響應面法對魚肝油微膠囊化復合壁材的優化研究

徐易 鄧尚貴

摘要 [目的]優化魚肝油進行微膠囊化的壁材用量。[方法] 以天然魚肝油為芯材，通過單因素試驗研究乳清蛋白、β環糊精、阿拉伯膠壁材對魚肝油微膠囊化包埋率的影響，再結合中心組合響應面設計優化復合壁材用量，建立3種壁材用量與包埋率的數學模型。[結果]試驗表明，在乳液濃度為25%時，魚肝油微膠囊化3種壁材乳清蛋白、β環糊精、阿拉伯膠的最佳使用比例為0.217、0.217、0.217，3種壁材比例為1∶1∶1。在此條件下，魚肝油微粉的包埋率可達85.44%。[結論] 研究可為魚肝油的高效利用和產品開發提供技術支持。

關鍵詞 魚肝油；微膠囊化；復合壁材；響應面；優化

中圖分類號 S986.2 文獻標識碼

A 文章編號 0517-6611（2014）31-11086-04

The Optimization Study of the Composite Ratio of Wall Material of Cod Liver Oil by Using Response Surface Methodology

XU Yi， DENG Shanggui* （College of Food and Medicine， Zhejiang Ocean University， Zhoushan， Zhejiang 316022）

Abstract [Objective] To optimize the amount of wall material on the microencapsulation of squid liver oil. [Method] Effects of whey protein， βcyclodextrin and gum arabic as wall materials on the cod liver oil microencapsulation embedding rate were studied through single factor experiment with nature cod liver oil as core material， then combined with central composite response surface design to optimize the dosage of composite wall material， and establish the mathematical model of the usage of three wall materials and embedding rate. [Result] The result showed that when the concentration of the emulsion was 25%， the optimum proportion of cod liver oil and three wall materials were 0.217， 0.217， 0.217， the ratio of three wall materials was 1∶1∶1. Under this condition， the embedding rate of squid liver oil powder was 85.44%. [Conclusion] The study can provide technical support for high effective utilization and products development of cod liver oil.

Key words Cod liver oil； Microencapsulation； Composite wall material； Response surface； Optimization

魚肝油是從魚的肝臟部分提取制得的一種魚油，其成分十分復雜，除含豐富的EPA和DHA外，還富含天然維生素A（VA）和維生素D（VD）等。魚肝油中的VA和VD分別能夠改善人體視覺系統和促進骨骼生長，是人體特別是兒童需要經常補充的重要天然維生素。因此，在日常生活中，一般常用魚肝油來補充機體所需的VA和VD。

魚肝油難溶于水，還具有特殊的腥味，這為其直接食用和在配方食品中的應用帶來了困難。此外，魚肝油所含的多不飽和脂肪酸易被氧化，導致過氧化值升高，產生酸敗，降低其食品安全性和商品價值。目前，普遍的加工方法是將魚肝油加工成濃縮魚肝油制劑、魚肝油膠丸等產品，但這些產品需要經常服用，在產品特性方面仍然存在著諸多需要改善的地方^[1-3]。最突出的是產品的腥味和極易氧化問題仍然未能得到很好解決，影響到商品的貨架期、安全性和食用口感，從而影響到商品價值。因此，對于魚肝油產業來說，目前最為緊迫的是尋找更為合理的加工利用技術和解決制品的包裝形式。

微膠囊技術是一種用成膜材料把固體或液體包覆形成微小粒子的技術。油脂的微膠囊化技術距今已有150多年的歷史，早在19世紀末，人們就通過冷固化法和吸附法來生產微膠囊化油脂。微膠囊化粉末油脂能防止油脂氧化酸敗，延長油脂儲藏期，被廣泛應用于食品領域，添加到面包、糕點等食品中，提高其色、香、味和營養價值^[4-6]。為解決魚肝油及其制品腥味較濃、極易氧化、貨架壽命期短等問題，拓展魚肝油在食品領域的使用范圍，筆者以天然魚肝油為芯材，選擇乳清蛋白、β環糊精和阿拉伯膠為壁材，采用中心組合響應面法優化設計魚肝油微膠囊化復合壁材，以期獲得較高包埋率的微膠囊魚肝油，為魚肝油的高效利用和產品開發提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

魷魚魚肝油，批號J001GN20130303P3624，購自浙江興業集團有限公司；乳清蛋白、阿拉伯膠、β環糊精，均為食品級，購自國藥集團化學試劑有限公司。

儀器與設備：MDFU53V超低溫冰箱，日本SANYO公司；HWS12電熱恒溫水浴鍋，上海齊欣科學儀器有限公司；BS124S電子天平，賽多利斯公司；CR21G臺式離心機，日立公司；電熱鼓風干燥機，上海一恒科學儀器有限公司；真空冷凍干燥機，labconco公司；數顯恒溫磁力攪拌器，金壇市國旺實驗儀器廠。

