石燕，李倩，李如一，涂宗財(cái)，2，王輝，李德俊，邱星

1(南昌大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌大學(xué)食品學(xué)院，江西南昌，330047)

2(江西師范大學(xué)功能有機(jī)小分子教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西南昌，330022)

草魚(yú)在我國(guó)分布廣泛，為四大家魚(yú)之一，年消費(fèi)量高達(dá)200萬(wàn)t［1］。在草魚(yú)的加工過(guò)程中，魚(yú)內(nèi)臟作為下腳料而被浪費(fèi)。研究發(fā)現(xiàn)，以草魚(yú)內(nèi)臟為原料提取的魚(yú)油中不飽和脂肪酸含量高達(dá)60%，主要為油酸和亞油酸，還含有少量的二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、花生四烯酸(AA)［2］。也正是由于魚(yú)油中含有的多不飽和脂肪酸，使其具有一定功能性質(zhì)，如亞油酸具有軟化心腦血管、降脂降壓、促進(jìn)新陳代謝、減緩衰老等作用［3］;油酸同樣具有降低膽固醇的功效［4］;AA具有改善視力和記憶力、調(diào)節(jié)血脂和血糖、預(yù)防心腦血管疾病等作用［5］;DHA和EPA具有抗炎、防治心腦血管疾病、促進(jìn)神經(jīng)系統(tǒng)和視覺(jué)系統(tǒng)的發(fā)育等作用［6］。

魚(yú)油中含有的多不飽和脂肪酸使魚(yú)油具有功能性，但也因多不飽和脂肪酸的存在使得魚(yú)油極不穩(wěn)定，容易發(fā)生氧化而喪失其生理功能。微膠囊化技術(shù)可將魚(yú)油與外界保持隔絕從而控制其氧化，延長(zhǎng)魚(yú)油儲(chǔ)存期，并且還可掩蓋魚(yú)油本身的不良?xì)馕叮?-8］。目前，對(duì)淡水魚(yú)油進(jìn)行微膠囊化的研究較少，王芳等［9］以阿拉伯膠和明膠分別與酪蛋白復(fù)配制備的淡水魚(yú)油微膠囊，其包埋率為87%，但未對(duì)儲(chǔ)藏期進(jìn)行研究。辛烯基琥珀酸淀粉酯是目前在食品微膠囊中使用較為廣泛的壁材，主要是因其具有優(yōu)良的成膜性和乳化性，以及優(yōu)于傳統(tǒng)微膠囊壁材的特性［10］。因此，本文選用自制辛烯基琥珀酸淀粉酯分別與阿拉伯膠、玉米糖漿復(fù)配包埋從草魚(yú)內(nèi)臟中提取的魚(yú)油，選出最佳配方;以過(guò)氧化值為基礎(chǔ)，根據(jù)氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊的貨架期;分析微膠囊化前后魚(yú)油及儲(chǔ)藏前后魚(yú)油微膠囊功能性脂肪酸含量的變化。以此為依據(jù)制備出包埋率高，穩(wěn)定性好、能保持魚(yú)油功能特性的魚(yú)油微膠囊產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辛烯基琥珀酸淀粉酯、魚(yú)油(草魚(yú)內(nèi)臟提取)，實(shí)驗(yàn)室自制;阿拉伯膠，天津?yàn)I海捷成專類化工有限公司;玉米糖漿，江西金穗豐糖業(yè)有限公司;以上材料均為食品級(jí)，其他化學(xué)試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Quanta200F環(huán)境掃描顯微鏡，美國(guó) FEI公司;Nicomp 380 ZLS，美國(guó)PPS公司;6890N型氣相色譜儀(配FID檢測(cè)器)，美國(guó)安捷倫公司;MDR.P-5型離心壓力噴霧干燥機(jī)，錫山市現(xiàn)代噴霧干燥機(jī)廠;SRH1000-70型高壓均質(zhì)機(jī)，上海東華均質(zhì)機(jī)有限公司;V-1001旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，上海愛(ài)郎儀器有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 魚(yú)油微膠囊的制備

以淡水魚(yú)油為芯材，以辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSA)分別與阿拉伯膠(GA)、玉米糖漿(CS)復(fù)配為微膠囊壁材。根據(jù)配方(表1)，通過(guò)噴霧干燥技術(shù)對(duì)魚(yú)油進(jìn)行包埋。

表1 淡水魚(yú)油微膠囊基本配方Table 1 Basic formulation for the microencapsulation of freshwater fish oil

