苦杏仁油微胶囊制备及其性质研究

郭 芳，张 璐，李鑫杰

（吕梁学院 生命科学系，山西 吕梁 033000）

苦杏仁是山杏的种子，山杏这种作物既耐旱又耐寒，甚至能在贫瘠盐碱地上存活，我国可用于种植的土地面积非常广[1]。苦杏仁油中富含多不饱脂肪酸，并且还含有维E与α、γ-生育酚等，营养价值非常高。但因为其单不饱和脂肪酸总量过高，超过了90%，使其非常容易氧化酸败，保质期不长，不能大范围在食品工业中使用。

微胶囊技术的本质是把芯材设定为各种油脂，然后使用壁材进行包裹，最终形成5～200 μm的球形物，所得产品不但能有效抑制油脂接触外界导致氧化酸败，还方便运输与储存。目前，已研制出包括鱼肝油、橘皮精油、艾叶油、茶籽油等多种油脂微胶囊。这样做可以使油脂的营养成分和独特香气保存良好，油脂氧化速率降低。因此，采用喷雾干燥法，将苦杏仁油制备为微胶囊，使之更加贴近现代食品工业生产，以期扩展一个新的食品领域[2]。

1 材料和方法

1.1 材料与试剂

苦杏仁油，吕梁学院实验室自制；麦芽糊精，山东西王糖业有限公司提供；大豆分离蛋白，临沂山松生物制品有限公司提供；蔗糖酯，杭州瑞霖化工有限公司提供；单甘酯，妍妍化工有限公司提供；石油醚（30～60℃），分析纯。

1.2 仪器设备

DZF6050型真空干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司产品；HH-2型数显恒温水浴锅，上海力辰邦西仪器科技有限公司产品；FA2104N型电子分析天平表，上海精密科学仪器有限公司产品；DC-15002-1型试验型喷雾干燥机，上海达程试验设备有限公司产品；NCJJ-0.1/100型超高压均质机，廊坊通用机械有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 工艺流程

①苦杏仁油→乳化剂；

②壁材→溶解→混合；

①+②→均质→喷雾干燥→苦杏仁油微胶囊。

1.3.2 操作要点

（1）配置壁材。将大豆分离蛋白与麦芽糊精按2∶1的配比准确称量后放入烧杯中，并混合均匀[3]，称量时需要精准到0.001 g。

（2）溶解壁材。将混匀壁材后的烧杯小心放置到60℃的水浴锅中，缓慢加入180 mL温度为60℃的热水并搅拌至壁材充分溶解，配置完成后继续放在水浴锅中恒温。

（3）配置芯材。准确称量苦杏仁油及蔗糖酯与单甘脂（乳化剂添加量为2%，比例4∶1），精确至0.001 g，将称量好的苦杏仁油及蔗糖酯、单甘酯混合，并用玻璃棒搅拌至苦杏仁油与乳化剂完全混匀，混合物呈褐黄色[4]。

（4）混合芯材与壁材。将配置好的芯材倒入装有壁材的烧杯中，用玻璃棒搅动5 min，保证其充分混匀。

（5）超高压均质。将混合液倒入提前设定好参数的超高压均质机里，均质5 min。

（6）喷雾干燥。提前设定好喷雾干燥机参数并调试设备，调试完成后将进料管放入均质好的溶液，喷雾干燥结束之后用一个广口容器接在喷雾干燥机出料口下，取出接料瓶，用干净的毛刷将风粉分离器壁上的粉末刷下，将刷下的粉末并入接料瓶中的粉末进行称量[5]。

1.3.3 微胶囊包埋率的测定

根据文献[6]的方法对微胶囊表面含油量与总含油量进行测定，根据公式（1）计算包埋率。

1.3.4 单因素试验

在溶液的固形物含量为30%，均质压力为35 MPa，喷雾干燥机进风温度为200℃，芯壁材配比为1∶4的基础上，分别考查各个因素对苦杏仁油微胶囊包埋率的影响。

1.3.5 响应面设计

根据单因素试验所得数据，利用Design Expert Software 10.4软件进行响应面优化试验[7-9]。将芯壁材配比（A），固形物含量（B），均质压力（C），进风温度（D）作为自变量，以微胶囊胶包埋率为应变量，优化微胶囊包埋条件。

