茶籽油微膠囊的制備及其產品特性研究

黃進寶 唐 冬 劉香菊 許 陽 宋其斌

(安徽農業大學茶與食品科技學院；食品營養與安全重點實驗室；安徽省農產品加工工程實驗室1，合肥 230036)(安徽農業大學生物技術中心2，合肥 230036)

油茶籽油(Camelliaseed oil)簡稱茶籽油或茶油，是油茶(CamelliaoleiferaAbel.)籽仁中的油脂成分，被譽為“東方橄欖油”。該油脂富含不飽和脂肪酸(高達90%)，油酸質量分數為80%左右[1]，脂肪酸組成合理，較符合“歐米伽膳食”的膳食結構[2]。與此同時，茶籽油還含有多酚、山茶皂甙、角鯊烯、生育酚等多種功能性成分，其健康功效已得到廣泛關注。據報道，茶籽油具有預防心腦血管疾病、增強免疫癌癥、抗腫瘤和抗菌消炎等功效；同時可以吸收放射性物質，有效地抑制因輻射或紫外線誘導的自由基，抑制黑色素和脂質的氧化，防止雀斑的形成和皮膚的老化等[3-5]。

作為一種營養價值較高的功能油脂，茶籽油在食品、保健品、化妝品和藥品領域有廣泛的應用前景。然而，茶籽油存在水合性較差，直接食用或飲用風味不佳，長期貯藏會發生氧化酸敗和功能性成分損失等問題，限制了其在工業生產中的應用。微膠囊化液態油脂能夠保留原料色澤和風味，增加原料的流動性、方便運輸，避免不良因素(如光、氧氣、溫度、濕度)的影響。近年來，許多學者都致力于微膠囊化粉末油脂的工藝優化研究，如沙棘籽油、奇亞籽油、牡丹籽油[6]、核桃油[7]、柚子籽油[8]、余甘子核仁油[9]等新資源油脂。向殷豐等[10]以酪蛋白酸鈉和麥芽糊精為復合壁材，制備了微膠囊化沙棘籽粉末油脂，包埋率可達96%，在高溫加速儲存過程中氧化誘導時間明顯延長。黃雨洋等[11]以響應面優化法獲得了核桃粉末油脂的最佳工藝條件為核桃油質量分數25.03%、大豆分離蛋白質量分數24.88%、卵磷脂添加量1.97%、均質壓力20.12 MPa。常馨月等[12]測定了奇亞籽油微膠囊在貯藏期(65 d)間的過氧化值，對其進行氧化動力學研究并進行產品貨架期預測，結果發現在常溫貯藏條件下(25 ℃)，奇亞籽油微膠囊的貨架期為219 d。

茶籽油微膠囊化粉末油脂研究已有報道[13]，但工藝研究不系統，同時缺乏產品理化性質、穩定性和體外釋放特性方面的探究?；谇捌趶秃媳诓慕M合篩選的研究結果，本研究選用大豆分離蛋白、麥芽糊精和阿拉伯膠為復合壁材，對壁材配方和噴霧干燥工藝條件進行了優化，并系統分析了產品的基本理化特性、氧化穩定性和體外釋放率等指標。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

茶籽油(壓榨一級)、大豆分離蛋白、麥芽糊精、阿拉伯膠、大豆卵磷脂和蔗糖酯，均為食品級。

正己烷、石油醚(60～90 ℃)、三氯乙酸、乙二胺四乙酸二鈉和硫代巴比妥酸等均為分析純；胃蛋白酶(酶活1∶15 000)、脂肪酶(酶活≥3 000)、胰酶、膽酸鹽。

1.2 儀器與設備

85-2恒溫磁力攪拌器，IKAT25德國數顯型分散機，APV-2000型超高壓納米均質機， YC-2000噴霧干燥機，Mastersizer-2000激光粒度儀。

