不同干燥技术对牡丹籽油微胶囊品质的影响

张玉，罗婧文，马燕卿，曾凡坤*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400700) 2(食品科学与工程国家实验教学示范中心(西南大学)，重庆，400700)

牡丹籽油是极具营养和医药价值的新型食用植物油，富含多种功能性物质与不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸含量高达82.81%～92.23%，亚麻酸含量最高，占32.72%～67.13%，远高于其他植物油，如橄榄油0.3%、葵花籽油4.5%、大豆油6.7%和菜籽油8.4%，具有增强免疫力、防癌、抗氧化和延缓衰老等功效[1-3]。植物油不饱和脂肪酸含量越高，越容易氧化酸败。现阶段牡丹籽油产业普遍使用的抗氧化方法是添加抗氧化剂，有一定的安全风险[3]。

采用微胶囊技术可将油脂密封在壁材内，通过控制油脂释放，减弱加工及储存环境中氧气、光照等对油脂品质的影响，增强油脂氧化稳定性的同时拓宽其适用范围[4-5]。微胶囊技术已应用于多种食用油，如花生油、大豆油和鱼油。石燕等[6]采用喷雾干燥法制备4种不同壁材配比的月见草油微胶囊产品，结果表明，以变性淀粉复合麦芽糊精为壁材制备的微胶囊乳状液稳定性最好，微胶囊产品包埋率较高且粒径均匀。叶繁等[7]以壳聚糖为壁材，采用喷雾干燥技术和冷冻干燥技术制备金枪鱼油微胶囊，喷干鱼油微胶囊和冻干鱼油微胶囊的包埋率分别为77.26%和63.86%，后者脂肪酸损失更小，且对鱼油不良风味的掩盖效果更好。

目前对牡丹籽油微胶囊的研究集中于壁材筛选及制备工艺优化。微胶囊的干燥工艺对产品品质影响巨大，但不同干燥工艺对牡丹籽油微胶囊产品的理化性质、结构及产品特性的影响尚无研究[7]。本文研究了喷雾干燥和真空冷冻干燥对牡丹籽油微胶囊品质的影响，为牡丹籽油作为高端食用油开发新产品及产业发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

油用牡丹籽，菏泽油用牡丹产业基地；KBr(光谱纯)、阿拉伯胶、吐温-80，成都市科隆化学品有限公司；乙醚，扬州三和化工有限公司；麦芽糊精，北京索莱宝科技有限公司；大豆分离蛋白，上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

GS-P2000S喷雾干燥机，上海顾信生物科技有限公司；LGJ-10冷冻干燥机，北京松源华兴科技发展有限公司；85-2A磁力搅拌器，金坛市科析仪器有限公司；LTP200榨油机，东莞市和诚电器科技有限公司；TGL-16G离心机，上海安亭科学仪器厂；Scientz超高压均质机，宁波新芝生物科技股份有限公司；ZEN3690马尔文激光粒度仪，英国马尔文仪器公司；Spectrum100红外光谱仪、DSC 4000差示扫描量热仪，美国Perkin Elmer公司；扫描电镜，荷兰Phenom World公司；Phenom Pro压片机，上海山岳科学仪器有限公司；TGA550热重分析仪，美国TA公司。

1.3 实验方法

1.3.1 微胶囊的制备

参考刘成祥[8]的办法，略作修改。将质量分数3.6%的大豆分离蛋白、7.2%的麦芽糊精和3.6%的阿拉伯胶溶解于60 ℃的蒸馏水中，搅拌5 min，加入1%的乳化剂(吐温-80)、芯材[m(芯材)∶m(壁材)=1∶2]，溶解后继续搅拌5 min，均质3次。喷雾干燥进风口温度170 ℃，流速为5%。

冷冻干燥：参考江连洲等[9]方法，将所得乳液立即装入一次性培养皿中，乳液厚度≤1 cm，放入-80 ℃冰箱中预冷24 h后放入真空冷冻干燥机内，在冷阱温度-60 ℃、样品温度-30 ℃条件下真空冷冻干燥24 h。

