猕猴桃籽油微胶囊的制备及其品质研究

王冰清，陈加蓓，胡 叠，陈功锡

(1.吉首大学 植物资源保护与利用湖南省高校重点实验室，湖南 吉首 416000；2.吉首大学 生物资源与环境科学学院，湖南 吉首 416000)

猕猴桃为猕猴桃科猕猴桃属多年生藤本植物果实的总称，民间统称阳桃、羊桃、藤梨等，是一类形态特别、营养丰富、风味鲜美的特色水果。猕猴桃籽作为猕猴桃加工的副产品，含油量 23.50%～28.85%，最高可达 35.62%，猕猴桃籽油中α-亚麻酸含量高达63.99%[1]。α-亚麻酸是一种多元不饱和脂肪酸，易受空气中的氧气、水分、光照等环境因素的影响而发生氧化反应，使油脂酸败变质，从而缩短了油脂的贮存时间。为了解决油脂的贮存问题，急需寻找一种好的方法来延长油脂的贮存期。

微胶囊是一种能包埋和保护某些物质的具有聚合物壁壳的微型“容器”，能够将气体、液体或固体包裹形成微粒[2-3]，使被包埋的物质免受外界因素如光、氧气、温度、湿度的影响，掩蔽不良气味[4-6]，在科研和生产上被广泛应用。虽然目前关于油脂微胶囊的研究较多，但主要集中在挥发性油脂微胶囊制备方面，对非挥发性油脂微胶囊制备方面只有苏子油[7]、胡麻籽油[8]、牡丹籽油[9]、山核桃油[10]、猕猴桃籽油[11]等少量报道，且主要集中在喷雾干燥法制备油脂微胶囊的工艺研究上，对制备出的微胶囊性能品质研究较少，尤其还未见利用其他方法制备非挥发性油脂微胶囊的报道。喷雾干燥法、分子络合法都是常用的微胶囊制备方法。喷雾干燥法虽然操作简单、可大规模生产，但是生产过程中对设备要求比较高，会增加成本；比较而言，分子络合法具有操作简单、实验设备条件要求不高并且包埋效果较好等优点。本文拟以β-环糊精为壁材，以猕猴桃籽油为芯材，采用分子络合法中的饱和水溶液法，制备猕猴桃籽油微胶囊，并对制备工艺进行优化，同时对微胶囊的品质进行研究，以期得到最佳的微胶囊产品，为亚麻酸产业和猕猴桃产业的深入开发提供依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

猕猴桃籽油(芯材)：来自湘西“米良一号”美味猕猴桃基地采购的果实，经超临界CO2萃取获得，其亚麻酸含量为63.99%，湘西老爹生物有限公司提供。

β-环糊精(壁材)，AR级；硫代硫酸钠、无水碳酸钠、碘化钾、可溶性淀粉、石油醚(沸程30～60℃)、无水乙醚、无水乙醇、氨水、冰乙酸、三氯甲烷，均为分析纯。

DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器，DZF-6050型真空干燥箱， SHZ-D(Ⅲ)型循环水真空泵，EyelaOSB-2100型旋转蒸发仪，TDZ4台式离心机，HH恒温水浴锅，101-0AB型电热鼓风干燥箱，JA1003电子分析天平，生物学显微镜。

1.2 实验方法

1.2.1 猕猴桃籽油微胶囊制备工艺

采用饱和水溶液法[12-13]。取β-环糊精加入15倍去离子水中，加热溶解，降至一定温度。准确量取一定量的猕猴桃籽油，加入15倍无水乙醇溶解，再匀速逐滴加入β-环糊精饱和水溶液中，以 300 r/min 转速于磁力搅拌器上搅拌一定时间后，置于4℃冰箱中静置24 h，真空抽滤，滤饼先用适量去离子水冲洗，再用石油醚多次洗涤，洗去未被包埋的β-环糊精和猕猴桃籽油，观察抽滤瓶中的溶液，直到滴下的液体呈现澄清透明，然后将所得滤饼置于60℃真空干燥箱中干燥24 h，即可得到猕猴桃籽油微胶囊。

1.2.2 猕猴桃籽油微胶囊包埋效果评价

猕猴桃籽油微胶囊包埋效果包括微胶囊的包埋率和产率[12]。包埋率为猕猴桃籽油微胶囊包埋的芯材质量与制备时投放的芯材质量之比[13]；包埋产率为猕猴桃籽油微胶囊质量与制备时投放的壁材芯材质量和之比，即微胶囊得率。

1.2.2.1 包埋率的测定

采用碱性乙醚法[14]。 准确称取猕猴桃籽油微胶囊(m)置于加塞三角瓶中，加 60℃热水 30 mL，使样品充分溶解分散，再加3 mL 氨水，置于60℃恒温水浴中加热 5 min，再振摇 2 min，加 30 mL无水乙醇，混合，于冷水中冷却后再加 50 mL 无过氧化物的乙醚，塞上塞子，振摇 30 s，小心开塞，放出气体，再加入50 mL 石油醚，再振摇30 s，静置 30 min，使其分层，取上层溶液于已恒重的烧瓶中(m1)，蒸干，回收石油醚和乙醚，放入 70～80℃真空干燥箱中1.5 h，取出置于干燥器中冷却到室温后，称重(m2)。