1.3.2 魚(yú)油微膠囊表面油及包埋率的測(cè)定［11］

1.3.2.1 魚(yú)油微膠囊表面油含量測(cè)定

稱取5 g(m)魚(yú)油微膠囊，用30 mL石油醚在輕微振蕩下準(zhǔn)確浸提2 min，過(guò)濾。用5 mL石油醚洗滌濾渣，過(guò)濾，將濾液全部轉(zhuǎn)移至已恒重的圓底燒瓶(m1)中，旋轉(zhuǎn)蒸干石油醚，105℃烘干至恒重(m2)。

1.3.2.2 魚(yú)油微膠囊總油含量的測(cè)定

用堿性乙醚提取法測(cè)定魚(yú)油微膠囊的含油量。

1.3.2.3 魚(yú)油微膠囊包埋率的測(cè)定

油脂包埋率是指被包埋的油脂與總油脂之比。

1.3.3 魚(yú)油微膠囊粒徑及微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定

1.3.3.1 微膠囊粒徑測(cè)定

稱取適量的魚(yú)油微膠囊于溫水中均勻分散，制成復(fù)原乳狀液，稀釋至一定的倍數(shù)后，用激光納米粒度儀測(cè)定復(fù)原乳狀液的粒徑［12］。

1.3.3.2 微膠囊微觀結(jié)構(gòu)測(cè)定

將魚(yú)油微膠囊粉末置于環(huán)境掃描電鏡樣品臺(tái)上，吹去多余粉末，觀察不同壁材制備的魚(yú)油微膠囊微觀結(jié)構(gòu)［13］。

1.3.4 魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊的貯藏穩(wěn)定性及貨架期預(yù)測(cè)

將魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊置于60℃烘箱中進(jìn)行加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)，每隔48 h取一次樣品測(cè)定其過(guò)氧化值(POV)。觀察魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊POV的變化，采用氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊的貨架期。

1.3.5 脂肪酸含量測(cè)定［14-15］

采用氣相色譜法分析微膠囊化前后魚(yú)油及儲(chǔ)藏后魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊的脂肪酸含量變化。

樣品甲酯化:樣品2 mg，加入1.5 mL正己烷、40 μL乙酸甲酯、100 μL 0.5 mol/L甲醇鈉甲醇溶液，振蕩2 min，在室溫下反應(yīng)20 min，冰箱冷凍10 min，取出加入草酸60μL，離心去沉淀，此濾液用于氣相分析。

色譜條件:CP-Sil88熔融石英毛細(xì)管柱(100 m×0.25 mm，0.25μm);載氣:氫氣，燃燒氣:氫氣、氮?dú)夂涂諝?。FID溫度250℃，進(jìn)樣口溫度250℃，進(jìn)樣量1μL，不分流進(jìn)樣。起始溫度45℃，保持4 min，然后以13℃/min的升溫速至175℃，保持27 min;再以4℃/min的升溫至215℃，保持35 min。用面積歸一化法確定脂肪酸的百分含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 魚(yú)油微膠囊表面油及包埋率分析

2種配方制備的淡水魚(yú)油微膠囊產(chǎn)品的表面油、總油及包埋率結(jié)果如表2所示。配方2制備的魚(yú)油微膠囊與配方1制備的魚(yú)油微膠囊相比較可知，配方1制備的魚(yú)油微膠囊表面油含量高，包埋率低，這是因?yàn)榘⒗z本身為增稠劑，添加到配方1中使復(fù)合壁材體系乳狀液的黏度增大，在噴霧干燥過(guò)程中乳狀液受到剪切力、壓力等作用，打破了乳狀液原有的穩(wěn)定性，被包裹的魚(yú)油重新溢出，因而造成配方1制備的魚(yú)油微膠囊表面油含量高［16］。然而對(duì)于以配方2制備的魚(yú)油微膠囊，因添加的玉米糖漿黏度比較低，與阿拉伯膠具有相同黏度時(shí)，其固形物含量高水分含量少，有助于在噴霧干燥過(guò)程中迅速成膜［17］，因此，此配方可達(dá)到較高的包埋率。

表2 魚(yú)油微膠囊表面油、總油和包埋率Table 2 Surface oil、total oil、embedding oil of fish oil microcapsules

2.2 魚(yú)油微膠囊粒徑及微觀結(jié)構(gòu)分析

2.2.1 魚(yú)油微膠囊粒徑分析

2種配方制備的魚(yú)油微膠囊的粒度分布如表3所示。對(duì)比2種配方制備的魚(yú)油微膠囊產(chǎn)品復(fù)原乳的粒徑和分散系數(shù)可知，配方2制備的魚(yú)油微膠囊平均粒度較小，而2種配方的粒度分散系數(shù)差異性不大，這說(shuō)明2種配方制備的魚(yú)油微膠囊顆粒大小比較均勻。復(fù)原乳狀液粒徑小，分散系數(shù)小，說(shuō)明其復(fù)原乳狀液的穩(wěn)定性相對(duì)較好，顆粒大小分布均勻，不易黏結(jié)［18］。

