淡水魚油微膠囊的制備及其儲藏穩(wěn)定性*

石燕，李倩，李如一，涂宗財，2，王輝，李德俊，邱星

1(南昌大學食品科學與技術國家重點實驗室，南昌大學食品學院，江西南昌，330047)

2(江西師范大學功能有機小分子教育部重點實驗室，江西南昌，330022)

草魚在我國分布廣泛，為四大家魚之一，年消費量高達200萬t［1］。在草魚的加工過程中，魚內(nèi)臟作為下腳料而被浪費。研究發(fā)現(xiàn)，以草魚內(nèi)臟為原料提取的魚油中不飽和脂肪酸含量高達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、促進神經(jīng)系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)的發(fā)育等作用［6］。

魚油中含有的多不飽和脂肪酸使魚油具有功能性，但也因多不飽和脂肪酸的存在使得魚油極不穩(wěn)定，容易發(fā)生氧化而喪失其生理功能。微膠囊化技術可將魚油與外界保持隔絕從而控制其氧化，延長魚油儲存期，并且還可掩蓋魚油本身的不良氣味［7-8］。目前，對淡水魚油進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配制備的淡水魚油微膠囊，其包埋率為87%，但未對儲藏期進行研究。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、玉米糖漿復配包埋從草魚內(nèi)臟中提取的魚油，選出最佳配方;以過氧化值為基礎，根據(jù)氧化反應動力學預測魚油及魚油微膠囊的貨架期;分析微膠囊化前后魚油及儲藏前后魚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、能保持魚油功能特性的魚油微膠囊產(chǎn)品。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

辛烯基琥珀酸淀粉酯、魚油(草魚內(nèi)臟提取)，實驗室自制;阿拉伯膠，天津濱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，其他化學試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

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

1.3 實驗方法

1.3.1 魚油微膠囊的制備

以淡水魚油為芯材，以辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSA)分別與阿拉伯膠(GA)、玉米糖漿(CS)復配為微膠囊壁材。根據(jù)配方(表1)，通過噴霧干燥技術對魚油進行包埋。

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

1.3.2 魚油微膠囊表面油及包埋率的測定［11］

1.3.2.1 魚油微膠囊表面油含量測定

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

1.3.2.2 魚油微膠囊總油含量的測定

用堿性乙醚提取法測定魚油微膠囊的含油量。

1.3.2.3 魚油微膠囊包埋率的測定

油脂包埋率是指被包埋的油脂與總油脂之比。

1.3.3 魚油微膠囊粒徑及微觀結構測定

1.3.3.1 微膠囊粒徑測定

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

1.3.3.2 微膠囊微觀結構測定

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

1.3.4 魚油及魚油微膠囊的貯藏穩(wěn)定性及貨架期預測

將魚油及魚油微膠囊置于60℃烘箱中進行加速儲藏實驗，每隔48 h取一次樣品測定其過氧化值(POV)。觀察魚油及魚油微膠囊POV的變化，采用氧化反應動力學預測魚油及魚油微膠囊的貨架期。

1.3.5 脂肪酸含量測定［14-15］

采用氣相色譜法分析微膠囊化前后魚油及儲藏后魚油及魚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熔融石英毛細管柱(100 m×0.25 mm，0.25μm);載氣:氫氣，燃燒氣:氫氣、氮氣和空氣。FID溫度250℃，進樣口溫度250℃，進樣量1μL，不分流進樣。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 結果與討論

2.1 魚油微膠囊表面油及包埋率分析

2種配方制備的淡水魚油微膠囊產(chǎn)品的表面油、總油及包埋率結果如表2所示。配方2制備的魚油微膠囊與配方1制備的魚油微膠囊相比較可知，配方1制備的魚油微膠囊表面油含量高，包埋率低，這是因為阿拉伯膠本身為增稠劑，添加到配方1中使復合壁材體系乳狀液的黏度增大，在噴霧干燥過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，被包裹的魚油重新溢出，因而造成配方1制備的魚油微膠囊表面油含量高［16］。然而對于以配方2制備的魚油微膠囊，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，其固形物含量高水分含量少，有助于在噴霧干燥過程中迅速成膜［17］，因此，此配方可達到較高的包埋率。

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

2.2 魚油微膠囊粒徑及微觀結構分析

2.2.1 魚油微膠囊粒徑分析

2種配方制備的魚油微膠囊的粒度分布如表3所示。對比2種配方制備的魚油微膠囊產(chǎn)品復原乳的粒徑和分散系數(shù)可知，配方2制備的魚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，這說明2種配方制備的魚油微膠囊顆粒大小比較均勻。復原乳狀液粒徑小，分散系數(shù)小，說明其復原乳狀液的穩(wěn)定性相對較好，顆粒大小分布均勻，不易黏結［18］。

