壳聚糖微胶囊对鱼油品质的影响

2020-05-24戴志远宋恭帅张蒙娜郑振霄

中国食品学报 2020年5期

彭茜戴志远，2* 宋恭帅张蒙娜郑振霄沈清，2

（1 浙江工商大学海洋食品研究院杭州310012 2 浙江省水产品加工技术研究联合重点实验室杭州310012）

金枪鱼作为一种深海鱼类，富含对人体有益的ω-3 不饱和脂肪酸，以二十二碳六烯酸（DHA）和二十碳五烯酸（EPA）为典型代表，具有预防心血管疾病，增强免疫力，健脑益智，保护视网膜等一系列功效[1-2]。鱼油作为鱼粉加工的副产物，九成被用于工业用途，仅10%被用于生产保健品和药品，我国保健品业用量更是不到5%[3]。营养价值极高的金枪鱼油这类深海鱼油的利用率更低，提高粗鱼油的附加价值迫在眉睫。

不饱和脂肪酸成分的存在导致鱼油极易氧化，限制了其应用。鱼油微胶囊可实现包覆鱼油，延缓其氧化，掩盖鱼腥味，提高消化吸收率和利用效率。壳聚糖作为一种来源于虾蟹壳的天然大分子，具有良好的生物相容性、可降解性和成膜性[4]，已经成为微胶囊的新型壁材，然而在鱼油领域，尤其是深海鱼油方面报道较少。目前微胶囊制备方法中喷雾干燥法最为简单、工艺成熟，产品纯度高、分散性好、成本低[5]。本文以壳聚糖为壁材，金枪鱼油为芯材，采用喷雾干燥法制备鱼油微胶囊，通过各项理化指标、脂肪酸成分和挥发性成分评价制备过程中微胶囊对鱼油品质的影响，并以过氧化值、DHA 和EPA 保留率、挥发性成分为指标考察微胶囊对鱼油贮藏过程品质的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

乙酯化金枪鱼油，自制；37 种脂肪酸甲酯混标标准品（纯品），上海安谱实验科技股份有限公司；壳聚糖、吐温80 等均为分析纯级，国药试剂公司；其它试剂，西陇化工股份有限公司。

1.2 仪器与设备

50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS）涂层萃取头，美国Supelco公司；7890A 气相色谱仪，美国Agilent 公司；Trace GC Ultra 气相色谱与DSQ Ⅱ质谱联用仪，美国Thermo Fisher Scientific 公司；落地式高速冷冻离心机，美国Thermo 公司；超纯水系统，法国Milli-Q 公司；YC-015 实验型喷雾干燥机；LRH-150-S恒温恒湿培养箱，广东省医疗器械厂。其它为实验室常用仪器和设备。

1.3 试验方法

1.3.1 鱼油理化指标测定分别测定鱼油的酸价、过氧化值、碘值及不皂化物。参照GB 5009.229-2016《食品中酸价的测定》中的冷溶剂指示剂滴定法测定酸价；参照GB 5009.227-2016《食品中过氧化值的测定》中的滴定法测定过氧化值；参照GB/T5532-2008《动植物油脂碘值的测定》中的方法测定碘值；参照GB/T 5535.2-2008《动植物油脂不皂化物测定》中的方法测定不皂化物。

1.3.2 鱼油微胶囊制备方法将适量壳聚糖溶于1%乙酸溶液，配成质量分数为1%的壁材溶液，加入一定量鱼油作为芯材，壁芯比3∶2，以添加量0.35%向混合溶液中加入吐温80，13 000 r/min 磁力搅拌10 min 充分乳化后，35 MPa 均质10 min，喷雾干燥。进风温度180 ℃，调节通风量和进料速度，使出风温度保持80～85 ℃，得微胶囊化的鱼油粉末。

1.3.3 鱼油微胶囊理化指标测定参照SC/T 3505-2006《鱼油微胶囊》方法分别测定鱼油微胶囊的水分含量、表面油脂含量、油脂过氧化值。鱼油微胶囊的总油含量、包埋率、堆积密度和体积密度参考王艺颖[6]的测量方法。

1.3.4 脂肪酸组成分析取0.05 g 鱼油溶于2 mL 正己烷，加入适量无水Na2SO4除去痕量水，过有机滤膜，用气相色谱仪测定脂肪酸相对含量。微胶囊化鱼油脂肪酸含量参考GB 5009.168-2016《食品中脂肪酸的测定》的乙酰氯-甲醇法测定。

