高載量微膠囊化棕櫚仁油粉末油脂的制備*

馬菲菲，鐘芳，李玥，徐菲菲

(江南大學食品學院，江蘇無錫，214122)

粉末油脂是為避免油脂水溶性差、易氧化或有異味，而用水溶性壁材將其包裹于微小的膠囊中制備獲得的油脂粉末。粉末油脂受溫度影響小，具有較好的流動性與貯存穩定性，且易與其他粉末狀原料混合，為工業化生產提供了方便［1］。棕櫚仁油來自油棕的果仁，是棕櫚油的伴生產品，不飽和度和熔點低，室溫下呈固態，硬而易碎。但溫度高于體溫時，棕櫚仁油可以迅速完全熔化。利用其速熔和熔點低的特性，可將其作為代可可脂、人造奶油、起酥油等產品的原料。同時，由于其生產成本低，所以市場上較多以其作為芯材進行微膠囊化后應用于冰激凌、咖啡伴侶、奶茶等產品［2］。目前對油脂進行微膠囊化的研究較多［1-3］，但芯材載量一般都低于50%，這是由于芯材載量太高使壁材成分很難對其進行完整而有效的包埋，部分芯材成分暴露在微膠囊外，使得粉末油脂的可濕性和分散性等受到較大影響，也易導致氧化酸敗，使粉末油脂的應用受到影響和限制。若能夠通過粉末油脂的包埋壁材及制備工藝進行研究而制備出具有良好包埋效果的高載量微膠囊粉末油脂，則可以有效提高粉末油脂的制備效率，降低粉末油脂的生產成本。

本研究嘗試以大分子聚合物進行復配對棕櫚仁油進行微膠囊化包埋，并對粉末油脂的微膠囊化壁材及制備工藝進行研究，以獲得有較高微膠囊化效率和較好應用性能的高載量微膠囊化棕櫚仁油粉末油脂。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

棕櫚仁油，張家港東海糧油公司;OSA變性淀粉(HI-CAP100)，國民淀粉(上海)有限公司;麥芽糊精(DE值15-20)，山東西王淀粉有限公司;黃原膠 丹尼斯克(中國)有限公司;石油醚(AR級，30～60℃沸程)，國藥集團化學試劑有限公司，分析純。

1.2 儀器與設備

Labortechnik型高速剪切分散機，德國IKA公司;APV-1000實驗型高壓均質機，美國APV公司;Mobil minor 0.8型噴霧干燥機，德國GEA Nipo公司;S3500型激光粒徑儀，美國Microtrac公司;AR-G2型旋轉流變儀，美國TA公司;RE-52AA旋轉蒸發儀，上海亞榮生化儀器廠;HH-2型數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司;S-4800型場發射掃描電子顯微鏡，日本日立株式會社。

1.3 實驗方法

1.3.1 微膠囊粉末油脂的制備

準確稱取一定量不同配比的OSA變性淀粉、麥芽糊精和黃原膠于燒杯中，加入60℃蒸餾水在磁力攪拌器上攪拌溶解，待充分溶解后，加入預先熔化的棕櫚仁油，用高壓剪切分散機進行分散后，立即用高壓均質機進行均質，均質后的乳狀液進行噴霧干燥，獲得微膠囊化棕櫚仁油粉末油脂［3］。

1.3.2 微膠囊粉末油脂乳狀液黏度曲線的測定

使用AR-G2型流變儀測定均質后的乳狀液黏度隨剪切速率的變化曲線，測定條件:溫度(25±0.1)℃，靜態，直徑40 mm 平板，間隙500 μm，剪切速率為 4 ～400 s-1［4］。

1.3.3 微膠囊粉末油脂含水量的測定

用干燥恒重法測定含水量。精確稱量微膠囊化棕櫚仁油粉末油脂2～3 g，在105℃烘箱中烘干12～24 h至恒重。

1.3.4 微膠囊粉末油脂溶解度的測定

稱取5 g微膠囊粉末油脂樣品，倒入50 mL燒杯，用蒸餾水分數次將樣品溶解，并移入50 mL離心管，在離心速度為5 000 r/min下離心10 min，棄去上清液。再加入蒸餾水，上下搖動，使離心管中的沉淀懸浮，在離心速度為5 000 r/min下再離心10 min，棄去上清液。將沉淀置于重量已知的稱量皿中，移入干燥箱干燥至恒重［3］。

