郝志亮，馬 躍，黃 卉，郝淑賢，岑劍偉，魏 涯

（1.北安宜品努卡乳業(yè)有限公司，黑龍江 黑河 100086；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東廣州 510300；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300；4.國家水產(chǎn)品加工技術(shù)研發(fā)中心，廣東 廣州 510300）

0 引言

DHA 是人體必需的脂肪酸，是維持人體大腦健康必不可少的物質(zhì)[1]。越來越多的研究表明DHA 對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育及疾病的預(yù)防作用顯著[2,3]。嬰兒產(chǎn)前或產(chǎn)后初期DHA 供給來源為母乳，而孕期補(bǔ)充DHA有助于DHA 優(yōu)先從母親轉(zhuǎn)移到胎兒[4]，因此喂食強(qiáng)化DHA 配方奶粉成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。

魚油富含DHA，雖然配方乳粉中添加富含DHA的魚油對(duì)嬰兒發(fā)育有一定的有益作用，但二十碳五烯酸（EPA）與DHA 的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系可能會(huì)導(dǎo)致新生兒生長遲緩[5]。藻油與魚油相比具有受海洋污染機(jī)率少、安全性能高等優(yōu)勢(shì)，更適用于嬰幼兒配方食品，現(xiàn)在正越來越多地用于保健品和濃縮食品中[6]。但不飽和脂肪酸極易氧化形成氫過氧化物，如果控制不當(dāng)可能會(huì)影響人體健康[7]。微膠囊化成為保護(hù)油脂核心生物活性成分的重要手段。富含DHA 的藻油經(jīng)微膠囊化處理后，藻油被包埋在微小、半透性或封閉的壁材之中，形態(tài)由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，在壁材的保護(hù)下，可以有效防止油脂制品的氧化[8,9]。

油脂微膠囊的包埋效率和存儲(chǔ)穩(wěn)定性受壁材種類、組成及處理方法等多種因素影響。本研究以裂壺藻油為原料，為最大限度提高藻油的抗氧化性，通過響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化藻油微囊工藝，為制備高包埋率、穩(wěn)定性好的富含DHA 的藻油制品提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

裂壺藻油，實(shí)驗(yàn)室自制，DHA 含量為35%。麥芽糊精和大豆卵磷脂均為食品級(jí)，由上海晶純生化科技股份有限公司提供；其它化學(xué)試劑均為分析純，由廣州市化學(xué)試劑廠提供。

T25 均質(zhì)乳化機(jī)，產(chǎn)自德國IKA 工業(yè)設(shè)備公司；GB204 電子天平，產(chǎn)自梅特勒-托利多國際股份有限公司；DHG-9145A 電熱鼓風(fēng)干燥箱，產(chǎn)自上海一恒科技有限公司；SD-1000 噴霧干燥器，產(chǎn)自東京理化器械株式會(huì)社；Mastersizer 3000 激光粒度儀，產(chǎn)自上海思百吉儀器系統(tǒng)有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 藻油微膠囊粉制備

參考SOLOMANDO 等[10]的方法，取藻油20 g，加入大豆卵磷脂，攪拌均勻后加水至200 g，均質(zhì)（20 000 rpm，10 min）得初乳液，初乳液高壓均質(zhì)處理，而后加水200 g，磁力攪拌15 min 后，加入麥芽糊精溶液400 g 得終乳液，進(jìn)口溫度為180 ℃，出口溫度85～90 ℃，噴霧干燥成粉。

1.2.2 微膠囊技術(shù)響應(yīng)面優(yōu)化

在單因素試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，選取高壓均質(zhì)壓力（A）、麥芽糊精：卵磷脂（B）、壁材：藻油（C）3個(gè)條件，以包埋率為響應(yīng)值，根據(jù)Box-Behnken 設(shè)計(jì)響應(yīng)面試驗(yàn)，3 因素3 水平試驗(yàn)因素及水平如表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)的因素及水平

1.2.3 乳析指數(shù)測(cè)定

參考MC CLEMENTS 的方法采用量筒法測(cè)定[11]。量取50 mL 乳化液，置于50 mL 量筒中，蓋塞。于室溫條件下靜置24 h，記錄乳化液靜置前總高度（HE）和靜置后乳層高度（HC），如式（1）。

式中 HE為乳化液靜置前總高度，cm；HC為乳化液靜置后乳層高度，cm。

1.2.4 微膠囊化效果評(píng)價(jià)

參考康吟等的方法[12]，測(cè)定包埋產(chǎn)品表面含油量及產(chǎn)品總油量，單位均為mg，計(jì)算包埋率，如式（2）。

1.2.5 氧化穩(wěn)定性測(cè)定

參考CAN 等[13]的方法，將樣品置于60℃條件下進(jìn)行加速氧化，貯存期為20 d，每隔5 d 取樣，測(cè)定過氧化值（POV）。

1.2.6 水分含量測(cè)定

參考任凌云等的方法[14]，稱取樣品1 g 注入反應(yīng)池，用卡爾費(fèi)休試劑滴定至終點(diǎn)，測(cè)定水分含量。

1.2.7 粉末粒徑測(cè)定

參考TUPUNA 等[15]的方法,配制樣品濃度為1.0 mg/mL 的水溶液，于25±0.3 ℃采用動(dòng)態(tài)光散射儀測(cè)定藻油微膠囊粉末粒徑。

