复凝聚法制备葱油香精微胶囊*

刘楠楠，陈雪峰，刘俊杰

(陕西科技大学生命科学与工程学院，陕西西安，710021)

复凝聚法制备葱油香精微胶囊*

刘楠楠，陈雪峰，刘俊杰

(陕西科技大学生命科学与工程学院，陕西西安，710021)

探讨了以明胶、阿拉伯胶为壁材，用复凝聚法制备葱油香精微胶囊的工艺条件。分析了芯壁质量比、pH值、固化时间对微胶囊成囊效果的影响，制备葱油香精微胶囊的适宜工艺为:芯壁材质量比1∶2;pH值4.15;固化剂为谷氨酰胺转氨酶，用量为明胶质量的25%，固化时间12h。采用喷雾干燥法(进风温度185℃，出风温度80℃，进料温度50℃)可以制备出葱油香精微胶囊粉状产品，产品的含水率为2.87%，包埋率为89.55%。

复凝聚法，喷雾干燥，微胶囊，葱油香精

微胶囊是利用天然或合成的高分子材料包裹固体、液体甚至是气体等物质，制成有囊壁的微型胶囊以及保留或截留其他物质的微粒，从而达到保护、控释等效果［1］。在食品加工过程中，为改善产品风味，香精作为赋香剂而被广泛使用，但香精中的香味成分在光、热、氧作用下容易发生变化，从而导致食品风味劣变，最终影响产品品质［2］。将香精进行微胶囊化，就可以较好的解决香精在使用过程中的稳定性问题，扩大香精在食品加工中的应用领域。本文利用复凝聚法结合喷雾干燥对葱油香精进行微胶囊化，研究了葱油香精微胶囊的生产工艺。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

葱油香精(onion oil flavor):广州美益香料有限公司提供，明胶、阿拉伯胶、麦芽糊精、食用乙酸、氢氧化钠、谷氨酰胺转氨酶等材料:市购。

TD1001精密电子天平，赛多利斯仪器有限公司;XS-402相差显微镜，南京江南永新光学有限公司;QUANTA 400扫描电子显微镜，荷兰飞利浦FEI公司;PB－10酸度计，赛多利斯仪器有限公司;DZ30－32离心机，上海安亭科学仪器厂;DK－98－1型恒温水浴锅，天津市泰斯特仪器有限公司;DHG－9246A型电热恒温鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司;MJ－250BP02A电动搅拌机，常州国华电器有限公司;RGLWD1顺流立式喷雾干燥塔，陕西三原食品机械有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 微胶囊香精的制备工艺流程

将阿拉伯胶配成浓度为0.03 g/mL的水溶液，按一定芯壁比加入葱油香精进行均质乳化，再加入0.03 g/mL浓度的明胶水溶液，所得混合液搅拌均匀并加热至45℃，然后加入体积分数为10%的醋酸溶液调节混合液pH值到一定范围，此时阿拉伯胶与明胶开始围绕葱油香精液滴凝聚并形成微胶囊，保温并缓慢搅拌1 h，加入固化剂(谷氨酰胺转氨酶)进行固化，固化一定时间后，加入1 mol/L NaOH调节溶液pH值到7.0左右，用离心机分离出湿胶囊，按质量比1∶1加入浓度为0.2 mg/L的阿拉伯胶和麦芽糊精混合液，通过喷雾干燥(进风温度185℃，出风温度80℃，进料温度50℃)即可得到葱油香精微胶囊产品。

1.2.2 微胶囊形态的观察

在采用复凝聚法制备微胶囊的过程中，用吸管适量吸取不同包埋条件下未经喷雾干燥的微胶囊分散液，置于载玻片上，盖上盖玻片，用XS－402型相差显微镜10(目镜)×40(物镜)下观测。

1.2.3 扫描电子显微镜(SEM)观察微胶囊的超微结构。

在样品台上贴上一层双面胶，将喷雾干燥后的微胶囊粉末轻轻撒在上面，加速电压为20 kV，选择具有代表性的视野进行观察。

1.2.4 微胶囊包埋率的测定

产品表面葱油含量的测定方法:称取2.000 g微胶囊产品，用20 mL石油醚震荡洗涤，过滤，重复2次，合并滤液放入已精确称量的称量瓶中，置于60℃烘箱中蒸干溶剂，将称量瓶放置干燥器中冷却称重，可得微胶囊表面葱油质量。

产品中总葱油含量的测定:称取2.000 g微胶囊样品，反复研磨多次，无水乙醚作溶剂用索式抽提法测定［3］。

1.2.5 水分含量的测定

105℃ 恒重法［4］，准确称取葱油香精微胶囊 m(10 g)，在105℃烘箱中烘2 h，然后在干燥器中冷却至室温，称量为m1，重复以上操作，干燥时间为1 h，再称质量为m2，两者相差不超过0.05 g。

