芒果浸膏微胶囊的理化特性及在卷烟中的应用研究

吴 彦,俞金伟,黄东业,曲利利,冉盼盼,许春平*

1.广西中烟工业有限责任公司技术中心,广西 南宁 530001

2.江苏中烟有限责任公司淮阴卷烟厂,江苏 淮安 223000

3.郑州轻工业学院食品与生物工程学院,河南 郑州 450001

芒果是一种热带水果，品种及其丰富。一般形态成椭圆形，有较大的果核而且非常坚硬，营养价值极高[1]。芒果肉质甜美果皮清香怡人，香气特征显著[2]。

天然香精香料一定程度上都存在易挥发、易氧化的弊端，如果能把增香物质包埋形成微胶囊，将可以较好地解决上述弊端。微胶囊化是将固、液、汽态物质包埋到微小、半透性或封闭的胶囊之中的技术[3]。其可以用于药物，达到掩盖苦涩味道、释放药物的效果[4,5]，又可以用于食品[6,7]、香精香料，使其在适宜的温度下缓慢地释放香气[8]。王娣[9]等对百里香精油进行微胶囊化，结果表明：百里香精油包埋率可达86.71%，微胶囊能够降低油脂氧化和香味释放速度，延长精油的使用寿命。沈妍[10]等研究了微胶囊在卷烟纸的应用，结果表明，微胶囊在卷烟用纸上能够保持较好的外观形态；在卷烟纸燃烧时能破裂释放香味物质。但是，对于芒果浸膏微胶囊的研究甚少，本文以芒果浸膏为原料，运用膜分离技术将其分为N1、N2、N3、N4组分，以4个组分为芯材制备微胶囊，将其制成固体粉末，考察其表面结构特征、释放性规律、物理性质及在卷烟中的加香效果，为其在卷烟中的应用提供一条思路。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

海藻酸钠（CP，麦克林试剂）、无水氯化钙（分析纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）、无水乙醇（分析纯，郑州派尼化学试剂厂）、吐温60（化学纯，天津科密欧化学试剂有限公司）、烟筒（广西中烟有限责任公司）；空白烟丝（广西中烟有限责任公司）；卷烟器(GERUI，GR-12-005)。

真空冷冻干燥机（SCIENT2-10N，宁波新芝生物科技有限公司）、光学显微（MF53，广州明美光电技术有限公司）、紫外分光光度计（UITRA-3400，北京普源精电科技有限公司）、激光粒度分析仪（MICROTRAC S3500，大昌华嘉商业有限公司）、热裂解-气相色谱质谱联用仪（CDS5250T，安捷伦科技（中国）有限公司）。

1.2 实验方法

1.2.1 芒果浸膏微胶囊的制备（1）芒果浸膏的制备。准确称取100.00 g 芒果粉，用滤纸包好置于索氏提取器中，加入500 mL 无水乙醇，加热回流2 h。过滤，滤液减压蒸馏至无乙醇流出，得到芒果浸膏。将芒果浸膏处理：芒果浸膏分别通过50 nm 陶瓷膜和100 kd 有机膜处理。芒果浸膏未过膜记为N1，50 nm 陶瓷膜截留段记为N2，100 kd 有机膜截留段记为N3，100 kd 有机膜透过段记为N4。

（2）芒果浸膏微胶囊的制备[11]。分别取一定量的四种不同组分芒果浸膏加入盛有100 mL 蒸馏水的烧杯中，加入1～3 滴乳化剂，用高速均质机（1000 rad/min）进行乳化，待用。配制海藻酸钠溶液，40 ℃下搅拌溶解，溶解完全后与芒果浸膏乳化液混合，搅拌均匀后超声除泡。倒入喷雾设备中，在输送空气压力为0.2 MPa 的条件下进行喷雾，制备微胶囊。喷头下方固化剂为浓度2%的氯化钙溶液，滤网收集固化好的微胶囊，无水乙醇冲洗两遍，蒸馏水冲洗两遍后冷冻干燥。

1.2.2 芒果浸膏微胶囊表面结构表征 取适量干燥好的不同组分的芒果浸膏微胶囊用光学显微镜和电子扫描显微镜观察其表面结构。

1.2.3 芒果浸膏微胶囊粒径分布检测 取适量干燥好的不同组分的芒果浸膏微胶囊用激光粒度分析仪测定其粒径分布。

1.2.4 芒果浸膏微胶囊容重的测定 准确称取2 g 微胶囊制品，置于10 mL 的量筒中，晃动50 次左右后待微胶囊自然下沉，读取体积。最后用所称样品的质量除以体积，即为样品的容重。