1.3.2 水分含量的测定

水分含量按照GB 5009.3—2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》进行测定。

1.3.3 溶解度的测定

准确称取5.0 g(精确到0.000 1 g)样品，用40 mL蒸馏水将样品溶解，离心10 min，离心得沉淀，重复溶解、离心操作得二次沉淀，用少量蒸馏水转移至称量皿，105 ℃烘干至质量恒定。溶解度按公式(1)计算：

(1)

式中：S,溶解度,%；m,样品质量,g；m1,称量皿质量,g；m2,称量皿和不溶物质量,g；B,样品含水率,%。

1.3.4 包埋率的测定

总油的测定：参考葛双双等[10]的办法，略作修改。准确称取3.0 g(精确到0.000 1 g，记为m3)牡丹籽油微胶囊，研磨5 min，以石油醚为溶剂，采用索氏抽提的方法提取牡丹籽油微胶囊中的总油，将抽提液在45 ℃下进行旋转蒸发，60 ℃干燥至质量恒定，得到牡丹籽油微胶囊总油质量(m4)。

表面油的测定：精确称取2.0 g(精确到0.000 1 g，记为m5)牡丹籽油微胶囊于烧杯中，缓慢加入30 mL石油醚，浸提5 min，用漏斗过滤，用20 mL石油醚洗涤滤渣，将滤液在45 ℃下进行旋转蒸发，60 ℃干燥至质量恒定，得到表面油脂质量(m6),牡丹籽油微胶囊的包埋率(Y)按公式(2)计算：

(2)

式中：m4,总油质量，g；m3，微胶囊质量，g；m5,表面油质量，g。

1.3.5 扫描电镜观察

将片状微胶囊置于扫描电镜载物台的双面导电胶上，用镊子轻压固定，轻抖去掉不牢固部分的微胶囊，样品进行喷金处理后用扫描电镜观察微胶囊产品形态，加速电压为10 kV。

1.3.6 牡丹籽油微胶囊粒径分布

将制备好的牡丹籽油微胶囊按一定比例稀释在乙醇溶液中，用马尔文纳米激光粒度仪进行粒径检测，检测温度为25 ℃。

1.3.7 红外分析

参考杨小斌等[11]的方法。采用KBr压片法，通过红外光谱仪分别对壁材、牡丹籽油和牡丹籽油微胶囊样品进行分析。称取5 mg样品与100 mg纯KBr充分研磨25 min,混匀后放入模具中进行压片，于4 000～40 cm-1进行扫描，仪器分辨率为4 cm-1，扫描32次。

1.3.8 脂肪酸组成分析

甲酯化：取1 g(精确到0.000 1 g)样品，装入50 mL离心管，加V(石油醚)∶V(乙醚)=1∶1混合溶液10 mL，摇匀后放置40 min，加KOH-甲醇(0.4 mol/L)溶液5 mL，振荡混匀，静置30 min，加入5 mL蒸馏水，静置分层，测定上清液。

气相色谱条件：色谱柱DB-WAX(30 m×0.246 mm×0.25 mm)；升温程序185 ℃保持40 min；气化室温度250 ℃；进样温度250 ℃；载气高纯He(60 mL/min)、H2(40 mL/min)、空气(400 mL/min)；进样体积1 μL。

1.3.9 热稳定性分析

参考江连洲等[9]的方法，并略有改动。将5～10 mg牡丹籽油和牡丹籽油微胶囊样品放入铝盒中，置于差示扫描仪，温度从25 ℃加热到600 ℃，增长率为10 ℃/min，N2流速为20 mL/min，使用空盘作为对照。

