菠蘿蜜種子淀粉制備的香草蘭精油微膠囊的風味品質分析

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(1.寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021;2.中國熱帶農業科學院香料飲料研究所,海南萬寧 571533)

菠蘿蜜種子淀粉制備的香草蘭精油微膠囊的風味品質分析

朱紅梅1,2,田建文1,張彥軍2,*,徐飛2,初眾2

(1.寧夏大學農學院,寧夏銀川 750021;2.中國熱帶農業科學院香料飲料研究所,海南萬寧 571533)

通過感官評定、風味物質分析,對以菠蘿蜜種子淀粉為原料應用飽和水溶液法制備的香草蘭精油微膠囊特征風味進行綜合評價,同時探究感官屬性與風味物質之間的相關性。人工感官評定結果表明微膠囊表觀狀態及風味均良好,評分分別為7.20、7.70分,電子鼻評價結果顯示微膠囊香氣強度較精油減弱,但并非影響其香氣成分的明顯變化;氣相色譜-質譜聯用儀檢測結果證明精油經過微膠囊化后,主要揮發性物質的含量發生顯著性變化(p≤0.05),精油中超過90%的組分被包覆于微膠囊中,香蘭素相對含量增加(精油、微膠囊中香蘭素相對含量分別為32.12%、55.77%);高效液相色譜儀結果表明微膠囊中香蘭素含量為51.2 mg/100 g。本實驗制得微膠囊富含香蘭素,風味與香草蘭精油無明顯差異(p>0.05),人工感官評定與電子感官評價相關性較大,感官屬性與風味物質相關性較好。

飽和水溶液法,香草蘭精油微膠囊,感官評價,風味物質

香草蘭精油為香草蘭提取物之一,作為香草蘭深加工產品有著巨大的發展前景和優勢[1],但其揮發性強,易受外界環境因素影響,不易直接加工儲藏,因此將精油微膠囊化是增加其利用價值的有效方式之一,同時可以提高其利用率和穩定性[2]。微膠囊技術的關鍵點在于壁材及制備方法的選擇[3],菠蘿蜜種子淀粉作為天然的碳水化合物類壁材,具有良好生物相容性、可降解和無毒副作用等優點[4]。

本課題組在前期在菠蘿蜜種子淀粉作為微膠囊壁材的實驗中,利用菠蘿蜜種子淀粉基于超聲波法制備香草精油微膠囊,以產率、包埋率、貯存穩定性和緩釋性為評價指標,比較了不同壁材的包埋效果。結果表明,與β-環糊精和殼聚糖相比,菠蘿蜜種子淀粉具有成膜性好、耐熱剪切穩定性優良、吸水性和吸油性強等優點,使用其制備的香草蘭精油微膠囊的產率和包埋率分別為84.82%和79.33%,次于β-環糊精但優于殼聚糖;通過比較在貯藏期間微膠囊所載香草蘭精油的過氧化值以及微膠囊的香氣強度的變化值,菠蘿蜜種子淀粉作為壁材制得的香草蘭精油微膠囊具有最好的貯藏穩定性和緩釋性,在20 ℃條件下儲存貨架期達到250 d。因此證明菠蘿蜜種子淀粉可作為制備香草蘭精油微膠囊的良好壁材。隨后在上述結果的基礎上開展了四種物理方法制備香草蘭精油微膠囊的比較分析實驗,利用飽和水溶液法、分子包埋法、超聲波法、噴霧干燥法包埋香草蘭精油,綜合檢測指標結果,飽和水溶液法是菠蘿蜜種子淀粉制備香草蘭精油微膠囊的最佳方法,該法操作簡便、不添加化學試劑,相應設備簡單,成本低廉,重點是微膠囊成品性能良好。

表1 感官評價標準

在前期實驗基礎上,本文應用感官評價對上述成品微膠囊特征風味進行綜合評價。其中,借助電子鼻系統區分原料及成品之間的特征風味差異,利用氣相色譜-質譜聯用儀檢測特征風味物質,以及用高效液相色譜儀定量分析主要呈香物質的含量。同時探究人工感官評價結果與電子感官評價結果之間的相關性,為提高品質以及后續制備工藝條件優化提供依據。

