菠萝蜜种子淀粉制备的香草兰精油微胶囊的风味品质分析

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(1.宁夏大学农学院,宁夏银川 750021;2.中国热带农业科学院香料饮料研究所,海南万宁 571533)

菠萝蜜种子淀粉制备的香草兰精油微胶囊的风味品质分析

朱红梅1,2,田建文1,张彦军2,*,徐飞2,初众2

(1.宁夏大学农学院,宁夏银川 750021;2.中国热带农业科学院香料饮料研究所,海南万宁 571533)

通过感官评定、风味物质分析,对以菠萝蜜种子淀粉为原料应用饱和水溶液法制备的香草兰精油微胶囊特征风味进行综合评价,同时探究感官属性与风味物质之间的相关性。人工感官评定结果表明微胶囊表观状态及风味均良好,评分分别为7.20、7.70分,电子鼻评价结果显示微胶囊香气强度较精油减弱,但并非影响其香气成分的明显变化;气相色谱-质谱联用仪检测结果证明精油经过微胶囊化后,主要挥发性物质的含量发生显著性变化(p≤0.05),精油中超过90%的组分被包覆于微胶囊中,香兰素相对含量增加(精油、微胶囊中香兰素相对含量分别为32.12%、55.77%);高效液相色谱仪结果表明微胶囊中香兰素含量为51.2 mg/100 g。本实验制得微胶囊富含香兰素,风味与香草兰精油无明显差异(p>0.05),人工感官评定与电子感官评价相关性较大,感官属性与风味物质相关性较好。

饱和水溶液法,香草兰精油微胶囊,感官评价,风味物质

香草兰精油为香草兰提取物之一,作为香草兰深加工产品有着巨大的发展前景和优势[1],但其挥发性强,易受外界环境因素影响,不易直接加工储藏,因此将精油微胶囊化是增加其利用价值的有效方式之一,同时可以提高其利用率和稳定性[2]。微胶囊技术的关键点在于壁材及制备方法的选择[3],菠萝蜜种子淀粉作为天然的碳水化合物类壁材,具有良好生物相容性、可降解和无毒副作用等优点[4]。

本课题组在前期在菠萝蜜种子淀粉作为微胶囊壁材的实验中,利用菠萝蜜种子淀粉基于超声波法制备香草精油微胶囊,以产率、包埋率、贮存稳定性和缓释性为评价指标,比较了不同壁材的包埋效果。结果表明,与β-环糊精和壳聚糖相比,菠萝蜜种子淀粉具有成膜性好、耐热剪切稳定性优良、吸水性和吸油性强等优点,使用其制备的香草兰精油微胶囊的产率和包埋率分别为84.82%和79.33%,次于β-环糊精但优于壳聚糖;通过比较在贮藏期间微胶囊所载香草兰精油的过氧化值以及微胶囊的香气强度的变化值,菠萝蜜种子淀粉作为壁材制得的香草兰精油微胶囊具有最好的贮藏稳定性和缓释性,在20 ℃条件下储存货架期达到250 d。因此证明菠萝蜜种子淀粉可作为制备香草兰精油微胶囊的良好壁材。随后在上述结果的基础上开展了四种物理方法制备香草兰精油微胶囊的比较分析实验,利用饱和水溶液法、分子包埋法、超声波法、喷雾干燥法包埋香草兰精油,综合检测指标结果,饱和水溶液法是菠萝蜜种子淀粉制备香草兰精油微胶囊的最佳方法,该法操作简便、不添加化学试剂,相应设备简单,成本低廉,重点是微胶囊成品性能良好。

表1 感官评价标准

在前期实验基础上,本文应用感官评价对上述成品微胶囊特征风味进行综合评价。其中,借助电子鼻系统区分原料及成品之间的特征风味差异,利用气相色谱-质谱联用仪检测特征风味物质,以及用高效液相色谱仪定量分析主要呈香物质的含量。同时探究人工感官评价结果与电子感官评价结果之间的相关性,为提高品质以及后续制备工艺条件优化提供依据。

