梁井瑞，李 偉，王 劍，王 飛，王占一，馮曉慧，杜 健*

（棗莊學(xué)院食品科學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）是一種人體必需的多不飽和脂肪酸，具有益智健腦等作用，常作為嬰幼兒配方奶粉和食品添加劑[1-4]。來源于微藻的DHA因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易吸收等優(yōu)點(diǎn)被廣泛利用[5-8]，但易氧化變質(zhì)的特點(diǎn)嚴(yán)重限制了其在食品生產(chǎn)中的應(yīng)用[3,9-10]，常用的解決方式是將DHA以微膠囊包埋的方式添加在產(chǎn)品中，以提高其氧化穩(wěn)定性[11-13]。

微膠囊包埋是利用壁材制成的連續(xù)薄膜將芯材（液滴狀的DHA油脂）包裹成微米到毫米級(jí)微小粒子的過程[14]。微膠囊化技術(shù)較多，主要有復(fù)合凝聚技術(shù)、噴霧技術(shù)、共擠出技術(shù)以及真空冷凍干燥技術(shù)等，技術(shù)的選擇主要取決于壁材與芯材的物理化學(xué)性質(zhì)和微粒尺寸等。另外，一些前沿技術(shù)如微流控技術(shù)和分子包埋技術(shù)也已應(yīng)用于活性物質(zhì)的包埋中[15]。噴霧干燥技術(shù)因成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、易于產(chǎn)業(yè)化的特點(diǎn)而被廣泛采用[16-17]。

噴霧干燥法制備的微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)不僅取決于噴霧干燥工藝，還與乳狀液的穩(wěn)定性緊密相關(guān)[18-19]。DHA乳狀液是一種典型的水包油（O/W）型食品，屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定體系[20-21]。乳狀液穩(wěn)定性與界面張力、油-水界面膜、液滴粒徑和連續(xù)相黏度等密切相關(guān)[22]。微膠囊化過程中壁材的組成、結(jié)構(gòu)和芯材用量（液滴粒徑）等都會(huì)明顯影響乳狀液的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響微膠囊化效率和微膠囊顆粒的理化性質(zhì)及貯存期[16,23]。常用乳狀液穩(wěn)定性的測(cè)定方法有光學(xué)法、電荷分布法、流變法、界面吸附法、微觀結(jié)構(gòu)法和直觀觀察法等。但是流變法、界面吸附法和微觀結(jié)構(gòu)法存在操作復(fù)雜、儀器昂貴或破壞乳狀液原有結(jié)構(gòu)等缺點(diǎn)[24]。本實(shí)驗(yàn)選用DHA微藻油為原料，研究其在微膠囊化過程中乳狀液穩(wěn)定性和影響因素。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

DHA微藻油（DHA質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于38%） 江蘇天凱生物科技有限公司。

辛烯基琥珀酸酯化淀粉（octenyl succinic anhydride modified starch，OSAS）、麥芽糊精（均為食品級(jí)）鄭州成果添加劑有限公司；十二烷基硫酸鈉（sodium dodecyl sulfate，SDS） 上海緒雅實(shí)業(yè)有限公司；重鉻酸鉀、乙醚（均為分析純） 上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；乙醇（分析純） 上海九億化學(xué)試劑有限公司；石油醚（沸程30～60 ℃） 北京長?；S；氨水（分析純） 上?；瘜W(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

DJM50L實(shí)驗(yàn)型膠體磨 上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠；HP-60-60型高壓均質(zhì)機(jī) 上海科學(xué)技術(shù)大學(xué)機(jī)電廠；YC-015實(shí)驗(yàn)型噴霧干燥器 上海雅程儀器設(shè)備有限公司；Lambda 25紫外-可見分光光度計(jì) 美國珀金埃爾默儀器有限公司；DDS-11C電導(dǎo)率儀 上海精科有限公司；DM1000顯微鏡 德國Leica公司；Quanta FEG 250掃描電子顯微鏡 美國FEI公司。