1.3 方法

1.3.1 茶籽油微膠囊制作流程

茶籽油微膠囊的制備流程如圖1所示。

圖1 茶籽油微膠囊制備工藝流程圖

1.3.2 茶籽油微膠囊配方優化單因素及正交實驗1.3.2.1 單因素實驗

茶籽油微膠囊的基本工藝參數：麥芽糊精(MD)/大豆分離蛋白(SPI)/阿拉伯膠(AG)質量比為1∶1.5∶1.5，乳化劑(蔗糖酯：大豆卵磷脂3∶7)添加量為3%，芯材/壁材1∶1.5、乳化液總固形物質量分數20%，噴霧干燥進料速率17 r/min、霧化壓力0.25 MPa、加熱溫度180 ℃。

保持其他因素不變，選擇MD 25%(預實驗確定)，SPI/AG質量比為3∶1、2∶1、1∶1、1∶2和1∶3， 芯材/壁材質量比為2∶1、1.5∶1、1∶1、1∶1.5和1∶2， 乳液固形物質量分數為10%、15%、20%、30%、35%，分別進行單因素實驗，以考察各因素對微膠囊油脂包埋率的影響。

1.3.2.2 正交實驗

在單因素實驗的基礎上，選取SPI/AG質量比、芯材/壁材質量比和乳液固形物質量分數3個實驗因素，以包埋率和微膠囊粒徑分布寬度(Span值)為實驗指標，選用L9(34)正交表安排配方優化正交實驗，表1為配方優化實驗的因素水平表。

表1 茶籽油微膠囊配方優化正交實驗因素水平表

1.3.3 茶籽油微膠囊制備噴霧干燥參數優化

在前期研究基礎上，選取加熱溫度、進料速率和霧化壓力3個因素為考察對象，以包埋率和微膠囊粒徑分布寬度(Span值)為實驗指標，選用L9(34)正交表安排噴霧干燥工藝參數優化正交實驗，表2為參數優化實驗的因素水平表。

表2 茶籽油微膠囊噴霧干燥參數優化正交實驗因素水平表

1.3.4 茶籽油微膠囊包埋率測定1.3.4.1 微膠囊表面含油量測定

微膠囊表面油測定參照葛晞等[14]的方法，準確稱取微膠囊產品2.00 g(精確到0.000 1)，放置于干燥至恒重的錐形瓶中，加入30 mL正己烷輕輕振蕩5 min，過濾后用10 mL正己烷清洗錐形瓶，洗滌2次，進行過濾，將錐形瓶，放置于60 ℃烘箱干燥4 h，冷卻并稱至質量恒定，2次質量之差即為表面油的含量。

1.3.4.2 微膠囊包埋率的計算方法

茶籽油微膠囊包埋率參照劉全亮等[15]的計算方法，計算公式為：

微膠囊包埋率 = [(1-表面油質量分數)/總油質量分數]×100%

1.3.5 茶籽油微膠囊理化性質的測定1.3.5.1 微膠囊流動性的測定

采用休止角法進行評價[16]，稱取微膠囊產品10.00 g倒入漏斗內，使樣品通過漏斗并垂直落于下方平面整潔的長方形塑料制版上，使樣品自然堆積，測量微膠囊粉末堆高度h及粉末堆覆蓋半徑r，按公式求出休止角θ，休止角與流動性成反比，角度越大流動性越好，角度越小流動性越差。

1.3.5.2 微膠囊堆積密度的測定

參照歐陽鴻武等[17]的方法，準確稱取微膠囊10.00 g(精確到0.000 1)，樣品自然落入100 mL量筒內至一定刻度線，記錄體積，對量筒及樣品稱質量，微膠囊堆積密度按公式計算：

1.3.5.3 微膠囊的粒徑測定

取少量微膠囊(顆粒折射率為1.414，吸收率為0.001)，純水作為分散劑(折射率為1.330)，以Mastersizer-2000激光粒度儀測定茶籽油微膠囊的粒徑大小及分布情況。

1.3.6 茶籽油微膠囊氧化穩定性測定1.3.6.1 過氧化值(POV)的測定

過氧化值的測定參考Leila等[18]的方法，并稍作修改，稱取10.00 g油脂和10.00 g茶籽油微膠囊產品，精確到0.000 1 g，同時放置于(60±1)℃烘箱內進行加速氧化實驗。每隔2 d取相當量的油脂進行實驗，取樣品300 μL與1.5 mL異辛烷/異丙醇(3∶1)混勻(10 s，3 次)后，2 000×g離心10 min，取上清液200 μL，與9.6 mL三氯甲烷/甲醇(7∶3)混勻后，加入50 μL 3.97 mol/L硫氰酸氨和50 μL亞鐵離子(0.144 mol/L硫酸亞鐵+0.132 mol/L氯化鋇溶于0.4 mol/L鹽酸)混勻，用Fe3+做標準曲線，波長510 nm處比色測定。

