飽和水溶液法制備核桃油包合物工藝

紀(jì)俊敏，霍宗娥，趙靜靜，霍旭麗，張振山

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450052)

飽和水溶液法制備核桃油包合物工藝

紀(jì)俊敏，霍宗娥，趙靜靜，霍旭麗，張振山

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450052)

以收率和包合率為指標(biāo)，采用飽和水溶液法制備核桃油-β-環(huán)糊精包合物，通過單因素和正交試驗(yàn)確定優(yōu)化工藝條件，并考察產(chǎn)品氧化穩(wěn)定性和水溶性。結(jié)果表明：最佳制備工藝條件為核桃油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比1∶4、包合時(shí)間4.5h、包合溫度65℃，此條件下包合率達(dá)81.6%、收率達(dá)61.6%；經(jīng)紫外分光光度法檢測(cè)，核桃油-β-環(huán)糊精已形成包合物，核桃油-β-環(huán)糊精包合物可明顯提高核桃油的氧化穩(wěn)定性和水溶性。

正交試驗(yàn)；核桃油；β-環(huán)糊精；包合物

核桃油中含有大量的亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸(含量高達(dá)90%以上)，其中亞麻酸含量達(dá)15.8%[1]。但由于α-亞麻酸含有多個(gè)不飽和鍵，容易被氧化，而且口感不好，所以為了增加α-亞麻酸的穩(wěn)定性，防止氧化損失，除去不良?xì)馕?，而且因核桃油屬油溶性物質(zhì)，難以與水溶性物質(zhì)混溶，難以均勻地添加于食品中，而微膠囊技術(shù)則是解決這一問題的有效途徑。β-環(huán)糊精包合物具超微結(jié)構(gòu)，為碳水化合物，能被人體吸收、利用，進(jìn)入機(jī)體后斷鏈開環(huán)形成直鏈低聚糖，參與代謝，無積蓄作用，無毒。由于包合是一種物理過程，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此客體物質(zhì)仍保持原有性質(zhì)和作用，而且，由于客體分子存在于環(huán)糊精空腔內(nèi)，從而減少它與外界環(huán)境的接觸，提高其穩(wěn)定性[2-8]。常用的制備方法有飽和水溶液法、溶液攪拌法、研磨法、冷凍干燥法、噴霧干燥法等。本實(shí)驗(yàn)采用飽和水溶液法制備核桃油β-環(huán)糊精包合物，并用正交試驗(yàn)篩選工藝條件，得出最佳工藝條件，并對(duì)包合物主要理化性質(zhì)進(jìn)行鑒定。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

核桃仁 鄭州市購。

β-環(huán)糊精(藥用級(jí))、石油醚、無水乙醇、硫代硫酸鈉、無水乙醚均為分析純。

BS210S型分析天平(感量0.0001g) 北京塞多利斯天平有限公司；SHZ-D(Ⅲ)水循環(huán)多用真空泵 鞏義市英峪予華儀器廠；84-2型數(shù)顯攪拌恒溫電熱套 浙江余姚工業(yè)儀表工廠；JJ-1增力電磁攪拌器 金壇市醫(yī)療儀器廠；DZF-6050真空干燥箱 上海申賢恒溫設(shè)備廠；TU-1810紫外-可見分光光度計(jì) 北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；小型電動(dòng)粉碎機(jī)、熱風(fēng)干燥箱、索氏抽提器。

1.2 方法

1.2.1 原料預(yù)處理及核桃油的制備工藝流程

核桃→核桃仁→去皮→80℃烘干→粉碎→索氏抽提(溫度控制在60℃左右)→核桃油

1.2.2 核桃油主要理化指標(biāo)測(cè)定

酸價(jià)的測(cè)定采用GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》；過氧化值的測(cè)定采用GB/T 5538—2005《動(dòng)植物油脂：過氧化值測(cè)定》；水分含量的測(cè)定采用GB/T 5009.3—2003《食品中水分的測(cè)定》；折光指數(shù)的測(cè)定采用GB 5527—85《植物油脂檢驗(yàn)：折光指數(shù)》。

1.2.3 核桃油-β-環(huán)糊精包合物的制備

采用飽和水溶液法制備核桃油-β-環(huán)糊精包合物，具體操作過程如下：取一定量的β-環(huán)糊精，加入適量蒸餾水(一般按每克環(huán)糊精溶于25g蒸餾水)[2,4,9-11]，攪拌加熱使其全部溶解，制得飽和溶液，冷卻后，將溶解在少量無水乙醇中的核桃油緩慢滴入已冷卻的β-環(huán)糊精水溶液中，恒溫?cái)嚢枰欢〞r(shí)間，冷卻至室溫，在冰箱0～4℃中靜置24h，析出粒子狀固體，靜置，減壓抽濾，分別用溫蒸餾水和無水乙醇洗滌兩次，于60℃真空干燥，得固體包合物。