式中：ρ为猕猴桃籽油的密度；V为加入的猕猴桃籽油的体积，mL。

1.2.2.2 微胶囊产率的测定

式中：m3为加入的β-环糊精的质量，g。

1.2.3 猕猴桃籽油微胶囊产品品质评价

1.2.3.1 感官状态观察

由无感官缺陷的10位评审，运用感官评定方法评定猕猴桃籽油微胶囊的气味、色泽、组织状态等感官性状。

1.2.3.2 微观结构观察

观察其颗粒形状、粒径分布情况和表面结构，并进行拍摄。

1.2.3.3 理化特性分析

水分含量的测定，参照 GB 5009.3—2016方法；密度的测定，参照文献[15]的方法；溶解度的测定，参照文献[16]的方法。

1.2.3.4 贮藏氧化稳定性研究

根据Schaal烘箱法[17]，将经优化工艺制备的猕猴桃籽油微胶囊与猕猴桃籽油置于(62±1)℃条件下进行加速氧化实验，每隔24 h取样测定猕猴桃籽油和猕猴桃籽油微胶囊7 d内的过氧化值的变化。过氧化值的测定参照GB 5009.227—2016。猕猴桃籽油微胶囊的破壁提油方法参考1.2.2.1。

2 结果与讨论

2.1 单因素实验

2.1.1 壁油比的确定

在包埋时间60 min、包埋温度35℃条件下，分别采用壁油比为1∶1、3∶1、5∶1、7∶1、9∶1对猕猴桃籽油进行包埋，考察不同壁油比对猕猴桃籽油微胶囊产率及包埋率的影响，结果如图1所示。

图1 壁油比对包埋效果的影响

由图1可知，壁油比对微胶囊包埋率的影响明显，对微胶囊产率的影响较小。当壁油比小于3∶1时，随着壁油比的升高，猕猴桃籽油微胶囊的包埋率显著升高；当壁油比为3∶1时，包埋率达到最大值，包埋效果最好，之后随着壁油比的增大，包埋率缓慢下降；当壁油比超过7∶1时，包埋率迅速降低，微胶囊产率变化一直趋于平稳。当壁油比过低时，β-环糊精不足以包埋所有的猕猴桃籽油，因此包埋效果较差；当壁油比过高时，由于β-环糊精分子之间相互竞争作用，β-环糊精的空腔不能全部被填满，包埋率降低。因此，当壁油比为3∶1时，包埋效果最佳。

2.1.2 包埋时间的确定

在壁油比3∶1、包埋温度35℃条件下，分别在包埋时间30、60、90、120、150 min的条件下制备猕猴桃籽油微胶囊，考察不同包埋时间对猕猴桃籽油微胶囊产率及包埋率的影响，结果如图2所示。

图2 包埋时间对包埋效果的影响

由图2可知：包埋时间小于90 min时，随着包埋时间的延长，猕猴桃籽油微胶囊包埋率和产率随之升高；当包埋时间达到90 min时，包埋率和产率达到最大值；之后随着包埋时间的延长包埋率和产率开始下降。包埋时间过短时，β-环糊精与猕猴桃籽油接触不充分，猕猴桃籽油未能完全被β-环糊精所包埋，因此包埋率较低；包埋时间过长时，在不断搅拌的状态下，氢键断裂，β-环糊精与猕猴桃籽油之间的疏水作用可能被破坏[18]。因此，当包埋时间为90 min时，包埋效果最佳。

2.1.3 包埋温度的确定

在壁油比3∶1、包埋时间60 min条件下，分别在包埋温度25、30、35、40、45℃条件下制备猕猴桃籽油微胶囊，考察不同包埋温度对猕猴桃籽油微胶囊产率及包埋率的影响，结果如图3所示。

图3 包埋温度对包埋效果的影响

由图3可知，包埋温度对微胶囊包埋率以及产率的影响非常显著。随着包埋温度的升高，微胶囊包埋率和产率先增大后逐渐降低，包埋率和产率分别在35℃和30℃时达到最大值。这是由于当包埋温度较低时，β-环糊精在水中的溶解度较小，没有较多分子状态的β-环糊精包埋猕猴桃籽油，包埋率较低，在包埋温度升高到35℃时，此时温度适宜，包埋率和微胶囊产率都相对较高，包埋效果最佳，当继续升高温度，体系的热量不断增加，可能会导致包埋反应朝着反方向进行[19]，影响包埋效果。因此，选择包埋温度为35℃，此时包埋效果最好。

2.2 正交实验

根据单因素实验结果，以壁油比、包埋时间、包埋温度为因素，以综合评分(综合评分=(包埋率×0.7+微胶囊产率×0.3)×100)为指标，采用L9(34)正交实验设计，优化猕猴桃籽油微胶囊的制备工艺条件。正交实验因素水平见表1，正交实验设计及结果见表2。

