孟宏昌

(漯河职业技术学院,漯河 462002)

多不饱和脂肪酸糖玻璃微胶囊化的研究

孟宏昌

(漯河职业技术学院,漯河 462002)

研究了以阿拉伯胶和糖类为复合壁材,亚麻酸为芯材,通过喷雾干燥实现玻璃化微胶囊包埋多不饱和脂肪酸,利用 Schaal烘箱法评价其氧化稳定性。结果表明,DE15～17的麦芽糊精替代 40%的阿拉伯胶作为复合壁材,亚麻酸含量不超过 30%时,制备的微胶囊包埋效率较高。在 63℃通风条件下加速氧化,过氧化值(POV)未超过 6 mmol/kg,根据Arrhenius经验公式预计在 22℃存储保质期可达 24个月以上。

糖玻璃微胶囊 多不饱和脂肪酸 亚麻酸 氧化稳定性

多不饱和脂肪酸在防治心血管疾病、改善大脑功能、调节免疫系统、促进生长发育、维持皮肤健康以及抗炎、抗癌等方面发挥了积极的作用。但是,多不饱和脂肪酸极易氧化,且氧化使产品中多不饱和脂肪酸的含量减少,氧化后产生的过氧化物以及低级醛、酮有害健康,并产生令人恶心的腥异味,严重影响食品的风味。目前,国内陆续开发出了采用传统的微胶囊技术将多不饱和脂肪酸微胶囊化的产品,但由于多不饱和脂肪酸本身溶解有微量氧、微胶囊壁紧密性低、有微孔,囊内的多不饱和脂肪酸可通过微孔渗出或空气中氧透过微胶囊壁等原因,往往出现微胶囊化的多不饱和脂肪酸比未微胶囊化的更易氧化、腥异味更严重,从而使得多不饱和脂肪酸的应用受到限制。对于易氧化、易挥发物质的包埋,国外已开始考虑采用玻璃化微胶囊技术。但对多不饱和脂肪酸玻璃化微胶囊的研究国内外的报道甚少。玻璃化微胶囊技术是指将芯材包封于呈玻璃态结构的糖类壁材中的一种微胶囊化方法[1-3]。本文研究了复合碳水化合物作为壁材,以亚麻酸为芯材,通过玻璃化微胶囊技术,将多不饱和脂肪酸包封于玻璃态壁材中,起到改变其物理性状、防止氧化、掩盖腥异味等重要作用。微胶囊化亚油酸可以将液体亚油酸转化为容易贮存、运输和使用方便的固体粉末。由于亚油酸被壁材所形成的膜包裹,可以防止氧气、热、光以及化学物质的破坏,具有不易酸败的热稳定性,可以长时间保持质量和风味不变。

1 材料与方法

1.1 主要材料

α-亚麻酸原液ALA(游离型):许昌元化生物科技有限公司;麦芽糖、乳糖、蔗糖、葡萄糖、麦芽糊精、玉米糖浆、阿拉伯胶等壁材:市售,食用级;其他试剂均为分析纯。

1.2 主要仪器设备

LPG-50型高速离心式喷雾干燥机:常州科茂干燥设备有限公司;GZX-GF101-0-BS型电热恒温鼓风干燥箱:上海跃进医疗器械厂;XHF-1型高速分散器:上海金达生化仪器厂。

1.3 玻璃化微胶囊的基本原理

玻璃化微胶囊包埋的基本原理是将壁材物质在较低的温度下首先溶解在水等溶剂中,由于水等溶剂的增塑作用,大大降低了壁材溶液体系的玻璃态转变温度 (Glass transition temperature,Tg),在较低的温度下壁材溶液体系处于一种黏流态,此时将脂肪酸乳化分散其中,接着将乳化液雾化于热气流中迅速脱水干燥,使壁材体系 Tg迅速提高,直至超过微囊表面温度,使壁材呈玻璃态包埋住乳化分散其中的脂肪酸。其工艺流程如下:

1.4 分析方法

1.4.1 微胶囊包埋效果的评价

1.4.1.1 表面油及包埋率[8]

称取 3 g左右微胶囊样品 (Ws),分散于 20 mL石油醚中,于 200 r/min摇床振荡 5 min,抽滤,滤液置于105℃干燥已恒重的烧杯中,然后在105℃的恒温箱中烘 1 h,冷却,称重并计算浸出油质量(W1)

式中:C为微胶囊含油量/%。

1.4.1.2 溶剂浸出率[9]

称取 3 g左右微胶囊样品 (Ws),分散于 20 mL石油醚,于 200 r/min摇床振荡 1 h,抽滤,滤液置于105℃干燥已恒重的烧杯中,然后在 105℃的恒温箱中烘 1 h,冷却,称重并计算浸出油重(W2)。

式中:C为微胶囊含油量/%。

1.4.2 玻璃化微胶囊抗氧化性能试验方法[7]