1.2.4 包合物包合效果的評(píng)定

通常情況下，采用包合率和收率作為指標(biāo)來考察包合效果[2,6-12]。

1.2.4.1 包合率

精密稱取上述一定質(zhì)量的β-環(huán)糊精包合物，將包合物置索氏提取器中，用石油醚回流提取包合物中的核桃油，回流至餾出液中無核桃油為止，減壓蒸餾除盡石油醚，精密稱重。并按《中國藥典》(2000版)微囊、微球與脂質(zhì)體制劑指導(dǎo)原則計(jì)算包合率和收得率。

1.2.4.2 收率

包合率是考察包合效果的主要指標(biāo)，包合率越高包合效果越好，同時(shí)，包合物收得率在工業(yè)生產(chǎn)上具有經(jīng)濟(jì)意義，所以最終考察兩指標(biāo)的綜合評(píng)分。綜合評(píng)分=收率×0.4＋包合率×0.6。

1.2.5 包合物的鑒定

采用以下幾種方法進(jìn)行鑒定。外觀：考察包合物的感官特性、含水量、密度、滲油情況、溶解度；溶解度法：因難溶性物質(zhì)包合后溶解度增大，通過測(cè)定包合物在不同溫度的水溶液中的溶解度，考察其在水中的溶解性；紫外-可見分光光度法：從紫外可見吸收曲線與吸收峰的位置和高度來判斷核桃油與β-環(huán)糊精是否產(chǎn)生包合作用，形成包合物。

1.2.6 微膠囊貯藏穩(wěn)定性

將膠囊化的核桃油與未微膠囊化的核桃油分別置于60℃培養(yǎng)箱中貯存，定期取樣測(cè)定樣品的過氧化值，比較二者的氧化速率。

過氧化值測(cè)定方法采用 GB/T 5538—2005《動(dòng)植物油脂：過氧化值測(cè)定》測(cè)定。其中膠囊化的核桃油測(cè)定之前先分離出包合物中的核桃油，具體方法如下：精確稱取10g左右產(chǎn)品，加水25mL形成均勻體系，精確移取5mL，加入混合溶劑丙酮-石油醚(1∶1，V/V)反復(fù)提取至下層無色，將提取液合并，以無水硫酸鈉脫水，稱量。

2 結(jié)果與分析

2.1 核桃油主要理化指標(biāo)

經(jīng)測(cè)定，核桃油的主要理化指標(biāo)為酸價(jià)0.38mg KOH/g、過氧化值0.42mmol/kg、水分含量0.19%、折光指數(shù)1.4735。

2.2 單因素試驗(yàn)

2.2.1 包合時(shí)間對(duì)核桃油-β-環(huán)糊精包合物制備的影響

固定核桃油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比為1∶4、包合溫度為60℃，考察包合時(shí)間對(duì)核桃油-β-環(huán)糊精包合物制備的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 包合時(shí)間對(duì)包合率和收率的影響Fig.1 Effect of inclusion time on inclusion complex yield and inclusion efficiency

由圖1可以看出，在一定時(shí)間內(nèi)核桃油-β-環(huán)糊精包合物的包合率和收率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增加，因?yàn)榘线^程實(shí)際上是一個(gè)分子間相互碰撞的過程，適當(dāng)延長(zhǎng)攪拌時(shí)間，可以使包合反應(yīng)進(jìn)行的更完全，但時(shí)間太長(zhǎng)，包合時(shí)間對(duì)結(jié)果影響變小。這可能是因?yàn)楫?dāng)包合物充分形成后，β-環(huán)糊精的空腔已經(jīng)飽和，延長(zhǎng)包合時(shí)間，形成的乳液穩(wěn)定性變差，壁材和油脂發(fā)生分離，使包合率降低；而且時(shí)間過長(zhǎng)，水的蒸發(fā)量增大，油的顏色加深，加速其氧化，會(huì)導(dǎo)致包合率及收率下降。具體的反應(yīng)機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。

2.2.2 包合溫度對(duì)核桃油-β-環(huán)糊精包合物制備的影響固定核桃油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比為1∶4(g/g)、包合時(shí)間為4.5h，考察包合溫度對(duì)核桃油-β-環(huán)糊精包合物制備的影響，結(jié)果如圖2所示。

圖2 包合溫度對(duì)包合率和收率的影響Fig.2 Effect of inclusion temperature on inclusion complex yield and inclusion efficiency

