香糟鹵氣味模擬物微膠囊包埋條件的優化

劉 野,蘇柯冉,宋煥祿

(北京工商大學食品學院,北京食品營養與人類健康高精尖創新中心,北京市食品風味化學重點實驗室,北京 100048)

香糟鹵氣味模擬物微膠囊包埋條件的優化

劉 野,蘇柯冉,宋煥祿

(北京工商大學食品學院,北京食品營養與人類健康高精尖創新中心,
北京市食品風味化學重點實驗室,北京 100048)

為減少香糟鹵在貯藏過程中的香氣損失,本研究選用9種香糟鹵關鍵香氣化合物乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙醇、丁二酸二乙酯、苯乙醇、異戊醇、醋酸、糠醛、2-羥基-4-甲基戊酸乙酯為芯材,以大豆分離蛋白、麥芽糊精為壁材,通過對大豆分離蛋白添加量、均質時間、乳化劑添加量和芯材添加量四個因素進行單因素和響應曲面實驗對包埋條件進行優化,得到最佳條件為:大豆分離蛋白的添加量為4.11%,乳化劑添加量為2.22%,芯材添加量為19.33%,均質時間為7.39 min,得到微膠囊的包埋率為70.12%，驗證值與模型預測值(69.59%)非常接近,證明了回歸模型擬合較好。因此,響應曲面優化香糟鹵模擬物的微膠囊包埋條件是可行的。

香糟鹵,微膠囊,香氣,優化

香糟鹵是一種傳統調味料,在浙江、福建和廣東地區用來烹飪菜肴[1]。香糟鹵是在陳年酒糟中加入紹興酒、食鹽、白糖、桂花醬等調味料,攪拌均勻經紗布過濾得到的體態透明澄清的液體[2]。生產香糟鹵的酒糟中含有豐富的蛋白質(14.15%)、粗淀粉(49.96%)和纖維素,再次發酵使酒糟中的蛋白質等大分子分解,使得到的糟汁中具有豐富的氨基酸如色氨酸、賴氨酸、脯氨酸等18種氨基酸[3]。并且大分子碳水化合物經分解得到許多雙糖,多糖更利于消化吸收,使香糟味道更加甘甜。香糟鹵中含有大量乙醇,長期存放使香糟鹵中的氣味物質隨乙醇一同揮發,久而久之使香糟鹵的氣味變淡。并且香糟鹵水分含量很高,給貯藏和運輸造成不便,且常溫存放很容易腐敗變質。因此,采取一定措施減少其風味損失并降低水分含量對香糟鹵的生產和消費具有重要意義。

目前,關于延緩風味釋放的方法主要包括采用新型包裝材料(如聚乙烯對苯二甲酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯和玻璃材料等[4-5])防止風味散失;通過低溫儲藏抑制微生物生長和酶的活性以減緩脂肪和蛋白質的分解速度進而降低風味變化[6-7];以及涂膜法和充氣包裝也可以在一定程度上提升產品的感官品質[8-9]。然而，以上方法均不能解決風味損失和含水量過高的問題。

微膠囊技術是用天然或人工合成的高分子材料為壁材,將均勻分散的固體、液體或氣體包封在其中的技術。該技術可以有效保護芯材不受外界環境的影響,降低風味物質揮發,控制芯材釋放等,故其被廣泛應用于化工、生物醫藥、食品、化妝品等多種領域[10]。肉桂醛屬于易揮發精油,在肉桂醛進行微膠囊包埋的實驗中得到肉桂醛的包埋率最高達到93.8%,掃描電鏡觀察表面,微膠囊顆粒均勻,并且熱穩定性好[11]。甜橙精油的微膠囊的儲藏實驗表明,復合壁材制備的甜橙精油的殘留率較高,并且釋放速率也較其他包埋材料微膠囊產品低[12]。