1.3.6.2 硫代巴比妥酸值(TBA)的測定

加速氧化條件下茶籽油微膠囊硫代巴比妥酸值(TBA)的測定，參照GB 5009.181—2016《食品中丙二醛的測定》。

1.3.7 茶籽油微膠囊體外模擬消化釋放特性分析

參考郭陽等[19]的方法，并稍作修改。

1.3.7.1 體外胃液模擬消化

胃模擬消化液的配制：取1.0 g NaCl和3.5 mL 鹽酸加入到500 mL蒸餾水中，加入胃黏蛋白酶5.0 g，用1 mol/LHCl調節pH至2.0，4 ℃貯存備用。

胃液模擬消化釋放測定：取茶籽油微膠囊5.0 g置于胃模擬消化液中，37 ℃培養箱100 r/min振蕩孵育，并分別在孵育后的第20、40、60、80、100、120 min取樣，5 000 r/min離心10 min，加入正己烷萃取樣液中的茶籽油，在231 nm波長處測定樣液吸光值，根據茶籽油質量濃度-吸光值標準曲線，計算茶籽油累積釋放率。

1.3.7.2 體外腸液模擬消化

腸模擬液的配制：取膽鹽187.5 mg、胰酶5.0 g、CaCl211.0 g和NaCl 65.7 g溶于500 mL 磷酸鹽緩沖液(pH 6.8)，4 ℃貯存備用。

腸液模擬消化釋放測定：取茶籽油微膠囊粉末5.0 g置于腸模擬消化液中，37 ℃培養箱100 r/min振蕩孵育，并分別在孵育后的第140、160、180、200、220、240 min，取出樣品后，置于5 000 r/min下離心10 min，加入正己烷萃取樣液中的茶籽油，在231 nm波長處測定樣液吸光值，根據茶籽油質量濃度-吸光值標準曲線，測定累積釋放率。

1.4 數據統計

用IBM SPSS Statistics 22.0和Graphic prism 7.0軟件對數據進行統計分析和作圖，結果以平均值±標準差表示，每組實驗做3個平行，數據進行單因素方差分析和Turkey多重比較，P<0.05和P<0.01分別表示數據差異達到顯著水平和極顯著水平。

2 結果分析

2.1 配方優化單因素實驗結果分析

對茶籽油微膠囊制備過程中的復合壁材比例、芯材與壁材比例以及乳液的固形物質量分數進行了單因素實驗，以考察各單因素對微膠囊包埋率的影響。如圖1所示，在固定復合壁材中麥芽糊精的質量比為25%情況下，微膠囊的包埋率隨著大豆分離蛋白與阿拉伯膠的比例變化而變化，2種壁材原料的比例為1∶1時，微膠囊的包埋率最高。大豆分離蛋白是最常用的蛋白質類壁材，含有親水基團和疏水基團，具有良好的乳化性和凝膠特性。阿拉伯膠是微膠囊制備工藝中使用最廣泛的親水性膠類壁材，具有良好的乳化性和成膜性，易溶于水，黏度低。石燕等[20]研究發現微膠囊制備的噴霧干燥過程中蛋白類壁材易與阿拉伯膠發生共價交聯，使得復合物的乳化活性提高，這與本研究的結果相吻合。