由圖2可知，包合溫度過低，β-環(huán)糊精在水中溶解度較小，不利于包結(jié)絡(luò)合過程，影響包合向產(chǎn)物方向進(jìn)行。隨反應(yīng)溫度的升高，包合率和收率不斷增加，這主要是隨著溫度的升高，分子間運(yùn)動(dòng)加劇，分子間碰撞機(jī)率增加，但溫度太高，則分子間運(yùn)動(dòng)過于激烈，對(duì)形成的包結(jié)物起破壞作用，不利于包結(jié)反應(yīng)進(jìn)行，而且溫度越高，核桃油越容易氧化，其穩(wěn)定性降低。

2.2.3 β-環(huán)糊精的用量對(duì)核桃油-β-環(huán)糊精包合物制備的影響

固定包合時(shí)間為4.5h、包合溫度為60℃，考察β-環(huán)糊精的用量對(duì)核桃油-β-環(huán)糊精包合物制備的影響，結(jié)果如圖3所示。

圖3 β-環(huán)糊精用量對(duì)包合率和收率的影響Fig.3 Effect of ratio of walnut oil toβ-CD on inclusion complex yield and inclusion efficiency

由圖3可以看出，當(dāng)β-環(huán)糊精與核桃油的質(zhì)量比大于2∶1時(shí)，包合率的變化不是很大，當(dāng)β-環(huán)糊精與核桃油的質(zhì)量比達(dá)到3∶1時(shí)，收率達(dá)到最大值，而且隨著比例的繼續(xù)增大，收率出現(xiàn)了下降的趨勢(shì)。

2.3 包合工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)

根據(jù)單一因素結(jié)果，選擇合理的參數(shù)范圍，采用L9(33)正交試驗(yàn)優(yōu)化包合配方。3因素分別為包合時(shí)間、包合溫度、核桃油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比，通過極差分析，得到較適宜的包合工藝。

表1 L9(33)包合工藝優(yōu)化正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果Table 1 L9(33) orthogonal array design and corresponding experimental results

由表1可以看出，在轉(zhuǎn)速恒定時(shí)影響包合率的包合條件中各因素主次為包合時(shí)間＞包合溫度＞核桃油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比，最好的因素水平組合為A2B3C3，即包合時(shí)間4.5h、包合溫度65℃、核桃油與β-環(huán)糊精質(zhì)量比1∶4。

按上述最佳工藝條件進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。精密稱取β-環(huán)糊精40g，加適量蒸餾水，水浴加熱使溶解，再降至65℃，不斷攪拌，在攪拌條件下，將10g核桃油慢慢加入β-環(huán)糊精水溶液中，繼續(xù)攪拌包合4.5h，冷卻，置冰箱中冷藏24h，濾過，包合物于低溫干燥。包合物的平均收得率為61.6%、包合率為81.6%。兩項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于正交設(shè)計(jì)中的最大值。

2.4 包合物的品質(zhì)特性研究

2.4.1 產(chǎn)品感官評(píng)定和物理性質(zhì)檢測(cè)[13]

核桃油中不飽和脂肪酸含量較高，易發(fā)生氧化，采用環(huán)糊精包合技術(shù)對(duì)核桃油進(jìn)行包合，使核桃油分子進(jìn)入環(huán)糊精空腔并形成水溶性包合物，從而減少它與外界環(huán)境的接觸，可以提高核桃油穩(wěn)定性。對(duì)包合前與包合后核桃油的理化性能進(jìn)行研究。包合前，核桃油為淺黃色，無異味。包合后產(chǎn)品感官評(píng)定和物理性質(zhì)檢測(cè)結(jié)果為：產(chǎn)品潔白細(xì)膩，有淡淡的油香味、無不良?xì)馕?、無異味；含水量1.47%(＜5%)；密度0.42g/mL；無滲油現(xiàn)象；熱水沖調(diào)溶解性良好，涼水沖調(diào)攪拌后溶解性良好。

2.4.2 溶解度法分析

分別在20、40、60、80、100℃條件下用水溶解包合物，并繪制溶解度曲線，結(jié)果如圖4所示。

圖4 包合物溶解度隨溫度的變化Fig.4 Solubility vs. temperature curve of the inclusion complex

由圖4可以看出，包合后的核桃油水溶性有了明顯提高，而且熱水沖調(diào)溶解性更好，可以很好地添加到水溶性食品如奶粉中，沖調(diào)飲用。

2.4.3 紫外光譜鑒定

分別將β-環(huán)糊精(β-CD)、包合物、β-環(huán)糊精與核桃油的混合液和核桃油分別用蒸餾水、蒸餾水、蒸餾水-無水乙醚、無水乙醚配成溶液，在200～800nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行紫外光譜掃描。結(jié)果β-CD無紫外吸收，故β-CD對(duì)核桃油包合物的測(cè)定無干擾。核桃油和包合物的紫外掃描圖譜一致，最大吸收峰在波長(zhǎng)234nm處，該峰為共軛二烯的特征吸收峰。因此包合物無化學(xué)鍵存在，僅為物理包合作用[14]。