目前,未有關于香糟鹵風味方面研究,也未有關于香糟鹵風味保持技術相關研究。由于香糟鹵含水量較大,直接對香糟鹵進行包埋難度較大,并且成本較高。因此,本研究通過前期篩選出的香糟鹵關鍵香氣成分配制油基模擬溶液,采用微膠囊法對香糟鹵模擬物進行包埋,對包埋條件進行優化,對實際生產具有指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香糟鹵 上海寶鼎釀造有限公司;金龍魚色拉油 嘉里糧油食品營銷有限公司;乙醇、乙酸乙酯、異戊醇、乳酸乙酯、醋酸、糠醛、丁二酸二乙酯、2-羥基-4-甲基、戊酸乙酯、苯乙醇 標準品,美國Sigma公司;大豆分離蛋白 北京奧博星生物公司;麥芽糊精、蔗糖酯、單甘脂 北京博奧拓達公司;石油醚、乙醚、無水乙醇、氨水、醋酸 分析純,國藥集團化學試劑有限公司。

78-1型電動攪拌器、HH-1型數顯恒溫水浴鍋 國華電器有限公司;T25型高速分散機 德國IKA公司;Alpha1-2型冷凍干燥機 德國Christ公司;SY6000型噴霧干燥機 北京中西遠大科技有限公司;PHS-3C型pH計 上海儀電科學儀器股份有限公司;DHG-9053A電熱鼓風干燥箱 上海一恒科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 香糟鹵氣味化合物模擬物的制備 根據前期香糟鹵氣味化合物的分析結果,得到香糟鹵中含有乙酸乙酯、乳酸乙酯、乙醇、丁二酸二乙酯、苯乙醇、異戊醇、醋酸、糠醛、2-羥基-4-甲基戊酸乙酯9種關鍵氣味化合物,并通過標準品定量得到關鍵化合物的濃度。因此,香糟鹵關鍵氣味化合物模擬物是9種化合物以所檢測的濃度為配比,溶解到色拉油中,攪拌均勻得到的。以香糟鹵氣味化合物模擬物為芯材進行微膠囊的制備。

1.2.2 微膠囊制備的工藝流程 大豆分離蛋白、麥芽糊精溶解在去離子水中,在60 ℃水浴加熱攪拌至充分溶解。加入單甘脂和蔗糖酯繼續攪拌,加入芯材后均質,再進行噴霧干燥或預凍后冷凍干燥[13-15]。

1.2.3 單因素實驗

1.2.3.1 大豆分離蛋白添加量對微膠囊包埋率的影響 乳化劑含量為2%,芯材含量為30%,均質時間為5 min的條件下,大豆分離蛋白含量分別為3%、4%、5%、6%、7%,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時,以包埋率為指標,測定大豆分離蛋白含量對包埋率的影響。

1.2.3.2 乳化劑添加量對微膠囊包埋率的影響 大豆分離蛋白含量為4%,芯材含量為30%,均質時間5 min的條件下,乳化劑含量分別為1.6%、1.8%、2.0%、2.2%、2.4%,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時,以包埋率為指標,測定乳化劑含量對包埋率的影響。

1.2.3.3 芯材添加量對微膠囊包埋率的影響 大豆分離蛋白含量為4%,乳化劑含量為2%,均質時間5 min的條件下,芯材含量分別10%、20%、30%、40%、50%,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時,以包埋率為指標,測定芯材含量對包埋率的影響。

1.2.3.4 均質時間對微膠囊包埋率的影響 大豆分離蛋白含量為4%,乳化劑含量為2%,芯材含量為30%的條件下,均質時間分別為4、5、6、7、8 min,大豆分離蛋白與麥芽糊精的比例為1∶1時,以包埋率為指標,測定均質時間對包埋率的影響。

1.2.4 響應面優化 在單因素的基礎上,使用Design Expert 9.0軟件以大豆分離蛋白量、乳化劑用量、均質時間、芯材含量為響應變量，以微膠囊的包埋率為響應值對實驗因素水平表中的數據進行處理,實驗因素水平見表1。

表1 響應面優化實驗因素水平表Table 1 The factors and levels table of response surface optimization experiment

1.2.5 微膠囊總油含量的測定 精確稱取1 g制備好的微膠囊產品加入到分液漏斗中,向分液漏斗中加入10 mL 60 ℃去離子水,搖動分液漏斗,使微膠囊充分溶解。溶解后分別向分液漏斗中加入1.25 mL氨水、10 mL無水乙醇和25 mL無水乙醚。蓋上蓋子,充分晃動分液漏斗,小心打開蓋子放出氣體,最后再加入25 mL沸程為30～60 ℃的石油醚。振蕩均勻后靜置,分層后放出下層液體,取上層澄清液至圓底燒瓶中,經旋轉蒸發儀旋蒸,放入烘箱中烘干至恒重[16]。計算公式如下:

式(1)

其中,M1是空圓底燒瓶的質量;M2是烘干后圓底燒瓶的質量;M是微膠囊的質量。

1.2.6 微膠囊表面油含量的測定 精確稱取微膠囊產品1 g置于100 mL燒杯中,加入50 mL的石油醚,攪拌后經漏斗過濾到圓底燒瓶中,旋轉蒸發后放入烘箱中烘干至恒重[16]。計算公式如下:

式(2)

其中,M1為空圓底燒瓶的質量,M2為烘干后圓底燒瓶的質量,M為微膠囊的質量。

1.2.7 微膠囊包埋率的計算 微膠囊包埋率是微膠囊中被包埋的油脂與總油脂的比,其計算公式如下[17]:

包埋率(%)=(微膠囊總油含量-微膠囊表面油含量)/微膠囊總油含量×100

式(3)

1.2.8 驗證實驗 根據響應曲面實驗優化后的條件,進行香糟鹵模擬物進行微膠囊包埋,測定其包埋率。平行操作三次,取平均值。

1.2.9 數據處理 采用Design Expert 9.0軟件進行響應曲面實驗設計與分析。采用SAS 8.12進行因子方差分析及Ducan’s多重檢驗(p<0.05)。實驗結果以x±s表示。

2 結果與分析

2.1 大豆分離蛋白添加量對微膠囊包埋率的影響

如圖1所示,微膠囊包埋率隨大豆分離蛋白含量的增加先增加后下降,當大豆分離蛋白含量為4%時,微膠囊包埋率最高(p<0.05)。可能是因為大豆分離蛋白含量的增加,溶液的濃度不斷增加,體系黏度也不斷加大,從而也增加了乳化難度,在相同的均質時間下,大豆分離蛋白含量4%時的包埋率最大(p<0.05)。

圖1 大豆分離蛋白添加量對包埋率的影響Fig.1 The influence of soybean separation protein content on the embedding rate

2.2 乳化劑添加量對微膠囊包埋率的影響

從圖2中可以看出,乳化劑對包埋率的影響不是很大,處于50%～56%之間。乳化劑的增加使水-油體系在乳化過程中更易混合均勻。但隨著乳化劑的增加,體系黏度也不斷增加,這就增加了均質難度,所以在2.2%時包埋率最高(p<0.05)。

圖2 乳化劑含量對包埋率的影響Fig.2 The influence of emulsifier content on the embedding rate

2.3 芯材添加量對微膠囊包埋率的影響

從圖3可以看出,當芯材含量在20%～30%時,包埋率迅速下降(p<0.05)。可能是因為壁材已經達到飽和,芯材的不斷增加,使相對壁材減少,微膠囊壁變薄,微膠囊易被破壞所以包埋率隨芯材含量的增加,先升高后下降,芯材含量為20%時,包埋率最大(p<0.05)。

圖3 芯材添加量對包埋率的影響Fig.3 The influence of core materials content on the embedding rate

2.4 均質時間對微膠囊包埋率的影響

由圖4可以看出均質時間為7 min時,微膠囊的包埋率最大(p<0.05)。4～6 min時包埋率隨均質時間的增加不斷升高(p<0.05),可能因為此時間段微膠囊乳液還未充分乳化。而7 min以后微膠囊的包埋率開始下降,可能因為過度均質,體系溫度不斷升高,導致黏度下降,乳化液微粒子發生變化,使微膠囊體系的穩定性下降。

圖4 均質時間對包埋率的影響Fig.4 The influence of homogeneous time on the embedding rate

2.5 響應面實驗

以大豆分離蛋白含量、乳化劑用量、均質時間、芯材含量為響應變量，以微膠囊的包埋率為響應值，得到表2實驗設計及結果。用軟件進行非線性回歸的二次多項式擬合,得到預測模型如下:Y=69.22+1.37A+0.63B+1.34C-0.28D-0.42AB+0.050AC-0.45AD-0.30BC+0.38BD-0.28CD-6.09A2-2.81B2-1.74C2-3.26D2