1.3.10 氧化稳定性分析

采用Schaal烘箱储存实验法，将牡丹籽油和牡丹籽油微胶囊在(62±1)℃恒温培养箱中进行加速氧化实验，每24 h取样测定过氧化值。

1.4 数据处理

用Excel 2010软件进行统计，采用SPSS 18.0 软件进行显著性检验，结果用平均值±标准偏差表示。所有实验重复3次。

2 结果与分析

2.1 基本理化指标

喷雾干燥和冷冻干燥法制备得牡丹籽油微胶囊的颜色分别为乳白色和白色。在喷雾干燥过程中，乳液快速雾化成小液滴，油相芯材被水相壁材包裹，水分在出风口高温下迅速蒸发，水相形成保护膜，油脂被包裹在保护膜内[9]。包埋率越高，油脂被保护程度越高，微胶囊品质越高。如表1所示，本试验采用2种不同干燥方法制备得牡丹籽油微胶囊的包埋率分别为(88.12±0.64)%和(76.55±0.67)%，喷雾干燥法较冷冻干燥法制备得微胶囊的包埋率更高，这是由于冷冻干燥过程中乳液预冻时会形成冰晶，破坏经均质后乳液中芯材外层形成的“水相液态膜”，芯材暴露，包埋率降低[12]。

表1 牡丹籽油微胶囊理化指标的测定Table 1 Physical and chemical properties of peony seedoil microcapsule

微胶囊的水分含量越低，越有利于延长货架期[13]。本试验采用喷雾干燥法和冷冻干燥法制备得牡丹籽油微胶囊的水分含量分别为(3.79±0.18)%和(2.36±0.14)%，冻干的效果更好，但两者均符合食品工业对干燥固体粉末的水分含量要求≤4%的要求[14]。溶解度是衡量微胶囊品质的重要指标，高溶解度有利于拓宽其在食品工业的应用[15]。本试验采用喷雾干燥法和冷冻干燥法制备得牡丹籽油微胶囊的溶解度均较高，分别为(94.74±1.91)%和(89.62±0.4)%。

2.2 微胶囊显微结构

采用扫描电镜观察牡丹籽油微胶囊微观结构，如图1所示。喷雾干燥微胶囊饱满充实，基本接近球型，表面光滑，无褶皱现象，其颗粒大小基本均匀。极少部分有凹陷情况，这在喷雾干燥制备微胶囊产品中属于较为常见的现象，可能是由于在干燥过程中微胶囊颗粒收缩造成[16]。冻干微胶囊微观结构呈不规则片状，表明有凹陷及些许孔洞，这是由于乳液在预冷过程中有冰晶形成，破坏原有结构，真空冷冻干燥时冰晶气化，从而留下孔洞[17]，这也解释了喷雾干燥法制备的微胶囊包埋率高于冷冻干燥法的原因。

a-喷雾干燥;b-冷冻干燥图1 不同干燥工艺制备的牡丹籽油微胶囊显微结构Fig.1 Microstructures of peony seeds oil microcapsulesprepared by different drying methods

2.3 微胶囊粒径分析

粒径是评价微胶囊应用潜力的重要指标，因为在微胶囊乳液中粒径小更有利于人体消化吸收[18]。由图2可知，喷雾干燥法制作牡丹籽油微胶囊的粒径分布基本呈现正态分布，仅呈现1个峰，而冷冻干燥法制备牡丹籽油微胶囊的粒径分布未呈现正态分布，强度分布在粒径621.6和556 0 nm处，前一部分强度占比高达98.5%，后一部分仅占1.5%。

图2 不同干燥工艺制备的牡丹籽油微胶囊粒径分布图Fig.2 Particle size distribution of peony seeds oilmicrocapsules prepared by different drying methods

喷雾干燥法制作牡丹籽油微胶囊的平均粒径为256 3 nm，分布指数PDI为0.244<0.5。冷冻干燥法制备得牡丹籽油微胶囊平均粒径为765.5 nm，分布指数PDI为0.408<0.5。PDI越大，分子质量分布越宽；PDI越小，分子质量分布越均匀[19-20]。综上所述，2种干燥方法制得的牡丹籽油微胶囊，喷雾干燥微胶囊平均粒径大于冷冻干燥微胶囊，但喷雾干燥微胶囊的粒径分布更为均匀。

2.4 红外光谱分析

图3 不同干燥工艺制备的牡丹籽油微胶囊及其单体成分的红外光谱图Fig.3 Infrared spectrum of peony seeds oil microcapsulesprepared by different drying methods and their monomercomponents