采用 Schaal烘箱法测定玻璃化微胶囊多不饱和脂肪酸的氧化稳定性,即把玻璃化多不饱和脂肪酸微胶囊置于 (63±1)℃的数显恒温箱内,并通以3 mL/s的空气,敞口,定时测定 POV的变化。根据Arrhenius经验公式,Schaal烘箱法的 1 d相当于 1个月的货架寿命,分析其保质期和抗氧化性能。

1.4.3 过氧化值的测定[9]

称取微胶囊样品 3 g左右(精确至 0.000 1 g)于100 mL具塞锥形瓶中,加入 12 mL蒸馏水,磁力搅拌10 min使样品溶解;然后准确量取氯仿/甲醇 (15 mL/30 mL)混合液加入,磁力搅拌混匀 10 min后,再准确加入 15 mL氯仿,继续磁力搅拌混匀2 min,再加入 15 mL蒸馏水,磁力搅拌混匀 5 min,接着将混合液转移至离心管中,4 000 r/min离心 5 min使完全分层,用刻度吸管小心准确吸取下层氯仿层5 mL于已恒重的小烧杯中,105℃恒温箱中烘 1 h后,干燥器中冷却 15～20 min,称重,计算烧杯中油质量 (W)。另准确吸取剩余氯仿层 20 mL于 250 mL蒸馏瓶中,用旋转蒸发仪于 40℃水浴、真空挥干氯仿,加入氯仿/冰醋酸(2∶3,体积比)30 mL,使油溶解,然后加入1 mL饱和 KI溶液,加塞摇匀,暗处放置 3 min,取出加入 30 mL蒸馏水,振摇,加入 5 mL 1%淀粉溶液,立即用 0.01 mol/L硫代硫酸钠标准溶液滴定至蓝色消失,记下滴定所用体积 (V2/mL)。同时做空白滴定,记下滴定所用体积(V1/mL)。

计算 POV(mmol/kg):

式中:c为硫代硫酸钠溶液浓度/mol/L。

2 结果与讨论

2.1 不同糖类与阿拉伯胶配用对玻璃化微胶囊包埋效果的影响

阿拉伯胶由于基本具备理想的喷雾干燥微胶囊化的壁材所必需的良好溶解性、乳化性、成膜性以及干燥性能好、浓溶液黏度低等特点,成为一种重要的微胶囊壁材。而具有玻璃态结构的其他碳水化合物由于乳化性和成膜性较差,一般需要与阿拉伯胶配用。碳水化合物的聚合度是影响 Tg的主要因素,在聚合度低时,随着聚合度的增加,Tg急剧升高,聚合度高时(如淀粉),由于 Tg太高,因为当其温度达到Tg之前就已分解,不能通过试验测定 Tg。因此,实验选择了聚合度较低的麦芽糊精、乳糖、麦芽糖、蔗糖和葡萄糖。表 1为几种糖类与阿拉伯胶配用 (二者比例为 3∶7)时,壁材玻璃化包埋多不饱和脂肪酸的试验结果。

表 1 不同糖类对玻璃化微胶囊包埋效果的影响

由表1可知,随着碳水化合物 Tg的降低,微胶囊表面油和溶剂浸出率有所升高,包埋率下降,特别是Tg低于 100℃时包埋效果下降明显。麦芽糊精与阿拉伯胶的 Tg差异不大,二者配用时包埋效果差异小。

2.2 麦芽糊精DE值的影响

麦芽糊精DE值(指以葡萄糖计的还原糖占糖浆干物质的百分比)不同,Tg也不相同。并研究不同DE值麦芽糊精对玻璃化微胶囊包埋效果的影响,结果见表2。

Tg是影响玻璃态微胶囊化效果的最为重要的因素。喷雾干燥时,较高的 Tg不仅有利于玻璃态的形成和稳定,而且有利于缩短粘流态向玻璃态转变所需的时间,有利于及时包埋多不饱和脂肪酸;但是过高的 Tg,会过早形成玻璃态硬壳,囊壁脆性大、缺乏塑性,易于因囊壁内层水分的蒸发导致囊壁微孔和裂缝,造成囊壁致密性低,使溶剂浸出率高。

从表 2可知,麦芽糊精 Tg在 100℃以下、160℃以上时溶剂浸出率偏高,包埋效果较差,而 DE11～20范围的麦芽糊精 Tg在 140～160℃,对微胶囊包埋效果影响较小。