表2 Box-Behnken實驗設計及結果Table 2 Design and results of Box-Behnken experiment

表3 回歸方程系數顯著性檢驗和結果Table 3 Regression equation coefficient significance test and results

注:**表示極顯著(p<0.01),*表示顯著(0.01

圖5 交互作用對包埋率的影響Fig.5 The influence of interaction on the embedding rate

由回歸方程可知,芯材含量對香糟鹵模擬物包埋率有負效應,大豆分離蛋白量、乳化劑用量和均質時間對其有正效應。一次項中,A、B、C對結果影響均極顯著(p<0.01)，而交互項均不顯著(p>0.05)，但A2、B2、C2、D2均對結果影響均極顯著(p<0.01)。在一定范圍內可調節大豆分離蛋白量、乳化劑用量、均質時間和芯材含量,使香糟鹵模擬物包埋率達到所需水平。

F值可以反映各因素對香糟鹵模擬物包埋率的重要性,F值越大表明對包埋率的影響越大,即重要性越大。表3中,FA=75.92,FB=16.11,FC=72.28,FD=3.22,即各因素對包埋率影響程度的大小順序為:大豆分離蛋白添加量>均質時間>乳化劑添加量>芯材添加量。通過Design Expert 8.0軟件分析,得出包埋率最高的優化組合為A=4.11%、B=2.22%、C=7.39 min、D=19.33%,香糟鹵模擬物包埋率最高值為69.59%。響應面圖見圖5，在每組交互作用的作用下,香糟鹵模擬物包埋率均有最大值。但各圖中兩因素對香糟鹵模擬物包埋率影響的大小只能通過方差分析得出,而不能僅依靠等高線的疏密度判斷。

為了驗證微膠囊包埋的響應面模型是否準確,以大豆分離蛋白4.11%，乳化劑2.22%，芯材19.33%，均質時間7.39 min配制微膠囊乳液,驗證實際包埋率是否與模型中得到的包埋率一致。最終得到微膠囊包埋率為70.12%±0.56%,驗證值與模型預測的最大值非常接近,證明了回歸模型擬合較好。因此,響應曲面優化香糟鹵模擬物的微膠囊包埋條件是可取的。

3 結論

通過單因素實驗和Box-Behnken實驗設計以及響應曲面分析對香糟鹵模擬物包埋條件進行優化,各因素對最終包埋率的影響大小關系為,大豆分離蛋白添加量>均質時間>乳化劑添加量>芯材添加量。確定最優包埋條件為:大豆分離蛋白添加量4.11%,乳化劑添加量為2.22%,芯材添加量為19.33%,均質時間為7.39 min,此時微膠囊包埋率可達70.12%。

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Optimization of Xiangzaolu simulate substance microencapsulation condition

LIU Ye,SU Ke-ran,SONG Huan-lu

(Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health,Beijing Key laboratory of Flavor Chemistry, School of Food and Chemical Engineering,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

To reduce aroma loss during storage,nine kinds of key aroma compounds(ethyl acetate,ethyl lactate,ethanol,diethyl succinate,benzyl alcohol,amyl alcohol,acetic acid,furfural,2-hydroxy-4-methyl pentanoate)of xiangzaolu was selected as core material,and soy protein isolate and maltodextrin were taken as wall material. Univariate and response surface experiments were applied to analyze the best embedding condition through the isolated soy protein content,homogenization time,the amount of emulsifier and the core content. The optimal conditions were as follows:isolated soy protein content 4.11%,emulsifier content 2.22%,core content 19.33%,homogeneous time 7.39 min. The rate of microcapsules was 70.12%. The verified value was closed to the predicted maximum value(69.59%),which certified that the fitting of regression model was good. Hence,the optimized condition of Xiangzaolu simulate substance by response surface is feasible.

Xiangzaolu;microencapsulation;flavor;optimization

2016-09-26

劉野(1981-)，男，博士，副教授，研究方向：食品風味化學，E-mail：liuyecau@126.com。

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2014BAD04B07)。

TS205.1

B

1002-0306(2017)08-0233-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.08.037