1.2.5 芒果浸膏微胶囊散落性测定[12]称取5 g 的芒果浸膏微胶囊产品，让其经过漏斗自然下落到水平圆盘上，自然堆积成粉堆，通过测定粉堆的高度和半径，根据公式α=arctg（H/R）计算休止角。休止角反应散落性的大小，休止角越大散落性越差，休止角越小散落性好。

1.2.6 芒果浸膏微胶囊在空气中的释放规律[13]取冷冻干燥后的微胶囊0.5 g，放置于烘箱中，温度为50、60、70 ℃，每隔一定的时间测定一次芒果浸膏微胶囊的剩余质量。分别测试四种不同组分作对比实验。

1.2.7 芒果浸膏微胶囊在水中的释放规律 分别用电子天平称取2.5、5、10、15、20、25、30 mg 四种组分芒果浸膏，与9：1 的乙醇水溶液混合定容到25 mL 的容量瓶中，做成梯度为0.1、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5 mg/mL，的溶液，测吸光度，制作标准曲线，见表1。

表1 4 种不同组分芒果浸膏释放规律的标准曲线Table 1 Standard curve of release regulation of four different mango extract fractions

取冷冻干燥后的芒果浸膏微胶囊0.5 g 放入200 mL 水中，设定水温30、50、70 ℃，按照设定时间测定水中微胶囊的吸光度，根据制作的标准曲线探究其释放规律。注意取出1 mL 的液体后，需将测定后的液体倒回容器中以保持溶液的总体积不发生变化。

1.2.8 芒果浸膏微胶囊热裂解-气相色谱质谱分析 取1 根裂解仪专用石英裂解管，装填农残级石英棉，然后取N3组分的芒果浸膏微胶囊样品1 mg 装入裂解管中，将裂解管放入热裂解仪中，按设定的裂解条件进行裂解，裂解产物直接进入气相色谱/质谱联用仪分析。GC-MS 条件为：

色谱条件：色谱柱：HP-5MS 毛细管柱（60 mm*0.32 mm*0.25 μm），进样口温度：250 ℃，程序升温：初始温度50 ℃维持3 min，然后以4 ℃的速度升至280 ℃，维持5 min，汽化温度：270 ℃，载气：He，1 mL·min-1，分流比：50：1。

质谱条件：电离方式：EI 源，检测器温度：FID，300 ℃，传输线温度：280 ℃，电离能量：70 eV，离子源温度：230 ℃，质量扫描范围：30～700 amu。

1.2.9 芒果浸膏微胶囊在卷烟中的应用 称取80 g 的空白烟丝将其分为四份，每份20 g。分别加入N1组分芒果浸膏微胶囊、N2组分芒果浸膏微胶囊、N3组分芒果浸膏微胶囊、N4组分的芒果浸膏微胶囊。然后取数只空烟筒，用卷烟器将这些烟丝卷制成成品卷烟，每组卷制15 支烟，在温度23 ℃，相对湿度60%条件下，平衡48 h 后，进行评吸。卷烟感官质量评吸标准：GB5606.4---2005。

2 实验结果与分析

2.1 芒果浸膏微胶囊的形态结构表征

冷冻干燥后的芒果浸膏微胶囊的形态如图1 所示。图1（a）是微胶囊在光学显微镜下观测图（放大100 倍），喷雾冷凝法制备的微胶囊经冷冻干燥后其整体形状发生一定的塌陷，但基本仍能呈比较规则的球形，表面干燥，带有较多的孔隙。

扫描电镜观测图见图1（b），放大2000 倍后，由图可以看出微胶囊经干燥后发生了皱缩，但仍然呈现圆球状，微胶囊表面有许多圆孔，这些孔隙直接影响微胶囊释放芒果浸膏的速率，同时这些孔隙的存在使得被包埋的芒果浸膏能够通过孔隙被释放出来[14]，从而达到缓释的效果。

图1 微胶囊表面结构图Fig.1 Surface structure of microcapsules

2.2 喷雾冷凝法制备芒果浸膏微胶囊的粒径分布

芒果浸膏微胶囊粒径分布结果见图2。由图2 可知，喷雾冷凝法制备的芒果浸膏微胶囊粒径分布并不均匀，主要分布在541.8～1069.0 μm 的范围内，其中592.0 μm 的占总量的35.02%；995.6 μm的占总量的17.96%。微胶囊粒径分布不均匀与雾化气流的压力以及海藻酸钠和浸膏混合体系的均匀性均有很大关系。