其中:m:樣品質量，g;m1:蒸發皿質量，g;m2:蒸發皿質量+不溶物質量，g;A:樣品含水量，%。

1.3.5 微膠囊粉末油脂包埋率的測定

稱取2～3 g粉末油脂，置于錐形瓶，輕微攪拌下加入40 mL石油醚，攪拌1 min后抽濾，并用25 mL石油醚洗滌濾渣，再次抽濾，將濾液移至圓底燒瓶，蒸干石油醚后，將圓底燒瓶在105℃烘箱中烘干至恒重。

其中:m:粉末油脂的質量，g;m1:圓底燒瓶的質量，g;m2:蒸干石油醚后圓底燒瓶的質量，g。

注:棕櫚仁油為飽和油脂，較穩定，不易氧化，在噴霧干燥過程中的損失可基本忽略。故噴霧干燥獲得的粉末油脂總的含油量可按初始乳狀液中加入的總油脂含量來計算［5］。

1.3.6 初始乳狀液、微膠囊粉末油脂平均粒徑的測定

初始乳狀液為均質后噴霧干燥前的乳狀液，用S3500型激光粒徑儀進行濕法測定，粉末油脂顆粒粒徑則用干法進行測定［6］。

1.3.7 微膠囊粉末油脂流動性的測定

先測定粉末油脂的疏松密度和震實密度:準確稱取3～5 g粉末油脂加到25 mL帶刻度的玻璃量筒中。然后輕敲量筒，收集粘到量筒壁上的粉末，從量筒上直接讀取粉末油脂的體積，計算粉末油脂的疏松密度。然后多次敲擊量筒，直到量筒中粉末油脂的體積保持恒定，計算粉末油脂的震實密度。利用疏松密度和震實密度計算粉末油脂的卡爾指數C，以評價粉末油脂的流動性［7］

其中:ρB，粉末油脂的疏松密度，g/cm3;ρT，粉末油脂的震實密度，g/cm3;m0，粉末油脂的質量，g;V0，疏松粉末油脂在量筒中的體積，cm3;Vn，震實后的粉末油脂在量筒中的體積，cm3。

1.3.8 微膠囊粉末油脂的表面形態觀察

用掃描電子顯微鏡觀察微膠囊粉末油脂的表面形態結構。加速電壓為10 kV，放大倍數為1 000倍。

2 結果與分析

2.1 條件選擇

2.1.1 壁材配比對微膠囊化效果的影響

壁材成分及壁材配比對微膠囊化效果有重要的影響，適宜的微膠囊壁材應有較好的水溶性，較高的乳化性、成膜性及穩定性，且在噴霧干燥期間可形成良好而致密的網狀結構［2］。麥芽糊精生產成本低，氣味清淡，易于溶解，黏度低、成膜性好，可形成致密的玻璃體。但是麥芽糊精不具有乳化性能，將其作為微膠囊壁材一般需要與其他具有乳化性能的壁材物質結合使用［8］。OSA變性淀粉是一種特殊的食用變性淀粉，含有疏水和親水基團以及淀粉所獨有的大分子伸展結構，具有乳化性能，在油-水界面可形成性能良好的膜，可有效防止油水分離，是一種有效的粉末油脂乳化壁材［9］。本實驗研究二者的不同配比對乳狀液穩定性及粉末油脂包埋率的影響。噴霧干燥前乳狀液的穩定性對微膠囊包埋效果有很大的影響，通常可以用放置一定時間內乳狀液平均粒徑大小變化來反映乳狀液體系的穩定性［10］。

由表1可看出，OSA變性淀粉與麥芽糊精配比不同，所制備獲得的初始乳狀液粒徑不同，放置24 h后乳狀液的粒徑變化程度及噴霧干燥后粉末油脂微膠囊化效率均有顯著性差異。隨著壁材中OSA變性淀粉含量的增加，乳狀液的平均粒徑逐漸減小，粒徑變化程度也逐漸減小，說明乳狀液穩定性增加，噴霧干燥后獲得的微膠囊粉末油脂的微膠囊化效率逐漸增大。但當壁材配比超過2∶1時，乳狀液的平均粒徑增大，微膠囊化效率有所降低，這是因為麥芽糊精雖不具有乳化性，但是其分散在水溶液中對微膠囊膜的形成有重要影響。當壁材中麥芽糊精含量較少，OSA變性淀粉形成的膜強度不夠，進行噴霧干燥后，其不能很好的包埋芯材，使得微膠囊表面不致密，通透性較大，導致微膠囊化效率降低［11］。故選擇OSA變性淀粉與麥芽糊精的最優質量比為2∶1，此時初始乳狀液平均粒徑為0.369 μm，微膠囊化棕櫚仁油粉末油脂包埋率為89.91%。

