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米渣蛋白酶解物作壁材制备微胶囊化调和油的研究

发布日期:2018-07-25 中国油脂网

 李 湘1,2,熊 华1,2,李 薇1,2,史素伟1,2,彭地纬1,2,徐井水1,2

(1.南昌大学 食品科学与技术国家重点实验室,南昌 330047; 2.南昌大学 生命科学与食品工程学院,南昌 330047)

 

摘要:以米渣蛋白酶解物作壁材,采用喷雾干燥法制备微胶囊化调和油(富含中链脂肪酸)。通过单因素试验和正交试验确定其最优工艺条件为:芯材含量25%,壁材m(米渣酶解物)∶ m(麦芽糊精)=5∶ 5,乳化剂(m(吐温-80)∶ m(单甘酯)∶ m(蔗糖酯)=16∶ 81∶ 3)添加量3.0%,羧甲基纤维素添加量0.45%,黄原胶添加量0.1%,45 ℃乳化20 min,乳液固形物含量20%,均质压力10 MPa,均质2次,喷雾干燥出风温度90 ℃。在此条件下,产品微囊化效率达83.6%。

关键词:米渣蛋白酶解物;调和油;乳化;微胶囊化;喷雾干燥法

中图分类号:TS225.6    文献标志码:A    文章编号:1003-7969(2010)05-0004-06

 

Microencapsulation of blend oil with rice dregs protein 

hydrolysate used as a wall material

LI Xiang 1,2, XIONG Hua1,2 , LI Wei1,2,SHI Suwei1,2, 

PENG Diwei1,2, XU Jingshui1,2 

(1. State Key Laboratory of Food Science and Technology, Nanchang University, Nanchang 330047, China;

2. College of Life Science and Food Engineering, Nanchang University, Nanchang 330047, China)

 

Abstract:The rice dregs protein hydrolysate was used as a wall material,and the microencapsulated blend oil rich in medium chain fatty acid was prepared by spray-drying. The emulsion system and the spray-drying process parameters were determined. The optimum conditions were as follows:core materials content 25%,mass ratio of rice dregs protein hydrolysate to maltodextrin 5∶ 5,compound emulsifier dosage (Tween-80, glyceryl monostearate and sucrose ester,which mass ratio was 16∶ 81∶ 3) 3.0%, CMC 0.45%, xanthan gum 0.1%, total solid 20%, emulsifying 20 min at 45 ℃, homogenization with 10 MPa for two times, outlet temperature 90 ℃ of spray-drying. Under the optimum conditions, the final product had a good microencapsulated efficiency (83.6%).

Key words:rice dregs protein hydrolysate; blend oil; emulsification; microencapsulation; spray-drying

    中链脂肪酸(MCFA)是指6~10碳的一类脂肪酸,主要存在于牛奶、母乳及椰子油、棕榈仁油等食物中。与长链脂肪酸(LCFA)相比,MCFA无需酯化形成乳糜微粒而直接扩散入门静脉,与血浆清蛋白结合后直接送入肝脏供能,进入线粒体时不依赖肉毒碱,因此MCFA不易在体内沉积,氧化更迅速,具较高热效应[1],因而更有利于其他营养物质(矿物质、维生素等)的吸收,但MCFA不是必需脂肪酸(EFA),使用时需添加亚油酸、α-亚麻酸或与其他油脂互配。

    微胶囊化是利用可形成胶囊或膜的物质将固体、流体或气体包裹成囊。油脂通常较难均匀分散于食品体系,且多不饱和脂肪酸(PUFA)易氧化变质产生异味和有害物,对其进行微胶囊化可有效降低芯材与外界因子的反应活性,延缓芯材向外界的扩散速度,降低芯材活性成分的变质,从而延长产品保质期,同时方便芯材物质的添加、贮运[2]。微胶囊所用壁材主要为天然高分子化合物、合成高分子化合物、纤维素衍生物3大类,但传统壁材成本较高,且往往仅考虑成膜和包埋性能,对营养特性顾及很少,因而有必要进行新型壁材的开发研究。