1.2 方法

1.2.1 魚肝油微膠囊流程。取一定量魚肝油，加入預先溶解好的壁材中，用數顯恒溫磁力攪拌器攪拌1 h至均勻，并靜置1 h至乳液不分層，放入MDFU53V型超低溫冰箱冷凍12 h，采用labconco真空冷凍干燥機進行真空冷凍干燥24 h。基本流程如圖1所示。

1.2.2 單一壁材微膠囊制備。

選取阿拉伯膠、β環糊精、乳清蛋白為單一壁材，分別以芯壁材比例為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7進行試驗，選取乳液濃度為25%，真空冷凍干燥時間為24 h，制備微膠囊。

1.2.3 微膠囊包埋率的測定。

表面油^[7]：準確稱取M（2～5）g樣品至已干燥的錐形瓶中，加入30 ml沸程30～60 ℃的石油醚，振蕩提取5 min，用濾紙過濾，再用10 ml的石油醚洗滌錐形瓶和濾紙，得到的濾液收集在干燥恒重的錐形瓶（M1）中，在60 ℃水浴中蒸干濾液后，移入鼓風干燥箱中60 ℃干燥至恒重（M2）。進行3次平行試驗，試驗數據為3次平均值。

表面油=（M2-M1）/M×100%

式中， M為試樣質量（g），M1為錐形瓶質量（g），M2為干燥后的錐形瓶與油脂質量（g）。

總油：準確稱取2 g樣品于50 ml大試管中，加入8 ml水使之充分溶解后，加入10 ml濃鹽酸，置于80 ℃水浴1 h，每隔10 min搖勻或攪拌一次。取出試管，加10 ml 95%乙醇混合。冷卻后移入100 ml帶塞量筒，加30 ml乙醚，加塞振搖1 min，靜置10 min，開塞，用20 ml石油醚-乙醚等量混合液沖洗塞子和量筒壁。待上層液體清晰，吸出上清液于干燥恒重（M1）的錐形瓶中。再加10 ml乙醚于具塞量筒內，振搖，靜置后，仍將上層乙醚吸出，放入原錐形瓶內。將錐形瓶置水浴上蒸干，置于（105±1）℃烘箱中干燥至恒重（M2）。進行3次平行試驗，試驗數據為3次平均值。

1.2.5.5 產品流動性的測定。

該試驗選用休止角法來測定魚肝油微膠囊產品的流動性，休止角的測定是檢驗粉體流動性好壞的最簡便的方法^[12]。休止角是粉體堆積層的自由斜面在靜止的平衡狀態下，與水平面所形成的最大角，其測定常用的方法是固定圓錐法。將一漏斗置于鐵架臺上，然后向漏斗加入微膠囊粉末，將粉體注入到某一有限直徑的圓盤中心上，直到粉體堆積層斜邊的物料沿圓盤邊緣自動流出為止，停止注入，粉末形成的堆與平面的夾角即為休止角。

1.2.6 微膠囊魚肝油制品的過氧化值的測定。

1.2.6.1

油脂的提取。取樣品15 g，置于100 ml燒杯中，加（45～50 ℃）水50 ml，攪拌至樣品完全分散溶解，轉移至250 ml分液漏斗中，加入50 ml乙醇搖勻，加入30 ml乙醚，搖0.5 min，加入30 ml石油醚，再振搖0.5 min，提取油脂，靜置分層，棄去下層水相，上層澄清，轉移至已加入5 g無水硫酸鈉的250 ml具塞錐形瓶中，振搖1 min，除去水分。將已脫除水的醚相用快速濾紙過濾于已稱重的250 ml碘量瓶中，在通風櫥中，將碘量瓶置于60 ℃水浴蒸干，即得到油脂。

1.2.6.2 過氧化值的測定。

參照GB/T5009.37-2003《動植物油脂過氧化值的測定》對微膠囊魚肝油的過氧化值進行測定。

2 結果與分析

2.1 單一壁材最佳芯壁材比例的確定

以阿拉伯膠、β環糊精、乳清蛋白為單一壁材，分別以芯壁材比例為0.3、0.4、0.5、0.6、0.7進行試驗，選取乳液濃度為25%，真空冷凍干燥時間為24 h，制備微膠囊，并考察包埋率，獲得單一壁材的適宜用量范圍，為確定魚肝油微膠囊化復合壁材及配方優化點奠定基礎。結果如圖2所示。

依據響應面設計方法，得到函數模型：Y=+0.83+5.505E-3×A+0.088×B+0.011×C+0.049×A×B-0.013×A×C-8.800E-3×B×C-9.077E-3×A2-0.057×B2-0.41×C2。