圖5 紫外光譜掃描曲線Fig.5 UV-Vis scanning spectra ofβ-cyclodextrin, walnut oil, and their inclusion complex and physical mixture

2.5 微膠囊化核桃油貯藏穩(wěn)定性

將核桃油微膠囊與未經(jīng)微膠囊化處理的核桃油在60℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行加速氧化實(shí)驗(yàn)，定期取樣測(cè)定油脂的過氧化值，比較二者的氧化速率，結(jié)果如圖6所示(對(duì)于包合物，先游離出包合在其中的核桃油，再測(cè)定其過氧化值)[15]。

圖6 核桃油加速氧化變化曲線Fig.6 Accelerated oxidation curves of walnut oil and its inclusion complex

由圖6可見，油和微膠囊置于60℃環(huán)境中在初始階段過氧化值的變化都比較緩慢，但3h之后，未微膠囊化的核桃油過氧化值急速增加，而核桃油微膠囊的過氧化值增加速度還是比較緩慢。分析其原因，可能是未微膠囊化的核桃油中含有一定量的VE，在初始階段，由于VE的抗氧化作用，使得核桃油氧化比較慢，當(dāng)VE被氧化后，油脂失去了保護(hù)作用，氧化速度急劇增加。而核桃油微膠囊處于壁材膜的保護(hù)之下，油脂的氧化速度與氧氣透過壁材的速度有關(guān)，致密的微膠囊壁材結(jié)構(gòu)能有效地阻止氧氣的滲透，所以微膠囊化處理可顯著地延長(zhǎng)油脂的保質(zhì)期。

3 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)采用飽和溶液法對(duì)核桃油進(jìn)行包合，該法操作溫度低、設(shè)備簡(jiǎn)單。單因素和正交試驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)飽合水溶液法制備核桃油β-環(huán)糊精包合物的工藝條件進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)主要因素進(jìn)行分析，結(jié)果表明：β-環(huán)糊精與核桃油質(zhì)量比4∶1、包合時(shí)間4.5h、包合溫度65℃能夠取得很好的包合效果，且核桃油的利用率較高。

采用紫外光譜法對(duì)核桃油-β-環(huán)糊精包合物、β-環(huán)糊精、核桃油樣品及兩者物理混合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)果表示包合物結(jié)構(gòu)與混合物相比發(fā)生了顯著變化，在吸收峰的位置和強(qiáng)度上均有顯著不同。表明核桃油與β-環(huán)糊精產(chǎn)生了包合反應(yīng)，形成了包合物。核桃油-β-環(huán)糊精包合物潔白細(xì)膩，有淡淡的油香味、無不良?xì)馕?、無異味。包合后，核桃油由脂溶性變?yōu)樗苄?，且無滲油情況。

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Preparation of Cyclodextrin Inclusion Complex of Walnut Oil by Saturated Aqueous Solution Method

JI Jun-min，HUO Zong-e，ZHAO Jing-jing，HUO Xu-li，ZHANG Zhen-shan
(College of Food Science and Technology, Henan University of Technology, Zhengzhou 450052, China)

Walnut oil was encapsulated with β-cyclodextrin by saturated water solution. Based on a comprehensive evaluation of inclusion complex yield and inclusion efficiency, the optimal inclusion conditions were determined by one-factor-at-a-time and orthogonal array design methods to be∶ ratio of walnut oil and β-CD 1∶4 (g/g), inclusion time 4.5 h, and inclusion temperature 65 ℃, under which, the inclusion efficiency was 81.6% and the inclusion complex yield 61.6%. UV spectrometric determination demonstrated the successful inclusion of walnut oil. The inclusion complex was a white powder-like solid and its solubility increased with increasing temperature. The storage stability of walnut oil was improved significantly after inclusion.

orthogonal array design；walnut oil；β-cyclodextrin；inclusion complex

TS201.1

A

1002-6630(2011)14-0052-04

2010-08-29

紀(jì)俊敏(1977—)，女，講師，碩士，研究方向?yàn)橛椭爸参锏鞍?。E-mail：jjm77@haut.edu.cn