1.3 方法

1.3.1 乳狀液制備

為研究壁材組成對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響，設(shè)定OSAS在壁材中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～100%（以20%為梯度）；為研究壁材組成對(duì)微膠囊性質(zhì)的影響，設(shè)定OSAS在壁材中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～100%（以10%為梯度）；與麥芽糊精進(jìn)行復(fù)配后與水混合。40 ℃水浴攪拌10 min。加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)20% DHA微藻油，在40 ℃水浴中繼續(xù)攪拌5 min后取出。立即將預(yù)乳液倒入膠體磨中研磨2 min后取出，倒入高壓均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行兩步均質(zhì)，壓力分別為30 MPa和5 MPa，均質(zhì)完成后得到乳狀液。

為研究芯材質(zhì)量對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響，以優(yōu)化后的OSAS與麥芽糊精配比進(jìn)行復(fù)配，設(shè)定DHA微藻油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～50%（以10%為梯度），按照上述操作制備乳狀液。

1.3.2 乳狀液穩(wěn)定性的測(cè)定

1.3.2.1 透射光濁度法測(cè)定

在時(shí)間/外力作用下，乳狀液液滴粒徑發(fā)生變化，透光率也會(huì)隨之發(fā)生變化，以此來衡量乳狀液的穩(wěn)定性。采用0.2 mol/L的重鉻酸鉀溶液作為參照，利用紫外-可見分光光度計(jì)在固定波長下，選取已制備的乳狀液，測(cè)定其在時(shí)間/外力作用前后透光率的變化，來確定乳狀液的穩(wěn)定性，乳狀液穩(wěn)定性參數(shù)TESI按公式（1）計(jì)算。

式中：T0為初始乳狀液透光率；T為時(shí)間/外力作用后透光率。

1.3.2.2 電導(dǎo)率法測(cè)定

在25 ℃下，利用電導(dǎo)率儀測(cè)量乳狀液的電導(dǎo)率。乳狀液穩(wěn)定性參數(shù)κESI按公式（2）計(jì)算。

式中：κ0為初始乳狀液的電導(dǎo)率/（S/m）；κ為時(shí)間/外力作用后的電導(dǎo)率/（S/m）。

1.3.2.3 靜置分層法測(cè)定

制備好的乳狀液置于10 mL（V）具塞比色管（高度H）中，放置于25 ℃水浴保溫24 h，在比色管中讀取未分層的乳狀液高度h（體積V’），根據(jù)所得的結(jié)果，則乳狀液穩(wěn)定性參數(shù)hESI按公式（3）計(jì)算。

1.3.3 顯微鏡觀察

將制備好的乳狀液在25 ℃室溫條件下煤油液封保存，每隔一段時(shí)間取一定量樣品，使用0.1 g/100 mL SDS溶液稀釋500 倍體積，顯微鏡放大125 倍觀察乳狀液中液滴的變化情況。乳狀液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生分層、沉降、聚結(jié)、絮凝等失穩(wěn)現(xiàn)象。顯微鏡下可以很明顯地觀察到相應(yīng)的現(xiàn)象。

設(shè)定微膠囊壁材中OSAS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為40%和100%，芯材（DHA微藻油）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。以此配方進(jìn)行乳化和微膠囊化之后，進(jìn)行掃描電子顯微鏡觀察。在掃描電子顯微鏡樣品臺(tái)上貼上一層雙面膠，將少許微膠囊產(chǎn)品撒在雙面膠上，吹去多余的粉末，樣品噴金，加速電壓為15 kV，觀察時(shí)間盡量短，避免電子束造成的微膠囊產(chǎn)品損傷。

1.3.4 微膠囊的制備

選擇OSAS和麥芽糊精形成的復(fù)合材料為壁材，將其按不同比例進(jìn)行乳化，隨后進(jìn)行噴霧干燥包埋DHA微藻油。噴霧干燥過程中控制進(jìn)風(fēng)溫度180 ℃、出風(fēng)溫度（80±5）℃、風(fēng)機(jī)頻率65 Hz。