2.5 脂肪酸组成

牡丹籽油微胶囊和牡丹籽油的脂肪酸组成如表2所示。

表2 牡丹籽油与不同干燥工艺制备的牡丹籽油微胶囊脂肪酸组成 单位：%

用SPSS软件进行显著性分析，喷雾干燥法制备微胶囊与牡丹籽油无显著性差异(P>0.05)，冷冻干燥法制备微胶囊亚麻酸含量为(38.84±0.51)%，与牡丹籽油(39.75±0.49)%相比有损失，但损失不足1%，低于叶繁等[25]采用喷雾干燥法制备得鱼油微胶囊的损失率。冷冻干燥法制备的牡丹籽油微胶囊中，亚麻酸含量降低可能是由于相比于喷雾干燥过程，冷冻干燥时间更长，受光照、O2等因素影响较大。

2.6 热稳定性

热重法(themogracimetry,TG)取样量少、操作简单、精密度高，常应用于食品研究，为食品加工及储藏提供实验依据[26]。如图4所示，牡丹籽油在升温到350 ℃前比较稳定，质量变化较小，350 ℃后开始加速分解，450 ℃时基本无剩余。牡丹籽油微胶囊升温到200 ℃时有少量的质量损失，可能是微胶囊中水分及挥发性成分挥发，喷雾干燥法制备微胶囊的损失率更高，与表1中水分含量结果一致。

图4 牡丹籽油和牡丹籽油微胶囊的 TG 曲线Fig.4 TG curves of peony seeds oil and peony seeds oilmicrocapsules prepared by different drying methods

200 ℃后壁材开始分解致使质量不断损失，从400 ℃开始降速变慢，到500 ℃时喷雾干燥法与冷冻干燥法制备微胶囊损失率分别为89.3%和86.7%。综上所述，牡丹籽油微胶囊化有利于保持牡丹籽油热稳定性，但是超过200 ℃高温会让壁材分解，因此加工和储藏温度不宜过高[27]。

2.7 氧化稳定性

如图5所示,牡丹籽油和喷雾干燥法、冷冻干燥法制备的牡丹籽油微胶囊初始过氧化值分别为0.005、0.006和0.007 g/100 g，这可能由于在微胶囊的制备过程中，牡丹籽油暴露在O2、光、高温等条件下，微胶囊的过氧化值高于牡丹籽油。加速氧化初期(3 d)氧化缓慢，微胶囊的过氧化值略高于牡丹籽油，从第4天开始牡丹籽油的氧化速度明显快于微胶囊，表明微胶囊对牡丹籽油起着保护和延缓氧化的作用，可能是由于壁材减少牡丹籽油了与环境中O2的接触[28]。冷冻干燥法制备得牡丹籽油的氧化程度较喷雾干燥法高，这是由于喷雾干燥法制备微胶囊结构紧密，包埋率高，受O2及光照的影响较小，而冷冻干燥法表面有孔洞包埋率低，受O2及光照的影响较大，因此氧化速度更快[29]。

图5 牡丹籽油和牡丹籽油微胶囊的氧化稳定性Fig.5 Oxidation stability of peony seeds oil and peonyseeds oil microcapsules prepared by different drying methods

3 结论

喷雾干燥制备的微胶囊包埋率为(88.12±0.64)%、溶解度为(94.74±1.91)%、水分含量为(3.79±0.18)%，显著高于冷冻干燥(P<0.05)。喷雾干燥和冷冻干燥制备的牡丹籽油微胶囊微观结构差别巨大，喷雾干燥微胶囊表面光滑无褶皱，接近球形，极少部分有凹陷，粒径分布呈正态分布，平均粒径为256 3 nm；冷冻干燥微胶囊微观呈不规则片状，有凹陷与孔洞，粒径分布未呈现正态分布，强度分布于621.6和556 0 nm处，平均粒径为765.5 nm。由红外光谱曲线可知，牡丹籽油微胶囊的特征吸收峰减弱，芯材被壁材包裹良好。喷雾干燥和冷冻干燥制备的牡丹籽油微胶囊脂肪酸组成与热稳定性无显著差异(P>0.05)，从200 ℃后开始降解，前者氧化稳定性优于后者。综上所述，喷雾干燥法是比冷冻干燥法更优的制备牡丹籽油微胶囊的干燥技术。本研究为牡丹籽油微胶囊产品的开发与产业化发展提供了依据。