大蒜精油微膠囊的制備工藝

李宇，孫鐘雷*，羅人舒

長江師范學院現代農業與生物工程學院（重慶 408100）

大蒜精油是從大蒜中提取純化而得到的透明微黃色油狀物，是大蒜中非常重要的功能性物質。大蒜精油中最具有研究價值的是活性硫化物[1]，具有預防和治療心血管疾病、降低血脂、抗高血壓、抗血栓和抗癌等作用。大蒜精油氣味沖鼻，有特殊的辛辣味，并且它的活性化合物性質不穩定，容易在加工和運輸的過程中揮發，或易受環境的影響而變質[2-3]，同時大蒜精油在水中的溶解度很低，在很大程度上限制了它在食品工業中的應用。殼聚糖是甲殼素的衍生物，有很好的成膜性、吸附性、通透性和保濕性[4]等，在食品工業中的應用非常廣泛[5]。羧甲基纖維素鈉無味無臭無毒，能夠吸水膨脹，有較好的吸濕性[6]。以殼聚糖和羧甲基纖維素鈉為壁材制備微膠囊已有一些研究[7-10]，但是作為復配壁材包埋大蒜精油尚未見報道。因此，試驗以大蒜精油為芯材，羧甲基纖維素鈉與殼聚糖作為復合壁材，采用乳化-固化法制備大蒜精油微膠囊，增加了大蒜精油微膠囊壁材選用的廣域性，為大蒜精油在食品工業上的應用奠定了一定的理論基礎，具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

主要原料：大蒜精油（吉安市華碩香料油有限公司）、殼聚糖（食品級，天和生物科技有限公司）、羧甲基纖維素鈉（食品添加劑，高要市蜜丹兒商貿有限公司）。

化學試劑：冰乙酸、無水乙醇、戊二醛、亞硫酸氫鈉（均為分析純）；偏磷酸-乙酸溶液、碘酸鉀、溴的CCl4溶液、醋酸鋅（均為化學純）。淀粉碘化鉀試紙（上海磊固儀器有限公司）。

1.2 儀器與設備

JJ-1B恒速增力電動攪拌器，金壇市城東新瑞儀器廠；LDZ5-2離心機，北京京立離心機有限公司；LGJ-10冷凍干燥機，北京松源華興科技發展有限公司；OPTEC光學顯微鏡，重慶奧特光學儀器有限公司；HH-4數顯恒溫水浴鍋，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司；PE20 pH計，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；EL204電子天平，梅特勒-托利多儀器上海有限公司；BCD-195KANDZ海爾冰箱，中國（青島）海爾集團。

1.3 試驗方法

1.3.1 工藝流程

大蒜精油→乳化→調節pH→固化→洗滌→冷凍干燥→成品

1.3.2 操作要點

將3%羧甲基纖維素鈉在60 ℃恒溫水浴鍋中加熱融化成透明狀態，加入2 mL大蒜精油，轉速為800 r/min，攪拌2 min，使二者充分混合。混合均勻后將轉速調至1 000 r/min，加入3%殼聚糖溶液，繼續乳化10 min。乳化完成后，加入少量的10%冰乙酸溶液，用pH計調整溶液的pH為4.5。再將1 mL戊二醛溶液緩慢滴入乳化液中，攪拌器轉速為1 000 r/min，持續攪拌40 min進行固化。最后將大蒜精油微膠囊溶液依次用亞硫酸氫鈉，無水乙醇洗滌，重復多次，在離心機中離心，收集下層沉淀的微膠囊，置于冷凍干燥機中干燥成粉末，即為成品。

1.3.3 大蒜精油微膠囊形態觀察

用膠頭滴管吸取少量大蒜精油微膠囊分散液于載玻片上，并蓋上蓋玻片，于顯微鏡下觀測形態并拍照。

1.3.4 大蒜精油微膠囊包埋率測定

方法如下：取蒸餾水10 mL，加95%乙醇5 mL，醋酸鋅溶液1 mL，在低溫攪拌下，用溴的CCl4溶液滴定，淀粉碘化鉀試紙變藍，記錄耗用溴溶液體積V0為空白。

取微膠囊樣品液10 mL，加95%乙醇5 mL，醋酸鋅溶液1 mL，在低溫攪拌下，用溴的CCl4溶液滴定，淀粉碘化鉀試紙變藍，記錄耗用溴溶液體積V為空白。

式中：M為溴的CCl4溶液濃度，mol/L；V為耗用溴的CCl4溶液體積，mL；V0為空白耗用溴的CCl4溶液體積，mL；V’為樣品液用量，mL；0.555 5為1 g溴與大蒜5種有效成分之間的換算系數；159.80為溴的分子量。