1.3.5 微膠囊產(chǎn)品的品質(zhì)檢測(cè)

1.3.5.1 微膠囊總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)檢測(cè)

總油質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義為每100 g DHA微膠囊含有的總油脂質(zhì)量。稱取約3 g（m1）DHA微膠囊產(chǎn)品，放置于干燥的三角瓶中，加入20 mL 60 ℃的熱水，使樣品在三角瓶中充分分散，加入氨水2.50 mL，混合均勻，然后依次加入乙醇、石油醚、乙醚各10 mL，振蕩之后，轉(zhuǎn)入分液漏斗中靜置，等待其分層后，收集下層液體，用10 mL石油醚萃取2～3 次，濾液合并，置于恒質(zhì)量的圓底燒瓶（m2）中，45 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，65 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，置于干燥器中冷卻，稱質(zhì)量（m3）?？傆唾|(zhì)量分?jǐn)?shù)（ωt）計(jì)算如公式（4）所示。

1.3.5.2 DHA微膠囊表面油的提取

表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義為每100 g DHA微膠囊表面吸附的油脂質(zhì)量。準(zhǔn)確稱取3 g（m1）的DHA微膠囊產(chǎn)品至干燥的三角瓶中，加入30 mL石油醚，室溫振蕩1 min，充分萃取，下層液體再用10 mL石油醚洗滌2～3 次，濾液合并，置于恒質(zhì)量的圓底燒瓶（m2）中，45 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，65 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，置于干燥器中冷卻，稱質(zhì)量（m3）。表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ωs）計(jì)算如公式（5）所示。

1.3.5.3 浸出油的提取

浸出油指在微膠囊化過程中未能包裹完全或貯藏過程中滲漏出的油脂。準(zhǔn)確稱取3 g（m1）的DHA微膠囊產(chǎn)品至干燥的三角瓶中，加入30 mL石油醚，室溫振蕩60 min，充分萃取，下層液體再用10 mL石油醚洗滌2～3 次，濾液合并，置于恒質(zhì)量的圓底燒瓶（m2）中，45 ℃旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去有機(jī)溶劑，65 ℃烘箱中烘至恒質(zhì)量，置于干燥器中冷卻，稱質(zhì)量（m3）。浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)（ωe）計(jì)算如公式（6）所示。

1.3.5.4 微膠囊化產(chǎn)品效果評(píng)價(jià)

通常用微膠囊化效率（包埋率）來評(píng)價(jià)微膠囊化效果，計(jì)算如公式（7）所示。

1.3.6 油脂過氧化值的測(cè)定

1.3.6.1 微膠囊中油脂的提取

準(zhǔn)確稱取10 g微膠囊樣品置于500 mL具塞三角瓶中，加入50 mL蒸餾水，攪拌溶解；加入50 mL乙醇、30 mL乙醚以及30 mL石油醚，振蕩2 min，轉(zhuǎn)入分液漏斗，靜置分層；取下層液體，用20 mL石油醚萃取2 次，合并濾液，轉(zhuǎn)移至已恒質(zhì)量的250 mL圓底燒瓶中；使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀45 ℃下蒸干，即得到微膠囊中的油脂。

1.3.6.2 過氧化值的測(cè)定

參考GB/T 5009.37—2003《食用植物油衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的分析方法》。將破壁提取的油脂（m）置于250 mL碘瓶中，加入30 mL三氯甲烷-冰醋酸（2∶3，V/V）混合液，使得試樣完全溶解；加入1 mL飽和碘化鉀溶液，緊密塞好瓶蓋，輕輕振搖0.5 min，然后在暗處放置3 min；取出后加入100 mL水，搖勻，立即用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液滴定，至淡黃色時(shí)，加1 mL淀粉指示液，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失為終點(diǎn)；在同樣條件下用水和Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液做空白實(shí)驗(yàn)，試樣過氧化值（peroxide value，POV）按式（8）計(jì)算，單位為每千克油脂中含有的過氧化物的質(zhì)量當(dāng)量（meq/kg）。

