作物[1]。大扁杏的主要產(chǎn)品甜杏仁性平、味甘、無毒，且含有豐富的脂肪、蛋白質(zhì)、糖類、多種維生素和微量元素，有益身心健康，具有很好的開發(fā)潛力[2]。大扁杏杏仁油中不飽和脂肪酸含量豐富，油酸、亞油酸占90%以上，具有抗衰老和預防心血管疾病等功效，是一種很好的功能性食用油[3],在醫(yī)藥工業(yè)、化妝品行業(yè)中也有應用[4]。油脂的某些特性，如與水互不相溶、易被氧化、部分油脂具有特殊異味等原因制約了其在食品行業(yè)中的應用[5-7]。微膠囊技術運用一些良好的成膜性材料把固、液體物質(zhì)甚至氣體物質(zhì)包埋起來形成微小的、具有半透性或致密性囊膜結構的顆粒[8]。將液態(tài)油脂制成粉末狀微膠囊，可以解決其易被氧化、貨架期短及使用和運輸不便的難題[9-10]。在實際生產(chǎn)中，常采用兩種或兩種以上復合壁材對油脂進行包埋，以提高包埋率及微膠囊穩(wěn)定性[11]。噴霧干燥法制備油脂微膠囊具有操作簡單、靈活、工作效率高的優(yōu)點[12-13]，是應用最廣泛的方法。

本文通過噴霧干燥法，以大豆分離蛋白和麥芽糊精為壁材對大扁杏杏仁油進行包埋制備大扁杏杏仁油微膠囊，并對其品質(zhì)進行分析，以期為杏仁油的開發(fā)利用提供一定的理論基礎。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

大扁杏杏仁油，實驗室超聲波輔助提取法提取[14]；大豆分離蛋白(SPI)，山東萬得福實業(yè)集團有限公司；麥芽糊精(MD)，山東西王集團有限公司；大豆卵磷脂，山東萬得福實業(yè)集團有限公司；石油醚、無水乙醇、氨水、冰乙酸等均為分析純；平板計數(shù)瓊脂培養(yǎng)基；月桂基硫酸鹽胰蛋白胨；煌綠乳糖膽鹽；飽和碘化鉀溶液；0.002 mol/L硫代硫酸鈉標準溶液；無菌生理鹽水；1 mol/L HCl溶液；1 mol/L NaOH溶液；淀粉指示劑。

1.1.2 儀器與設備

B-290噴霧干燥機，瑞士Buchi公司；ST310索氏浸提系統(tǒng)，F(xiàn)oss Scino；800B小型臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；DL-CJ-ND超凈工作臺，北京東聯(lián)哈爾有限公司；MLS-3781L高溫滅菌鍋，松下株式會社；SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵，鄭州長城科工貿(mào)有限公司；GSP-9080MBE恒溫培養(yǎng)箱，上海博訊實業(yè)有限公司；GZX-9146MBE數(shù)顯鼓風干燥箱，上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設備廠；BA200光學顯微鏡，加拿大Motic顯微鏡公司；CW-Y顯微鏡測微尺，上海光學儀器廠。

1.2 實驗方法

1.2.1 大扁杏杏仁油微膠囊的制備

壁材溶解在50℃的蒸餾水中→恒溫攪拌30 min→緩緩加入杏仁油和大豆卵磷脂，在390 W、50 Hz、工作3 s、間隔1 s的條件下超聲乳化5 min→噴霧干燥(進風溫度180℃，抽風風量100 m3/h，進樣速度300 mL/h)→冷卻→微膠囊產(chǎn)品。

1.2.2 微膠囊包埋率測定

微膠囊化效果用包埋率來衡量[15]，包埋率按公式(1)計算。

(1)

表面油含量測定：用沸程30～60℃石油醚作為溶劑。精確稱取1～2 g微膠囊(M)，用40 mL石油醚溶解，振蕩1 min，抽濾，用20 mL石油醚沖洗濾渣，將濾液于3 000 r/min離心10 min，轉(zhuǎn)移到恒重稱量后的培養(yǎng)皿(M1)中，于通風櫥中蒸出石油醚，105℃鼓風干燥至恒重，稱重(M2)。表面油含量按公式(2)計算。

(2)