表1 壁材配比對乳狀液粒徑變化及包埋率的影響Table 1 Effects of wall materials ratio on emulsion particle size and microencapsulation efficiency

2.1.2 黃原膠濃度對微膠囊化效果的影響

黃原膠是一種陰離子多糖，在較寬的溫度范圍內，溶解性、黏度變化小，凍融穩定性也很好，是一種較為有效的多糖微膠囊壁材。黃原膠在低濃度時會產生高粘度的溶液，此粘性溶液是假塑性的，具有顯著的剪切變稀特性，它能增加乳狀液連續相的黏度，有效地防止油滴的絮凝與聚集［12］。由圖1可看出，隨著乳狀液體系中黃原膠含量的增加，乳狀液黏度明顯增大且具有剪切變稀特性，對乳狀液體系有很好的穩定作用。

圖1 不同黃原膠添加量對乳狀液黏度的影響Fig.1 Effects of xanthan gum content on emulsion viscosity

表2 黃原膠添加量對乳狀液粒徑及包埋率的影響Table 2 Effects of xanthan gum content on emulsion particle size and microencapsulation efficiency

表2結果表明，在乳狀液體系中加入不同濃度黃原膠后，初始乳狀液及放置24 h后乳狀液平均粒徑差異性不顯著，且不同濃度黃原膠對乳狀液粒徑變化的影響也無顯著性差異。這與Sun［13］等人的研究結果一致，在乳狀液體系中加入不同濃度黃原膠乳狀液顆粒粒徑基本無變化，這是因為黃原膠為非吸附性多糖不能結合在液滴表面，故對乳狀液顆粒粒徑影響不大。但黃原膠濃度對微膠囊包埋效果有一定影響。這是因為雖然黃原膠本身并不具有表面活性，但作為一種親水膠體黃原膠在連續相中可維持穩定的網狀結構，起到增稠和穩定的作用。一方面高黏度體系可對乳狀液液滴的運動產生阻滯作用，從而減小液滴碰撞聚合的比率;另一方面高黏度的界面使得界面膜排液速度減慢，界面膜不易破裂，分散的油滴不易聚合［14］。黃原膠濃度為0.15%時，粉末油脂微膠囊化效率最高為93.66%。

2.1.3 乳化時間對乳狀液穩定性的影響

乳化溫度為55～70℃，剪切速率9 500 r/min，研究乳化時間1、2、3、4、5 min對乳狀液平均粒徑的影響。

從圖2可看出，隨著乳化時間的增加，乳狀液平均粒徑逐漸減小，當乳化時間為3 min時，乳液平均粒徑為0.371 μm，此時乳化時間再增加，乳狀液平均粒徑變化不大，說明乳化3 min時乳狀液液滴已經足夠小且分布均勻，乳狀液體系穩定，故選擇乳化時間為3 min。

2.1.4 均質條件對微膠囊包埋效果的影響

均質壓力大小對乳狀液粒徑大小及包埋效果有很大的影響，適宜的均質壓力利于形成均勻穩定的乳狀液。但均質壓力過高，會導致液滴表面積過大，表面能過高，反而不利于乳狀液的穩定，同時對均質設備要求也高。本實驗研究不同的均質壓力對微膠囊包埋效果的影響，均質2次，均質溫度為55～70℃。

圖2 乳化時間對乳狀液平均粒徑的影響Fig.2 Effects of emulsification time on emulsion mean particle size

圖3 均質壓力對乳狀液粒徑及包埋效果的影響Fig.3 Effects of Homogeneous pressure on particle size and microencapsulation efficiency