1 材料与方法

1.1材料与仪器

基于饱和水溶液法由菠萝蜜种子淀粉制备的香草兰精油微胶囊 由本课题组前期实验所制得[5];香草兰精油 中国热带农业科学院香料饮料研究所；香兰素标准品 美国Sigma公司；正己烷、甲醇 色谱级，克股份两合公司；冰乙酸、乙酸乙酯 分析纯，西陇化工股份有限公司。

SB-5200DT超声波清洗机 超声频率为40 kHz，超声功率为100 W，加热功率为150 W，宁波新芝生物科技股份有限公司；SCIENTZ-18ND真空冷冻干燥机 宁波新芝生物科技股份有限公司；7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪(Gas Chromatograph-Mass Spectrometer，GC-MS)、1260高效液相色谱仪(High Performance Liquid Chromatograph，HPLC) 美国Agilent公司；PEN3型电子鼻 德国Airsense公司。

1.2实验方法

1.2.1 微胶囊制备 微胶囊为本课题组实验前期制备所得[5]。加热溶解(60 ℃)制备饱和菠萝蜜种子淀粉溶液,冷却后按照芯壁材质量比1∶7滴加香草兰精油,混合均匀后恒温振荡处理2 h,冷却至室温后4 ℃冰箱中静置冷藏过夜,经过抽滤分离后低温真空冷冻干燥(将预冻好的微胶囊(-40 ℃,3 h)放入冷冻干燥机中,待真空度至40 Pa以下后分2段干燥,具体为:30 min内升温至0 ℃,保持1 h,再30 min升温到50 ℃,保持10 h)至恒重得到香草兰精油微胶囊,微胶囊对应的产率为75.16%、包埋率为69.42%、载油量为22.65%,粒径在200 nm左右,常温常压下储存50 d后香兰素保留率为49.11%,储存15 d后过氧化值为14.24 mmol/kg,微胶囊缓释性和贮藏稳定性显著。

1.2.2 人工感官评价 建立一个10人的感官评定小组(从事香草兰相关研究),其中男性女性各5名,年龄在20～35岁之间,要求感官评定时身体状态良好。一份5 g的微胶囊固体粉末样品,另一份同样的样品,用80 ℃的水溶解后保温在50 ℃(浓度为5%),备用。感官指标评分表[6-7]如表1所示。

1.3电子鼻电子感官评价

综上所述,在治疗肛周脓肿并肛瘘患者时,挂线术联合瘘管部分切开术具有更高的治疗效果,可降低患者术后并发症,提高治疗效率,可以被推广应用。

PEN3电子鼻是由十个不同的金属氧化物传感器和识别分析软件组成的仪器。表2为电子鼻传感器性能描述。电子鼻检测条件[8]:称取1 g样品置于专用小瓶中,50 ℃水浴处理10 min。载气:干燥洁净空气,气体流量:80 mL/min,进样量300 μL,数据采集时间:90 s,数据采集延迟时间:300 s,手动顶空进样。每个样品平行10次。

1.4风味物质的分析检测

1.4.1 GC-MS检测 样品前处理[9]:取50倍正己烷溶解样品,混合均匀后超声10 min,离心处理5 min后取上层溶液,加入无水硫酸钠振荡,再静置后取上层清液过0.45 μm有机滤膜注入样品瓶,即可得到待测样品。使用7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪对样品进行组分的定性分析,色谱柱采用DB-5MS毛细管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),采用液体直接进样方式。参数条件[9]为:进样口温度:250 ℃;离子源温度:230 ℃;进样量:1 μL;不分流;载气:He,流速:1 mL/min;升温程序为:溶剂延迟3 min,初始柱温为 50 ℃,以5 ℃/min的速率升至200 ℃保温1 min后,再以3 ℃/min的速率升至280 ℃并保温5 min;电子能量:70 eV;质量扫描范围:30～300 amu。

