许明君，徐振秋，董兴叶（江苏康缘药业股份有限公司，江苏连云港222001）

响应面法优化海英菜籽油微胶囊化工艺

许明君，徐振秋，董兴叶
（江苏康缘药业股份有限公司，江苏连云港222001）

为减缓海英菜籽油的氧化速度，提高稳定性，以酪蛋白、β-环糊精为壁材，采用微胶囊-喷雾干燥法制备海英菜籽油微胶囊。通过单因素试验，选择芯材含量、包埋时间、β-环糊精含量、单甘脂含量为影响因素，包埋率为响应值。通过响应面分析法确定海英菜籽油微胶囊化的最佳工艺参数：芯材含量18.3%、包埋时间50.7min、β-环糊精含量41.1%、单甘脂含量50.4%，在该条件下海英菜籽油微胶囊包埋率为93.82%。

海英菜籽油；微胶囊；包埋率；响应面

海英菜又称碱蓬、盐蒿、海鲜菜等［1-2］。其具有清热解毒、降血压、扩张血管、预防心脏病等功效［3-6］。有研究表明：碱蓬提取出的物质具有抗氧化活性［7］。海英菜籽油中含有较高的不饱和脂肪酸成分，极易受光和热的影响从而分解变质，使其功效成分和营养成分损失和品质下降。因此采用微胶囊技术，对海英菜籽油行包埋处理，可将海英菜籽油与周围环境隔开，有效地防止菜籽油中的油脂氧化，提高其稳定性，增加储存时间，方便生产运输。

微胶囊技术指利用成膜材料将固体、液体或气体囊于其中，形成直径几十微米至上千微米的微小容器的技术［8］。油脂不易溶于水，使用及保存不方便，其中还有较多的不饱和脂肪酸易氧化酸败，将油脂微胶囊化可以有效地防止油脂酸败氧化［9-10］。微胶囊的制备方法可分为3类：物理法、化学法、物理化学法［11-13］。在国内文献中部分植物油、香精微胶囊化研究已有大量报道，但对于具有含有抗氧化，降血脂、降血压功能的海英菜籽油方面的研究鲜有报道。

本文以海英菜籽油为芯材，β-环糊精和酪蛋白为壁材，通过中心响应面法对影响包埋率的4个因素包括芯材含量、包埋时间、β-环糊精含量、单甘脂含量进行工艺优化。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1材料与试剂

海英菜籽油：江苏康缘药业股份有限公司自制；β-环糊精（β-cyclodextrin，β-CD）、麦芽糊精、酪蛋白：宁诺商贸有限公司。

单甘脂、吐温-20：浙江金华有限公司；无水乙醇：GR，南京化学试剂有限公司。

1.1.2主要仪器设备

B-079电子天平：Sartorius；纳米高压均质机：廊坊通用机械有限公司；OPD-8高速离心喷雾干燥机：上海大川原干燥设备有限公司；胶体磨：温州市七星乳品设备厂；HH-2数显恒温水浴锅：常州市华普达教学仪器有限公司。

1.2方法

1.2.1海英菜籽油微胶囊的制备方法

将壁材酪蛋白，β-环糊精按照设定比例共称取100 g，倒入烧杯中，加入1 000 mL、60℃～70℃蒸馏水溶解，将单甘脂与吐温-20按设定的比例混合制得乳化剂。按乳化剂添加量1.5%的比例与芯材海英菜籽油混合后加入到装有壁材溶液的烧杯中溶解，得到悬浊液，经高压均质机30 MPa、5 min均质，制得微胶囊乳浊液，在50℃下按设定的时间放置，将微胶囊乳浊液在进风温度165℃、出风温度70℃、进料速度5 mL/min的条件下喷雾干燥，得到海英菜籽油微胶囊样品。

1.2.2海英菜籽油微胶囊包埋率的测定

1.2.2.1表面油含量的测定

称取1 g微胶囊样品，加入无水乙醇溶液10 mL，摇匀，将微胶囊悬浊液倒入离心管中，4 000 r/min离心15 min，取上清液5 mL，放入已经精确称重的称量瓶（X1）中，将称量瓶放入水浴锅内蒸馏，直至称量瓶中的无水乙醇蒸干，将称量瓶取出，放于干燥器内冷却后称重（X2）。以Z1表示微胶囊表面油含量，则Z1=X2-X1。

1.2.2.2总油含量的测定

称取1 g微胶囊样品，研磨（破壁）加入无水乙醇溶液10 mL，摇匀，将微胶囊悬浊液倒入离心管中，4 000 r/min离心15 min，取上清液5 mL，放入已经精确称重的称量瓶（C1）中，将称量瓶放入水浴锅内蒸馏，直至称量瓶中的无水乙醇蒸干，将称量瓶取出，放于干燥器内冷却后称重（C2）。以Z2表示微胶囊总油含量，则Z2=C2-C1。

