富含DHA藻油微胶囊粉制备工艺优化

郝志亮，马 跃，黄 卉，郝淑贤，岑剑伟，魏 涯

（1.北安宜品努卡乳业有限公司，黑龙江 黑河 100086；2.中国水产科学研究院南海水产研究所，广东广州 510300；3.农业农村部水产品加工重点实验室，广东 广州 510300；4.国家水产品加工技术研发中心，广东 广州 510300）

0 引言

DHA 是人体必需的脂肪酸，是维持人体大脑健康必不可少的物质[1]。越来越多的研究表明DHA 对神经系统发育及疾病的预防作用显著[2,3]。婴儿产前或产后初期DHA 供给来源为母乳，而孕期补充DHA有助于DHA 优先从母亲转移到胎儿[4]，因此喂食强化DHA 配方奶粉成为当前研究的热点。

鱼油富含DHA，虽然配方乳粉中添加富含DHA的鱼油对婴儿发育有一定的有益作用，但二十碳五烯酸（EPA）与DHA 的竞争关系可能会导致新生儿生长迟缓[5]。藻油与鱼油相比具有受海洋污染机率少、安全性能高等优势，更适用于婴幼儿配方食品，现在正越来越多地用于保健品和浓缩食品中[6]。但不饱和脂肪酸极易氧化形成氢过氧化物，如果控制不当可能会影响人体健康[7]。微胶囊化成为保护油脂核心生物活性成分的重要手段。富含DHA 的藻油经微胶囊化处理后，藻油被包埋在微小、半透性或封闭的壁材之中，形态由液态转变为固态，在壁材的保护下，可以有效防止油脂制品的氧化[8,9]。

油脂微胶囊的包埋效率和存储稳定性受壁材种类、组成及处理方法等多种因素影响。本研究以裂壶藻油为原料，为最大限度提高藻油的抗氧化性，通过响应面试验优化藻油微囊工艺，为制备高包埋率、稳定性好的富含DHA 的藻油制品提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

裂壶藻油，实验室自制，DHA 含量为35%。麦芽糊精和大豆卵磷脂均为食品级，由上海晶纯生化科技股份有限公司提供；其它化学试剂均为分析纯，由广州市化学试剂厂提供。

T25 均质乳化机，产自德国IKA 工业设备公司；GB204 电子天平，产自梅特勒-托利多国际股份有限公司；DHG-9145A 电热鼓风干燥箱，产自上海一恒科技有限公司；SD-1000 喷雾干燥器，产自东京理化器械株式会社；Mastersizer 3000 激光粒度仪，产自上海思百吉仪器系统有限公司。

1.2 试验方法

1.2.1 藻油微胶囊粉制备

参考SOLOMANDO 等[10]的方法，取藻油20 g，加入大豆卵磷脂，搅拌均匀后加水至200 g，均质（20 000 rpm，10 min）得初乳液，初乳液高压均质处理，而后加水200 g，磁力搅拌15 min 后，加入麦芽糊精溶液400 g 得终乳液，进口温度为180 ℃，出口温度85～90 ℃，喷雾干燥成粉。

1.2.2 微胶囊技术响应面优化

在单因素试验结果的基础上，选取高压均质压力（A）、麦芽糊精：卵磷脂（B）、壁材：藻油（C）3个条件，以包埋率为响应值，根据Box-Behnken 设计响应面试验，3 因素3 水平试验因素及水平如表1。

表1 响应面试验的因素及水平

1.2.3 乳析指数测定

参考MC CLEMENTS 的方法采用量筒法测定[11]。量取50 mL 乳化液，置于50 mL 量筒中，盖塞。于室温条件下静置24 h，记录乳化液静置前总高度（HE）和静置后乳层高度（HC），如式（1）。