1 材料與方法

1.1材料與儀器

基于飽和水溶液法由菠蘿蜜種子淀粉制備的香草蘭精油微膠囊 由本課題組前期實驗所制得[5];香草蘭精油 中國熱帶農業科學院香料飲料研究所；香蘭素標準品 美國Sigma公司；正己烷、甲醇 色譜級，克股份兩合公司；冰乙酸、乙酸乙酯 分析純，西隴化工股份有限公司。

SB-5200DT超聲波清洗機 超聲頻率為40 kHz，超聲功率為100 W，加熱功率為150 W，寧波新芝生物科技股份有限公司；SCIENTZ-18ND真空冷凍干燥機 寧波新芝生物科技股份有限公司；7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀(Gas Chromatograph-Mass Spectrometer，GC-MS)、1260高效液相色譜儀(High Performance Liquid Chromatograph，HPLC) 美國Agilent公司；PEN3型電子鼻 德國Airsense公司。

1.2實驗方法

1.2.1 微膠囊制備 微膠囊為本課題組實驗前期制備所得[5]。加熱溶解(60 ℃)制備飽和菠蘿蜜種子淀粉溶液,冷卻后按照芯壁材質量比1∶7滴加香草蘭精油,混合均勻后恒溫振蕩處理2 h,冷卻至室溫后4 ℃冰箱中靜置冷藏過夜,經過抽濾分離后低溫真空冷凍干燥(將預凍好的微膠囊(-40 ℃,3 h)放入冷凍干燥機中,待真空度至40 Pa以下后分2段干燥,具體為:30 min內升溫至0 ℃,保持1 h,再30 min升溫到50 ℃,保持10 h)至恒重得到香草蘭精油微膠囊,微膠囊對應的產率為75.16%、包埋率為69.42%、載油量為22.65%,粒徑在200 nm左右,常溫常壓下儲存50 d后香蘭素保留率為49.11%,儲存15 d后過氧化值為14.24 mmol/kg,微膠囊緩釋性和貯藏穩定性顯著。

1.2.2 人工感官評價 建立一個10人的感官評定小組(從事香草蘭相關研究),其中男性女性各5名,年齡在20～35歲之間,要求感官評定時身體狀態良好。一份5 g的微膠囊固體粉末樣品,另一份同樣的樣品,用80 ℃的水溶解后保溫在50 ℃(濃度為5%),備用。感官指標評分表[6-7]如表1所示。

1.3電子鼻電子感官評價

綜上所述,在治療肛周膿腫并肛瘺患者時,掛線術聯合瘺管部分切開術具有更高的治療效果,可降低患者術后并發癥,提高治療效率,可以被推廣應用。

PEN3電子鼻是由十個不同的金屬氧化物傳感器和識別分析軟件組成的儀器。表2為電子鼻傳感器性能描述。電子鼻檢測條件[8]:稱取1 g樣品置于專用小瓶中,50 ℃水浴處理10 min。載氣:干燥潔凈空氣,氣體流量:80 mL/min,進樣量300 μL,數據采集時間:90 s,數據采集延遲時間:300 s,手動頂空進樣。每個樣品平行10次。

1.4風味物質的分析檢測

1.4.1 GC-MS檢測 樣品前處理[9]:取50倍正己烷溶解樣品,混合均勻后超聲10 min,離心處理5 min后取上層溶液,加入無水硫酸鈉振蕩,再靜置后取上層清液過0.45 μm有機濾膜注入樣品瓶,即可得到待測樣品。使用7890A-5975C氣相色譜-質譜聯用儀對樣品進行組分的定性分析,色譜柱采用DB-5MS毛細管柱(60 m×0.25 mm×0.25 μm),采用液體直接進樣方式。參數條件[9]為:進樣口溫度:250 ℃;離子源溫度:230 ℃;進樣量:1 μL;不分流;載氣:He,流速:1 mL/min;升溫程序為:溶劑延遲3 min,初始柱溫為 50 ℃,以5 ℃/min的速率升至200 ℃保溫1 min后,再以3 ℃/min的速率升至280 ℃并保溫5 min;電子能量:70 eV;質量掃描范圍:30～300 amu。