1.3微胶囊乳浊液配制单因素试验

1.3.1β-环糊精在壁材中的含量的选择

选择β-环糊精在壁材中的含量分别为20%、30%、 40%、50%、60%，按照芯材含量15%，单甘脂在乳化剂中的含量50%、包合时间45 min的条件，按照1.2.1制备方法制得微胶囊。测定其包埋率，确定最佳壁材。

1.3.2芯材含量的选择

选择芯材含量分别为10%、15%、20%、25%、30%，按照β-环糊精在壁材中的含量40%，单甘脂在乳化剂中的含量50%，包合时间45min的条件，按照1.2.1制备方法制得微胶囊。测定其包埋率，确定最佳芯壁比。

1.3.3单甘脂在乳化剂中含量的选择

选择单甘脂在乳化剂中的含量分别为20%、30%、40%、50%、60%、70%，加入量1.5%，按照β-环糊精在壁材中的含量40%，单甘脂在乳化剂中的含量50%，包合时间45 min的条件，按照1.2.1制备方法制得微胶囊。测定其包埋率，确定最佳乳化剂添加比例。

1.3.4包合时间的选择

均质时间分别选择15、30、45、60、75 min，按照β-环糊精在壁材中的含量40%，单甘脂在乳化剂中的含量50%，芯材含量15%的条件，按照1.2.1制备方法制得微胶囊。测定其包埋率，确定最佳均质条件。

1.4微胶囊乳浊液配制的响应面优化试验

在单因素试验基础上，采用Box-Behnken的中心组合设计原理，选择芯材含量（W1）、β-环糊精含量（W2）、包埋时间（W3）、单甘脂含量（W4）四因素为自变量，包埋率为响应值，设计四因素三水平的试验，并选定四因素的0水平和波动区，试验因素水平见表1。

2　结果与分析

2.1单因素试验结果

海英菜籽油微胶囊工艺单因素试验优化结果：β-环糊精在壁材中添加量为40%时海英菜籽油包埋率最高为89.47%、芯材含量为20%时海英菜籽油包埋率最高为91.33%、单甘脂在乳化剂中添加量为50%时海英菜籽油包埋率最高为90.12%、包合时间为45 min时海英菜籽油包埋率最高为92.52%。

2.2响应面试验结果分析

通过DesignExpert软件对试验数据进行回归分析，预测海英菜籽油微胶囊工艺的最优条件。响应面分析因子与水平表见表1，试验结果见表2，方差分析见表3。

利用DesignExpert软件对表2数据进行二次多元回归拟合，得到包埋率对编码自变量W1、W2、W3和W4的二次多项回归方程：包埋率=94.66-5.17W1+3.97W2+ 4.53W3+0.15W4+5.42W1W2+4.80W1W3+0.43W1W4-3.54W2W3-2.02W2W4+0.98W3W4-3.99W12-3.07W22-3.33W32-2.00W42

表1　响应面分析因子与水平表Table 1　Factors and levels of response surface methodology

表2 响应面试验方案与试验结果Table 2　Experimental design and results of extraction of response surface methodology

续表2　响应面试验方案与试验结果Continue table 2　Experimental design and results of extraction of response surface methodology

由表3的方差分析可以看出该模型P＜0.05，说明响应值对该模型显著，失拟项不显著，说明该模型与试验拟合情况良好，可以用该回归方程代替试验真实点对试验结果进行分析和预测。根据回归分析结果和回归方程作出响应曲面图和等高线分析图。

对模型中的回归性系数进行显著性检验可以看出（见表3），该二次回归方程的一次项、二次项以及交互项X1X2、X1X3、X2X3、X2X4对微胶囊包埋率有显著的影响（P＜0.05）。根据二次回归方程各个值的绝对值大小可以得到四个因素对微胶囊包埋率的影响顺序为：芯材含量＞包埋时间＞β-环糊精含量＞单甘脂含量。

表3 回归模型方差分析Table 3　Analysis of variance for regression model

2.2.1芯材含量、包埋时间、β-环糊精含量、单甘脂含量间交互作用分析

如图1所示，响应曲面非常陡峭，等值线图呈椭圆状，说明芯材含量和β-环糊精含量之间交互作用显著。在芯材含量一定时，包埋率随着β-环糊精含量的升高，曲面先快速升高后缓慢升高，在40%附近达到最佳值；在β-环糊精含量一定时，包埋率随着芯材含量的升高，曲面先快速升高后缓慢升高，在20%附近达到最佳值。