總油含量測定：采用Foss Scino ST310索氏浸提系統(tǒng)，精確稱量微膠囊1 g(M)，放于紙筒中，恒重稱量浸提杯(M1)，在每個樣品杯中加入約40 mL沸程60～90℃的石油醚，開啟系統(tǒng)，經(jīng)沸騰、淋洗、回收、干燥后完成提取脂肪。取出浸提杯放入105℃鼓風干燥箱充分干燥至恒重，稱重(M2)?？傆秃堪垂?3)計算。

(3)

1.2.3 微膠囊品質(zhì)分析

1.2.3.1 微膠囊加速氧化穩(wěn)定性

將大扁杏杏仁油微膠囊放于(60±1)℃的恒溫培養(yǎng)箱中，每隔48 h取樣測定其過氧化值[16-17]，考察微膠囊加速氧化穩(wěn)定性。過氧化值按GB 5009.227—2016測定。

1.2.3.2 流動性

稱取5 g左右微膠囊粉末加入帶刻度的玻璃量筒((10±0.2) mL)中，輕敲量筒，使粘到壁上的粉末落下，直接讀取量筒刻度，得微膠囊的體積，計算微膠囊的疏松密度。繼續(xù)不斷敲擊量筒，使微膠囊粉末的體積保持恒定，計算微膠囊的振實密度。利用疏松密度和振實密度計算微膠囊粉末的卡爾指數(shù)(C)，評價粉末油脂的流動性[18]。當C>38時粉末流動性很差。C按公式(4)計算。

(4)

式中：ρB為微膠囊的疏松密度,g/cm3；ρT為微膠囊的振實密度，g/cm3。

1.2.3.3 微生物指標

菌落總數(shù)測定依據(jù)GB 4789.2—2010；大腸菌群測定依據(jù)GB 4789.3—2010。

1.2.3.4 水分含量

水分含量測定參照GB/T 5009.3—2010中直接干燥法進行。

1.2.3.5 溶解度

稱取5 g左右微膠囊粉末樣品，倒入燒杯中，用蒸餾水將樣品完全溶解，移入離心管，在4 000 r/min 條件下離心20 min，棄去上清液，再加入蒸餾水，在振動機上振動，使離心管中的沉淀懸浮，繼續(xù)以相同條件離心，去上清液，將沉淀移入已恒重稱量的培養(yǎng)皿中，置于干燥箱干燥至恒重。溶解度按公式(5)計算。

(5)

式中：m為微膠囊質(zhì)量，g；m1為培養(yǎng)皿質(zhì)量，g；m2為培養(yǎng)皿與沉淀質(zhì)量，g；A為微膠囊水分含量。

1.2.3.6 顆粒平均粒徑

稱取0.5 g左右微膠囊粉末樣品于干凈的玻璃板上，通過多次四分法使其達到0.01 g，置于載玻片上，滴蒸餾水，覆上蓋玻片后揉研使樣品分散。用光學顯微鏡和顯微鏡測微尺進行統(tǒng)計測量。

1.2.3.7 氣味、色澤

采用感官法對微膠囊產(chǎn)品的氣味和色澤進行測定。

2 結果與討論

2.1 單因素實驗

2.1.1 芯材與固形物(芯固)質(zhì)量比對微膠囊包埋率的影響

在固形物質(zhì)量濃度0.30 g/mL、SPI與MD質(zhì)量比1∶2、大豆卵磷脂質(zhì)量濃度0.03 g/mL、不同芯固質(zhì)量比的條件下包埋大扁杏杏仁油，對其包埋率進行測定，結果見圖1。

圖1 芯固質(zhì)量比對微膠囊包埋率的影響

從圖1可以看出，隨著芯固質(zhì)量比的增加，包埋率先增加后下降，當芯固質(zhì)量比低于0.35∶1時，包埋率隨芯固質(zhì)量比的增加呈上升趨勢，芯固質(zhì)量比0.35∶1時包埋率達到最大值，為82.75%,繼續(xù)增加芯固質(zhì)量比包埋率反而降低。這是因為芯材含量過高時，壁材量不足以完全包埋芯材，導致包埋率下降。故最佳的芯固質(zhì)量比為0.35∶1。

2.1.2 SPI與MD質(zhì)量比對微膠囊包埋率的影響

在芯固質(zhì)量比0.35∶1、固形物質(zhì)量濃度0.30 g/mL、大豆卵磷脂質(zhì)量濃度0.03 g/mL、不同SPI與MD質(zhì)量比的條件下包埋大扁杏杏仁油，對其包埋率進行測定，結果見圖2。