    米渣作为制糖、发酵工业的主要副产物,主要由不溶性蛋白组成,其蛋白含量占40%~ 60%(干基)。米渣蛋白经酶控制水解,可使其亲水基团增加,溶解性、乳化性增强[3]。近年研究表明,相对分子质量高的蛋白质能有效包埋油脂[4]。因此,本文选用椰子油、大豆油分别为MCFA和EFA来源配制调和油,以米渣酶解物为主要壁材,通过单因素试验和正交试验对其乳化体系、微胶囊化工艺进行优化研究。

1 材料与方法

1.1 主要材料、设备

    米渣酶解物(蛋白质含量大于80%,肽含量大于74%,水解度7%~ 8%),自制;精炼椰子油、精炼大豆油,南海油脂工业有限公司;吐温-80(HLB 15.4)、单甘酯(HLB 4.0)、蔗糖酯(HLB 11.0),上海申宇医药化工有限公司;麦芽糊精(DE 20),孟州市鑫源有限责任公司;黄原胶,山东阜丰发酵有限公司;其他试剂均为分析纯。

    JB-3型磁力搅拌器, NDJ-9S数显黏度计,电子天平,高压均质机, TDL-5-A离心机,MDR·P-5型离心压力二流体喷雾干燥机, OLYMPUS COVER-015显微镜(日本OLYMPUS公司),NICOMP 380/ZLS纳米粒度分析仪(美国PSS公司),HITACHI S-570型电子扫描显微镜(日本日立公司)。

1.2 试验方法

1.2.1 微胶囊化工艺流程

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1.2.2 初乳液配制 将米渣酶解物加至蒸馏水中,45 ℃磁力搅拌至完全溶解,依次加入麦芽糊精、乳化剂A,完全溶解后即得水相;乳化剂B溶于调和油中即得油相,必要时需加热;边搅拌边将油相缓缓加入水相中,持续搅拌20 min后得初乳液,初乳液固形物含量20%。

1.2.3 HLB值的计算 不同HLB值的乳化剂复配后,复合乳化剂的HLB值按下式计算:

H=(m1×H1+m2×H2+m3×H3)/(m1+m2+m3)

    式中,m1、m2、m3分别为乳化剂A、B、C的质量;H、H1、H2、H3分别为复合乳化剂及乳化剂A、B、C的HLB值。 

1.2.4 乳液稳定性 当体系HLB值确定时,乳化剂和稳定剂筛选试验中乳液不稳定,其稳定性测定方法为:取50 mL乳液于50 mL具塞量筒中, 60 ℃分别恒温水浴5 min、3 h后量取分层液体积和总体积。当乳化剂与稳定剂协同效应试验时乳液较稳定,其稳定性测定方法为:取10 mL乳液至10 mL刻度离心管中,60 ℃恒温水浴5 min,3 000 r/min离心5 min后量取分层液体积和总体积。乳液稳定性按下式计算:

    乳液稳定性=(1-分层液体积/管内液体总体积)×100%

1.2.5 乳液黏度 于45 ℃恒温水浴下,选用20%~90%量程转子在相同转速下测定乳液的黏度。

1.2.6 乳液显微结构 采用光学显微镜观察均质前后乳液液滴的变化。

1.2.7 乳液粒度 采用激光纳米粒度仪测定均质前后乳液粒度的变化。

1.2.8 微胶囊化效率 称取2 g左右样品(m)粉末(芯材含量为n)加至恒重的三角瓶(m1)中;加入30 mL石油醚(沸程30~60 ℃),不时振荡提取10 min;用已知质量的滤纸(m2)过滤,并用10 mL石油醚洗涤三角瓶和滤纸;将三角瓶和滤纸转移到70 ℃烘箱中,20 min后取出,冷却称重(m3)。微胶囊化效率(ME)计算公式如下:

    ME=[1-(m3-m1-m2)/(m×n)]×100%

1.2.9 微胶囊产品表面形态 在扫描电镜样品台上贴上双面胶,将少量喷雾干燥后的粉末撒在双面胶上,吹去多余粉末,然后在样品上喷金观察,电压加速度为10 kV。

2 结果与分析

2.1 调和油配比的确定

    采用气相色谱对椰子油和大豆油的脂肪酸组成进行分析测定,结果见表1。

    表1 原料油与调和油中主要脂肪酸组成

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    根据两种原料油的脂肪酸组成,以文献[5]为标准,将椰子油与大豆油进行调和,以得到更符合现代营养学要求,更易被机体吸收和利用的调和油。结果表明,椰子油与大豆油以13∶ 7比例混合较好,其中的MCFA、亚油酸、亚麻酸配比模式达到明显改善。

2.2 体系HLB值和乳化剂配比的确定

    单甘酯和蔗糖酯分别按质量比为1∶ 9(HLB 10.3)、2∶ 8(HLB 9.6)、3∶ 7(HLB 8.9)、4∶ 6(HLB 8.2)、5∶ 5(HLB 7.5)、6∶ 4(HLB 6.8)、7∶ 3(HLB 6.1)、8∶ 2(HLB 5.4)、9∶ 1(HLB 4.7)复配作为乳化剂,按1.2.2配制初乳液,再经高速匀浆器1 000 r/min分散1 min后,测定乳液的稳定性和黏度,结果见图1。

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图1 HLB值对乳液稳定性和黏度的影响

    由图1可知,当单甘酯与蔗糖酯的质量比为7∶ 3,即复合乳化剂HLB值为6.1时,乳液比较稳定。根据该HLB值,采用吐温-80、单甘酯、蔗糖酯3种乳化剂复配,计算得到2个复配比例A和B,即吐温-80、单甘酯、蔗糖酯的质量比分别为16∶ 81∶ 3和8∶ 76∶ 16。测试复配乳化剂为A、B时的乳液稳定性,结果见图1。由图1可见,3种乳化剂复配比2种乳化剂复配使用更有利于乳液稳定,这是因为复配乳化剂分子的化学结构与调和油化学结构的相似性增强,乳化亲和效果增加。椰子油饱和脂肪酸含量大于85%,大豆油PUFA含量大于81%,这就决定了调和油对复合乳化剂分子结构的选择性,吐温-80亲水作用强,其聚氧乙烯基伸展到水中有助于形成亲水性乳液,且其不饱和油酸酯对不饱和脂肪酸具较好亲和性;而单甘酯、蔗糖酯属饱和乳化剂,其饱和烃基对饱和脂肪酸具有较好亲和性;吐温-80为非离子型表面活性剂,水化后其聚氧乙烯基对油珠液滴的聚结具有空间位阻效应,因而乳液更稳定。因此,选定m(吐温-80)∶ m(单甘酯)∶ m(蔗糖酯)=16∶ 81∶ 3。

2.3 稳定剂及添加量的确定

2.3.1 不同稳定剂对乳液稳定性和黏度的影响 在m(米渣酶解物)∶ m(麦芽糊精)=1∶ 1、m(吐温-80)∶ m(单甘酯)∶ m(蔗糖酯)=16∶ 81∶ 3、乳化剂添加量3.0%条件下,考察壁材中添加少量明胶(G)、阿拉伯胶(A)、黄原胶(X)、羧甲基纤维素(CMC)对乳液稳定性和黏度的影响,结果见图2。

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图2 稳定剂对乳液稳定性和黏度的影响

    由图2可知,加入黄原胶后乳液黏度明显提高,乳液稳定性达到95%以上,且以羧甲基纤维素与黄原胶的协同增效性最佳,其原因可能是黄原胶在乳液中形成了弱凝胶结构[6],致使乳液黏度明显增加,从而减缓了分散液滴间的相对运动,减少了液滴聚结的机会[7];黄原胶属大分子亲水性胶体,具有良好的成膜能力,能在油滴周围与乳化剂共同形成膜以阻止微小液滴并聚,保持液滴的较小粒径,液滴外膜的形成也能增加油相密度,减少水相与油相之间的密度差,因此根据Stockes方程可知,添加黄原胶与羧甲基纤维素能有效减缓乳液中液滴的聚结速度,有利于乳液的稳定。最近有研究证实[8],大豆分离蛋白与黄原胶等阴离子多糖相混后乳液不分层,表现出较好的相容性。本研究也证实米肽分子与黄原胶分子具有很好的相容性,即在乳液中米肽分子与黄原胶分子发生了交互作用,通过静电相互作用、氢键及共价键连接而形成的络合物在水相中能维持复杂的网状结构,从而使液滴之间产生空间位阻效应,乳液稳定性得到增强。