式中 HE为乳化液静置前总高度，cm；HC为乳化液静置后乳层高度，cm。

1.2.4 微胶囊化效果评价

参考康吟等的方法[12]，测定包埋产品表面含油量及产品总油量，单位均为mg，计算包埋率，如式（2）。

1.2.5 氧化稳定性测定

参考CAN 等[13]的方法，将样品置于60℃条件下进行加速氧化，贮存期为20 d，每隔5 d 取样，测定过氧化值（POV）。

1.2.6 水分含量测定

参考任凌云等的方法[14]，称取样品1 g 注入反应池，用卡尔费休试剂滴定至终点，测定水分含量。

1.2.7 粉末粒径测定

参考TUPUNA 等[15]的方法,配制样品浓度为1.0 mg/mL 的水溶液，于25±0.3 ℃采用动态光散射仪测定藻油微胶囊粉末粒径。

1.2.8 堆积密度的测定

参考GOULA 等[16]的方法，称取藻油粉样品2 g，匀速缓慢倒入具刻度量筒中，轻拍量筒至样品体积恒定，堆积密度为样品重量除以样品体积，单位为g/cm3。

1.2.9 分散性的测定

参考CHEN 等[17]的方法，室温条件下，称取样品0.5 g，放入150 mL 超纯水中，记录粉末完全分散所用的时间。

1.2.10 数据分析

数据分析采用SPSS Statistics 22.0，利用one-way ANOVA 及Duncan 检验对试验结果进行组间比较和差异显著性分析，显著性水平P<0.05。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 均质压力对微胶囊效果的影响

图1 为均质压力对包埋效果的影响，结果表明，经高压均质后，藻油包埋率增加，均质压力超过1 000 bar 时包埋率略有下降。

图1 均质压力对包埋率的影响

2.1.2 壁材对微胶囊效果的影响

试验选用麦芽糊精和卵磷脂作为藻油微胶囊壁材，二者组成比例对包埋率影响如图2 所示。由结果可知随麦芽糊精∶卵磷脂比例增加，藻油包埋率升高，当比例超过20 时，包埋率基本稳定。图3 为壁材与藻油比例对包埋效果的影响，由结果可知随壁材∶藻油比例的增加，包埋率上升，包埋效果最好的比例为6。

图2 麦芽糊精∶卵磷脂对包埋率的影响

图3 壁材∶藻油对包埋率的影响

2.2 响应面优化分析

2.2.1 试验设计与结果

根据单因素结果选择均质压力（A）、麦芽糊精∶卵磷脂（B）和壁材∶藻油（C）水平。根据Box-Behnken 原理，以包埋率为响应值，根据Design-Expert 10 设计试验，优化藻油包埋工艺，结果如表2所示。

表2 Box-Behnken优化设计及结果

2.2.2 响应面模型及方差分析

将试验结果进行多元回归拟合，由表3 可知包埋率（Y）对均质压力（A）、麦芽糊精∶卵磷脂（B）、壁材∶藻油（C）的回归模型方程：Y=86.93-4.71×A+2.57×B+4.64×C-0.76×AB-2.87×AC-0.76×BC-7.59×A2-4.09×B2-3.66×C2。回归模型极显著（P<0.001），失拟项不显著（P>0.05），说明以包埋率为响应值建立的试验方法可靠且模型较稳定；相关系数R2=0.9643，调整回归系数，说明回归模型有较好的拟合度，模型构建合理。模型中仅AB与BC 组合P值不显著（P＞0.05），其它因素对包埋率的影响显著（P＜0.05），删除不显著因素，调整后的模型为Y=86.93-4.71×A+2.57×B+4.64×C-2.87×AC-7.59×A2-4.09×B2-3.66×C2；由表3 中的F 值可看出，3因素对包埋率的影响程度依次为均质压力（A）＞壁材∶藻油（C）对＞麦芽糊精∶卵磷脂（B）。

表3 回归模型方差分析

续表

2.2.3 响应面交互作用

图3 为3 个因素与包埋率的三维响应图，响应图的陡峭程度与各因素对包埋率的影响有关，等高线反映两个因素之间的交互作用[18]。均质压力（A）和壁材∶藻油（C）的响应图坡度较陡，等高线为椭圆形，说明二者的交互作用可显著影响包埋率；均质压力（A）和麦芽糊精 ∶卵磷脂（B）、麦芽糊精 :卵磷脂（B）和壁材 ∶ 藻油（C）的响应图坡度较平缓，等高线近乎圆形，说明因素A和B、B和C对包埋率的交互作用影响较弱，分析结果与表2 的结论具有一致性。