式中：m為提取的總油脂的質(zhì)量/kg；V1為試樣消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積/mL；V2為試劑空白消耗硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液體積/mL；c為硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的濃度/（mol/L）；0.126 9為與1.00 mL Na2S2O3標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（c（Na2S2O3）＝1.000 mol/L）相當(dāng)?shù)牡獾馁|(zhì)量/g；78.8為換算因子。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2013軟件處理并分析數(shù)據(jù)，以 ±s表示，采用Origin 8.6軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢測(cè)參數(shù)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

2.1.1 稀釋試劑對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

乳狀液原液濃度過高，必須經(jīng)過一定程度的稀釋才能達(dá)到透光測(cè)量的要求。SDS對(duì)乳狀液有靜電排斥作用，有快速穩(wěn)定的效果[25]。為檢驗(yàn)SDS作為稀釋試劑的效果，將制備好的乳狀液（固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%）用0.1 g/100 mL SDS溶液和水分別稀釋500 倍，結(jié)果如圖1所示。

圖1 SDS對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig. 1 Effect of SDS on emulsion stability

乳狀液經(jīng)水稀釋之后，透光率增加明顯，尤其在稀釋的初期（25 min內(nèi)），乳狀液的透光率從28.4%增加到32.4%?？梢?，經(jīng)水稀釋之后，乳狀液穩(wěn)定性明顯下降。而乳狀液經(jīng)0.1 g/100 mL SDS稀釋之后，在一段時(shí)間內(nèi)（60 min）透光率基本維持不變，SDS對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性有非常明顯的提升。這是因?yàn)樵谌闋钜褐?，由于靜電排斥作用的存在，SDS可以迅速“凍結(jié)”乳狀液的粒徑分布[22]。因此，SDS可以作為乳狀液的穩(wěn)定劑，使乳狀液在測(cè)量期間性質(zhì)基本保持不變。

2.1.2 稀釋倍數(shù)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

圖2 稀釋100 倍（A）和500 倍（B）體積乳狀液的透光率Fig. 2 Transmittance of emulsion after dilution by 100 (A) and 500 (B) times

制備好的乳狀液（固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%）用0.1 g/100 mL的SDS溶液分別稀釋100 倍和500 倍，進(jìn)行全波長掃描，檢測(cè)稀釋后乳狀液的透光率。

如圖2所示，乳狀液經(jīng)100 倍稀釋之后，透光率在較低波長處（300～400 nm）的波動(dòng)較為明顯，且在全波長掃描范圍內(nèi)（300～800 nm），透光率都小于3%，說明乳狀液的透光度非常低，無法進(jìn)行測(cè)定。

用0.1 g/100 mL SDS溶液稀釋500 倍之后，乳狀液的透光率得到明顯提升，在650 nm波長處的透光率達(dá)到50%，可以滿足檢測(cè)要求。在全波長掃描范圍內(nèi)，透光率基本沒有波動(dòng)，穩(wěn)定性較高。而且，測(cè)定波長選在550～650 nm之間可以同時(shí)滿足儀器靈敏度要求，后續(xù)測(cè)定乳狀液穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)均選取600 nm波長處進(jìn)行乳狀液透光率的檢測(cè)。

2.1.3 檢測(cè)時(shí)間對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

圖3 乳狀液在制備0（A）、1（B）、2（C）、4（D）、6（E）、12（F）、24 h（G）和36 h（H）時(shí)的顯微鏡圖像（×125）Fig. 3 Microphotographs of emulsion examined at 0 (A), 1 (B), 2 (C),4 (D), 6 (E), 12 (F), 24 (G) and 36 h (H) (× 125)

采用顯微鏡觀察的方法分析檢測(cè)時(shí)間對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響。在乳狀液制備的過程中，微膠囊的配方為：OSAS與麥芽糊精的質(zhì)量比2∶3，DHA微藻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)25%。將以此為配方制備的乳狀液在顯微鏡下放大125 倍，每隔一段時(shí)間進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖3所示。