2.3.2  乳化剂、稳定剂对乳液稳定性的协同效应 在m(米渣酶解物)∶ m(麦芽糊精)=1∶ 1、m(吐温-80)∶ m(单甘酯)∶ m(蔗糖酯)=16∶ 81∶ 3、羧甲基纤维素添加量 0.45%条件下,考察添加乳化剂(E)、黄原胶(X)对乳液稳定性的协同效应,结果见图3。

    通常,给定的乳化剂体系有一个适于最大凝结的最佳浓度,低于此浓度时乳化剂不足以明显降低液滴大小,且随单位面积上有效乳化剂量的降低,液滴间桥联明显[9],体系发生絮凝、凝结而失稳。由图3可见, 4.0%E+0.3%X、4.0%E+0.1%X、3.5%E+0.1%X 、3.0%E+0.1%X乳液稳定性最好,黏度适中;黄原胶添加量为0.05%时乳液体系出现分层现象,且分层速率随黄原胶浓度的增加而加快;表明黄原胶并不影响乳液形成初期界面膜上蛋白质分子的吸附,而只是通过形成网状结构来影响乳液的微结构,进而影响乳液黏度、流变性特性,此结果与Sun[10]和Ye[11]等人的研究吻合。因此,选定3.0%E+0.1%X作为乳化剂和稳定剂的添加量。

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图3 乳化剂、稳定剂添加量对乳液稳定性和黏度的协同影响

2.4 均质压力对乳液稳定性和黏度的影响

    在m(米渣酶解物)∶ m(麦芽糊精)=1∶ 1、m(吐温-80)∶ m(单甘酯)∶ m(蔗糖酯)=16∶ 81∶ 3、羧甲基纤维素添加量 0.45%、乳化剂添加量3.0%、黄原胶添加量0.1%条件下,考察不同均质压力(均质2次)对乳液稳定性和黏度的影响,结果见图4。乳液的形成需要施加能量以增加分散相表面积。根据Bernoulli方程,均质机利用空穴效应使料液液滴破碎成微细液滴而增大液滴表面积,增加表面的壁材吸附量,从而减少液滴并聚现象,乳液更稳定。图4表明,10 MPa 均质2次即可使料液达到较好的分散状态和稳定性,均质过度反而可能破坏体系的平衡,并且均质对乳液有明显的剪切稀化效应,黏度随均质压力增大而下降,这与乳液中含有黄原胶有关,乳液的假塑性程度直接与均质压力成比例,均质作用不可逆地降解了黄原胶分子结构,致使其功能特性显著降低[9]。

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图4 均质压力对乳液稳定性和黏度的影响

    显微镜观察表明(见图5),均质使液滴乳化良好,分布均匀,乳液稳定性较高(图5a),而未均质乳液的颗粒较大且分布不均匀,静置一定时间后因液滴并聚而油水分离(图5b)。粒度仪分析表明(图5c, d),均质后液滴平均粒径减小至261.8 nm,与母乳脂肪粒径相当,这暗示了均质将可能提高乳液脂肪在人体内的消化和吸收,同时微细粒径有利于喷雾液滴的快速干燥和圆整微胶囊的形成,最终提高微囊化效率和产率。

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图5 均质作用对乳液的微观影响

2.5 微胶囊化工艺条件优化

    选取微胶囊化工艺中对微胶囊化效率有影响的4个因素,即m(米渣酶解物)∶ m(麦芽糊精)(A)、均质压力(B)、喷雾干燥出风温度(C) 、芯材含量(D),进行L9(34)正交试验,试验结果见表2。

