响应面法对鱼肝油微胶囊化复合壁材的优化研究

徐易 邓尚贵

摘要 [目的]优化鱼肝油进行微胶囊化的壁材用量。[方法] 以天然鱼肝油为芯材，通过单因素试验研究乳清蛋白、β环糊精、阿拉伯胶壁材对鱼肝油微胶囊化包埋率的影响，再结合中心组合响应面设计优化复合壁材用量，建立3种壁材用量与包埋率的数学模型。[结果]试验表明，在乳液浓度为25%时，鱼肝油微胶囊化3种壁材乳清蛋白、β环糊精、阿拉伯胶的最佳使用比例为0.217、0.217、0.217，3种壁材比例为1∶1∶1。在此条件下，鱼肝油微粉的包埋率可达85.44%。[结论] 研究可为鱼肝油的高效利用和产品开发提供技术支持。

关键词 鱼肝油；微胶囊化；复合壁材；响应面；优化

中图分类号 S986.2 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）31-11086-04

The Optimization Study of the Composite Ratio of Wall Material of Cod Liver Oil by Using Response Surface Methodology

XU Yi， DENG Shanggui* （College of Food and Medicine， Zhejiang Ocean University， Zhoushan， Zhejiang 316022）

Abstract [Objective] To optimize the amount of wall material on the microencapsulation of squid liver oil. [Method] Effects of whey protein， βcyclodextrin and gum arabic as wall materials on the cod liver oil microencapsulation embedding rate were studied through single factor experiment with nature cod liver oil as core material， then combined with central composite response surface design to optimize the dosage of composite wall material， and establish the mathematical model of the usage of three wall materials and embedding rate. [Result] The result showed that when the concentration of the emulsion was 25%， the optimum proportion of cod liver oil and three wall materials were 0.217， 0.217， 0.217， the ratio of three wall materials was 1∶1∶1. Under this condition， the embedding rate of squid liver oil powder was 85.44%. [Conclusion] The study can provide technical support for high effective utilization and products development of cod liver oil.

Key words Cod liver oil； Microencapsulation； Composite wall material； Response surface； Optimization

鱼肝油是从鱼的肝脏部分提取制得的一种鱼油，其成分十分复杂，除含丰富的EPA和DHA外，还富含天然维生素A（VA）和维生素D（VD）等。鱼肝油中的VA和VD分别能够改善人体视觉系统和促进骨骼生长，是人体特别是儿童需要经常补充的重要天然维生素。因此，在日常生活中，一般常用鱼肝油来补充机体所需的VA和VD。

鱼肝油难溶于水，还具有特殊的腥味，这为其直接食用和在配方食品中的应用带来了困难。此外，鱼肝油所含的多不飽和脂肪酸易被氧化，导致过氧化值升高，产生酸败，降低其食品安全性和商品价值。目前，普遍的加工方法是将鱼肝油加工成浓缩鱼肝油制剂、鱼肝油胶丸等产品，但这些产品需要经常服用，在产品特性方面仍然存在着诸多需要改善的地方^[1-3]。最突出的是产品的腥味和极易氧化问题仍然未能得到很好解决，影响到商品的货架期、安全性和食用口感，从而影响到商品价值。因此，对于鱼肝油产业来说，目前最为紧迫的是寻找更为合理的加工利用技术和解决制品的包装形式。

微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术。油脂的微胶囊化技术距今已有150多年的历史，早在19世纪末，人们就通过冷固化法和吸附法来生产微胶囊化油脂。微胶囊化粉末油脂能防止油脂氧化酸败，延长油脂储藏期，被广泛应用于食品领域，添加到面包、糕点等食品中，提高其色、香、味和营养价值^[4-6]。为解决鱼肝油及其制品腥味较浓、极易氧化、货架寿命期短等问题，拓展鱼肝油在食品领域的使用范围，笔者以天然鱼肝油为芯材，选择乳清蛋白、β环糊精和阿拉伯胶为壁材，采用中心组合响应面法优化设计鱼肝油微胶囊化复合壁材，以期获得较高包埋率的微胶囊鱼肝油，为鱼肝油的高效利用和产品开发提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料

鱿鱼鱼肝油，批号J001GN20130303P3624，购自浙江兴业集团有限公司；乳清蛋白、阿拉伯胶、β环糊精，均为食品级，购自国药集团化学试剂有限公司。

仪器与设备：MDFU53V超低温冰箱，日本SANYO公司；HWS12电热恒温水浴锅，上海齐欣科学仪器有限公司；BS124S电子天平，赛多利斯公司；CR21G台式离心机，日立公司；电热鼓风干燥机，上海一恒科学仪器有限公司；真空冷冻干燥机，labconco公司；数显恒温磁力搅拌器，金坛市国旺实验仪器厂。