表3 魚油微膠囊粒度分布Table 3 Particle size distribution of fish oil microcapsules

2.2.2 魚油微膠囊表面微觀結構

采用環(huán)境掃描電鏡對2種配方魚油微膠囊進行微觀結構分析，結果如圖1所示。配方2制備的魚油微膠囊呈圓形，顆粒飽滿，表面光滑;而配方1制備的魚油微膠囊呈橢圓形，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 魚油微膠囊掃描電鏡圖Fig.1 The SEM photographs of fish oil microcapsules

2.3 魚油及魚油微膠囊的儲藏穩(wěn)定性及貨架期預測

2.3.1 魚油及魚油微膠囊儲藏過程中POV變化

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

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

2.3.2 魚油及魚油微膠囊氧化動力學研究及貨架期預測

分別用零級反應 C=C0-kt和一級反應 lnC=lnC0-kt對魚油及微膠囊化魚油的過氧化值進行線性回歸擬合［22］，得到線性回歸方程和回歸系數(shù)，結果如表4所示。

表4 魚油與魚油微膠囊回歸方程Table 4 Regression equations of fish oil and fish oil microcapsules

從表4可知，一級反應線性回歸系數(shù)大于零級反應系數(shù)，說明一級反應的擬合度高，所以魚油和魚油微膠囊的氧化反應屬于一級反應動力學［22］。根據(jù)上表所得出的一級反應線性回歸方程和Arrhenius經(jīng)驗方程，按GB2716-2005油脂過氧化值不得超過10 meq/kg的規(guī)定，將10 meq/kg帶入一級反應線性回歸方程中，可以得出60℃條件下的儲藏時間。再根據(jù)Vant'Hoff經(jīng)驗公式:60℃下儲藏1 d相當于20℃下儲藏16 d［23］，進而得出20℃條件下魚油、配方1制備的魚油微膠囊、配方2制備的微膠囊的貨架期分別為127、174、203 d。微膠囊化魚油具有更長的貨架期，而在以2種不同壁材制備的魚油微膠囊中，配方2制備的魚油微膠囊具有更好的保存效果，可能是因為配方2制備的微膠囊有更加致密的結構，可以更有效地減少魚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果相吻合。

2.4 魚油及魚油微膠囊脂肪酸含量的變化

采用氣相色譜分析法測定魚油、魚油微膠囊以及在60℃條件下儲藏10 d的魚油、魚油微膠囊的脂肪酸含量。結果如表5所示。

表5 魚油與魚油微膠囊儲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

對比微膠囊化前后魚油脂肪酸含量發(fā)現(xiàn)，微膠囊化前后魚油中不飽和脂肪酸和飽和脂肪酸的相對含量基本不變，魚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的相對含量同樣變化不大。這可能是噴霧干燥形成微膠囊的過程中，壁材受高溫的作用水分蒸發(fā)，而魚油在壁材的保護作用下，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］。然而將魚油與魚油微膠囊在60℃儲藏10 d后，魚油中脂肪酸含量發(fā)生明顯的變化，魚油的 SFA增加了 18.92%，MUFA含量減小了1.38%，PUFA減小了17.7%，魚油已嚴重酸敗。相比魚油，2種配方制備的魚油微膠囊其脂肪酸含量變化相對較小。但配方1制備的魚油微膠囊與配方2制備的魚油微膠囊相比較，配方1制備的魚油微膠囊60℃儲藏10 d其脂肪酸含量變化相對較大，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制備的魚油微膠囊有孔洞，導致儲藏過程中魚油氧化，這與微觀結構和儲藏期的結果相一致;而配方2制備的魚油微膠囊脂肪酸含量幾乎無變化，SFA僅僅增加了1.57%，MUFA含量減小了0.52%，PUFA減小了0.98%，這說明配方2制備的魚油微膠囊結構致密，從而可以更好地防止魚油的氧化。

3 結論

2種壁材制備的淡水魚油微膠囊性質(zhì)和結構的結果表明:辛烯基琥珀酸淀粉酯與阿拉伯膠(配方1)復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)復配制備的微膠囊其表面油含量為3.27%，包埋率可達93.89%;并且配方2制備的微膠囊其粒徑較小，表面光滑，結構致密，說明辛烯基琥珀酸淀粉酯和玉米糖漿是較佳包埋魚油的壁材。同時加速儲藏實驗和氧化動力學表明:以配方2制備的魚油微膠囊貨架期從未微膠囊化魚油的127 d延長至203 d，微膠囊化的魚油60℃儲藏10 d后不飽和脂肪酸含量僅僅減小1.5%，以上都說明了配方2制備的魚油微膠囊包埋率高，儲藏穩(wěn)定性好，可以較好的保護魚油功能性質(zhì)成分。

［1］ 劉佳.我國淡水魚產(chǎn)量將會持續(xù)增長［J］.農(nóng)業(yè)知識:科學養(yǎng)殖，2014(5):14-14.