2 结果与讨论

2.1 芯壁比对成囊效果的影响

pH 值为 4.15，选择芯壁质量比为 2∶1、1∶1、1∶2、1∶3，相差显微镜下观察其包埋情况，结果见图1。

图1 相差显微镜下不同芯材壁材比对成囊效果的影响(标尺=10μm)

从微胶囊的形成来看，当芯壁质量比为2∶1时，微胶囊形状不规则，大小不一，芯材液滴未被完全包埋［(图1(A)］;当芯壁质量比为1∶1时，微胶囊形状大多为椭圆形，少数为不规则形，部分微胶囊中芯材液滴未被完全包埋［(图1(B)］;而当芯壁质量比为1∶2时，微胶囊大小均一、呈球形，芯材液滴被完全包埋［(图1(C)］;当芯壁比为1∶3时，微胶囊形状不规则且颗粒之间有交联聚集现象，多数微胶囊中芯材液滴未被包埋［(图1(D)］。复凝聚法是使用2种或多种带不同电荷的水溶性高分子电解质作为壁材，将不溶于水的芯材以微粒形态(液滴)分散在壁材溶液中，在适当的条件下(如改变pH值，加入无机盐电解质等)，带不同电荷的壁材因静电作用发生相互吸附并围绕芯材液滴凝聚成聚合物，聚合物最终从溶液中以固相析出形成微胶囊［5］。结果表明，不同的芯壁比对微胶囊的形成有很大的影响。这是因为芯材浓度过高，芯材分散于连续相中的乳状液滴增加，液滴更易相互碰撞而聚集成不规则状态［6］，同时随着芯材用量的增加，平均凝聚在芯材液滴表面的明胶和阿拉伯胶聚合物减少，从而使壁膜变薄，甚至出现芯材未被完全包埋的情况。若壁材浓度过大，带相反电荷的壁材虽能围绕芯材凝聚，但壁材之间互相碰撞的几率也大大增加，壁材交联现象严重，所形成的聚合物呈不规则形状;另外壁材也可不围绕芯材液滴直接发生凝聚，使得部分芯材未被包埋。只有当芯壁质量比适中时(如1∶2)，微胶囊成囊效果最好。

2.2 pH值对成囊效果的影响

芯壁质量比为1∶2，调节 pH值分别为3.75，3.95，4.15，4.35，相差显微镜下观察其包埋情况，结果见图2。

图2 相差显微镜下不同pH对微胶囊成囊效果的影响(标尺=10μm)

从微胶囊的形成来看，在pH值在3.75～4.15内，随着pH值的下降，微胶囊囊壁由厚变薄，以至出现形状不完整、芯材液滴未被包埋的现象。pH值在3.75时，微胶囊囊壁最薄，部分微胶囊中芯材液滴没有完全包埋［图2(A)］;pH值在3.95时，微胶囊囊壁较厚，少量微胶囊囊壁不完整［图2(B)］，pH值在4.15时，微胶囊囊壁厚实，芯材液滴被完全包埋［图2(C)］;pH值上升到4.35时，没有微胶囊形成［图2(D)］。

明胶是一种既含—COO－又含—NH3+的两性蛋白质，等电点在4.8～9.0［7］。在水溶液里明胶分子的电荷性受溶液pH值的影响。当溶液pH值低于明胶等电点时，分子带正电;当溶液pH值高于等电点时，分子带负电。通过改变溶液的pH，就可以使明胶成为聚阳离子或聚阴离子。阿拉伯胶是由多种单糖缩聚形成的聚合物，结构中含有—COO－，当溶液pH值≥3.0时，阿拉伯胶分子是聚阴离子［5］。本文研究结果表明，pH值并不是越低越好，这是因为pH值过低时(如pH=3.75)，大量的H+会抑制明胶电离，导致明胶带正电荷量减少［8］，使得明胶与阿拉伯胶之间的静电作用减弱，从而不利于微胶囊的形成。若pH值较高(如pH=4.35)，接近明胶等电点，明胶所带正电荷量也减少，与阿拉伯胶的静电作用也减弱，从而也不利于微胶囊形成。只有当pH值适中时(如pH=4.15)，明胶正电荷量达最大，与阿拉伯胶的静电作用最强，从而最有利于微胶囊的形成。