1.2 方法

1.2.1 鱼肝油微胶囊流程。取一定量鱼肝油，加入预先溶解好的壁材中，用数显恒温磁力搅拌器搅拌1 h至均匀，并静置1 h至乳液不分层，放入MDFU53V型超低温冰箱冷冻12 h，采用labconco真空冷冻干燥机进行真空冷冻干燥24 h。基本流程如图1所示。

1.2.2 单一壁材微胶囊制备。

选取阿拉伯胶、β环糊精、乳清蛋白为单一壁材，分别以芯壁材比例为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7进行试验，选取乳液浓度为25%，真空冷冻干燥时间为24 h，制备微胶囊。

1.2.3 微胶囊包埋率的测定。

表面油^[7]：准确称取M（2～5）g样品至已干燥的锥形瓶中，加入30 ml沸程30～60 ℃的石油醚，振荡提取5 min，用滤纸过滤，再用10 ml的石油醚洗涤锥形瓶和滤纸，得到的滤液收集在干燥恒重的锥形瓶（M1）中，在60 ℃水浴中蒸干滤液后，移入鼓风干燥箱中60 ℃干燥至恒重（M2）。进行3次平行试验，试验数据为3次平均值。

表面油=（M2-M1）/M×100%

式中， M为试样质量（g），M1为锥形瓶质量（g），M2为干燥后的锥形瓶与油脂质量（g）。

总油：准确称取2 g样品于50 ml大试管中，加入8 ml水使之充分溶解后，加入10 ml浓盐酸，置于80 ℃水浴1 h，每隔10 min摇匀或搅拌一次。取出试管，加10 ml 95%乙醇混合。冷却后移入100 ml带塞量筒，加30 ml乙醚，加塞振摇1 min，静置10 min，开塞，用20 ml石油醚-乙醚等量混合液冲洗塞子和量筒壁。待上层液体清晰，吸出上清液于干燥恒重（M1）的锥形瓶中。再加10 ml乙醚于具塞量筒内，振摇，静置后，仍将上层乙醚吸出，放入原锥形瓶内。将锥形瓶置水浴上蒸干，置于（105±1）℃烘箱中干燥至恒重（M2）。进行3次平行试验，试验数据为3次平均值。

1.2.5.5 产品流动性的测定。

该试验选用休止角法来测定鱼肝油微胶囊产品的流动性，休止角的测定是检验粉体流动性好坏的最简便的方法^[12]。休止角是粉体堆积层的自由斜面在静止的平衡状态下，与水平面所形成的最大角，其测定常用的方法是固定圆锥法。将一漏斗置于铁架台上，然后向漏斗加入微胶囊粉末，将粉体注入到某一有限直径的圆盘中心上，直到粉体堆积层斜边的物料沿圆盘边缘自动流出为止，停止注入，粉末形成的堆与平面的夹角即为休止角。

1.2.6 微胶囊鱼肝油制品的过氧化值的测定。

1.2.6.1

油脂的提取。取样品15 g，置于100 ml烧杯中，加（45～50 ℃）水50 ml，搅拌至样品完全分散溶解，转移至250 ml分液漏斗中，加入50 ml乙醇摇匀，加入30 ml乙醚，摇0.5 min，加入30 ml石油醚，再振摇0.5 min，提取油脂，静置分层，弃去下层水相，上层澄清，转移至已加入5 g无水硫酸钠的250 ml具塞锥形瓶中，振摇1 min，除去水分。将已脱除水的醚相用快速滤纸过滤于已称重的250 ml碘量瓶中，在通风橱中，将碘量瓶置于60 ℃水浴蒸干，即得到油脂。

1.2.6.2 过氧化值的测定。

参照GB/T5009.37-2003《动植物油脂过氧化值的测定》对微胶囊鱼肝油的过氧化值进行测定。

2 结果与分析

2.1 单一壁材最佳芯壁材比例的确定

以阿拉伯胶、β环糊精、乳清蛋白为单一壁材，分别以芯壁材比例为0.3、0.4、0.5、0.6、0.7进行试验，选取乳液浓度为25%，真空冷冻干燥时间为24 h，制备微胶囊，并考察包埋率，获得单一壁材的适宜用量范围，为确定鱼肝油微胶囊化复合壁材及配方优化点奠定基础。结果如图2所示。

依据响应面设计方法，得到函数模型：Y=+0.83+5.505E-3×A+0.088×B+0.011×C+0.049×A×B-0.013×A×C-8.800E-3×B×C-9.077E-3×A2-0.057×B2-0.41×C2。