響應面優化試驗方差分析結果如下：F模型=16.58，FA=0.33，FB=83.80，FC=1.36，FAB=15.13，FAC=1.05，FBC=0.49，FA2=0.90，FB2=35.16，FC2=18.23，F失擬=2.23；P模型=0.000 1，PA=0.579 8，PB<0.000 1，PC=0.273 9，PAB=0.003 7，PAC=0.332 5，PBC=0.500 0，PA2=0.368 4，PB2=0.000 2，PC2=0.002 1，P失擬=0.228 1。

由此得出，以微膠囊化包埋率為響應值時，模型P<0.01，表明該二次方程模型極顯著。同時失擬項P>0.01，表示試驗結果和數學模型擬合良好，即可用該數學模型推測試驗結果。相關系數R2=0.917 1，表明91.71%的數據可用這個方程解釋。由方差分析還可以知，B和AB的影響差異極顯著，P>0.25的項，即A、C、AC、BC項對包埋率的大小影響不大。

通過回歸方程得出乳清蛋白、β環糊精、阿拉伯膠3個因素對包埋率的響應面立體分析圖，見圖3～5。

由圖3、4、5響應面立體圖可知，阿拉伯膠與β環糊精的交互作用對魚肝油包埋率的影響顯著；乳清蛋白與β環糊精和阿拉伯膠與乳清蛋白的交互作用不顯著。

圖3、圖5響應面隨著阿拉伯膠的量的增大，魚肝油包埋率逐漸增加。這主要因為阿拉伯膠具有良好的附著力和成膜性，阿拉伯膠溶液的黏度低，乳化性好，可以配合其他乳化劑使用。由各響應面立體圖可以看出，響應值存在最大值。

2.3 微膠囊魚肝油制品的理化性質

采用上述方法制得的微膠囊產品呈粉末狀，顏色為白色略帶淡黃色，具有較好的水溶性和流動性，無腥味，無酸敗異味。其主要性狀如下：

水分含量3.66%，溶解度87.27%，密度0.45 g/ml，休止角32.50°。

如此可知，微膠囊水分含量為3.66%，參照中華人民共和國水產行業標準SC/T305-2006《魚油微膠囊》，該產品水分含量符合要求。微膠囊產品溶解度為87.27%，密度為0.45 g/ml，說明該微膠囊化產品溶解性較好。

休止角是流動性的表達指標。一般認為，休止角<30°，粉末流動性好；30°<休止角<45°，粉末流動性較好；45°<休止角<60°，粉末流動性一般；休止角>60°，粉末流動性差。由此可看出，該微膠囊化產品的休止角32.50°，說明此產品流動性較好。

2.4 微膠囊魚肝油制品的過氧化值的測定

如圖6，魷魚肝油微膠囊化產品在（60±1）℃培養箱貯藏192 h后，過氧化值從2.13 meq/kg上升到5.12 meq/kg，貯藏后的產品過氧化值遠低于我國魚油微膠囊產品的過氧化值行業標準（≤12 meq/kg）；而在同等條件下，未做任何處理的精制魷魚肝油的過氧化值由2.05 meq/kg上升至22.37 meq/kg。結果表明，魷魚肝油經微膠囊化后抗氧化能力明顯高于未經處理的精制魷魚肝油，其貯藏穩定性得到了提高。采用微膠囊技術將油脂包埋在壁材里，減少魷魚肝油與促氧化因子的接觸，因而微膠囊化被氧化速率較慢，貯藏穩定性提高^[13]。

3 結論

通過中心組合響應面設計試驗對影響魚肝油包埋率的3種壁材的交互作用進行研究，結果顯示3種壁材的不同比例對包埋率的影響較顯著。影響包埋率的回歸方程是：Y=0.83+5.505E-003×A+0.088×B+0.011×C+0.049×A×B-0.013×A×C-8.800E-3×B×C-9.077E-3×A2-

0.057×B2-0.041×C2，其決定系數R2=0.917 1，說明該

模型能夠擬合91.71%水平上的試驗數據。通過回歸方程的優化計算，得到在乳液濃度為25%，冷凍干燥時間為24 h的前提下，定量魚肝油與β環糊精、阿拉伯膠、乳清蛋白的最佳芯壁材比例分別為0.217、0.217、0.217，三種壁材比例為1∶1∶1，與試驗值相符，從而驗證了模型的可靠性。

分析微膠囊產品理化性質，試驗結果顯示，魷魚肝油微膠囊產品的水分含量、溶解度、密度、流動性理化指標良好；過氧化值測定結果表明，微膠囊技術是延緩魷魚肝油氧化的一種重要手段。

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