［2］ 孫炳新，蘇陽，郝婷婷，等.提取條件對草魚魚油特性的影響及其脂肪酸組成分析［J］.食品工業(yè)科技，2013，34(5):100-104.

［3］ Mena J，Manosalva C，Ramirez R，et al.Linoleic acid increases adhesion，chemotaxis，granule release，intracellu-lar calcium mobilisation，MAPK phosphorylation and gene expression in bovine neutrophils［J］.Veterinary Immunology and Immunopathology，2013，151(3):275-284.

［4］ Crocker G H，Jones J H.Effects of oleic acid-induced lung injury on oxygen transport and aerobic capacity［J］.Respiratory Physiology＆ Neurobiology，2014，196:43-49.

［5］ 施東魁，胡春梅.花生四烯酸的主要作用及提取方法［J］.中國中藥雜志，2007，32(11):1 009-1 011.

［6］ WANG C，Harris W S，CHUNG M，et al.n-3 Fatty acids from fish or fish-oil supplements，but not α-linolenic acid，benefit cardiovascular disease outcomes in primary-and secondary-prevention studies:a systematic review［J］.The A-merican Journal of Clinical Nutrition，2006，84(1):5-17.

［7］ Drusch S，Mannino S.Patent-based review on industrial approaches for the microcapsules of oils rich in polyunsaturated fatty acids［J］.Trends in Food Science ＆ Technology，2009，20(6):237-244.

［8］ Augustin M A，Sanguansri L.Food Materials Science［M］.New York:Springer，2008:577-601.

［9］ 王芳.淡水魚魚油的制備及微膠囊化研究［D］.武漢:華中農(nóng)業(yè)大學，2009.

［10］ 楊佳，侯占群，賀文浩，等.微膠囊壁材的分類及其性質(zhì)比較［J］.食品與發(fā)酵工業(yè)，2009，35(5):122-127.

［11］ 高媛媛，鄭為完，楊婧，等.以雪蓮果汁為壁材制備月見草油微膠囊粉末［J］.食品科學，2011，32(16):136-140.

［12］ Sarkar S，Singhal RS.Esterification of guar gum hydrolysate and gum Arabic with in-octenyl succinic anhydride and oleic acid and its evaluation as wall material in microencapsulation［J］.Carbohydrate Polymers，2011，86(4):1 723-1 731.

［13］ RUAN Hui，CHEN Qi-he，F(xiàn)U Ming-liang，et al.Preparation and properties of octenyl succinic anhydride modified potato starch［J］.Food Chemistry，2009，114(1):81-86.

［14］ 涂宗財，張朋，王輝，等.草魚魚油鉀法提取及其脂肪酸組成分析［J］.南昌大學學報:理科版，2012，36(4):367-372.

［15］ Bórquez R，Koller W D，Wolf W，et al.A rapid method to determine the oxidation kinetics of n-3 fatty acids in fish oil［J］.LWT-Food Science and Technology，1997，30(5):502-507.

［16］ 俞毅舒，童群義.四種復合壁材對微膠囊大豆油的性能影響［J］.食品工業(yè)科技，2012，33(23):69-72.

［17］ 徐愛國，張燕萍，孫忠偉.淀粉基微膠囊壁材在食品中的應用［J］.糧油食品科技，2003，11(6):20-21.

［18］ Jafari S M，He Y，Bhandari B.Role of powder particle size on the encapsulation efficiency of oils during spray drying［J］.Drying Technology，2007，25(6):1 081-1 089.

［19］ Teixeira M I，Andrade L R，F(xiàn)arina M，et al.Characterization of short chain fatty acid microcapsules produced by spray drying［J］.Materials Science and Engineering:C，2004，24(5):653-658.

［20］ Drusch S，Berg S.Extractable oil in microcapsules prepared by spray-drying:Localisation，determination and impact on oxidative stability［J］.Food Chemistry，2008，109(1):17-24.

［21］ 趙巍.山葡萄籽油的提取及微膠囊化研究［D］.哈爾濱:東北林業(yè)大學，2008.

［22］ 楊曉慧.噴霧干燥制備非全氫化植物油咖啡伴侶粉末油脂的研究［D］.無錫:江南大學，2013.

［23］ 吳雪輝，周薇，李昌寶，等.茶油的氧化穩(wěn)定性研究［J］.中國糧油學報，2008，23(3):96-99.

［24］ Tonon R V，Grosso C R F，Hubinger M D.Influence of emulsion composition and inlet air temperature on the microcapsules of flaxseed oil by spray drying［J］.Food Research International，2011，44(1):282-289.