表 2 不同DE值麦芽糊精对玻璃化微胶囊包埋效果的影响

2.3 阿拉伯胶比例的影响

阿拉伯胶是微胶囊壁材的主要部分,其优良的乳化能力和成膜性是微胶囊包埋多不饱和脂肪酸的关键。选择DE值 15～17麦芽糊精,研究阿拉伯胶比例的影响,结果见图 1。

图 1 阿拉伯胶比例的影响

由图 1可知,随着壁材中阿拉伯胶所占比例增加到 60%附近,表面油和溶剂浸出率迅速降至最低点,之后阿拉伯胶比例继续增加,二者略有升高;包埋率随着壁材中阿拉伯胶所占比例增加到 60%达到最高,随后变化较小。由于麦芽糊精没有乳化能力,因此阿拉伯胶比例太低时不利于壁材有效包埋脂肪酸,导致表面油和溶剂浸出率较高、包埋率太低。

2.4 多不饱和脂肪酸含量的影响

多不饱和脂肪酸含量对多不饱和脂肪酸玻璃化微胶囊包埋效果的影响见图 2。

由图 2可见,当多不饱和脂肪酸含量超过 30%时,由于壁材所占比例较少,形成的微囊壁太薄,导致表面油和溶剂浸出率均较高,包埋率下降。从结果来看,多不饱和脂肪酸含量不超过 30%时,微胶囊包埋效果较好。

图 2 多不饱和脂肪酸质量分数对多不饱和脂肪酸糖玻璃化包埋效果的影响

2.5 亚麻酸微胶囊的氧化稳定性

采用 Schaal烘箱测定法,把玻璃化微胶囊亚麻酸置于(63±1)℃的数显恒温箱内,并通以 3 mL/s的空气,敞口放置 56 d,每隔 96 h测定一次 POV值,结果见表3。

表3 亚麻酸微胶囊在 Schaal烘箱试验中 POV的变化

根据Arrhenius经验公式,Schaal烘箱法的1 d相当于 1个月的货架寿命,若以国标规定的过氧化值6 mmol/kg为上限,分析其保质期和抗氧化性能。由表可以看出,可以推算出所测微胶囊α-亚麻酸在22℃下的保质期可达到 2年。

3 结论

以阿拉伯胶和糖类为复合壁材,以亚麻酸为芯材,通过喷雾干燥实现玻璃化微胶囊包埋多不饱和脂肪酸。以DE15～17的麦芽糊精替代 40%的阿拉伯胶作为复合壁材,亚麻酸质量分数不超过 30%时,制备的微胶囊包埋效率较高,稳定性好。可见,具有较高 Tg的阿拉伯胶和麦芽糊精有利于喷雾干燥过程中囊壁及时形成玻璃态,有效保护多不饱和脂肪酸受热氧化。

[1]吴克刚,钱银川.玻璃态微胶囊技术[J].食品科学,2002, 32(8):324-327

[2]王璐,许时婴.香精香料微胶囊化[J].食品与发酵工业, 1999,25(3):52-58

[3]Fereidoon S,XiaoQ H.Encapsulation of food ingredients[J]. CriticalReviews in Food Science andNutrition,1993,33(6): 501-547

[4]Reineccius G A.Carbohydrates for flavor encapsulation[J]. Food Technol,1991,45(3):144-146

[5]Popplewell L M,Porzio M A.Encapsulation Compositions. US,6416799[P].2002-07-09

[6]FrankeW C,ParadaM,Jae J P.Complete FlavorMix Trans2 formed into the Glassy state:US,5846580[P].1998-12-08

[7]李加兴,孙金玉,陈双平,等.猕猴桃籽油的抗氧化稳定性研究[J].食品与机械,2006,22(4):88-89

[8]Wu K G,Chai X H,Chen Y.Microencapsulation of fish oil by coacervation of hydrooxypropyl methylcellulose[J].Chi2 nese Journal of Chemistry,2005,23(11):1569-1572

[9]吴克刚,郑东方,柴向华.辛烯基琥珀酸淀粉微胶囊化浓缩鱼油的研究 [J].食品研究与开发,2006,27(3): 4-6.

Microencapsulating PolyUnsaturated Fatty Acid in Saccharic Glassy State

Meng Hongchang
(Luohe Vocational and Technical College,Luohe 462002)

The glassymicroencapsulation of poly unsaturated fatty acid with Arabic gum and saccharide as com2 pound wallmaterials by the spray dryingmethod was studied.Linolenic acid was used as core material.The oxidation stability was estimated by Schaal oven-storage test.Results:The encapsulation efficiency is the bestwhen the ratio ofArabic gum and DE 15～17 malt dextrin is 3∶2 and the proportion of core material is below 30%.In a test of ac2 celerating oxidation,the peroxide value is less than 6 mmol/kg under the test condition of ventilating at 63℃,so a shelf-life ofmore than 24 months at 22℃could be anticipated according to Arrhenius empirical formula.

saccharic glassy microcapsule,poly unsaturated fatty acid,linolenic acid,oxidation stability

R943;TS225.6 文献标识码:A 文章编号:1003-0174(2010)05-0049-04

河南省教育厅自然科学研究计划项目(20008c550001)

2009-06-16

孟宏昌,男,1968年出生,副教授,食品工程