气相色谱条件：色谱柱：HP-88 氰丙基色谱柱（30 m×0.25 mm，0.2 μm）；载气：高纯H2；不分流进样；进样量：1 μL；检测温度：220 ℃；程序升温：起始柱温设定为70 ℃，以15 ℃/min 升至120 ℃，保持1 min，再以5 ℃/min 升至175 ℃，保持10 min；最后以5 ℃/min 升至220 ℃，保持5 min。

1.3.5 挥发性成分的测定固相微萃取条件：取适量样品置于15 mL 顶空进样瓶中，60 ℃平衡10 min，用老化好的50/30 μm 二乙烯基苯/碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（DVB/CAR/PDMS）涂层萃取头，于进样瓶顶空部分60 ℃下吸附30 min，而后GC进样，250 ℃条件下解吸3 min。

GC-MS 检测条件：GC 条件：色谱柱为TR-35 MS（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；载气：高纯He；进样口温度250 ℃，不分流进样；升温程序：初始温度40 ℃，保持3 min，以5 ℃/min 升至90 ℃，再以10 ℃/min 升至230 ℃，保持7 min。MS 条件：离子源温度200 ℃，电子离子源（EI），电子能量70 eV，传输线温度250 ℃，检测器温度280 ℃，质量扫描范围m/z 30～500。

1.3.6 鱼油及鱼油微胶囊的贮藏稳定性将鱼油和微胶囊样品置于（60±0.5）℃恒温箱中保存，每隔24 h 取样测定各项理化指标，连续测定7 d。

1.4 数据处理

试验数据均用Origin 软件分析及作图。气-质谱联用仪数据定性分析时，通过NIST 2.0 谱库自动检索，正反匹配度（SI/RSI）均大于800 的鉴定结果予以保留。采用峰面积归一化法得各挥发性成分在样品中的相对含量，定量分析用。

2 结果与讨论

2.1 鱼油和鱼油微胶囊的理化性质

鱼油和鱼油微胶囊的各项基本理化指标分别见表1、表2。自制乙酯化金枪鱼油澄清透明，呈橘红色，鱼油微胶囊呈淡黄色粉末，颗粒均匀，略有鱼腥味。根据鱼油行业标准SC/T3503-2016，鱼油符合二级精制鱼油的各项指标，而根据水产行业标准SC/T 3505-2006，制得微胶囊基本符合行业标准，仅过氧化值这一项略高于标准，可能因为喷雾干燥过程中高温使鱼油发生氧化，品质下降。有研究发现碱性乙醚法造成粉末油脂的过氧化值的升高[7]，说明粉末油脂过氧化值的评价方法也可能会对测定结果产生影响。

表1 鱼油基本指标Table1 Basic indicators of fish oil

表2 鱼油微胶囊基本指标Table2 Basic indicators of fish oil microcapsules

2.2 鱼油及微胶囊化鱼油样品中脂肪酸化学成分分析

利用GC-MS 技术从鱼油及微胶囊化鱼油中分别鉴定出多种脂肪酸成分，与标准品气相色谱图比对后，用面积归一化法分别定量各类脂肪酸相对含量。从鱼油中共检出13 种脂肪酸，不饱和脂肪酸（Unsaturated fatty acid，UFA）占92.460%，其中单不饱和脂肪酸（Monounsaturated fatty acid，MUFA）含量为28.010%，多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated fatty acid，PUFA）占64.450%。从微胶囊化鱼油样品中共检出14 种脂肪酸，饱和脂肪酸（Saturated fatty acid，SFA）相对含量与鱼油（7.540%）近似，为7.527%，MUFA 含量为39.765%，占总脂肪酸比例较鱼油高，导致PUFA 的相对含量降低，为52.707%。崔晨茜等[3]研究表明180 ℃加热温度下，PUFA 的含量随时间的延长呈递减趋势，且不饱和键越多脂肪酸越不稳定，越易被氧化。喷雾干燥过程中温度高且进料缓慢，说明微胶囊化过程中鱼油很可能发生了氧化反应，导致品质下降。