圖2 SPI與MD質(zhì)量比對微膠囊包埋率的影響

從圖2可以看出，隨著SPI與MD質(zhì)量比的增大包埋率先增大后減小，當SPI與MD質(zhì)量比為1∶2時，包埋率達到最大值，為75.88%。這是由于麥芽糊精黏度小，乳狀液黏度較小，利于進料及噴霧，一定濃度的SPI起到乳化作用，但添加過多會使料液黏度過高，堵塞噴霧干燥器噴頭，不利于微膠囊制備過程中的脫水。因此，最佳SPI與MD質(zhì)量比為1∶2。

2.1.3 固形物質(zhì)量濃度對微膠囊包埋率的影響

在芯固質(zhì)量比0.35∶1、SPI與MD質(zhì)量比1∶2、大豆卵磷脂質(zhì)量濃度0.03 g/mL、不同固形物質(zhì)量濃度的條件下包埋大扁杏杏仁油，對其包埋率進行測定，結果見圖3。

圖3 固形物質(zhì)量濃度對微膠囊包埋率的影響

由圖3可以看出，在固形物質(zhì)量濃度低于0.25 g/mL時，固形物質(zhì)量濃度增加對包埋率影響較平緩，在固形物質(zhì)量濃度大于0.25 g/mL時，包埋率增大，在0.30 g/mL時包埋率達到最大，而由于固形物質(zhì)量濃度過高，乳狀液黏度大，流動性差，不利于噴霧干燥，使得在其固形物質(zhì)量濃度0.30 g/mL后包埋率略有下降。因此，最佳的固形物質(zhì)量濃度為0.30 g/mL。

2.1.4 大豆卵磷脂質(zhì)量濃度對微膠囊包埋率的影響

在芯固質(zhì)量比0.35∶1、SPI與MD質(zhì)量比1∶2、固形物質(zhì)量濃度0.30 g/mL、不同大豆卵磷脂質(zhì)量濃度的條件下包埋大扁杏杏仁油，對其包埋率進行測定，結果見圖4。

圖4 大豆卵磷脂質(zhì)量濃度對微膠囊包埋率的影響

從圖4可以看出，大豆卵磷脂質(zhì)量濃度低于0.03 g/mL時，隨其質(zhì)量濃度的增加，包埋率快速增大，質(zhì)量濃度為0.03 g/mL時包埋率最大，為76.21%，超過0.03 g/mL后，包埋率下降。這是因為過高的大豆卵磷脂用量使料液黏度過高，阻礙進料噴霧，同時也會影響微膠囊風味，生產(chǎn)成本增大。因此，最佳的大豆卵磷脂質(zhì)量濃度為0.03 g/mL。

2.2 大扁杏杏仁油微膠囊制備工藝條件的優(yōu)化

2.2.1 Box-Behnken實驗設計及結果

在單因素實驗基礎上，根據(jù)Box-Behnken中心組合設計原理[19]，以芯固質(zhì)量比、SPI與MD質(zhì)量比、固形物質(zhì)量濃度、大豆卵磷脂質(zhì)量濃度4個因素為響應變量，以包埋率(R)為響應值，設計四因素三水平共29組實驗，通過響應面分析對大扁杏杏仁油微膠囊制備的工藝條件進行優(yōu)化。響應面實驗因素水平見表1，響應面實驗方案與結果見表2。

利用Design Expert軟件對實驗結果進行多元回歸擬合分析，得到二次回歸方程模型：

R=86.84-1.22A+4.51B+2.01C+2.41D+1.43AB+3.68AC-1.18AD+0.53BC-0.69BD-2.32CD-4.02A2-4.33B2-0.15C2-1.50D2

表1 響應面實驗因素水平

表2 響應面實驗方案與結果

2.2.2 響應面實驗方差分析(見表3)

同時，從表3回歸方程系數(shù)顯著性檢驗可知，B、C、D極顯著，A顯著，AC、A2、B2極顯著，CD顯著，其余不顯著。此外，還可以看出各因素對微膠囊包埋率影響的主次順序為SPI與MD質(zhì)量比(B)>大豆卵磷脂質(zhì)量濃度(D)>固形物質(zhì)量濃度(C)>芯固質(zhì)量比(A)。去除不顯著項后的回歸方程為：R=86.84-1.22A+4.51B+2.01C+2.41D+3.68AC-2.32CD-4.02A2-4.33B2。