表3 魚(yú)油微膠囊粒度分布Table 3 Particle size distribution of fish oil microcapsules

2.2.2 魚(yú)油微膠囊表面微觀結(jié)構(gòu)

采用環(huán)境掃描電鏡對(duì)2種配方魚(yú)油微膠囊進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果如圖1所示。配方2制備的魚(yú)油微膠囊呈圓形，顆粒飽滿，表面光滑;而配方1制備的魚(yú)油微膠囊呈橢圓形，表面粗糙，有明顯的凹痕，并有小顆粒附著物。配方2制備的微膠囊有凹痕可能是由于壁材的快速固化，使得微膠囊很難平整凹痕，便在其表面出現(xiàn)了凹痕［19］;表面有小顆粒附著物可能是微膠囊內(nèi)部的油脂滲出，使得微膠囊表面變黏。

圖1 魚(yú)油微膠囊掃描電鏡圖Fig.1 The SEM photographs of fish oil microcapsules

2.3 魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊的儲(chǔ)藏穩(wěn)定性及貨架期預(yù)測(cè)

2.3.1 魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊儲(chǔ)藏過(guò)程中POV變化

魚(yú)油中富含不飽和脂肪酸，不飽和脂肪酸易氧化，生成氫過(guò)氧化物。氫過(guò)氧化物可迅速分解為二級(jí)產(chǎn)物:醛、酮、醇和碳?xì)浠衔锏?，而這些物質(zhì)使油脂產(chǎn)生哈喇味，最終導(dǎo)致油脂不可食用［20］。圖2為魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊的POV變化趨勢(shì)。從圖2可看出，魚(yú)油初始過(guò)氧化值僅為0.47 meq/kg，而配方1與配方2制備的微膠囊魚(yú)油初始過(guò)氧化值分別為0.53、0.62 meq/kg，魚(yú)油微膠囊化前后POV值分別增加了0.06、0.15 meq/kg，說(shuō)明魚(yú)油并沒(méi)有因?yàn)閲婌F干燥過(guò)程中的高溫作用而氧化加速。微膠囊化前后的魚(yú)油在初始階段過(guò)氧化值的變化都比較緩慢，4 d后魚(yú)油的過(guò)氧化值急劇增加，原因可能是魚(yú)油中存在的VE具有抗氧化作用，對(duì)魚(yú)油的氧化作用起到一定抑制，當(dāng)VE消耗殆盡后，魚(yú)油失去了保護(hù)作用氧化加速［21］。但是微膠囊的魚(yú)油過(guò)氧化值依然增長(zhǎng)緩慢，這是由于微膠囊化淡水魚(yú)油能很好地被壁材致密包埋，并且可以有效地減少魚(yú)油與空氣中的氧氣接觸，進(jìn)而減慢氧化速率，延長(zhǎng)貨架期。

圖2 魚(yú)油及不同壁材魚(yú)油微膠囊POV變化趨勢(shì)Fig.2 The POV trend of fish oil and fish oil microcapsules with different wall materials

2.3.2 魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊氧化動(dòng)力學(xué)研究及貨架期預(yù)測(cè)

分別用零級(jí)反應(yīng) C=C0-kt和一級(jí)反應(yīng) lnC=lnC0-kt對(duì)魚(yú)油及微膠囊化魚(yú)油的過(guò)氧化值進(jìn)行線性回歸擬合［22］，得到線性回歸方程和回歸系數(shù)，結(jié)果如表4所示。

表4 魚(yú)油與魚(yú)油微膠囊回歸方程Table 4 Regression equations of fish oil and fish oil microcapsules

從表4可知，一級(jí)反應(yīng)線性回歸系數(shù)大于零級(jí)反應(yīng)系數(shù)，說(shuō)明一級(jí)反應(yīng)的擬合度高，所以魚(yú)油和魚(yú)油微膠囊的氧化反應(yīng)屬于一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)［22］。根據(jù)上表所得出的一級(jí)反應(yīng)線性回歸方程和Arrhenius經(jīng)驗(yàn)方程，按GB2716-2005油脂過(guò)氧化值不得超過(guò)10 meq/kg的規(guī)定，將10 meq/kg帶入一級(jí)反應(yīng)線性回歸方程中，可以得出60℃條件下的儲(chǔ)藏時(shí)間。再根據(jù)Vant'Hoff經(jīng)驗(yàn)公式:60℃下儲(chǔ)藏1 d相當(dāng)于20℃下儲(chǔ)藏16 d［23］，進(jìn)而得出20℃條件下魚(yú)油、配方1制備的魚(yú)油微膠囊、配方2制備的微膠囊的貨架期分別為127、174、203 d。微膠囊化魚(yú)油具有更長(zhǎng)的貨架期，而在以2種不同壁材制備的魚(yú)油微膠囊中，配方2制備的魚(yú)油微膠囊具有更好的保存效果，可能是因?yàn)榕浞?制備的微膠囊有更加致密的結(jié)構(gòu)，可以更有效地減少魚(yú)油與空氣中的氧氣接觸，這與環(huán)境掃描電鏡所觀察到的結(jié)果相吻合。