乳狀液是熱力學(xué)不穩(wěn)定體系，在制備完成之后，乳狀液就開始發(fā)生聚集沉降分層等破壞性變化（圖3A）。在乳狀液制備完成的初期（6 h之內(nèi)），聚集分層進(jìn)行得非常迅速，圖中可見明顯的變化。在制備完成的前2 h之內(nèi)，顯微鏡圖像明顯可見大小不均勻的油滴出現(xiàn)（圖3B、C）。在制備完成的第4小時(shí)，如箭頭所指，顯微鏡下明顯可見小油滴的聚集（圖3D）。在第6小時(shí)仍能觀察到由小油滴到大油滴的聚集現(xiàn)象，但是小油滴的數(shù)量已經(jīng)明顯少于第4小時(shí)時(shí)的（圖3E）。在乳狀液制備的第12小時(shí)，小油滴在顯微鏡視野內(nèi)基本不可見（圖3F）。在第24小時(shí)體系基本到達(dá)分層后的亞穩(wěn)態(tài)（圖3G），24 h之后，乳狀液的變化不明顯（圖3H）。故設(shè)定測(cè)定透光率等的時(shí)間為0 h（乳狀液制備完成）和24 h（分層后的亞穩(wěn)態(tài)時(shí)期），用0、24 h兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的透光率的變化趨勢(shì)來衡量乳狀液的穩(wěn)定性。

2.2 微膠囊配方對(duì)乳狀液穩(wěn)定性影響

2.2.1 壁材對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

壁材的組成和結(jié)構(gòu)決定了微膠囊產(chǎn)品的保護(hù)和控制釋放的效率，選擇最合適的壁材是開發(fā)微膠囊的重要步驟[26]。據(jù)報(bào)道，沒有一種單獨(dú)的材料能夠具備理想壁材的所有特性，復(fù)合壁材能夠明顯提高微膠囊化效率[27]。OSAS是由淀粉鏈上的羥基與烯基琥珀酸酐（octenyl succnic anhydride，OSA）酯化形成的（圖4）。用其進(jìn)行微膠囊化制成的產(chǎn)品安全性高，已經(jīng)廣泛用于美歐和亞太的很多國家。麥芽糊精具有在高固體濃度下黏度低、溶解性高、抗氧化性強(qiáng)、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，也廣泛用作微膠囊化的壁材[28]。

圖4 OSAS結(jié)構(gòu)圖Fig. 4 Chemical structure of octenyl succnic anhydride starch

圖5 復(fù)配壁材組成對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig. 5 Effect of wall material composition on emulsion stability

由圖5可知，在乳狀液穩(wěn)定性的檢測(cè)方法中，透光率的變化與電導(dǎo)率的變化基本一致。隨著OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，穩(wěn)定性參數(shù)呈先下降后再上升的趨勢(shì)。當(dāng)OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%提高到40%時(shí)，透光率從15.0%下降到6.4%，乳狀液穩(wěn)定性得到明顯提升。這是由于在淀粉分子中引入了疏水性的OSA基團(tuán)，使其具有了兩親性，能夠在O/W界面形成較厚的吸附層，從而阻止油滴在乳液中重新聚結(jié)，增加乳化體系的穩(wěn)定性。OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%提高到40%時(shí)，吸附在油-水界面的OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)也相應(yīng)增加，形成的黏彈性的界面膜更穩(wěn)定。另外，OSAS屬于高分子乳化劑，同時(shí)具有乳化和增稠的作用。如Stokes定律所述，乳狀液的分層和沉降速率與乳狀液的黏度成反比，與兩相間的密度差成正比。OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)從20%提高到40%時(shí)，體系黏度增加，乳狀液分層/沉降速率下降，減少了油滴的聚結(jié)，從而使乳狀液的穩(wěn)定性得到提升。