表3 人工感官评定结果

表2 PEN3型便捷式电子鼻传感器性能描述

1.4.2 HPLC分析 色谱条件[10]:色谱柱为C18分析柱(Zorbox Eclipse Plus C18,4.6 mm×100 mm,3.5 μm),流动相B为甲醇,D为0.2%冰醋酸水溶液,两者比例(B∶D)为2∶8,等梯度洗脱,流速为1 mL/min,柱温为30 ℃,检测器波长分别为260 nm,进样量为5 μL,外标法峰面积定量。

标准品溶液的配制:精确称取香兰素5 mg加入至100 mL棕色容量瓶,用流动相(甲醇和醋酸水等比例混合溶液)溶解后,定容摇匀,为500 mg/L标准液。吸取500 mg/L标准液10 mL,加入50 mL容量瓶中定容,为100 mg/L标准液。分别吸取100 mg/L标准液1、2、3、4、5 mL,稀释至10 mL,为10、20、30、40、50 mg/L标准系列溶液。

样品溶液的制备:准确称取0.10 g样品于100 mL试管中,加入10 mL去离子水及50 mL正己烷,振荡摇匀后超声10 min,取上层溶液加入无水硫酸钠振荡,静置后取上层清液过0.45 μm有机微孔滤膜注入样品瓶。

方法、标准偏差和数据的显著性差异分析均使用SPSS 21.0.1进行计算和处理,同时,采用Origin 9.0作图。数据的显著性差异由95%可信区间表示。所有实验均进行三次重复实验。

2 结果与讨论

2.1人工感官评价

人工感官评定为最基础的食品质量评价方法[11]。对样品的偏好性感官评定结果进行统计分析,评价结果如表3所示。通过对10位评定人员感官评价权重结果(表3)进行频数统计得出:平均表观、风味的权重分别为4.70和5.30,即评定人员普遍认为香草兰精油微胶囊的风味(以香草兰精油风味为准)条件对其质量影响略大;从表3看出,评定人员给微胶囊表观的平均分值为7.20分,而风味的平均分值为7.70分,即本实验中微胶囊表观状态良好,香草香协调较浓郁,风味较纯正、无明显异味。

2.2电子鼻电子感官评价

图1为电子鼻传感器对原料及成品的雷达响应对比图,从图中可看出,传感器W2W响应值最大,对香草兰精油、香草兰精油微胶囊的响应值分别为26.93、12.04;W5C响应值最小,对香草兰精油、香草兰精油微胶囊的响应值分别为0.71、0.47。除传感器W1C、W3C、W6S、W5C外(对于区分原料及成品的香气变化并无明显作用),其他6个传感器对原料及成品的响应值均有显著性差异,即它们对极性大的芳香成分的响应值有明显的变化。说明香草兰精油微胶囊化后香草兰精油的香气强度减弱(这与人工感官评价结果一致),即微胶囊化后仅仅是其主要香气成分含量减少。因此,通过传感器雷达图可以直观地显示出不同样品在传感器上的响应差异。

图1 传感器雷达响应图

对原料及成品气味信息的电子鼻主成分分析图如图所示,从图2(a)中可以看出,待测样具有较好平行性且样品之间没有重叠,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)贡献率分别为93.60%、5.02%,累计方差贡献率为98.62%,表明待测样品各自聚为一类、区分度较高且两个主成分包含了挥发性成分的大部分信息量,能够反映样品气味的整体信息。在PC1、PC2两方向上,原料及成品样品得分均为正,样品无重叠部分,即区分明显。由图2(b)可知,传感器W1W、W2W、W1S、W2S和W5S位于第一、第四象限,即样品的空间分布在第一主成分正方向上,其余五种传感器位于第二、第三象限,说明第一主成分负方向上与其相关,类似地,第二主成分正方向与传感器W2W、W2S、W3C和W5C有关,负方向与其余六种传感器有关。载荷W2W和W1S与样品相关性较大。综合图1和图2分析,香草兰精油及香草兰精油微胶囊的挥发性成分在含量上有显著性差异(p≤0.05),电子鼻传感器对样品的响应强度均较大(W2W对香草兰精油、香草兰精油微胶囊的响应值分别为26.93、12.04),说明待测样品的主要挥发性成分减少。

