微藻油微胶囊配方优化及其稳定性研究

白春清，韩 丹，熊 华*，刘玉珍，赵丽萍，史苏华，邓 波，蒋 岩

(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047)

微藻油微胶囊配方优化及其稳定性研究

白春清，韩 丹，熊 华*，刘玉珍，赵丽萍，史苏华，邓 波，蒋 岩

(南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室，江西 南昌 330047)

采用喷雾干燥法制备微藻油微胶囊，为优化微藻油微胶囊配方，以包封率为主要指标，对乳化剂、酪蛋白、环糊精用量及芯材含量进行响应面优化试验。结果表明：最佳配方为乳化剂用量3.98%、酪蛋白用量3.52%、环糊精用量11.1%、芯材含量30%。由此配方制备的微藻油微胶囊包埋率达到93.37%，产品经(60±1)℃加速氧化14d后，过氧化值仅为对照样品的三分之一；将微藻油微胶囊添加在婴儿配方奶粉中，经常温真空避光保存一年，DHA保留率为91.06%，证明该微胶囊具有良好的氧化稳定性和贮藏稳定性。

微藻油；二十二碳六烯酸；微胶囊；响应面法；稳定性

Abstract：In order to optimize the formula of micro-algal microcapsules, the effects of emulsifier, casein, cyclodextrin on microencapsulation efficiency of micro-algal oil were explored using response surface methodology. Results indicated that the optimal formulation for micro-algal oil microcapsules were 3.98% emulsifier, 3.52% casein, 11.1% cyclodextrin and 30% microalgal oil as the core-material, respectively. The microcapsulation efficiency of micro-algal oil reached up to 93.37% at this optimal condition. Compared with the control samples, the peroxide value (POV) of total oil in microcapsules remained one third after accelerated oxidation at (60±1) ℃ for 14 days, which revealed a promising oxidation stability of micro-algal oil in microcapsules. The retention rate of DHA in formula milk powder containing micro-algal oil microcapsules was up to 91.06%after storage for 1 year under the conditions of vacuum packaging, room temperature and lightlessness. Therefore, micro-algal oil microcapsules exhibited an excellent oxidation stability and storage stability.

Key words：micro-algal oil；docosahexaenoic acid (DHA)；microcapsule；response surface methodology；stability

微藻油是从发酵后的藻类中提取的脂质，其特征性成分是对人体具有重要生理和保健功能的二十二碳六烯酸(DHA)[1-3]。目前添加于食品和直接用做营养补充剂的DHA主要来源于鱼油和微藻油。与鱼油相比，微藻油具有DHA含量高、EPA(二十二碳五烯酸)含量非常低、氧化稳定性高、无鱼腥异味、重金属污染少等优点，在国际食品及保健品市场上供不应求，也是唯一得到美国食品与药物管理局(FDA)认可的儿童DHA补充剂来源[4-6]。微藻油中富含的DHA属于ω-3型多不饱和脂肪酸，对光、热、氧等因素敏感，极易氧化，使营养保健和生理活性功能丧失，甚至还会对人体造成危害，极大地限制了其在食品加工中的应用[7]。采用微胶囊技术对微藻油进行包埋，具有保护其免受环境条件的影响，改变物质的性质或性能、屏蔽味道、提高微藻油稳定性、延长货架期等特点[8-11]。因此，研究采用适宜的配方对微藻油进行微囊化，制备出包埋率高、稳定性好的产品是提高微藻油稳定性、扩大其应用范围的关键问题之一。

本实验利用环糊精的空穴结构对微藻油进行包埋，掩盖其异味；利用酪蛋白的成膜性，并结合乳化剂的乳化性和稳定性，对空穴结构表面进行包覆，实现对微藻油有效包埋，提高微胶囊化效率。在预实验的基础上，采用响应面设计法优化微藻油微胶囊的配方，通过加速氧化实验和配方奶粉添加实验，验证产品的稳定性。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

微藻油 武汉百奥科技发展有限公司；环糊精 郁南县永光环状糊精有限公司；麦芽糊精 孟州市鑫源有限责任公司；酪蛋白 河南曙光生物科技有限公司；吐温-80 上海申宇医药化工有限公司；乳化剂 江西维尔宝食品有限公司；高峰氏淀粉酶(TaKa酶) 上海正极生物科技有限公司；分析所用化学试剂除正己烷、无水甲醇、乙酸甲酯为色谱纯外，其他均为分析纯。