由圖3可知，隨著均質壓力的增大，乳狀液平均粒徑逐漸減小，而包埋率則逐漸增大。當均質壓力達到40 MPa時，乳狀液平均粒徑為0.361 μm，粉末油脂包埋率為93.31%，在該均質壓力下，乳狀液有較好的穩定性，微膠囊粉末油脂有較好的包埋效果。

2.1.5 噴霧干燥條件對微膠囊化效果的影響

噴霧干燥法制備微膠囊粉末，不同的進出風溫度對微膠囊包埋效果有一定的影響。進風溫度涉及到噴霧干燥工藝的干燥速度和干燥能力，且影響到產品的顆粒結構、包埋效果、吸濕性和水分含量。

圖4 進風溫度對包埋效果及水分含量的影響Fig.4 Effects of inlet air temperature on microencapsulation efficiency and water conent

由圖4可知，不同的進風溫度對微膠囊粉末油脂的包埋率及產品水分含量有一定影響。進風溫度過低，產品干燥速度慢，致使產品水分含量增加，噴霧干燥時會產生黏壁現象，同時，過高的水分也不利于產品的保存。隨著噴霧干燥進風溫度的升高，微膠囊化效率會略有上升，但過高的進風溫度會使水分散失速度過快，囊壁表面產生凹陷，導致產品粒子表面開裂，使己成型的微膠囊發生破裂，引起效率顯著下降，同時還會使壁材變性，降低其溶解性及微膠囊質量［15］。本實驗中當進風溫度為190℃時，微膠囊包埋效率最高為93.46%，粉末產品水分含量也較為適宜。

2.2 微膠囊粉末油脂的質量評價

2.2.1 微膠囊粉末油脂的理化性質測定

對制備獲得的高載量微膠囊粉末油脂的感官性狀、密度、含水量、速溶性、溶解度、流動性、粒徑大小等理化指標進行分析測定，結果如表3所示。

表3 微膠囊粉末油脂的理化性質Table 3 Physicochemical property of microencapsule oil powder

用噴霧干燥法制備獲得的高載量棕櫚仁油粉末油脂為白色均勻、略帶清香的粉末，水分含量適中易于儲存，粉末顆粒平均粒徑為13.91μm。粉末油脂的卡爾指數為35.67，據 Sócrates等［7］研究用玉米蛋白包埋亞麻油，二者不同配比噴霧干燥后制得的粉末油脂經測定卡爾指數為40左右。卡爾指數＞38時，粉末流動性很差;32～37時，粉末有一定流動性，本研究中噴霧干燥粉末卡爾指數＜38，說明粉末油脂有一定的流動性能。且該粉末油脂具有有較好的速溶性，復溶于水后獲得白色均勻乳液，不掛壁，不分層，表面無油滴，具有較好的復原乳穩定性。

2.2.2 微膠囊粉末油脂的顯微結構觀察

從圖5可看出，用OSA變性淀粉、麥芽糊精及黃原膠作為壁材制備獲得的微膠囊棕櫚仁油粉末產品顆粒的整個表面是連續、致密的，無裂縫和孔隙，說明用上述方法制備的微膠囊對棕櫚仁油進行了有效的包埋。部分較大顆粒的表面有一些凹陷，對整個微膠囊化效果影響不大，但是會對粉末產品的流動性產生一定影響。

圖5 高載量微膠囊棕櫚仁油電子顯微結構Fig.5 Microstructure of microencapsulated palm kernel oil

3 結論

本研究采用噴霧干燥法制備高載量棕櫚仁油微膠囊粉末油脂的最佳工藝參數為:包埋60%的棕櫚仁油時，OSA變性淀粉與麥芽糊精質量比為2∶1，黃原膠添加量為0.15%;乳化溫度為55～70℃，乳化剪切速率為9 500 r/min，乳化時間為3 min;均質溫度為55～70℃，在40 MPa壓力下均質2次;噴霧干燥進風溫度為190℃，出風溫度為85～95℃。在此工藝條件下制備獲得的高載量微膠囊化棕櫚仁油粉末油脂的包埋率可達93.46%。

本研究制備的微膠囊化棕櫚仁油粉末油脂產品為白色、略帶清香的均勻粉末，密度為0.224 9 g/cm3，水分含量為2.18%，溶解度為93.79%，粉末油脂的卡爾指數為35.67，有一定的流動性，粉末顆粒平均粒徑為13.91 μm，復原乳穩定性良好。

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