當(dāng)OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高到80%時(shí)，透光率提高至11.6%，乳狀液穩(wěn)定性較初始下降（圖5）。這是由于OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高，未吸附的疏水基團(tuán)與已吸附的基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)，導(dǎo)致絮凝聚結(jié)，繼而沉降分層。在OSAS中，葡萄糖單元上的羥基在水中容易形成氫鍵，這會(huì)造成淀粉分子重新聚集成致密不溶的淀粉分子微晶束，導(dǎo)致沉淀出現(xiàn)。此外，液滴表面覆蓋不緊密，鄰近液滴之間的OSAS鏈也會(huì)發(fā)生搭橋現(xiàn)象，致使沉淀發(fā)生[29]。因此，當(dāng)OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高至一定程度，乳狀液的穩(wěn)定性會(huì)明顯下降。

與透射光濁度法和電導(dǎo)率法不同，靜置分層法測(cè)定hESI一直呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，可能由于方法本身較粗糙所致。由于測(cè)試體系（10 mL）過小，分層界面不清晰，導(dǎo)致測(cè)量誤差較大；而且，乳狀液體系屬高濃度體系，部分壁材不溶，交聯(lián)聚結(jié)分層。當(dāng)OSAS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)提高時(shí)，導(dǎo)致靜置分層體積提高，穩(wěn)定性參數(shù)下降。

圖6 復(fù)配壁材組成對(duì)微膠囊性質(zhì)的影響Fig. 6 Effect of wall material composition on emulsion stability

將上述實(shí)驗(yàn)各乳狀液噴霧干燥后得到的微膠囊的性質(zhì)，如表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)、浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)和微膠囊化效率進(jìn)行檢測(cè)分析，得到壁材和輔材的添加比例對(duì)微膠囊性質(zhì)的影響，如圖6所示。表面油是指附著在微膠囊產(chǎn)品表面的油脂，因?yàn)橐恍┮蛩匚幢话裨谖⒛z囊囊壁內(nèi)。由于在微膠囊表面，這部分油脂完全跟空氣接觸，非常容易氧化，穩(wěn)定性明顯低于原料DHA油，所以，提升微膠囊化效率和降低表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)是微膠囊化的目標(biāo)。另外，微膠囊中可能存在一些缺陷，如空隙、裂縫和破損等因素會(huì)造成油脂滲漏，造成外界的氧氣進(jìn)入微膠囊內(nèi)部，氧化囊內(nèi)的油脂。一般微膠囊的缺陷可以通過量化的浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)來表示，浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)可以通過有機(jī)溶劑浸提有缺陷的微膠囊獲得。

如圖6所示，當(dāng)OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%時(shí)，微膠囊表面油質(zhì)量分?jǐn)?shù)和浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.9%和1.5%，產(chǎn)品性質(zhì)已達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SC/T 3505—2006《魚油微膠囊》）的要求，此時(shí)微膠囊化效率達(dá)到95.1%。隨著OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，微膠囊的表面油、浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)均有所降低，微膠囊化效率不斷增加。當(dāng)OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%時(shí)，微膠囊表面油和浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到最低，分別僅有0.093%和0.32%。當(dāng)OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于80%時(shí)，表面油、浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)略有增加，但仍然能夠滿足SC/T 3505—2006的要求。

圖7 不同壁材組成的DHA微藻油微膠囊化的超微結(jié)構(gòu)Fig. 7 Ultrastructure of microencapsulated DHA-enriched microalgae oil with different wall materials

由圖7可知，微膠囊化后圓形液滴表面形成一層囊膜，最終形成近球形的產(chǎn)品。壁材中OSAS質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40%，即m（OSAS）：m（麥芽糊精）為2∶3時(shí)，微膠囊化后形成的產(chǎn)品表面比較光滑，外觀無明顯的缺陷，包埋效果較好（圖7A）。當(dāng)僅使用OSAS作為壁材時(shí)，微膠囊化產(chǎn)品表面的褶皺均明顯增多，包埋效果變差?？梢?，壁材中OSAS含量明顯影響微膠囊化的包埋效果和微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)。