1.2 仪器与设备

QZR-8型喷雾干燥机 无锡市林洲干燥机厂；GYB 50-6S均质机 上海东华高压均质机厂；JB-3型定时恒温磁力搅拌器 上海雷磁新泾仪器有限公司；R205旋转蒸发仪 上海申生科技仪器厂；755B紫外-可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司；美国PSS公司；6890N型气相色谱仪 美国Agilent公司；THZ-82恒温振荡器 常州国华电器有限公司；FA1004电子分析天平 上海上平仪器公司。

1.3 方法

1.3.1 微藻油微胶囊的制备

按一定比例称取环糊精、酪蛋白、乳化剂、稳定剂，溶解于65～70℃的水中，在快速搅拌下将预热到70℃的微藻油，加入到上述水相中混匀，经高压均质机于40～50MPa均质处理得稳定乳液，乳液在进风温度185℃、出风温度85℃条件下喷雾干燥即得微藻油微胶囊产品。

1.3.2 微胶囊包埋率的测定

称取2g左右的微胶囊粉末(m)至恒质量的三角瓶(m1)中，加入30mL沸程为30～60℃的石油醚，振荡提取10min。用已知质量的滤纸(m2)过滤上述样品，并用10mL石油醚洗涤三角瓶和滤渣。将三角瓶和带滤渣的滤纸转移到60℃烘箱中，20min后取出，冷却称量(m3)[12]。包埋率平行测定3次。

式中：n为配料中芯材的含量/%。

1.3.3 过氧化值(POV)和DHA保留率的测定[13-14]

1.3.3.1 样品破壁处理

称取约1g微胶囊产品置于抽脂瓶中，加入约0.1g的Taka淀粉酶，混合均匀后，加入10mL 45～50℃的蒸馏水，混合均匀后，用氮气排除瓶中的空气，盖上瓶塞，置于45℃恒温箱中恒温30min。取出冷却至室温。

1.3.3.2 油脂提取

于上述样品溶液中加入2mL体积分数为25%的氨水溶液，盖上瓶塞，置65℃水浴中水浴15min，取出轻摇，冷至室温。加入10mL乙醇，混匀。加入25mL乙醚，加塞振摇1min。加入25mL石油醚，塞上塞子振摇1min。离心或静置，使醚层、水层分开。有机层转入烧瓶中，第2次提取加入的试剂为5mL乙醇、15mL乙醚、15mL石油醚，操作同前。第3次提取不加乙醇，只用15mL石油醚，如上操作。把提取的醚液合并，减压浓缩至近干。

1.3.3.3 破壁后POV的测定

POV值按照GB/T 5009.37—2003《食用植物油卫生标准的分析方法》中规定的比色法测定。

1.3.3.4 DHA保留率的测定

甲酯化：取脂肪2mg加入1.5mL正己烷，使脂肪溶于正己烷，加乙酸甲酯40μL振荡，加入100μL溶于甲醇的甲醇钠，在室温条件下反应20min，冷藏10min后加60μL草酸，过滤，滤液用气相色谱分析。

色谱分析：FID温度250℃，进样口温度250℃。程序升温过程：45℃保持3min，然后以13℃/min升温至175℃，保持27min，再以4℃/min升温至215℃，保持35min，载气为高纯氢气。通过与脂肪酸甲酯标准图谱对照，采用面积归一化法定量计算脂肪酸的相对含量(以峰值面积的百分比表示)。

1.3.4 响应面试验设计优化配方[15]

在本实验前期研究的基础上，得出对微胶囊产品包埋率影响较大的因素是乳化剂用量、酪蛋白用量、环糊精用量及芯材含量4个因素。针对这4个因素，以微藻油DHA包埋率为响应值，采用Box-Behnken的中心组合设计原理，设计四因素三水平的响应面优化试验，通过响应面分析对微胶囊配方进行优化，因素水平见表1。

表1 响应面试验方案设计因素及水平编码值Table 1 Factors and levels in response surface design%

1.3.5 产品氧化稳定性测定[16]

将微胶囊产品分装于棕色广口瓶中，充氮密封，在(60±1)℃条件下加速氧化，定期取样测定产品的POV值，分析POV值随加速氧化时间的变化情况以测定产品的氧化稳定性。