表3 人工感官評定結果

表2 PEN3型便捷式電子鼻傳感器性能描述

1.4.2 HPLC分析 色譜條件[10]:色譜柱為C18分析柱(Zorbox Eclipse Plus C18,4.6 mm×100 mm,3.5 μm),流動相B為甲醇,D為0.2%冰醋酸水溶液,兩者比例(B∶D)為2∶8,等梯度洗脫,流速為1 mL/min,柱溫為30 ℃,檢測器波長分別為260 nm,進樣量為5 μL,外標法峰面積定量。

標準品溶液的配制:精確稱取香蘭素5 mg加入至100 mL棕色容量瓶,用流動相(甲醇和醋酸水等比例混合溶液)溶解后,定容搖勻,為500 mg/L標準液。吸取500 mg/L標準液10 mL,加入50 mL容量瓶中定容,為100 mg/L標準液。分別吸取100 mg/L標準液1、2、3、4、5 mL,稀釋至10 mL,為10、20、30、40、50 mg/L標準系列溶液。

樣品溶液的制備:準確稱取0.10 g樣品于100 mL試管中,加入10 mL去離子水及50 mL正己烷,振蕩搖勻后超聲10 min,取上層溶液加入無水硫酸鈉振蕩,靜置后取上層清液過0.45 μm有機微孔濾膜注入樣品瓶。

方法、標準偏差和數據的顯著性差異分析均使用SPSS 21.0.1進行計算和處理,同時,采用Origin 9.0作圖。數據的顯著性差異由95%可信區間表示。所有實驗均進行三次重復實驗。

2 結果與討論

2.1人工感官評價

人工感官評定為最基礎的食品質量評價方法[11]。對樣品的偏好性感官評定結果進行統計分析,評價結果如表3所示。通過對10位評定人員感官評價權重結果(表3)進行頻數統計得出:平均表觀、風味的權重分別為4.70和5.30,即評定人員普遍認為香草蘭精油微膠囊的風味(以香草蘭精油風味為準)條件對其質量影響略大;從表3看出,評定人員給微膠囊表觀的平均分值為7.20分,而風味的平均分值為7.70分,即本實驗中微膠囊表觀狀態良好,香草香協調較濃郁,風味較純正、無明顯異味。

2.2電子鼻電子感官評價

圖1為電子鼻傳感器對原料及成品的雷達響應對比圖,從圖中可看出,傳感器W2W響應值最大,對香草蘭精油、香草蘭精油微膠囊的響應值分別為26.93、12.04;W5C響應值最小,對香草蘭精油、香草蘭精油微膠囊的響應值分別為0.71、0.47。除傳感器W1C、W3C、W6S、W5C外(對于區分原料及成品的香氣變化并無明顯作用),其他6個傳感器對原料及成品的響應值均有顯著性差異,即它們對極性大的芳香成分的響應值有明顯的變化。說明香草蘭精油微膠囊化后香草蘭精油的香氣強度減弱(這與人工感官評價結果一致),即微膠囊化后僅僅是其主要香氣成分含量減少。因此,通過傳感器雷達圖可以直觀地顯示出不同樣品在傳感器上的響應差異。

圖1 傳感器雷達響應圖

對原料及成品氣味信息的電子鼻主成分分析圖如圖所示,從圖2(a)中可以看出,待測樣具有較好平行性且樣品之間沒有重疊,第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)貢獻率分別為93.60%、5.02%,累計方差貢獻率為98.62%,表明待測樣品各自聚為一類、區分度較高且兩個主成分包含了揮發性成分的大部分信息量,能夠反映樣品氣味的整體信息。在PC1、PC2兩方向上,原料及成品樣品得分均為正,樣品無重疊部分,即區分明顯。由圖2(b)可知,傳感器W1W、W2W、W1S、W2S和W5S位于第一、第四象限,即樣品的空間分布在第一主成分正方向上,其余五種傳感器位于第二、第三象限,說明第一主成分負方向上與其相關,類似地,第二主成分正方向與傳感器W2W、W2S、W3C和W5C有關,負方向與其余六種傳感器有關。載荷W2W和W1S與樣品相關性較大。綜合圖1和圖2分析,香草蘭精油及香草蘭精油微膠囊的揮發性成分在含量上有顯著性差異(p≤0.05),電子鼻傳感器對樣品的響應強度均較大(W2W對香草蘭精油、香草蘭精油微膠囊的響應值分別為26.93、12.04),說明待測樣品的主要揮發性成分減少。