表3 響應面實驗方差分析

注：*差異顯著(P<0.05)；**差異極顯著(P<0.01)。

2.2.3 優(yōu)化條件的確定及驗證

通過軟件分析得出：在芯固質(zhì)量比0.37∶1、SPI與MD質(zhì)量比0.31∶1、固形物質(zhì)量濃度0.28 g/mL、大豆卵磷脂質(zhì)量濃度0.04 g/mL條件下，大扁杏杏仁油微膠囊包埋率理論值為92.46%，為最佳值?？紤]實際可操作性，將優(yōu)化條件適當修正為芯固質(zhì)量比0.35∶1、SPI與MD質(zhì)量比0.30∶1、固形物質(zhì)量濃度0.28 g/mL、大豆卵磷脂質(zhì)量濃度0.04 g/mL，在此條件下大扁杏杏仁油實際包埋率為89.98%。驗證值與理論值的匹配度達97.32%，說明得到的二次回歸方程能較好擬合本實驗中各參數(shù)。

2.3 微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)

2.3.1 微膠囊產(chǎn)品加速氧化穩(wěn)定性

對油樣和微膠囊樣品在(60±1)℃條件下進行加速氧化實驗，結果見圖5。

圖5 微膠囊產(chǎn)品加速氧化實驗結果

從圖5可以看出，在60℃下大扁杏杏仁油的過氧化值先上升且在15 d時達到最大值(83.5 mmol/kg),之后由于氫過氧化物分解而使過氧化值降低。微膠囊過氧化值在實驗期間一直穩(wěn)定在10 mmol/kg，24 d之后有所上升。這是由于微膠囊表面具有壁材的保護能夠阻止氧氣、水分與油脂的接觸，有效減緩了油脂氧化的速率。由此可見微膠囊可以有效延長產(chǎn)品的貨架期。

2.3.2 微膠囊產(chǎn)品理化指標(見表4)

表4 微膠囊產(chǎn)品理化指標

從表4可以看出，微膠囊呈粉末狀，略有清香，溶解性好，顆粒平均粒徑13.87 μm，具有一定流動性，表明所得產(chǎn)品具有較好的品質(zhì)，響應面優(yōu)化所得的大扁杏杏仁油微膠囊制備工藝具有生產(chǎn)價值。相比孔令明等[20]采用羧甲基纖維素鈉和SPI作壁材制備杏仁油微膠囊，本文采用SPI和麥芽糊精作壁材包埋率、溶解度、流動性更好。這是因為SPI具有很好的凝膠性，其所形成的凝膠網(wǎng)絡結構可以吸附包埋脂肪，既能降低水和油的表面張力又能降低水和空氣的表面張力，能形成穩(wěn)定的乳狀液。另外，麥芽糊精不易吸水、黏度低、水溶性好，是微膠囊工藝中常用的配伍壁材。SPI和麥芽糊精復合使用比單一壁材更具優(yōu)勢，而且麥芽糊精價格便宜，節(jié)約了生產(chǎn)成本。

2.3.3 微膠囊產(chǎn)品微生物指標(見表5)

從表5可以看出，微膠囊產(chǎn)品的菌落總數(shù)與大腸菌群測定結果都符合GB 7101—2015要求。

表5 微膠囊產(chǎn)品微生物指標 cfu/g

3 結 論

通過單因素實驗和響應面優(yōu)化實驗，得到大扁杏杏仁油微膠囊制備的最佳工藝條件：芯固質(zhì)量比0.35∶1，SPI與MD質(zhì)量比0.30∶1，固形物質(zhì)量濃度0.28 g/mL，大豆卵磷脂質(zhì)量濃度0.04 g/mL。在最佳工藝條件下，微膠囊包埋率為89.98%。所制得的微膠囊產(chǎn)品為乳白色粉末狀，顆粒平均粒徑13.87 μm，略有清香，水分含量2.46%，溶解度94.35%，具有一定流動性，菌落總數(shù)與大腸菌群數(shù)滿足GB 7101—2015要求。微膠囊化能夠有效延長大扁杏杏仁油的貨架期。響應面優(yōu)化所得的大扁杏杏仁油微膠囊制備工藝具有生產(chǎn)價值。