2.3 固化时间对成囊效果的影响

明胶一阿拉伯胶的复合凝聚是通过静电作用产生相分离，从而导致聚合物在溶胶与凝胶之间发生可逆转变，条件改变，凝聚相就会消失［6］。为使在芯材周围凝聚的聚合物不再解聚，需要对聚合物进行固化处理。固化处理的原理就是让包埋在芯材周围的高分子物质之间发生化学交联，从而获得结构稳定的微胶囊。常用的固化剂有甲醛、戊二醛、谷氨酰胺转氨酶等，甲醛、戊二醛属化学交联剂，对人体有害，不适合制备食品用微胶囊，故本研究选用符合食品安全要求的谷氨酰胺转氨酶(TG)作为微胶囊的固化剂。固化剂酶的用量为明胶质量的25%，固化时间设置为4、8、12、16 h，将固化后的微胶囊溶液在 90℃ 下保温30 min，观察其固化效果(相差显微镜下)，结果如图3所示。

图3 相差显微镜下TG不同作用时间对微胶囊成囊的影响(标尺=10μm)

图4 扫描电镜(SEM)下微胶囊的表面微观结构(1 000×)

当固化时间为4 h时，经高温处理后，微胶囊囊壁变薄且产生破损［图3(A)］。固化时间为8h时，经高温处理后，微胶囊囊壁虽然变薄，但囊壁结构较稳定，只有少微胶囊囊壁破损［图3(B)］。固化时间为12 h，经高温处理后，微胶囊囊壁依然厚实，囊壁结构稳定，几乎无破损［图3(C)］。固化时间为16 h时，固化效果同固化12 h的结果［(图3(D)］。微胶囊未经固化处理经高温作用后，微胶囊形态不稳定，囊壁发生解聚［图3(E)］。

90℃保温30 min的处理是一个破坏性实验，用于观察微胶囊的稳定性。结果表明，当酶量一定时，延长固化时间可有效提高微胶囊的稳定性。谷氨酰胺转氨酶是一种催化酰基转移反应的酶，它能够通过形成蛋白质分子间共价键，催化蛋白质分子聚合和交联［9］，提高微胶囊的囊壁强度。选用TG对微胶囊经固化处理12h后，在温度高达90℃时，微胶囊依然保持完整，而随着时间进一步延长，固化作用更强。董志俭等［10］研究了酶用量和固化时间对微胶囊的影响，酶用量多，所需时间短，酶用量少，所需时间长。

2.4 微胶囊表面微观结构的观察

将最佳工艺条件下得到的微胶囊通过离心分离收集微胶囊，加入二次包埋壁材进行喷雾干燥。所得产品经电镜扫描观察其表面微观结构，结果如图4所示。

由图4可知，微胶囊外观呈圆形，表面光滑，囊壁致密完整。肉眼下观察，微胶囊产品为白色粉末，颗粒细小均匀，流动性、分散性较好。葱油香气较淡，研磨后，葱油香味浓郁。经测定含水率为2.87%，包埋率为89.55%。

3 结论

复凝聚结合喷雾干燥法是新型的微胶囊制备技术，复凝聚形成的微胶囊经固化后，囊壁稳定，在高温下不易解聚和破裂［11］，复水后仍然能较好地保持微胶囊的原有状态，能最大程度的减少芯材的损失。复凝聚法制造葱油香精微胶囊的最佳工艺条件为:芯壁材料质量比1∶2，pH值4.15，固化剂(TG)用量为明胶量的25%，固化时间12 h。采用喷雾干燥可将复凝聚制备的湿胶囊制成固体微胶囊产品，产品外观为粉状，研磨处理后，能够释放出浓郁的葱油香味，该产品可以用于食品加工中的香味赋香。

［1］ 孙忠于，王海滨.微胶囊的功能特性及其在食品工业中应用［J］.武汉工业学院学报，2008，27(2):41－43.

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Study of Microencapsulation Technology of Onion Oil Flavor by Complex Coacervation

Liu Nan-nan，Chen Xue-feng，Liu Jun-jie
(College of Life Science and Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi＇an 710021，China)

The manufacture of microencapsu1ation of onion oil flavor by complex coacervation using gelatin and gum arabic as the wall materials was investigated.The influence of the ratio of core to wall，pH and hardening time on the morphology of the microencapsu1ation was evaluated.Core to wall ratio 1∶2;pH4.15;the transglutaminase used as cross-linking agent to gelation ratio 25%;solidified time12h were found to be the optimum conditions.Finally，the microencapsulation powders were prepared by spray-drying(inlet temperature was 185℃，outlet temperature was 80℃and feed temperature was 50℃).The moisture content and encapsulation efficiency of microencapsulation powders was 2.87%and 89.55%respectively.

complex coacervation，spray drying，microencapsulation，onion oil flavor

硕士研究生。

*陕西科技大学博士科研启动基金项目(BJ09－22)

2010－07－25，改回日期:2010－10－29