綜合考慮OSAS和麥芽糊精的比例對(duì)乳狀液體系穩(wěn)定性和微膠囊產(chǎn)品性質(zhì)的影響，以及其成本，將微膠囊配方中壁材基本確定為m（OSAS）∶m（麥芽糊精）為2∶3。

2.2.2 芯材對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響

按m（OSAS）∶m（麥芽糊精）為2∶3，以不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的微藻油為芯材進(jìn)行乳化和噴霧干燥微膠囊化。微藻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響如圖8所示。

圖8 DHA微藻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig. 8 Effect of DHA-enriched oil concentration on the stability of microencapusules

由圖8可知，微藻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)從10%提高至20%時(shí)，透光率穩(wěn)定性參數(shù)從10.2%提高到11.4%，電導(dǎo)率穩(wěn)定性參數(shù)從5.2%提高到6.9%，可見乳狀液穩(wěn)定性變化不明顯。但是微藻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于20%時(shí)，透光率和電導(dǎo)率穩(wěn)定性參數(shù)都明顯提高，體系的穩(wěn)定性急劇下降，可見芯材的質(zhì)量分?jǐn)?shù)極大地影響乳狀液的穩(wěn)定性。這是因?yàn)樵谌榛瘎┖烤S持不變的情況下，乳狀液的總界面面積也會(huì)隨油質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加，造成界面層厚度下降，降低乳狀液的穩(wěn)定性。而且芯材的增加會(huì)加快局部小油滴聚結(jié)，造成乳狀液穩(wěn)定性下降。

圖9 DHA微藻油用量對(duì)微膠囊性質(zhì)的影響Fig. 9 Effect of DHA-enriched oil concentration on properties of microencapusules

微藻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊性質(zhì)的影響如圖9所示，提高芯材的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，會(huì)造成微膠囊的表面油和浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯提高，微膠囊化效率下降。而且，隨著微藻油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，表面油和浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)提升以及微膠囊化效率下降更為明顯。這是由于芯材質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，噴霧干燥后制備的微膠囊壁厚度和致密度會(huì)隨之降低。當(dāng)水分蒸發(fā)，這些水分很容易透過不夠致密的囊壁到達(dá)壁外。而且，囊壁太薄，微膠囊容易干裂，導(dǎo)致芯材外漏，使產(chǎn)品表面油和浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)升高，微膠囊化效率降低。

根據(jù)以上結(jié)果，OSAS和麥芽糊精包埋DHA微藻油體系芯材質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于20%，得到的微膠囊產(chǎn)品可以達(dá)到SC/T 3505—2006的要求。

2.2.3 固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

根據(jù)上述結(jié)果，將壁材中OSAS與麥芽糊精的質(zhì)量比確定為2∶3，芯材（DHA微藻油）質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%。以此條件進(jìn)行乳化和微膠囊化之后，分析固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響，如圖10所示。

圖10 固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)乳狀液穩(wěn)定性的影響Fig. 10 Effect of total solid content on emulsion stability

隨著總固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，透光率與電導(dǎo)率穩(wěn)定性參數(shù)明顯提高，說明乳狀液的穩(wěn)定性下降。這是由于提高了總固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，OSAS相對(duì)用量升高，未吸附的斥水基與已吸附的基團(tuán)發(fā)生交聯(lián)，導(dǎo)致絮凝聚結(jié)，從而發(fā)生沉降分層，明顯降低乳狀液的穩(wěn)定性。

圖11 固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊性質(zhì)的影響Fig. 11 Effect of total solid content on properties of microencapusules