響应面优化试验方差分析结果如下：F模型=16.58，FA=0.33，FB=83.80，FC=1.36，FAB=15.13，FAC=1.05，FBC=0.49，FA2=0.90，FB2=35.16，FC2=18.23，F失拟=2.23；P模型=0.000 1，PA=0.579 8，PB<0.000 1，PC=0.273 9，PAB=0.003 7，PAC=0.332 5，PBC=0.500 0，PA2=0.368 4，PB2=0.000 2，PC2=0.002 1，P失拟=0.228 1。

由此得出，以微胶囊化包埋率为响应值时，模型P<0.01，表明该二次方程模型极显著。同时失拟项P>0.01，表示试验结果和数学模型拟合良好，即可用该数学模型推测试验结果。相关系数R2=0.917 1，表明91.71%的数据可用这个方程解释。由方差分析还可以知，B和AB的影响差异极显著，P>0.25的项，即A、C、AC、BC项对包埋率的大小影响不大。

通过回归方程得出乳清蛋白、β环糊精、阿拉伯胶3个因素对包埋率的响应面立体分析图，见图3～5。

由图3、4、5响应面立体图可知，阿拉伯胶与β环糊精的交互作用对鱼肝油包埋率的影响显著；乳清蛋白与β环糊精和阿拉伯胶与乳清蛋白的交互作用不显著。

图3、图5响应面随着阿拉伯胶的量的增大，鱼肝油包埋率逐渐增加。这主要因为阿拉伯胶具有良好的附着力和成膜性，阿拉伯胶溶液的黏度低，乳化性好，可以配合其他乳化剂使用。由各响应面立体图可以看出，响应值存在最大值。

2.3 微胶囊鱼肝油制品的理化性质

采用上述方法制得的微胶囊产品呈粉末状，颜色为白色略带淡黄色，具有较好的水溶性和流动性，无腥味，无酸败异味。其主要性状如下：

水分含量3.66%，溶解度87.27%，密度0.45 g/ml，休止角32.50°。

如此可知，微胶囊水分含量为3.66%，参照中华人民共和国水产行业标准SC/T305-2006《鱼油微胶囊》，该产品水分含量符合要求。微胶囊产品溶解度为87.27%，密度为0.45 g/ml，说明该微胶囊化产品溶解性较好。

休止角是流动性的表达指标。一般认为，休止角<30°，粉末流动性好；30°<休止角<45°，粉末流动性较好；45°<休止角<60°，粉末流动性一般；休止角>60°，粉末流动性差。由此可看出，该微胶囊化产品的休止角32.50°，说明此产品流动性较好。

2.4 微胶囊鱼肝油制品的过氧化值的测定

如图6，鱿鱼肝油微胶囊化产品在（60±1）℃培养箱贮藏192 h后，过氧化值从2.13 meq/kg上升到5.12 meq/kg，贮藏后的产品过氧化值远低于我国鱼油微胶囊产品的过氧化值行业标准（≤12 meq/kg）；而在同等条件下，未做任何处理的精制鱿鱼肝油的过氧化值由2.05 meq/kg上升至22.37 meq/kg。结果表明，鱿鱼肝油经微胶囊化后抗氧化能力明显高于未经处理的精制鱿鱼肝油，其贮藏稳定性得到了提高。采用微胶囊技术将油脂包埋在壁材里，减少鱿鱼肝油与促氧化因子的接触，因而微胶囊化被氧化速率较慢，贮藏稳定性提高^[13]。

3 结论

通过中心组合响应面设计试验对影响鱼肝油包埋率的3种壁材的交互作用进行研究，结果显示3种壁材的不同比例对包埋率的影响较显著。影响包埋率的回归方程是：Y=0.83+5.505E-003×A+0.088×B+0.011×C+0.049×A×B-0.013×A×C-8.800E-3×B×C-9.077E-3×A2-

0.057×B2-0.041×C2，其决定系数R2=0.917 1，说明该

模型能够拟合91.71%水平上的试验数据。通过回归方程的优化计算，得到在乳液浓度为25%，冷冻干燥时间为24 h的前提下，定量鱼肝油与β环糊精、阿拉伯胶、乳清蛋白的最佳芯壁材比例分别为0.217、0.217、0.217，三种壁材比例为1∶1∶1，与试验值相符，从而验证了模型的可靠性。

分析微胶囊产品理化性质，试验结果显示，鱿鱼肝油微胶囊产品的水分含量、溶解度、密度、流动性理化指标良好；过氧化值测定结果表明，微胶囊技术是延缓鱿鱼肝油氧化的一种重要手段。

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