注：SPI 大豆分離蛋白，AG 阿拉伯膠，標有不同小寫字母代表差異顯著(P<0.05)。圖1 微膠囊配方單因素實驗對茶籽油微膠囊包埋率的影響

芯材與壁材的比例對微膠囊產品的制備具有重要意義。芯材含量低，使壁材浪費，導致成本提高；而芯材含量過高，不利于包埋，極易引起芯材的氧化，造成微膠囊在貯藏過程中的氧化變質。由圖1可知，微膠囊包埋率隨著芯材/壁材質量比的升高而升高，在兩者比例達到1∶1.5時趨于穩定。這主要是因為芯材含量減少，壁材含量增加，能夠使壁材在乳化過程中充分乳化，在噴霧干燥過程中能夠形成較好的微膠囊產品，達到良好的包埋效果，不容易使芯材泄漏。本實驗結果表明，芯材/壁材比例為1.0～1.5范圍是比較合適的。

乳化液固形物質量分數也是噴霧干燥法制備油脂微膠囊的重要參數。固形物質量分數過低，微膠囊的包埋率較低，同時噴霧干燥過程的耗能較高；固形物質量分數過高，不利于乳化液的霧化，使得微膠囊產品的水分含量較高，不利于貯藏。由圖1C可知，微膠囊的包埋率在固形物質量分數為20%時達到最高，固形物質量分數在25%而迅速降低。該結果的原因一方面是固形物質量分數過高，微膠囊在噴霧干燥的過程中，微膠囊未得到及時干燥，使微膠囊顆粒褶皺、破殼而導致包埋率較低。另一方面，隨著固形物質量分數的增加，乳化液的黏度較大，在噴霧干燥時噴霧不均勻，導致包埋效果較差。

2.2 配方優化正交實驗結果分析

基于單因素實驗結果，以SPI/AG質量比、芯材/壁材質量比和乳化液固形物質量分數3個變量為考察因素，采用L9(34)正交實驗，以微膠囊包埋率和粒徑分布寬度(Span值)為考察指標，進行茶籽油微膠囊配方優化實驗，結果如表3所示。

表3 茶籽油微膠囊配方正交實驗結果分析(n=3)

正交實驗結果表明，3個實驗因素對微膠囊包埋率影響的主次順序為：SPI/AG比例>固形物質量分數>芯壁比；其中SPI/AG比例和固形物質量分數兩個因素對包埋率分別有極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)的影響，而芯壁比對包埋率影響的差異達不到顯著水平。與此相反，芯壁比對微膠囊分布寬度Span值的影響達到極顯著水平(P<0.01)，而另外兩個因素對Span值則無影響。綜合分析，正交實驗最佳組合是A2B2C2，即SPI/MD為1∶1，芯壁比為1∶1.5，固形物質量分數20%。

2.3 噴霧干燥工藝參數優化正交實驗結果分析

在前期預實驗數據的基礎上，以加熱溫度、進料泵速、霧化壓力3個變量為考察因素，采用L9(34)正交實驗，以微膠囊包埋率和粒徑分布寬度(Span值)為考察指標，同時進行了微膠囊噴霧干燥工藝參數優化，結果如表4所示。

表4 茶籽油微膠囊噴霧干燥工藝正交實驗結果分析

正交實驗結果表明，噴霧干燥工藝參數對包埋率的影響大小為進料泵速>加熱溫度>霧化壓力，方差分析結果表明3個工藝參數對微膠囊包埋率均有顯著影響。同時，工藝參數對微膠囊Span值的影響順序為：進料泵速>霧化壓力>加熱溫度，其中進料泵速和霧化壓力2個參數對微膠囊Span值分別有極顯著(P<0.01)和顯著(P<0.05)的影響。綜合分析，噴霧干燥參數最佳組合是A2B2C2，即噴霧干燥加熱溫度為180 ℃，進料泵速25 r/min,霧化壓力0.025 MPa。在此基礎上，以最優條件進行3次驗證性實驗，包埋率最高達到89.43%。

2.4 茶籽油微膠囊理化性質及穩定性分析

2.4.1 茶籽油微膠囊基本理化指標

茶籽油微膠囊產品為淡黃色粉末、奶香味、組織狀態較松散，其基本理化性質如表5所示。產品含水量為3.50%，較低的含水量有利于微膠囊產品的貯藏；溶解度為84.18%，說明茶籽油微膠囊具有良好的溶解性；茶籽油微膠囊堆積密度和休止角分別為0.28 g/cm3和34.17°，提示茶籽油微膠囊產品流動性較好，顆粒均勻，表面光滑。同時，本研究中茶籽油微膠囊產品的得料率為85.55%，有利于在實際應用中降低成本，提高生產效率。