  由表2可知,各因素对微胶囊化效率影响的主

表2 正交试验结果

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次顺序为A>B>D>C,最优组合为A1B1C2D1,即m(米渣酶解物)∶ m(麦芽糊精)=5∶ 5,10 MPa 均质2次,芯材含量25%,出风温度90 ℃。在此条件下进行3次验证试验,微胶囊化效率平均为83.6%。

2.6 微胶囊形态观察

    在优化参数下,进一步考察米渣酶解物与麦芽糊精质量比对微胶囊形态的影响。喷雾过程中均无粘壁现象,粉干爽、色浅黄;但显微镜观察发现,壁材中米渣酶解物与麦芽糊精质量比明显影响微胶囊的形态(见图6)。由图6可知,当米渣酶解物与麦芽糊精质量比大于或等于6∶ 4时,随着壁材中米渣酶解物的增加,雾化液滴在微囊化过程中干燥速度越慢,相互碰撞发生粘连的机会增加,从而造成微胶囊形态不规则、不圆整、附聚的现象加剧。

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图6 调和油微胶囊产品的表面形态结构

3 结 论

    大豆油与椰子油按13∶ 7比例配制调和油,其12碳及12碳以下脂肪酸、油酸、亚油酸、亚麻酸含量分别为39.28%、12.81%、19.97%、2.43%,所含MCFA、脂肪酸模式均比原料油得到明显改善,更符合现代营养学要求。

    米渣酶解物作壁材制备微囊化调和油的优化条件为:芯材含量25%,壁材m(米渣酶解物)∶ m(麦芽糊精)=5∶ 5,乳化剂(m(吐温-80)∶ m(单甘酯)∶ m(蔗糖酯)=16∶ 81∶ 3)添加量3.0%,羧甲基纤维素添加量0.45%,黄原胶添加量0.1%,均质压力10 MPa,均质2次,喷雾干燥出风温度90 ℃。最优条件下所制得乳液的稳定性好,乳液平均粒径为261 nm,终产品的微胶囊化效率可达83.6%,产品流动性好,色浅黄,微胶囊表面形态圆整、光滑。

参考文献:

[1] TSUIJI H,TAKEUCHI H, NAKAMURA M, et al. Dietary medium-chain triacylglycerols suppress accumulation of body fat in a double-blind, controlled trial in healthy men and women[J]. Journal of Nutrition,2001,131(11):2853-2859.

[2] SHAHIDI F, HAN X Q. Encapsulation of food ingredients[J]. Critical Review in Food Science and Nutrition, 1993, 33: 501-547.

[3] 陈升军, 熊华, 李庭, 等. 米渣蛋白酶解及酶解物功能性质研究[J]. 食品与发酵工业, 2008(5): 114-118.

[4] KAWASE S, MATSUMURA Y, MURAKAMI H, et al. Comparison of antioxidative activity among three types of prolamin subunits[J]. Journal of Cereal Science,1998,28(1):33-41.

[5] 中国营养学会, 中国达能营养中心.中国居民膳食营养素参考摄入量(Chinese DRIs)[M]. 北京: 中国轻工业出版社, 2002.

[6] KRSTonOSIC V, DOKIC L, DOKIC P, et al. Effects of xanthan gum on physicochemical properties and stability of corn oil-in-water emulsions stabilized by polyoxyethylene (20) sorbitan monooleate[J]. Food Hydrocolloids, 2009, 23(8):2212-2218.

[7] PARASKEVOPOULOU A, BOSKOU D, KIOSSEOGLOU V. Stabilization of olive oil-lemon juice emulsion with polysaccharides[J].Food Chemistry,2005,90:627-634.

[8] 孙哲浩. 蛋白质与多糖类在水相介质中交互作用机理的研究[D]. 广州: 华南理工大学, 2006.

[9] 焦学瞬. 天然食品乳化剂和乳状液[M]. 北京: 科学出版社, 1999:31.

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