1.2.8 堆積密度的測(cè)定

參考GOULA 等[16]的方法，稱取藻油粉樣品2 g，勻速緩慢倒入具刻度量筒中，輕拍量筒至樣品體積恒定，堆積密度為樣品重量除以樣品體積，單位為g/cm3。

1.2.9 分散性的測(cè)定

參考CHEN 等[17]的方法，室溫條件下，稱取樣品0.5 g，放入150 mL 超純水中，記錄粉末完全分散所用的時(shí)間。

1.2.10 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用SPSS Statistics 22.0，利用one-way ANOVA 及Duncan 檢驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行組間比較和差異顯著性分析，顯著性水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗(yàn)

2.1.1 均質(zhì)壓力對(duì)微膠囊效果的影響

圖1 為均質(zhì)壓力對(duì)包埋效果的影響，結(jié)果表明，經(jīng)高壓均質(zhì)后，藻油包埋率增加，均質(zhì)壓力超過1 000 bar 時(shí)包埋率略有下降。

圖1 均質(zhì)壓力對(duì)包埋率的影響

2.1.2 壁材對(duì)微膠囊效果的影響

試驗(yàn)選用麥芽糊精和卵磷脂作為藻油微膠囊壁材，二者組成比例對(duì)包埋率影響如圖2 所示。由結(jié)果可知隨麥芽糊精∶卵磷脂比例增加，藻油包埋率升高，當(dāng)比例超過20 時(shí)，包埋率基本穩(wěn)定。圖3 為壁材與藻油比例對(duì)包埋效果的影響，由結(jié)果可知隨壁材∶藻油比例的增加，包埋率上升，包埋效果最好的比例為6。

圖2 麥芽糊精∶卵磷脂對(duì)包埋率的影響

圖3 壁材∶藻油對(duì)包埋率的影響

2.2 響應(yīng)面優(yōu)化分析

2.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

根據(jù)單因素結(jié)果選擇均質(zhì)壓力（A）、麥芽糊精∶卵磷脂（B）和壁材∶藻油（C）水平。根據(jù)Box-Behnken 原理，以包埋率為響應(yīng)值，根據(jù)Design-Expert 10 設(shè)計(jì)試驗(yàn)，優(yōu)化藻油包埋工藝，結(jié)果如表2所示。

表2 Box-Behnken優(yōu)化設(shè)計(jì)及結(jié)果

2.2.2 響應(yīng)面模型及方差分析

將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多元回歸擬合，由表3 可知包埋率（Y）對(duì)均質(zhì)壓力（A）、麥芽糊精∶卵磷脂（B）、壁材∶藻油（C）的回歸模型方程：Y=86.93-4.71×A+2.57×B+4.64×C-0.76×AB-2.87×AC-0.76×BC-7.59×A2-4.09×B2-3.66×C2?；貧w模型極顯著（P<0.001），失擬項(xiàng)不顯著（P>0.05），說明以包埋率為響應(yīng)值建立的試驗(yàn)方法可靠且模型較穩(wěn)定；相關(guān)系數(shù)R2=0.9643，調(diào)整回歸系數(shù)，說明回歸模型有較好的擬合度，模型構(gòu)建合理。模型中僅AB與BC 組合P值不顯著（P＞0.05），其它因素對(duì)包埋率的影響顯著（P＜0.05），刪除不顯著因素，調(diào)整后的模型為Y=86.93-4.71×A+2.57×B+4.64×C-2.87×AC-7.59×A2-4.09×B2-3.66×C2；由表3 中的F 值可看出，3因素對(duì)包埋率的影響程度依次為均質(zhì)壓力（A）＞壁材∶藻油（C）對(duì)＞麥芽糊精∶卵磷脂（B）。

表3 回歸模型方差分析

續(xù)表

2.2.3 響應(yīng)面交互作用

圖3 為3 個(gè)因素與包埋率的三維響應(yīng)圖，響應(yīng)圖的陡峭程度與各因素對(duì)包埋率的影響有關(guān)，等高線反映兩個(gè)因素之間的交互作用[18]。均質(zhì)壓力（A）和壁材∶藻油（C）的響應(yīng)圖坡度較陡，等高線為橢圓形，說明二者的交互作用可顯著影響包埋率；均質(zhì)壓力（A）和麥芽糊精 ∶卵磷脂（B）、麥芽糊精 :卵磷脂（B）和壁材 ∶ 藻油（C）的響應(yīng)圖坡度較平緩，等高線近乎圓形，說明因素A和B、B和C對(duì)包埋率的交互作用影響較弱，分析結(jié)果與表2 的結(jié)論具有一致性。