图3 各因素间的交互作用

2.2.4 模型的优化和验证

根据响应面优化试验结果及实际生产操作的方便性考虑，确定A、B、C3 个因素的最适值为均质压力850 bar，麦芽糊精∶卵磷脂为20 :1，壁材 :藻油为7.5 :1，该条件下预测包埋率为89.88%。为了验证模型预测结果是否准确，采用此优化条件重复试验3 次，取平均值，实际包埋率为88.72%，结果与二次回归模型的预测值（89.88%）接近，充分验证本模型的准确性，说明本方案优化得到的藻油包埋条件参数准确可靠。

2.3 高压均质对微胶囊化藻油理化指标影响

由响应面回归分析可知高压均质对产品包埋率影响最为显著，因此对比高压均质对包埋过程的影响，结果见表4。由结果可知，高压均质对乳状液及微胶囊粉的多项理化指标影响显著（P<0.05）。因麦芽糊精带正电荷，高压均质后，油体粒径变小，油体表面与麦芽糊精接触面积增加，导致乳液pH 下降，本结果与JIMENNEZ 研究的结论相一致[19]。

表4 微胶囊藻油理化指标

有研究表明乳析指数与乳状液稳定性呈负相关，乳状液经高压均质后，分散相粒径变小，受碰撞或其他作用力聚集在一起的机率降低，减弱脂肪球之间的聚结作用，从而影响乳析指数[20]。

高压均质对微胶囊化藻油粉的水分含量影响不显著，水分含量范围在1.68%～1.76%，明显低于食品工业中干粉的最大水分含量（4%～5%）[21]，表明该壁材组成及配比有利于喷雾干燥过程水分的蒸发，故而干燥比较充分。高压均质可明显提高产品包埋率，降低粉末粒径、堆积密度和产品分散时间。根据LIU 等[22]的报道，包埋率与油滴外壳快速形成有关，高压均质降低油滴粒径，影响喷雾干燥过程水分蒸发速度，避免被包裹的油滴扩散到壁材表面，从而提高包埋率。堆积密度范围为0.61～0.66 g/cm3，根据MEHYAR 等人的研究，微胶囊粉的堆积密度与样品粒径和水分含量有关，粒径越小，产品对应的堆积密度约高[23]。经高压均质处理后，藻油粉末分散时间从12.2 min 降至10.1 min，可能与均质处理产品良好的包埋率有关，因为油不溶于水，包埋效果越好，表面含油量越低，产品的分散性越好。

2.4 氧化稳定性分析

油脂样品贮藏过程形成的氢过氧化物反映脂质的氧化程度，是监控脂质质量的重要指标[24]。试验结果表明藻油及高压和非高压均质藻油微胶囊样品的POV 分别为2.9、3.1 和3.2 meq/kg，3 个样品初始POV 值差异不明显（P＞0.05）。但加速氧化过程中，微胶囊化样品氧化稳定性明显高于原藻油样品，且非高压均质样品POV 增加速度明显高于高压均质微胶囊化样品（P＜0.05），贮藏至20 d 时，原藻油样品POV 值约为高压均质样品的3 倍，说明包埋率越高，藻油粉的氧化稳定性越好。

3 结语

采用响应面法对藻油微胶囊包埋条件进行优化，获得最优处理条件为麦芽糊精 :卵磷脂20 :1、壁材 :藻油7.5 :1、高压均质850 bar，该条件下包埋率为88.72%。对比高压均质与非高压质处理对微胶囊处理过程的影响，高压均质有利于维持乳状液的稳定性，且可显著提高微胶囊粉的包埋效率，改善微胶囊藻油粉的理化性状。以未经包埋处理的藻油为对照，微胶囊处理可显著提高样品的氧化稳定性，高压均质可提升样品的氧化稳定性。