图2 电子鼻主成分分析二维得分投影图(a)和载荷图(b)

2.3风味物质的分析检测

2.3.1 GC-MS检测 将香草兰精油和香草兰精油微胶囊样品进行GC-MS分析,以正构烷烃参照品进行分析,得其总离子流图,自建库谱库检索和人工解谱,分析确定各组分化学成分,以面积归一化法测得样品中各组分相对质量分数[10,12-14]。

采用GC-MS技术对香草兰精油包埋前后的化学成分对比分析,分别鉴定出18种和10种化合物,占总相对含量的56.30%和83.48%,其中有5种成分相同。由表4可知香草兰精油的主要成分是醇类、醛类、酯类、酮类、脂类和酸类,香草兰精油微胶囊的主要成分(表5)较香草兰精油出现了酰胺类新物质,原有除酮、脂类未检测出,剩余种类化合物均被不同程度地包覆。如4-甲氧基苄醇(28.95%)、香兰素(32.12%)、乙酸茴香酯(12.29%)、4-甲氧基苯甲酸(9.82%)和反式-3-二十烯(7.19%),包埋后相对含量变成1.63%、55.77%、5.25%、3.73%和3.23%,较未包埋前含量有所下降,而香兰素比例反而变大(增加23.65%)。这是因为微胶囊悬液在恒温振荡处理、室温中冷却、冰箱冷藏、以及抽滤和真空冷冻干燥过程挥发性成分极易挥发损失;在进行GC-MS以及HPLC上样检测分析时,需将微胶囊溶解破壁处理(正己烷),菠萝蜜种子淀粉成膜性好包覆致密会影响破壁处理,而在此过程中破壁不完全也会导致微胶囊中的挥发性成分不能被检测到;上述因素导致香兰素相对含量增加。从GC-MS对香草兰精油包埋前后成分定性及相对定量对比分析可知,香草兰精油中超过90%的组分可被包覆于香草兰精油微胶囊中,它们的总体含量变化说明包埋效果明显,且可保留香草兰精油中主要成分[15-16]。

2.3.2 香兰素含量测定 现已从香草兰豆荚中鉴定出250多种挥发性香气成分,为醛、酮、脂肪醇、脂肪酸以及少数芳香族化合物,关键呈香物质为醛类,主要的香气成分为香兰素、香草酸、对-羟基苯甲醛、对-羟基苯甲酸4种,豆荚的不同种植地域、加工方法会影响其香气物质的含量,但香兰素(4-羟基-3-甲氧基苯甲醛)作为最主要且含量最高的香气物质,对香草兰整体香气(香草香气及浓郁的奶香)的贡献率高达1/3,是人们普遍喜爱的奶油香草香精的主要成分,也是香精香料工业中最大的品种[9]。本实验以香兰素为对照品,采用高效液相色谱法对原料以及产品进行香兰素含量测定。香兰素浓度与峰面积呈良好的线性关系，线性回归方程为y=9.929x-3.17，相关系数达到0.999。实验测得香草兰精油及香草兰精油微胶囊中香兰素含量分别为30.67、51.2 mg/100 g,进一步证明了前面GC-MS检测结果,部分成分损失导致香草兰精油微胶囊中挥发性成分含量少,因此香兰素比例增大。表明香草兰精油被有效包覆于壁材中,且保留其最重要的呈香物质,含量大于50%。