固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)微膠囊性質(zhì)的影響見圖11，當(dāng)固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于30%時(shí)，表面油、浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)及微膠囊化效率變化均較?。坏?dāng)固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于30%時(shí)，表面油、浸出油質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯增加，微膠囊化效率明顯下降。固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)過低，噴霧干燥時(shí)，需要蒸發(fā)掉較多的水分，導(dǎo)致能耗需求較高；適當(dāng)提高固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可以減小芯材的損失，提高微膠囊化油脂的微膠囊化效率。固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加會(huì)造成微膠囊產(chǎn)品顆粒增大、比表面積降低，使得其與光、熱、氧、水分等外界不良因素的直接作用面積減小，從而使得微膠囊的穩(wěn)定性得到提高，但是，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高導(dǎo)致乳狀液黏度過高、流動(dòng)性差，兩相均質(zhì)效果差，物料在未霧化前停滯時(shí)間較長，使得低沸點(diǎn)芯材的損失增加，且容易造成噴霧干燥設(shè)備噴嘴堵塞，微膠囊干燥困難，包埋率下降等問題。故在保證微膠囊生產(chǎn)工藝的情況下，適當(dāng)提高固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)有利于提高微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量。

OSAS乳液是典型的“高濃低黏”流體，噴霧干燥固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)可高達(dá)45%。根據(jù)以上結(jié)果，結(jié)合SC/T 3505—2006要求分析可知，固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于33%得到的微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)可以達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，且DHA含量和微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)較高。

2.3 微膠囊化對(duì)DHA微藻油氧化穩(wěn)定性的影響

表1 微膠囊化前后DHA微藻油的POVTable 1 Peroxide values of DHA-enriched microalgae oil before and after microencapsulation

從表1中可知，經(jīng)過微膠囊化后，DHA微藻油的POV為0.37 meq/kg，略高于微膠囊化前的油脂（0.18 meq/kg）。較低的POV也為延長微膠囊的貨架期提供了一個(gè)有利的先決條件。貯存初期（12 h），所有樣品的POV均有小幅上升，證明其氧化穩(wěn)定性小幅降低，微膠囊化后油脂的POV上升更為明顯。這是由于經(jīng)過微膠囊化之后，未被包埋的表面油脂表面積大幅增加，微膠囊表面油快速氧化，導(dǎo)致其氧化穩(wěn)定性下降[30]。經(jīng)過7 d（168 h）的貯存后，微膠囊化前后POV分別為9.78 meq/kg與3.56 meq/kg，這是由于微膠囊可以有效地防止氧氣的滲透，從而明顯抑制了油脂的氧化?？梢?，DHA微藻油的微膠囊化能夠有效地提高油脂的氧化穩(wěn)定性，延長油脂的貯存期。

3 結(jié) 論

本研究建立了透射光濁度法作為乳狀液穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)體系。采用0.1 g/100 mL SDS溶液將乳狀液稀釋500 倍體積作為穩(wěn)定劑，測(cè)定波長為600 nm，考察乳狀液制備后0 h和24 h透光率變化的差異，以此為依據(jù)可以快速準(zhǔn)確地衡量乳狀液體系的穩(wěn)定性。

本實(shí)驗(yàn)探究了微膠囊配方中壁材、芯材和固形物對(duì)乳狀液穩(wěn)定性和微膠囊性質(zhì)的影響。壁材中選用OSAS和麥芽糊精復(fù)配，在實(shí)驗(yàn)選定的范圍內(nèi)，隨著OSAS在壁材中比例的提高，對(duì)乳狀液的穩(wěn)定性和微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)的影響呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)；DHA微藻油和總固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)過高都會(huì)降低乳狀液的穩(wěn)定性和微膠囊產(chǎn)品品質(zhì)。結(jié)合SC/T 3505—2006規(guī)定，初步確定了DHA微藻油微膠囊化的配方。通過其貯存期內(nèi)氧化穩(wěn)定性的分析發(fā)現(xiàn)，DHA微藻油經(jīng)過微膠囊化后，貯存期穩(wěn)定性能夠得到明顯提高。這一研究對(duì)于簡(jiǎn)單高效地檢測(cè)乳狀液穩(wěn)定性和開發(fā)高質(zhì)量DHA微藻油微膠囊具有一定的指導(dǎo)意義。