图1　芯材含量和β环糊精含量对包埋率的响应曲面和等高线图Fig.1　Response surface plot and contour map for embedding rate of core content and β-cyclodextrin content

如图2所示，响应曲面非常陡峭，等值线图呈椭圆状，说明芯材含量和单甘脂含量之间交互作用显著。在芯材含量一定时，包埋率随着单甘脂含量的升高，曲面先快速升高后缓慢升高，在50%附近达到最佳值；在单甘脂含量含量一定时，包埋率随着芯材含量的升高，曲面先快速升高后缓慢升高，在20%附近达到最佳值。

如图3所示，响应曲面较为陡峭，等值线图呈椭圆状，说明单甘脂含量和β-环糊精含量之间交互作用显著。在单甘脂含量一定时，包埋率随着β-环糊精含量的升高，曲面先快速升高后缓慢升高，在50 min附近达到最佳值；在单甘脂含量一定时，包埋率随着β-环糊精含量的升高，曲面先升高后降低，在40%附近达到最佳值。

图2　芯材含量和单甘脂含量对包埋率的响应曲面和等高线图Fig.2　Response surface plot and contour map for embedding rate of core content and monostearin content

图3　单甘脂含量和β-环糊精含量对包埋率的响应曲面和等高线图Fig.3　Response surface plot and contour map for embedding rate of monostearin content and β-cyclodextrin content

图4　包埋时间和β-环糊精含量对包埋率的响应曲面和等高线图Fig.4　Response surface plot and contour map for embedding rateof embedding time and β-cyclodextrin content

如图4所示，响应曲面较为陡峭，等值线图呈椭圆状，说明包埋时间和β-环糊精含量之间交互作用显著。在包埋时间一定时，包埋率随着β-环糊精含量的升高，曲面先升高后降低，在40%附近达到最佳值；在β-环糊精含量一定时，包埋率随着包埋时间的升高，曲面先快速升高后缓慢升高，在50%附近达到最佳值。

2.3验证试验

通过程序对拟合方程的求解与响应面模型预测得出微胶囊乳浊液制备的最佳工艺条件为：芯材含量18.30（取18.3）%、包埋时间50.71（取50.7）min、β-环糊精含量41.14（取41.1）%、单甘脂含量50.37（取50.4）%。根据预测最佳工艺，得到包埋率的预测值为96.63%。结合模型预测的最佳工艺条件，进行验证试验，测3次取平均值，测得包埋率为93.82%。验证结果与预测值相差接近，说明了模型与试验结果的可靠性。

3　结论

通过单因素试验初步分析海英菜籽油喷雾干燥微胶囊工艺技术的条件影响，在此基础上，采用Box-Behnken试验，以海英菜籽油微胶囊包埋率为响应值，以芯材含量、包埋时间、β-环糊精含量、单甘脂含量4个因素为响应因子建立二次回归实际方程模型，4个因素对微胶囊包埋率的影响顺序为：芯材含量＞包埋时间＞β-环糊精含量＞单甘脂含量，经检验该方程拟合较好，说明方程成立，能达到预期的包埋目的，同时可预测其理论值。依据二次回归模型，确定了海英菜籽油微胶囊化的最佳工艺条件：芯材含量18.3%、包埋时间50.7 min、β-环糊精含量41.1%、单甘脂含量50.4%，在该条件下海英菜籽油微胶囊包埋率为93.82%。制备的微胶囊产品即改变了海英菜籽油使用的局限性，同时也在不破坏其成分的及基础上增加了保存时间，方便储存和运输，海英菜籽油微胶囊产品作为食品添加剂，可以应用于各种糕点、饮料、营养粉之中，扩大了其应用范围。对海英菜籽油的深加工具有重要意义。

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Optimization of Preparation of Rapeseed Oil Haiying Microcapsules by Response Surface Methodology

XU Ming-jun，XU Zhen-qiu，DONG Xing-ye
（Jiangsu Kanion Pharmaceutical Co.，Ltd.，Lianyungang 222001，Jiangsu，China）

In this study，the objectives were to slow the oxidatition and improve the stabilization of rapeseed oil haiying，casein and β-cyclodextrin as the wall-material，the rapeseed oil haiying was sprayed drying for microen-capsulation.On the basis of single factor：select the core content，embedding time，β-cyclodextrin content and monostearin content，This test adopted the response surface methodology to obtain the optimal parameters，the embedment rate as response value，and the results were as follows：core content 18.3%，β-cyclodextrin content 41.1%，monostearin content 50.4%and 50.7 min of embedding time.Under the optimal condition，the micro-capsules embedment rate of rapeseed oil haiying reached 93.82%.

haiying oil；microcapsules；embedment；response surface

2015-10-08

许明君（1987—），男（汉），助理工程师，硕士，研究方向：保健食品。