1.3.6 微藻油微胶囊在食品体系中的稳定性

按照DHA占配方奶粉总脂肪酸量0.5%的比例将微藻油微胶囊添加到配方奶粉中，样品真空包装于铝箔袋中，在室温条件下储藏，定期测定产品的DHA保留率，考察其稳定性。

1.3.7 统计分析方法

实验数据采用SAS软件(V9.1)统计软件分析处理。

2 结果与分析

2.1 响应面优化试验

2.1.1 试验方案及结果

本实验在前期研究的基础上，选用四因子的Box-Behnken拟合二阶响应面三水平设计，共有27个试验点，以包埋率为响应值，试验方案及结果见表2。

表2 Box-Behnken试验方案及结果Table 2 Response surface design matrix and experimental results

2.1.2 模型的建立与显著性检验

采用SAS软件(V9.1)对上述试验结果进行二次回归分析，得到微胶囊化微藻油的包埋率(Y)对乳化剂(X1)、环糊精(X2)、酪蛋白(X3)及芯材含量(X4)的回归模型方程：

对回归方程进行显著性分析，结果如表3所示。

表3 回归模型显著性分析Table 3 Significance analysis for each term of the established regression model

表 3 显示，X1、X3、X4、X12、X32、X42高度显著，X2、X1X4、X22显著，其他交互项不显著，但总体回归方程差异极显著，相关系数R2=82.99422/85.44007=97.14%，说明该数学回归模型与实验数据拟合关系较好，可利用此方程进一步确定最佳配方含量。在所选的各因素水平范围内，对响应值的影响排序为X4＞X1＞X3＞X2，即芯材含量＞乳化剂用量＞环糊精用量＞酪蛋白用量。

2.1.3 响应面分析

根据上述数学回归模型做出响应曲面图，结果如图1～6所示。从图中可以直观了解各因素对包埋率的影响以及各因素之间的交互作用。

图1 乳化剂用量和酪蛋白用量对包埋率的影响Fig.1 Response surface plot showing the effects of emulsifier amount and casein amount on encapsulation efficiency

由图1可以看出，在固定环糊精用量和芯材含量不变的条件下，在选定的乳化剂用量和酪蛋白用量范围内，微胶囊包埋率的较高值落在乳化剂用量和酪蛋白用量的中间偏上区域，两因素的改变都会引起微胶囊化效率的降低，但乳化剂用量对包埋率的影响较大。

图2 乳化剂用量和环糊精用量对包埋率的影响Fig.2 Response surface plot showing the effects of emulsifier amount and cyclodextrin amount on encapsulation efficiency

由图2可以看出，在固定酪蛋白用量和芯材含量不变的条件下，在选定的乳化剂用量和环糊精用量范围内，微胶囊包埋率的较高值落在乳化剂用量和环糊精用量的中间偏上区域，两因素的改变都会引起微胶囊化效率的降低，但乳化剂用量对包埋率的影响较大。

图3 乳化剂用量和芯材含量对包埋率的影响Fig.3 Response surface plot showing the effects of emulsifier amount and core material amount on encapsulation efficiency

由图3可以看出，在固定酪蛋白用量和环糊精用量不变的条件下，在选定的乳化剂用量和芯材含量范围内，微胶囊的包埋率随芯材含量的增加先升高后下降，随乳化剂用量的增加而升高，且二者的影响都较为显著。

图4 酪蛋白用量和环糊精用量对包埋率的影响Fig.4 Response surface plot showing the effects of casein amount and cyclodextrin amount on encapsulation efficiency

由图4可以看出，在固定乳化剂用量和芯材含量不变的条件下，在选定的酪蛋白用量和环糊精用量范围内，微胶囊包埋率的较高值落在酪蛋白用量和环糊精用量编码值的中间偏上区域，两因素的改变都会引起微胶囊化效率的降低，但环糊精用量对包埋率的影响较大。

图5 酪蛋白用量和芯材含量对包埋率的影响Fig.5 Response surface plot showing the effects of casein amount and core material amount on encapsulation efficiency

由图5可以看出，在固定乳化剂和环糊精用量不变的条件下，在选定的酪蛋白用量和芯材含量范围内，微胶囊的包埋率随芯材含量的曾加先升高后下降，随乳化剂用量的增加而升高，且芯材含量对包埋率的影响较为显著。

图6 环糊精用量和芯材含量对包埋率的影响Fig.6 Response surface plot showing the effects of cyclodextrin amount and core material amount on encapsulation efficiency