2.3 鱼油及微胶囊化鱼油样品中挥发性成分分析

利用顶空固相微萃取及气-质谱联用技术对鱼油和鱼油微胶囊中挥发性物质进行分析，结果分别见表4和表5，两种样品中总共鉴定出78 种挥发性物质，其中鱼油52 种，鱼油微胶囊43 种。鱼油挥发性成分包括醇类3 种、酮类5 种、醛类3 种、烷烃类4 种、烯烃类3 种、酯类27 种及其它类3 种，其中酯类种类数最多，所占比例也最高，为79.72%，该结果与张红燕等[8]所得结果相似。鱼油微胶囊挥发性成分包括醇类3 种、酮类7 种、醛类13 种、烷烃类2 种、烯烃类1 种、酯类8 种及其它类9 种。酮类物质相对含量最高，酯类和其它类次之，分别占33.01%，25.74%和22.82%。有研究认为，脂肪酸分子在高温作用下断链，发生氧化、聚合等化学反应[9]，大部分PUFA 大部分会转化成SFA 和MUFA，还有部分可能转化成烃类、醛类等小分子物质[3]，这可能是鱼油微胶囊中烃类和醛类等小分子物质更多的原因之一。

表3 鱼油及微胶囊化鱼油的脂肪酸组成和相对含量（%）Table3 Fatty acid composition and relative content of fish oil and microencapsulated fish oil（%）

普遍认为，挥发性组分对风味贡献是由其在风味体系中的浓度和嗅觉阈值共同决定的[10]。酯类化合物是一类呈水果香、花香等香味的具有芳香味的物质，研究表明直链酯类的嗅觉阈值与碳链数目有关，而相同碳数的支链酯比直链酯有更小的嗅觉阈值[11]。从鱼油中检出多种具有典型香味的酯类，如丁酸乙酯（苹果香、菠萝香）、戊酸乙酯（水蜜桃香）、庚酸乙酯（花香）、辛酸乙酯（梨子香、荔枝香）、壬酸乙酯（酯香）、癸酸乙酯（菠萝香），其中丁酸乙酯、戊酸乙酯和辛酸乙酯是酯类中嗅觉阈值相对较小的几种，可以推断为鱼油的主要风味物质。而鱼油微胶囊中酯类的种类和含量都很少，即鱼油微胶囊中芳香味道较少。

醛类化合物阈值极低，对整体风味贡献极大，是鱼腥味的重要来源之一[12]。在鱼油和鱼油微胶囊中均检出（E，E）-2，4-庚二烯醛和正己醛两种典型腥味物质，均是鱼油微胶囊中含量高，还检出较多的醛类物质，因此鱼油微胶囊较鱼油腥味更重。

酮类物质嗅觉阈值较醛类高，由多不饱和脂肪酸的氧化或热降解、氨基酸降解或微生物氧化产生[13]，有独特的清香和果香[14]，且不同种类之间阈值相差较大。鱼油中2-壬酮和3，5-辛二烯-2-酮的含量更高。

烃类物质阈值较高，大多认为烷烃对风味贡献可以忽略，烯烃可能是影响腥味产生的潜在因素[15]。在鱼油和微胶囊中均检测到甲苯这个芳香烃物质，具有苯类气味，被认为会使鱼肉产生不愉快的风味[16]，需要注意。

醇类的风味阈值较醛、酮类高，直链饱和醇的风味贡献非常小，然而，随着碳链的增长，可产生清香、木香和脂肪香[17]等香味。部分不饱和醇阈值较低，可能会对鱼油风味有较大贡献[7]。大量学者均在鱼类挥发性物质中检测到1-辛烯-3-醇[18]，是亚油酸氢过氧化物降解产物，1-辛烯-3-醇被认为与鱼肉新鲜程度[19]和鱼肉土腥气[20]有关。

综上所述，鱼油中酯类的芳香味更浓，微胶囊则腥味更重，原因是经过喷雾干燥后，乳液中游离的多不饱和脂肪酸在高温作用下氧化降解生成了各种腥味物质，这与上文中过氧化值和脂肪酸成分的检测结果相符，表明喷雾干燥过程导致鱼油品质有所下降。

表4 鱼油和鱼油微胶囊的挥发性成分的相对含量（%）Table4 Relative contents of volatile components of fish oil and fish oil microcapsules（%）

（续表4）

表5 鱼油和鱼油微胶囊的挥发性成分的相对含量（%）Table5 Relative contents of volatile components of fish oil and fish oil microcapsules（%）