圖2 電子鼻主成分分析二維得分投影圖(a)和載荷圖(b)

2.3風味物質的分析檢測

2.3.1 GC-MS檢測 將香草蘭精油和香草蘭精油微膠囊樣品進行GC-MS分析,以正構烷烴參照品進行分析,得其總離子流圖,自建庫譜庫檢索和人工解譜,分析確定各組分化學成分,以面積歸一化法測得樣品中各組分相對質量分數[10,12-14]。

采用GC-MS技術對香草蘭精油包埋前后的化學成分對比分析,分別鑒定出18種和10種化合物,占總相對含量的56.30%和83.48%,其中有5種成分相同。由表4可知香草蘭精油的主要成分是醇類、醛類、酯類、酮類、脂類和酸類,香草蘭精油微膠囊的主要成分(表5)較香草蘭精油出現了酰胺類新物質,原有除酮、脂類未檢測出,剩余種類化合物均被不同程度地包覆。如4-甲氧基芐醇(28.95%)、香蘭素(32.12%)、乙酸茴香酯(12.29%)、4-甲氧基苯甲酸(9.82%)和反式-3-二十烯(7.19%),包埋后相對含量變成1.63%、55.77%、5.25%、3.73%和3.23%,較未包埋前含量有所下降,而香蘭素比例反而變大(增加23.65%)。這是因為微膠囊懸液在恒溫振蕩處理、室溫中冷卻、冰箱冷藏、以及抽濾和真空冷凍干燥過程揮發性成分極易揮發損失;在進行GC-MS以及HPLC上樣檢測分析時,需將微膠囊溶解破壁處理(正己烷),菠蘿蜜種子淀粉成膜性好包覆致密會影響破壁處理,而在此過程中破壁不完全也會導致微膠囊中的揮發性成分不能被檢測到;上述因素導致香蘭素相對含量增加。從GC-MS對香草蘭精油包埋前后成分定性及相對定量對比分析可知,香草蘭精油中超過90%的組分可被包覆于香草蘭精油微膠囊中,它們的總體含量變化說明包埋效果明顯,且可保留香草蘭精油中主要成分[15-16]。

2.3.2 香蘭素含量測定 現已從香草蘭豆莢中鑒定出250多種揮發性香氣成分,為醛、酮、脂肪醇、脂肪酸以及少數芳香族化合物,關鍵呈香物質為醛類,主要的香氣成分為香蘭素、香草酸、對-羥基苯甲醛、對-羥基苯甲酸4種,豆莢的不同種植地域、加工方法會影響其香氣物質的含量,但香蘭素(4-羥基-3-甲氧基苯甲醛)作為最主要且含量最高的香氣物質,對香草蘭整體香氣(香草香氣及濃郁的奶香)的貢獻率高達1/3,是人們普遍喜愛的奶油香草香精的主要成分,也是香精香料工業中最大的品種[9]。本實驗以香蘭素為對照品,采用高效液相色譜法對原料以及產品進行香蘭素含量測定。香蘭素濃度與峰面積呈良好的線性關系，線性回歸方程為y=9.929x-3.17，相關系數達到0.999。實驗測得香草蘭精油及香草蘭精油微膠囊中香蘭素含量分別為30.67、51.2 mg/100 g,進一步證明了前面GC-MS檢測結果,部分成分損失導致香草蘭精油微膠囊中揮發性成分含量少,因此香蘭素比例增大。表明香草蘭精油被有效包覆于壁材中,且保留其最重要的呈香物質,含量大于50%。