由图6可以看出，在固定乳化剂和酪蛋白用量不变的条件下，在选定的环糊精用量和和芯材含量范围内，微胶囊的包埋率随芯材含量的增加先稍微升高后快速下降，随环糊精用量的增加而升高，且芯材含量对包埋率的影响较为显著。

2.1.4 最佳含量的确定

经过对所得回归方程取一阶偏导等于零，得X1=0.60、X2=0.49、X3=0.42、X4=－1.03为最佳组合，此时包埋率的理论值为94.21%。但考虑到成本问题，应在保证微胶囊产品质量的同时，尽可能提高载油量，取30%芯材含量，即X4=0时对所得理论值加以修正，修正后X1=0.38、X2=0.52、X3=0.55、X4=0，即优化配方为乳化剂用量3.98%、酪蛋白用量3.52%、环糊精11.1%、芯材含量30%，在此条件下微胶囊包埋率的理论值为93.04%。

2.1.5 模型的验证

为验证响应面法所得到的配方的可靠性，依据2.1.4节所确定的配方组合重复实验3次，所得微胶囊水分含量为3.68%，流动性好，色泽洁白，溶解性好、溶解后呈牛奶状，有较淡的海藻油味，包埋率平均值为(93.37±0.78)%，据此可认为实验数据可靠。

2.2 微胶囊产品的氧化稳定性分析

根据以上实验结果，取适宜配方制成微胶囊产品进行加速实验，并与未微胶囊化的微藻油对比。结果如图7所示。

图7 微胶囊产品的氧化稳定性Fig.7 Oxidation stability of micro-algal oil microcapsules

由图7可知，微藻油微胶囊化能明显降低微藻油的氧化速度，加速氧化14d后，未微胶囊化微藻油的POV值从初始的3.25meq/kg上升到52.54meq/kg，而微藻油微胶囊的POV值为15.67meq/kg，仅为未微胶囊化微藻油的三分之一，证明微藻油微胶囊化后具有较好的氧化稳定性。

2.3 微胶囊产品在配方奶粉中的稳定性

图8 贮藏过程中配方奶粉中DHA保留率的变化Fig.8 Retention rate of DHA in formula milk powder during storage

DHA的氧化会降低婴儿配方奶粉的营养价值，从而影响食品的品质和贮藏期限[17]。由图8所示，将DHA配方奶粉在铝箔袋真空包装后常温贮藏，随着贮藏时间的增加DHA保留率持续下降，在贮藏360d后，DHA含量下降到0.448%，DHA保留率为91.06%。虽然有所下降，但经过近一年的贮藏后仍有较高的保留率，说明经过微胶囊化后，并真空避光贮藏能够对DHA起到较为有效的保护作用。

3 结 论

将响应面分析法(RSA)应用于微藻油微胶囊配方的研究，采用合理的实验设计对微胶囊工艺进行全面分析，结果表明：在所选的各因素水平范围内，对微藻油微胶囊包埋率的影响排序为：芯材含量＞乳化剂用量＞环糊精用量＞酪蛋白用量，微藻油微胶囊的最佳配方组合为：乳化剂用量3.98%、酪蛋白用量3.52%、环糊精11.1%、芯材含量30%，在此条件下微藻油微胶囊包埋率的理论值为93.04%。按此配方制备的微胶囊化微藻油产品包埋率93.37%，水分含量低，流动性好，色泽洁白，溶解后呈牛奶状，有较淡的微藻油味。经(60±1)℃加速氧化实验，及在配方奶粉中的贮存稳定性实验，证明产品具有较好的氧化稳定性，贮存稳定性，在食品体系中具有相当好的稳定性。

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Optimization and Stability of Micro-algal Oil Microcapsules

BAI Chun-qing，HAN Dan，XIONG Hua*，LIU Yu-zhen，ZHAO Li-ping，SHI Su-hua，DENG Bo，JIANG Yan
(State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

TS227

A

1002-6630(2010)18-0005-05

2010-06-19

国家“863”计划专题项目(2008AA10Z332)；“十一五”国家科技支撑计划项目(2006BAD27B04)

白春清(1984—)，女，硕士研究生，研究方向为脂质体与微胶囊产品与特性。E-mail：chunqingbai01@yahoo.com.cn

*通信作者：熊华(1957—)，男，教授，硕士，研究方向为微胶囊与功能性食品。E-mail：huaxiong100@yahoo.com.cn