图2 微胶囊粒径分布图Fig.2 Particle size distribution of microcapsule

2.3 芒果浸膏微胶囊产品的基本性质

制备的芒果浸膏微胶囊产品呈乳白色，粉末细致均匀。通过粉末自由散落过程中，粉末堆积形成的锥体高度和直径，计算出休止角为15.8°，对比李艳南[15]等用复合凝聚法制备天然椰子油微胶囊实验结果，表明芒果浸膏微胶囊粉末产品的黏性小、流动性良好。芒果浸膏微胶囊产品的基本指标见表2。

表2 芒果浸膏微胶囊产品的基本指标Table 2 Basic indexes of microcapsule products of mango extract

2.4 不同组分芒果浸膏微胶囊在空气中的释放规律

由图3 可以看出，在不同温度条件下，四种组分所制备的芒果浸膏微胶囊质量变化情况基本相同。由此可以看出微胶囊在空气中释放，升高温度并不能明显增加芒果浸膏微胶囊的释放速率。原因可能是因为芒果浸膏微胶囊在空气中释放速率和被包埋的物质的相对分子质量有关，芒果浸膏微胶囊中挥发性物质较少，因此，温度对其影响不大。

图3 四种组分在空气中释放规律图表Fig.3 The release regulation of four fractions in air

2.5 不同组分芒果浸膏微胶囊在水中的释放规律研究

图4 四种组分在水中释放规律图Fig.4 The release regulation of four fractions in water

喷雾冷凝法制备的四种不同组分的微胶囊，在不同水温下，其释放规律见图4。由图4 可知，升高水温可以加快微胶囊的释放速率，因为微胶囊在水中的释放速率和其水溶性有关，升高温度可以加快芒果浸膏在水中的溶解速率，所以高温度可以提高微胶囊在水中的释放速率。

2.6 芒果浸膏微胶囊热裂解产物分析

芒果浸膏微胶囊600 ℃、900 ℃裂解产物总离子流图如图5 所示。选取匹配度大于80%，且比较重要的致香成分，结果见表3。

600 ℃条件下，共检测出6 种物质；900 ℃条件下，共检测出5 种物质。其中糠醛和甲基环戊烯醇酮为共有组分，糠醛特征是面包香、黄油香，使烟气具有甜味；甲基环戊烯醇酮具有咖啡似的焦糖样愉快香气，稀释时有枫槭样甜美香气，是一种良好的增香剂和低热甜味剂。

600 ℃条件下，裂解为醛酮类物质较多，多为致香成分，对烟草吸食品质影响较大[16]。棕榈酸甲酯具有浓郁的焙烤咖啡的香气；900 ℃条件下特有裂解成分有邻甲基苯乙酮、2-甲基苯并呋喃和7-甲基苯并呋喃，邻甲基苯乙酮具有甜香气味，赋予卷烟清甜的花香；2-甲基苯并呋喃和7-甲基苯并呋喃是杂环芳香有机化合物，具有芳香味。

图5 N3 组分微胶囊600 ℃、900 ℃下总离子流色谱图Fig.5 Total ion chromatogram of N3 fraction microcapsules at 600 and 900 oC

2.7 卷烟评吸结果与分析

对每组烟支进行随机抽样评吸，评吸结果如下表4 所示，4 组各项评分结果比较发现，4 种不同组分的芒果浸膏微胶囊对卷烟感官质量影响大小顺序为N2>N3>N1>N4；说明N3的芒果浸膏微胶囊在这4 组中加香效果最好，能增加卷烟的香气质和香气量，使烟气细腻丰满，减小刺激性，改善余味。

表4 芒果浸膏微胶囊卷烟评吸结果表Table 4 Sensory evaluation results of the cigarette using mango extract microcapsules

3 结论

（1）微胶囊的粒径分布主要分布在541.8～1069.0 μm 的范围内，冷冻干燥得到的微胶囊表面有孔隙；（2）微胶囊的容重为0.327 g/cm3，休止角为15.8°，表明微胶囊的黏性小，流动性良好；（3）对芒果浸膏微胶囊的释放规律研究结果表明芒果浸膏微胶囊在水中的释放速率受温度影响较大，温度越高，微胶囊释放速率越快，而微胶囊在空气中的释放速率受环境温度影响不大；（4）芒果浸膏微胶囊的热裂解产物中共鉴定出81 种成分，主要有糠醛、2,3-二甲基-2-环戊烯酮、甲基环戊烯醇酮、棕榈酸甲酯、邻甲基苯乙酮等致香物质，为其在卷烟中的应用提供了参考；（5）感官评吸表明，N3组微胶囊评吸效果最好，能增加卷烟的香气质和香气量，使烟气细腻丰满，减小刺激性，改善余味。