表1 正交实验因素水平

表2 正交实验设计及结果

由表2可知，影响猕猴桃籽油微胶囊包埋效果的因素主次顺序为C>A>B，即包埋温度>壁油比>包埋时间，最优组合条件是A2B2C1，即壁油比为 4∶1、包埋时间为90 min、包埋温度为30℃，此时包埋率为74.52%，微胶囊产率为79.33%，综合评分为75.96。

2.3 微胶囊品质评价

2.3.1 感官状态

实验所得的猕猴桃籽油微胶囊产品为淡黄色粉末状固体，无结块、杂质，流动性良好，无异常气味。

2.3.2 微观结构

在200倍与400倍生物学显微镜下观测，所得猕猴桃籽油微胶囊的微观结构如图4所示。

由图4可知，猕猴桃籽油微胶囊产品大体上呈现圆球形、椭球形，大小不是非常均一，这可能是由于制片时猕猴桃籽油微胶囊没有完全分散。同时在400倍显微镜下观察，猕猴桃籽油微胶囊内部的空腔充满了猕猴桃籽油，说明制备的猕猴桃籽油微胶囊对猴桃籽油具有较好的包埋效果。

2.3.3 物理特性

所制备的猕猴桃籽油微胶囊产品的水分含量为4.76%，较为干燥；密度为0.44 g/cm3；溶解度为92.55%，复溶性能较好。

2.3.4 贮藏氧化稳定性

对猕猴桃籽油与猕猴桃籽油微胶囊在(62±1)℃条件下进行加速氧化实验，7 d内的过氧化值变化情况如图5所示。

图5 猕猴桃籽油微胶囊化前后过氧化值对比

由图5可知，在(62±1)℃加速氧化条件下，初始阶段猕猴桃籽油过氧化值的变化较缓慢，前5 d过氧化值由5.75 mmol/kg上升到15.75 mmol/kg，上升10 mmol/kg，5 d后，猕猴桃籽油的过氧化值急速增加，7 d时过氧化值上升到25.50 mmol/kg，而猕猴桃籽油微胶囊过氧化值的变化一直比较缓慢，保持在10 mmol/kg以下。这可能是由于猕猴桃籽油本身含有少量抗氧化物质[20]，在初始阶段，起到了抗氧化作用，阻止猕猴桃籽油过氧化值的急速增加，当抗氧化物质被完全氧化后，猕猴桃籽油失去了抗氧化物质的保护，过氧化值急剧升高。而猕猴桃籽油微胶囊表面有一层壁材膜的保护，能够阻止空气中的氧气、水分与油脂的接触，这有效减缓了猕猴桃籽油被氧化的速率，因此猕猴桃籽油微胶囊化能够显著延长油脂的贮存期。

2.4 讨论

(1)喷雾干燥法和分子络合法都是常用的微胶囊制备方法。相比姚茂君等[11]采用喷雾干燥法制备猕猴桃籽油微胶囊而言，本研究采用分子络合法制备猕猴桃籽油微胶囊，其对设备要求不高且包埋效果更好，更能够适合实际生产需要。而本文选择β-环糊精作为分子络合法包埋壁材是因为β-环糊精是由D-葡萄糖七分子进行环状联结而成的化合物，具有一个相对疏水的中心和一个相对亲水的表面[21]，能将猕猴桃籽油包埋在中央，无毒、热稳定且不与芯材猕猴桃籽油发生反应[22]，相对于其他包埋壁材如淀粉、麦芽糊精、蛋白质和壳聚糖等，能更好地保护芯材，延长芯材的贮藏时间[23]。

(2)通过对分子络合法制备猕猴桃籽油微胶囊的工艺进行研究，可为亚麻酸微胶囊产业化生产提供参考。但本研究在实验室中完成，针对工业化生产中成本、设备、安全、环保等问题，在进一步优化工艺条件和参数方面仍需要不断探索和努力。比如本研究实验中针对微胶囊制备工艺中将抽滤后的滤饼多次用石油醚洗涤这一操作环节，在实际操作过程中，还可以考虑采用价格更加低廉、安全程度更高的无水乙醇替代，也可考虑将滤饼用石油醚搅拌溶解后真空抽滤，如此重复2～3次，再用去离子水多次洗涤抽滤，最终达到彻底洗去未被包埋的β-环糊精以及粘附在微胶囊表面的猕猴桃籽油的目的。

3 结 论

以β-环糊精为壁材、猕猴桃籽油为芯材制备猕猴桃籽油微胶囊，并通过单因素实验、正交实验对猕猴桃籽油微胶囊的制备工艺进行优化。得到的最佳制备工艺条件为壁油比4∶1、包埋时间90 min、包埋温度30℃，在此工艺条件下制备所得的猕猴桃籽油微胶囊包埋率为74.52%，产率为79.33%，包埋效果良好。在最佳工艺条件下制备的猕猴桃籽油微胶囊为淡黄色粉末状固体，流动性良好，微观上呈圆球形、椭球形。微胶囊化处理能够有效避免猕猴桃籽油与外界环境接触，防止被氧化，延长猕猴桃籽油的贮存期，较好地解决猕猴桃籽油中亚麻酸等不饱和脂肪酸的贮存等问题，有利于研制出更多更适宜的亚麻酸新产品。