2.4 鱼油及鱼油微胶囊贮藏过程中理化性质的变化

2.4.1 鱼油及鱼油微胶囊过氧化值的变化由图1可知，贮藏初始鱼油微胶囊过氧化值高。高温使游离在乳液中的未被壳聚糖包覆的部分鱼油发生了氧化[6]，微胶囊比表面积极大，还有可能是附着在表面的游离鱼油在贮藏初期发生剧烈氧化变质[21]。随时间的延长，鱼油过氧化值显著升高，且二者差距逐渐拉大。这是因为微胶囊化后，壁材的包覆有效减少了外界条件，如氧气、微生物等对鱼油的影响，减缓了鱼油的氧化过程[22-23]。如图1所示，鱼油品质快速下降。

2.4.2 鱼油及鱼油微胶囊脂肪酸的变化贮藏期间DHA 和EPA 的保留率的变化如图2所示。氧化过程中UFA 中的双键会受到自由基连锁攻击变为饱和键[24-25]，故鱼油中PUFA 总量会随贮藏时间的延长而下降，这在结果中得到证实。鱼油和微胶囊的DHA 和EPA 保留率变化相似，即微胶囊化对鱼油脂肪酸成分的影响较小。微胶囊保留率较预期低，有研究证实壳聚糖微胶囊随温度的升高而释放加快，50 ℃下储存120 min 芯材释放百分率约为16%[26]，即微胶囊随着时间的延长会发生破乳、鱼油泄露等情况，对鱼油的保护作用有所降低。

图1 贮藏期间鱼油及鱼油微胶囊过氧化值的变化Fig.1 Changes in peroxide value of fish oil and fish oil microcapsules during storage

图2 贮藏期间鱼油及鱼油微胶囊DHA 和EPA 保留率的变化Fig.2 Changes in retention of DHA and EPA of fish oil and fish oil microcapsules during storage

2.4.3 鱼油及鱼油微胶挥发性成分的变化不饱和脂肪酸氧化生成一级产物氢过氧化物，再快速分解为醛类、酮类、醇类、烃类等二级产物[27]，使油脂产生哈喇味[28]。鱼油和鱼油微胶囊中相同挥发性物质共有18 种，与腥味或油脂味有关的关键挥发性物质有9 种，其香气特征及阈值如表6所示。

贮藏期间鱼油和微胶囊的关键挥发性物质的变化分别见图3、图4。可以观察到鱼油中的2-壬酮、（E，E）-2，4-庚二烯醛、1-戊烯-3-醇、正己醛的含量随时间的延长而增加，1-戊烯-3-醇更是从无到有，说明鱼油在贮藏过程中产生大量氧化产物，散发出鱼腥味等令人不愉快的风味，品质降低。油酸乙酯、3，5-辛二烯-2-酮、1-辛烯-3-醇、2-正戊基呋喃和甲苯这5 种挥发性物质的含量在贮藏后期趋向一个稳定的值，它们成为鱼油风味的稳定来源。鱼油微胶囊中1-辛烯-3-醇和油酸乙酯的变化规律与鱼油相似，在贮藏后期趋于稳定，其余关键性挥发性物质的含量均呈下降趋势，其中呈鱼腥味的（E，E）-2，4-庚二烯醛、正己醛和1-戊烯-3-醇下降到较低水平，显著低于同时期鱼油，其原因可能是附着在微胶囊表面的关键挥发性成分逐渐挥发殆尽。这表明微胶囊阻止鱼油进一步氧化，对不良风味存在掩蔽作用。

3 结论

以壳聚糖为单一壁材制备金枪鱼油微胶囊包封率可达77.26%，制备过程导致部分PUFA 的损失及挥发性成分的改变，与鱼油相比，微胶囊化鱼油的品质略有下降。经过加速储藏试验发现：鱼油微胶囊的过氧化值增长速率明显低于鱼油，对DHA 和EPA 的保留水平与鱼油的保留水平的变化大体一致。鱼油微胶囊化后会因表面游离鱼油经历了高温喷雾干燥而产生较大鱼腥味，与鱼油中的令人不愉快的挥发性成分变化趋势相反，这些成分会随着时间的延长降低到一个比较低的含量范围，说明鱼油微胶囊化对延缓鱼油氧化、掩蔽不良风味确实有一定作用。后续研究可以考虑多种壁材复配、二次包埋、改进制备方法等方法进一步提高微胶囊贮藏稳定性，保护鱼油品质。