圖3 各因素間的交互作用

2.2.4 模型的優(yōu)化和驗(yàn)證

根據(jù)響應(yīng)面優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果及實(shí)際生產(chǎn)操作的方便性考慮，確定A、B、C3 個(gè)因素的最適值為均質(zhì)壓力850 bar，麥芽糊精∶卵磷脂為20 :1，壁材 :藻油為7.5 :1，該條件下預(yù)測(cè)包埋率為89.88%。為了驗(yàn)證模型預(yù)測(cè)結(jié)果是否準(zhǔn)確，采用此優(yōu)化條件重復(fù)試驗(yàn)3 次，取平均值，實(shí)際包埋率為88.72%，結(jié)果與二次回歸模型的預(yù)測(cè)值（89.88%）接近，充分驗(yàn)證本模型的準(zhǔn)確性，說明本方案優(yōu)化得到的藻油包埋條件參數(shù)準(zhǔn)確可靠。

2.3 高壓均質(zhì)對(duì)微膠囊化藻油理化指標(biāo)影響

由響應(yīng)面回歸分析可知高壓均質(zhì)對(duì)產(chǎn)品包埋率影響最為顯著，因此對(duì)比高壓均質(zhì)對(duì)包埋過程的影響，結(jié)果見表4。由結(jié)果可知，高壓均質(zhì)對(duì)乳狀液及微膠囊粉的多項(xiàng)理化指標(biāo)影響顯著（P<0.05）。因麥芽糊精帶正電荷，高壓均質(zhì)后，油體粒徑變小，油體表面與麥芽糊精接觸面積增加，導(dǎo)致乳液pH 下降，本結(jié)果與JIMENNEZ 研究的結(jié)論相一致[19]。

表4 微膠囊藻油理化指標(biāo)

有研究表明乳析指數(shù)與乳狀液穩(wěn)定性呈負(fù)相關(guān)，乳狀液經(jīng)高壓均質(zhì)后，分散相粒徑變小，受碰撞或其他作用力聚集在一起的機(jī)率降低，減弱脂肪球之間的聚結(jié)作用，從而影響乳析指數(shù)[20]。

高壓均質(zhì)對(duì)微膠囊化藻油粉的水分含量影響不顯著，水分含量范圍在1.68%～1.76%，明顯低于食品工業(yè)中干粉的最大水分含量（4%～5%）[21]，表明該壁材組成及配比有利于噴霧干燥過程水分的蒸發(fā)，故而干燥比較充分。高壓均質(zhì)可明顯提高產(chǎn)品包埋率，降低粉末粒徑、堆積密度和產(chǎn)品分散時(shí)間。根據(jù)LIU 等[22]的報(bào)道，包埋率與油滴外殼快速形成有關(guān)，高壓均質(zhì)降低油滴粒徑，影響噴霧干燥過程水分蒸發(fā)速度，避免被包裹的油滴擴(kuò)散到壁材表面，從而提高包埋率。堆積密度范圍為0.61～0.66 g/cm3，根據(jù)MEHYAR 等人的研究，微膠囊粉的堆積密度與樣品粒徑和水分含量有關(guān)，粒徑越小，產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的堆積密度約高[23]。經(jīng)高壓均質(zhì)處理后，藻油粉末分散時(shí)間從12.2 min 降至10.1 min，可能與均質(zhì)處理產(chǎn)品良好的包埋率有關(guān)，因?yàn)橛筒蝗苡谒?，包埋效果越好，表面含油量越低，產(chǎn)品的分散性越好。

2.4 氧化穩(wěn)定性分析

油脂樣品貯藏過程形成的氫過氧化物反映脂質(zhì)的氧化程度，是監(jiān)控脂質(zhì)質(zhì)量的重要指標(biāo)[24]。試驗(yàn)結(jié)果表明藻油及高壓和非高壓均質(zhì)藻油微膠囊樣品的POV 分別為2.9、3.1 和3.2 meq/kg，3 個(gè)樣品初始POV 值差異不明顯（P＞0.05）。但加速氧化過程中，微膠囊化樣品氧化穩(wěn)定性明顯高于原藻油樣品，且非高壓均質(zhì)樣品POV 增加速度明顯高于高壓均質(zhì)微膠囊化樣品（P＜0.05），貯藏至20 d 時(shí)，原藻油樣品POV 值約為高壓均質(zhì)樣品的3 倍，說明包埋率越高，藻油粉的氧化穩(wěn)定性越好。

3 結(jié)語

采用響應(yīng)面法對(duì)藻油微膠囊包埋條件進(jìn)行優(yōu)化，獲得最優(yōu)處理?xiàng)l件為麥芽糊精 :卵磷脂20 :1、壁材 :藻油7.5 :1、高壓均質(zhì)850 bar，該條件下包埋率為88.72%。對(duì)比高壓均質(zhì)與非高壓質(zhì)處理對(duì)微膠囊處理過程的影響，高壓均質(zhì)有利于維持乳狀液的穩(wěn)定性，且可顯著提高微膠囊粉的包埋效率，改善微膠囊藻油粉的理化性狀。以未經(jīng)包埋處理的藻油為對(duì)照，微膠囊處理可顯著提高樣品的氧化穩(wěn)定性，高壓均質(zhì)可提升樣品的氧化穩(wěn)定性。