表4 香草兰精油挥发性成分

表5 微胶囊挥发性成分

风味物质的分析检测结果结合电子感官评定结果可知,香草兰精油经微胶囊化后,香草兰精油微胶囊与香草兰精油在风味上存在显著差异,但仍保留香草兰精油中主要呈香物质。这是因为壁材包覆香草兰精油后便限制了它的释放。香草兰精油微胶囊的释放受到香草兰精油缓释的直接影响,而香草兰精油的释放直接受限制于香草兰精油微胶囊包埋效果的影响。因此,一方面是原料中芯壁材本身的影响,天然香草兰精油为蒸馏法提取的香精油产品,具有透明均一、流动性好、极易挥发的特点;菠萝蜜种子淀粉为一种新型的良好微胶囊壁材,其中含有的直链淀粉类似于环糊精的结构,能够通过分子内氢键作用与香草兰精油形成微胶囊(为稳定的单螺旋链结构)。香草兰精油易挥发,但微胶囊技术的优势就在于它能够保护芯材在加工贮藏过程中造成的不必要的损失。另一方面,在香草兰精油微胶囊制备过程中芯壁材比、均质方式、包埋参数、干燥方式等因素,以及制备好的成品在储藏过程中受到外界环境因素均会不同程度的影响到包埋效果[17-18],即粒径、壁厚、包埋率以及结构,而包埋效果在后期对香草兰精油微胶囊的稳定性及缓释性有极大影响,特别是缓释性。所以,内部香草兰精油遭到释放后,香草兰精油微胶囊的风味发生变化是必然的结果。

3 结论

本实验通过人为感官评定结合电子感官评价,综合评价香草兰精油微胶囊的风味质量。依据实验结果表明感官评价香草兰精油微胶囊质量良好,但风味物质仍与香草兰精油的略有差异;电子鼻系统评定结果说明香草兰精油微胶囊的香气强度较香草兰精油减弱,但并非影响其香气成分的明显变化;GC-MS检测结果显示,香草兰精油经过微胶囊化后,由于菠萝蜜种子淀粉包覆以及香草兰精油微胶囊制备过程中工艺参数的双重影响,它们挥发性物质的含量发生显著性变化,香草兰精油中超过90%的组分被包覆于香草兰精油微胶囊中;HPLC进一步分析出香草兰精油微胶囊保留了香草兰精油中主要呈香物质-香兰素,含量为51.2 mg/100 g。综上,香草兰精油经微胶囊化后,香草兰精油微胶囊挥发性成分减少,香气强度减弱,但对主要挥发性成分影响不大,香草兰精油微胶囊富含香兰素,风味与香草兰精油无明显差异,人为感官评定与电子感官评价以及感官属性与风味物质相关性均较好。

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FlavorandqualityevaluationofvanillaessentialoilmicrocapsulesmadefromJackfruitseedstarch

ZHUHong-mei1,2,TIANJian-wen1,ZHANGYan-jun2,*,XUFei2,CHUZhong2

(1.College of Agronomy,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.Spice and Beverage Research Institute,CATAS,Wanning 571533,China)

The flavor characters of vanilla essence oil microcapsules that were embedded by jackfruit seed starch based on saturated water solution method,were comprehensively assessed by sensory evaluation and flavor analysis. Moreover,the correlation was investigated between sensory properties and flavors. The scores of sensory evaluation were 7.20 and 7.70,respectively,which were regarded as good on account of physical state and flavor of microcapsules. The results of electronic nose indicated that the intensity of aroma in microcapsules was weaker than essential oil. There were no different aroma components existing between microcapsules and essential oil. The results of gas chromatography-mass spectrometry showed that the contents of main volatile substances had significantly changed(p≤0.05)after the microcapsule. More than 90% of the components of essential oil were embedded in microcapsules. The relative quantities of vanillin were 32.12% and 55.77% in essential oil and microcapsules,respectively. The analysis of High performance liquid chromatograph demonstrated that the content vanillin was 51.2 mg/100 g in microcapsule. All above results confirmed that the vanilla essence oil microcapsules which were embedded by jackfruit seed starch were rich in vanillin and similar flavor with essential oil. The human sensory evaluation showed significant correlation with electronic sensory evaluation(p>0.05). Similarly,a good correlation existed between sensory properties and flavor substances.

saturated water solution method;microcapsules of vanilla essential oil;sensory evaluation;flavor substance

2017-02-13

朱红梅(1991-)，女，硕士研究生，研究方向：农产品加工与贮藏，E-mail：602852209@qq.com。

*

张彦军(1982-)，男，博士，副研究员，研究方向：热带作物加工，E-mail：zhangyanjun0305@163.com。

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项项目(1630142016002、1630142016004)。

TS207

A

1002-0306(2017)22-0253-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.049