2 結果與分析

2.1 復合壁材比對大蒜精油微膠囊品質的影響

壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變殼聚糖與羧甲基纖維素鈉的質量比分別為0.8∶1，1.2∶1，1.6∶1和2∶1，考察殼聚糖與羧甲基纖維素鈉的質量比對大蒜精油品質的影響，結果如圖1所示。如圖可知，當復合料比為0.8∶1時，大蒜精油微膠囊產率較低，且包埋劑對大蒜精油包覆不完全。當復合料比為2∶1時，溶液黏度很大，微膠囊容易聚集，不夠均勻，且仍有少許精油浮于溶液表面。綜合分析，較佳的復合壁材比為1.6∶1。

2.2 壁芯比對大蒜精油微膠囊品質的影響

復合壁材比1.6∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變壁芯比為0.5∶1，2∶1，4∶1和6∶1，考察壁芯比對大蒜精油成形品質的影響，結果如圖2所示。如圖可知，當壁芯比為0.5∶1時，壁材較少不足以包裹芯材，導致包埋率較低，多數大蒜精油浮在溶液表面。當壁芯比為6∶1時，大蒜精油太少，導致壁材使用率較低，形成的微膠囊數量過少。綜合分析，較佳的壁芯比為2∶1。

圖1 不同復合壁材比對大蒜精油微膠囊形態（×100）及包埋率的影響

圖2 不同壁芯比對大蒜精油微膠囊形態（×100）及包埋率的影響

2.3 戊二醛添加量對大蒜精油微膠囊品質的影響

復合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，pH為4.5，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變戊二醛添加量分別為0.5，1，1.5和2 mL，考察戊二醛添加量對大蒜精油固化效果的影響，結果如圖3所示。如圖可知，當戊二醛添加量較少時，微膠囊顆粒較大，包埋率較低。添加量多于2 mL時包埋率又呈現下降的趨勢，添加量為1.5 mL時，微膠囊顆粒形成較均勻且分散。綜合分析，戊二醛較佳添加量為1.5 mL。

圖3 不同戊二醛添加量對大蒜精油微膠囊形態（×100）及包埋率的影響

2.4 pH對大蒜精油微膠囊品質的影響

復合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，攪拌速度為1 000 r/min固定不變，改變溶液pH分別為3.5，4.0，4.5和5.0，考察pH對大蒜精油微膠囊成形品質的影響。結果如圖4所示。如圖可知，pH能影響羧甲基纖維素鈉的黏稠度，pH越小，黏稠度越小，微膠囊在溶液中分布越分散。當pH為3.5時，微膠囊在溶液中很分散，包埋率較低。當pH越大，微膠囊在溶液中分散越均勻，綜合分析，pH較佳為4.5。

2.5 攪拌速度對大蒜精油微膠囊品質的影響

復合壁材比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5固定不變，改變攪拌速度分別為800，1 000，1 200和1 400 r/min，考察攪拌速度對大蒜精油微膠囊成形品質的影響，結果如圖5所示。如圖可知，當攪拌速度小時，微囊顆粒較大且溶液中有油滴尚未包埋。當攪拌速度過大時，微囊顆粒較小，表示儀器剪切力過大，不適用于微膠囊成形。綜合分析，最佳攪拌速度為1 200 r/min。

圖4 不同pH對大蒜精油微膠囊形態（×100）及包埋率的影響

2.6 大蒜精油微膠囊配方參數正交試驗結果與分析

通過以上單因素試驗，得出復合壁材比、壁芯比、戊二醛添加量、pH、攪拌速度的因素水平，正交試驗的因素水平及結果分析見表1。

從表1的正交試驗結果可以看出：影響殼聚糖、羧甲基纖維素鈉制備大蒜精油微膠囊包埋率的因素主次順序是：壁芯比、戊二醛、復合壁材比、pH、攪拌速度。經極差分析可知，最優組合為A3B2C3D3E4，而正交試驗列表中得分最高的是A3B4C2D1E3，所以還需要增加一組驗證試驗，結果見表2。由表2可知，最優的組合是A3B2C3D3E4，即大蒜精油微膠囊的最佳條件是殼聚糖、羧甲基纖維素鈉復合壁材比為1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 400 r/min，在此條件下微膠囊的包埋率為90.98%。

表1 正交試驗結果分析表

3 結論

以大蒜精油為芯材，殼聚糖和羧甲基纖維素鈉為復合壁材，探討了乳化-固化法制備大蒜精油微膠囊的工藝流程，運用光學顯微鏡確定大蒜精油微膠囊的基本形態，加成法測定包埋率，確定出大大蒜精油微膠囊制備的最佳工藝為：復合壁材料比1.6∶1，壁芯比2∶1，戊二醛1.5 mL，pH為4.5，攪拌速度為1 400 r/min。通過該工藝制備的大蒜精油微膠囊顯微形態呈圓形，粒徑均勻呈分散狀態，包埋率達到90.98%。