表4 香草蘭精油揮發性成分

表5 微膠囊揮發性成分

風味物質的分析檢測結果結合電子感官評定結果可知,香草蘭精油經微膠囊化后,香草蘭精油微膠囊與香草蘭精油在風味上存在顯著差異,但仍保留香草蘭精油中主要呈香物質。這是因為壁材包覆香草蘭精油后便限制了它的釋放。香草蘭精油微膠囊的釋放受到香草蘭精油緩釋的直接影響,而香草蘭精油的釋放直接受限制于香草蘭精油微膠囊包埋效果的影響。因此,一方面是原料中芯壁材本身的影響,天然香草蘭精油為蒸餾法提取的香精油產品,具有透明均一、流動性好、極易揮發的特點;菠蘿蜜種子淀粉為一種新型的良好微膠囊壁材,其中含有的直鏈淀粉類似于環糊精的結構,能夠通過分子內氫鍵作用與香草蘭精油形成微膠囊(為穩定的單螺旋鏈結構)。香草蘭精油易揮發,但微膠囊技術的優勢就在于它能夠保護芯材在加工貯藏過程中造成的不必要的損失。另一方面,在香草蘭精油微膠囊制備過程中芯壁材比、均質方式、包埋參數、干燥方式等因素,以及制備好的成品在儲藏過程中受到外界環境因素均會不同程度的影響到包埋效果[17-18],即粒徑、壁厚、包埋率以及結構,而包埋效果在后期對香草蘭精油微膠囊的穩定性及緩釋性有極大影響,特別是緩釋性。所以,內部香草蘭精油遭到釋放后,香草蘭精油微膠囊的風味發生變化是必然的結果。

3 結論

本實驗通過人為感官評定結合電子感官評價,綜合評價香草蘭精油微膠囊的風味質量。依據實驗結果表明感官評價香草蘭精油微膠囊質量良好,但風味物質仍與香草蘭精油的略有差異;電子鼻系統評定結果說明香草蘭精油微膠囊的香氣強度較香草蘭精油減弱,但并非影響其香氣成分的明顯變化;GC-MS檢測結果顯示,香草蘭精油經過微膠囊化后,由于菠蘿蜜種子淀粉包覆以及香草蘭精油微膠囊制備過程中工藝參數的雙重影響,它們揮發性物質的含量發生顯著性變化,香草蘭精油中超過90%的組分被包覆于香草蘭精油微膠囊中;HPLC進一步分析出香草蘭精油微膠囊保留了香草蘭精油中主要呈香物質-香蘭素,含量為51.2 mg/100 g。綜上,香草蘭精油經微膠囊化后,香草蘭精油微膠囊揮發性成分減少,香氣強度減弱,但對主要揮發性成分影響不大,香草蘭精油微膠囊富含香蘭素,風味與香草蘭精油無明顯差異,人為感官評定與電子感官評價以及感官屬性與風味物質相關性均較好。

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FlavorandqualityevaluationofvanillaessentialoilmicrocapsulesmadefromJackfruitseedstarch

ZHUHong-mei1,2,TIANJian-wen1,ZHANGYan-jun2,*,XUFei2,CHUZhong2

(1.College of Agronomy,Ningxia University,Yinchuan 750021,China;2.Spice and Beverage Research Institute,CATAS,Wanning 571533,China)

The flavor characters of vanilla essence oil microcapsules that were embedded by jackfruit seed starch based on saturated water solution method,were comprehensively assessed by sensory evaluation and flavor analysis. Moreover,the correlation was investigated between sensory properties and flavors. The scores of sensory evaluation were 7.20 and 7.70,respectively,which were regarded as good on account of physical state and flavor of microcapsules. The results of electronic nose indicated that the intensity of aroma in microcapsules was weaker than essential oil. There were no different aroma components existing between microcapsules and essential oil. The results of gas chromatography-mass spectrometry showed that the contents of main volatile substances had significantly changed(p≤0.05)after the microcapsule. More than 90% of the components of essential oil were embedded in microcapsules. The relative quantities of vanillin were 32.12% and 55.77% in essential oil and microcapsules,respectively. The analysis of High performance liquid chromatograph demonstrated that the content vanillin was 51.2 mg/100 g in microcapsule. All above results confirmed that the vanilla essence oil microcapsules which were embedded by jackfruit seed starch were rich in vanillin and similar flavor with essential oil. The human sensory evaluation showed significant correlation with electronic sensory evaluation(p>0.05). Similarly,a good correlation existed between sensory properties and flavor substances.

saturated water solution method;microcapsules of vanilla essential oil;sensory evaluation;flavor substance

2017-02-13

朱紅梅(1991-)，女，碩士研究生，研究方向：農產品加工與貯藏，E-mail：602852209@qq.com。

*

張彥軍(1982-)，男，博士，副研究員，研究方向：熱帶作物加工，E-mail：zhangyanjun0305@163.com。

中央級公益性科研院所基本科研業務費專項項目(1630142016002、1630142016004)。

TS207

A

1002-0306(2017)22-0253-06

10.13386/j.issn1002-0306.2017.22.049