2.4 魚(yú)油及魚(yú)油微膠囊脂肪酸含量的變化

采用氣相色譜分析法測(cè)定魚(yú)油、魚(yú)油微膠囊以及在60℃條件下儲(chǔ)藏10 d的魚(yú)油、魚(yú)油微膠囊的脂肪酸含量。結(jié)果如表5所示。

表5 魚(yú)油與魚(yú)油微膠囊儲(chǔ)藏前后功能性脂肪酸含量變化Table 5 The variation of fatty acid content of fish oil and fish oil microcapsules before and after storage

對(duì)比微膠囊化前后魚(yú)油脂肪酸含量發(fā)現(xiàn)，微膠囊化前后魚(yú)油中不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸的相對(duì)含量基本不變，魚(yú)油中的主要功能性成分:亞油酸、α-亞油酸、花生四烯酸、EPA和DHA的相對(duì)含量同樣變化不大。這可能是噴霧干燥形成微膠囊的過(guò)程中，壁材受高溫的作用水分蒸發(fā)，而魚(yú)油在壁材的保護(hù)作用下，受到高溫影響較小，因而有效地阻止了不飽和脂肪酸的氧化［24］。然而將魚(yú)油與魚(yú)油微膠囊在60℃儲(chǔ)藏10 d后，魚(yú)油中脂肪酸含量發(fā)生明顯的變化，魚(yú)油的 SFA增加了 18.92%，MUFA含量減小了1.38%，PUFA減小了17.7%，魚(yú)油已嚴(yán)重酸敗。相比魚(yú)油，2種配方制備的魚(yú)油微膠囊其脂肪酸含量變化相對(duì)較小。但配方1制備的魚(yú)油微膠囊與配方2制備的魚(yú)油微膠囊相比較，配方1制備的魚(yú)油微膠囊60℃儲(chǔ)藏10 d其脂肪酸含量變化相對(duì)較大，γ-亞油酸、α-亞油酸、花生四烯酸、22∶5n-6的含量減小較明顯，尤是多不飽和脂肪酸α-亞油酸，其含量減小了1.7%，然而單不飽和脂肪酸油酸增加了5.18%，這可能是配方1制備的魚(yú)油微膠囊有孔洞，導(dǎo)致儲(chǔ)藏過(guò)程中魚(yú)油氧化，這與微觀結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)藏期的結(jié)果相一致;而配方2制備的魚(yú)油微膠囊脂肪酸含量幾乎無(wú)變化，SFA僅僅增加了1.57%，MUFA含量減小了0.52%，PUFA減小了0.98%，這說(shuō)明配方2制備的魚(yú)油微膠囊結(jié)構(gòu)致密，從而可以更好地防止魚(yú)油的氧化。

3 結(jié)論

2種壁材制備的淡水魚(yú)油微膠囊性質(zhì)和結(jié)構(gòu)的結(jié)果表明:辛烯基琥珀酸淀粉酯與阿拉伯膠(配方1)復(fù)配制備的微膠囊其表面油含量為12.63%，包埋率僅為74.96%，而以辛烯基琥珀酸淀粉酯與玉米糖漿(配方2)復(fù)配制備的微膠囊其表面油含量為3.27%，包埋率可達(dá)93.89%;并且配方2制備的微膠囊其粒徑較小，表面光滑，結(jié)構(gòu)致密，說(shuō)明辛烯基琥珀酸淀粉酯和玉米糖漿是較佳包埋魚(yú)油的壁材。同時(shí)加速儲(chǔ)藏實(shí)驗(yàn)和氧化動(dòng)力學(xué)表明:以配方2制備的魚(yú)油微膠囊貨架期從未微膠囊化魚(yú)油的127 d延長(zhǎng)至203 d，微膠囊化的魚(yú)油60℃儲(chǔ)藏10 d后不飽和脂肪酸含量?jī)H僅減小1.5%，以上都說(shuō)明了配方2制備的魚(yú)油微膠囊包埋率高，儲(chǔ)藏穩(wěn)定性好，可以較好的保護(hù)魚(yú)油功能性質(zhì)成分。

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