响应面因素与水平设计见表1。

表1 响应面因素与水平设计

1.4 氧化稳定性试验

将未经处理的苦杏仁油与苦杏仁油微胶囊同时放入60℃的恒温箱中加速氧化酸败，每2 d取样1次，总计10 d，依据GB 5009.227—2016中滴定法进行测定[10]。

1.5 水分含量测定

参考GB/T 5009.3—2016中的直接干燥法，测定微胶囊粉末中的水分含量[11]。

1.6 溶解度测定

用文献[12]的方法进行微胶囊粉末溶解度的测定。微胶囊粉末溶解度按公式（2）计算。

式中：m——微胶囊质量，g；

m1——容器质量，g；

m2——容器与沉淀质量，g；

A——微胶囊水分含量，%。

1.7 色泽与气味

采用感官评价法测定产品的色泽与气味[13]。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 不同芯材与壁材配比对包埋率的影响

不同芯材与壁材配比对微胶囊包埋率的影响见图1。

由图1可知，当芯壁材配比从1∶2增加为1∶3时包埋率增长率非常大，也许是因为芯壁材配比达到1∶2时，其中壁材总量相对来说较少，较难包埋混合液中所有的芯材；当比例达到1∶3时，图像出现拐点，包埋率达到顶点，之后伴着芯壁材配比的增大，折线图逐渐下降，可能是因为壁材量已经达到或超过芯材饱和值，并且由于壁材总量增加导致混合液浓度变大，增加了包埋的难度。综上所述，选取芯壁材配比为1∶3。

2.1.2不同固形物含量对包埋率的影响

不同固形物含量对包埋率的影响见图2。

图2 不同固形物含量对包埋率的影响

由图2可知，当溶液中的固形物含量从20%的水平增长到30%期间，固形物水平逐步增加，折线图持续向上，说明包埋率在逐渐增大，增长率较稳定；固形物含量到达30%时出现拐点，达到最高，也许是由于固形物含量变大，混合液变稠，芯材与壁材充分接触导致增加了包埋率；随着混合液浓度增大，折线图开始逐渐降低，并且其负增长率绝对值要大于固形物含量为20%～30%时的增长率，可能是因为混合液浓度过大，降低了芯材与壁材的流动性，反而降低了包埋率。从整体上来看，折线图中间高两边低，呈现一个正态分布，所以选取溶液中固形物含量为30%。

2.1.3 不同均质压力对包埋率的影响

不同均质压力对包埋率的影响见图3。

图3 不同均质压力对包埋率的影响

由图3可知，当均质压力从25 MPa逐渐上升至35 MPa期间，均质压力逐渐加大，折线图持续上升，增长率较为稳定并且在35 MPa时达到最大值，出现拐点，这就说明均质压力确实是能够使微胶囊的包埋率产生变化的，然后当均质压力继续增加到40 MPa水平的时候可以看出，包埋率陡然降低且下降幅度较大，可能是因为均质压力已经超过最佳压力，过大的压力导致包埋好的微胶囊稳定性不高，容易裂解。因此，选取的超高压均质机的均质压力参数设定为35 MPa时包埋率最佳。

2.1.4 不同进风温度对包埋率的影响

不同进风温度对包埋率的影响见图4。

图4 不同进风温度对包埋率的影响

由图4可知，进风温度在从180℃增长到190℃期间，进风温度逐渐增加，折线图也逐渐上升，当进风温度上升至190℃水平时，其对应的折线图达到最高点，其原因可能是当进风温度低时，苦杏仁油微胶囊粉末没有被完全蒸发掉水分，带有残留水分的微胶囊粉末很容易粘在喷雾干燥机的管壁上，造成损失，未包埋芯材的壁材粉末相比微胶囊粉末更容易干燥，更容易到达出粉口，在产品中壁材粉末占比增加，使得造粒效率降低，而随着进风温度继续增大，微胶囊粉末的水分残留变少，更容易到达出粉口使包埋率提高，而伴着进风温度继续上升，折线图下降，可能是因为过高的温度使得微胶囊颗粒的稳定性降低，使得包埋率降低。因此，选取的喷雾干燥机进风温度参数为190℃时包埋率最高。

2.2 Box-behnken Design（BBD）响应面设计与分析

2.2.1 响应面试验

响应面试验设计与结果见表2。

表2 响应面试验设计与结果

通过软件Design Expert10对数据进行分析，最终得到回归方程如下所示：

2.2.2 回归方程显著性分析

回归模型方差分析见表3。

由表3可知，该回归模型极显著（p≤0.01），其失拟项不显著（0.271 2>0.05），说明了该线性回归方程模型拟合试验准确度较高而误差较小，能够较好地完成试验结果的预测。由表3可知，模型相关性R2=0.978 2，校正系数R2Adj=0.956 4，其所得出的预测值与测量值十分接近，表明该模型非常贴近现实状况。从表中可知其变异系数CV=2.53%，说明该模型可以较好地反映出真实测试值，同时还可以保证测试结果的高可靠性。综上所述，该模型可以被用于苦杏仁油微胶囊加工工艺的分析和预测。

表3 回归模型方差分析

2.2.3 验证试验

使用响应面分析软件Design Expert对回归方程进行计算，将芯壁材配比、固形物含量、均质压力和进风温度的取值范围设定成0.5～0.25（1∶2～1∶4），25%～35%，30～40 MPa，180～200℃，并将目标值设定为最大值，获得的理想最优组合为芯壁材配比0.41，固形物含量31%，均质压力35 MPa，进风温度188℃，按最优组合最终得到的苦杏仁油微胶囊包埋率为88.514 2%。根据实际条件将最优组合修正为芯壁材配比为1∶3（0.38），固形物含量为31%，均质压力为35 MPa，进风温度为190℃，在这个组合条件下，所得到的苦杏仁油微胶囊包埋率值是88.43%，接近于软件预测值88.514 2%。

2.3 苦杏仁油微胶囊的氧化稳定性结果分析

氧化稳定性折线图见图5。

图5 氧化稳定性折线图

由图5可知，苦杏仁油在微胶囊化后氧化水平明显更低。经过10 d加速氧化后，苦杏仁油的POV（过氧化值）值上升显著，在第10天时其POV约为第1天时的12倍，而苦杏仁油微胶囊经过10 d的加速氧化，POV值虽然上升，但变化非常缓慢，在第10天时的POV值约为第1天时的3倍。由此可知，将苦杏仁油微胶囊化可有效减缓苦杏仁油的氧化程度[14]，延长保质期。

2.4 苦杏仁油微胶囊色泽气味及溶解度

微胶囊产品理化指标见表4。

表4 微胶囊产品理化指标

由表4可知，苦杏仁油微胶囊产品的组织形态为粉末状，色泽为浅黄色，气味上略有清香且溶解性好，且水分含量（<5%）符合标准，说明最优工艺条件下制备的苦杏仁油微胶囊产品品质较好。

3 结论

经过上述试验之后，制作苦杏仁油微胶囊最佳工艺参数为芯壁材配比1∶3，固形物含量31%，均质压力35 MPa，进风温度190℃。在这个条件下所能制得的苦杏仁油微胶囊包埋率达到最高值，为88.43%。苦杏仁油微胶囊粉末成品颜色为浅黄色，略有清香，溶解度为95.52%，过氧化值较低，水分含量符合标准。将苦杏仁油进行微胶囊化处理后，可以较好地抑制苦杏仁油氧化保持品质，从而延长保质期。