表5 茶籽油微膠囊的基本指標的分析

2.4.2 微膠囊的粒度分布圖

由圖2a可知，所制備的微膠囊的粒度呈現為正態分布曲線，最小粒度為2.00 μm，最大粒度為56.38 μm，中值粒度為7.32 μm，粒度分布主要集中在3～20 μm之間，分布相對比較集中。圖2掃描電鏡圖表明，茶籽油微膠囊顆粒大小一致，分布比較均勻，外部比較光滑，呈現球狀。

2.4.3 氧化穩定性分析

氧化穩定性是評價油脂微膠囊質量的最重要參數，本研究考察了60 ℃加速氧化條件下茶籽油微膠囊POV值和TBA值的變化(圖3)。由圖3a所示，在加速氧化實驗的起始階段，茶籽油及茶籽油微膠囊的POV值都處于較低水平；隨著時間的推移，茶籽油及茶籽油微膠囊的POV值均緩慢上升。實驗第4 天起，茶籽油的POV值迅速增加，并與茶籽油微膠囊表現出顯著差異。經過12 d加速氧化貯藏后，茶籽油的POV值是微膠囊的2.07 倍。茶籽油通過包埋之后，能夠有效阻止芯材與外界氧氣的接觸，減緩芯材的氧化速度，從而避免了芯材的直接氧化，起到很好保護作用[21]，延長了油脂的貯藏期，顯示出了良好的抗氧化效果。由此可見，微膠囊在較高溫度下能夠保持較低的過氧化值，耐溫性較好，對芯材起到很好的保護作用。

油脂氧化產物很不穩定，易進一步分解形成醛、酮、醇和酸類等小分子物質[22]，這些物質的存在不僅影響食品的風味、色澤，降低食品質量，同時會產生自由基等有毒物質，導致癌癥、冠心病、神經退行性疾病，并加速人體老化[23]。硫代巴比妥酸(TBA)法是測定不飽和脂肪酸自動氧化產物醛類化合物的常用方法[24]。由圖3b所示，60 ℃加速氧化貯藏條件下，茶籽油及微膠囊TBA值隨著時間的延長而增加，實驗第4天起，茶籽油與茶籽油微膠囊TBA值也表現出顯著差異。經過12 d加速氧化貯藏后，茶籽油的TBA值是微膠囊的1.41倍。因此，茶籽油通過微膠囊技術包埋之后，減少了與外界空氣的接觸，可以有效提高茶籽油的氧化穩定性。

圖3 茶籽油及其微膠囊在加速氧化實驗中POV值和TBA值的變化

2.4.4 模擬胃腸消化

如圖4所示，茶籽油微膠囊在模擬體外消化過程中表現出較好的緩釋性能，整個模擬消化過程釋放率達到94.03%，其中胃模擬消化液中釋放率為31.86%；而腸模擬消化液中為62.17%。Wang等[25]利用激光共聚焦技術監測了牡丹籽油微膠囊(壁材為乳清分離蛋白和玉米糖漿)體外模擬消化過程，在胃模擬消化液中微膠囊顆粒出現聚集現象，而進入模擬腸液消化階段后聚集態顆粒則緩慢解離、變小直至消失。該現象的主要原因是蛋白在低pH(pH 1～pH 3)條件下水解會導致微膠囊表面電荷損失，無法提供足夠的靜電排斥力，從而使微膠囊

顆粒出現絮凝或聚結[26]；這也阻礙了胃蛋白酶與大豆分離蛋白的進一步接觸，導致模擬胃液中的釋放率較低，這與常馨月等[12]的研究結果一致。進入腸模擬消化液階段，在堿性條件下，胰蛋白酶能滲透到微膠囊中深度水解壁材蛋白，并破壞蛋白和糖類化合物間的交聯作用，導致壁材裂解和芯材的釋放[27]。本研究結果顯示，微膠囊化加工的茶籽油在模擬胃腸道消化環境中能夠有效釋放，且以小腸模擬消化階段為主。因此，以麥芽糊精、大豆分離蛋白和阿拉伯膠為復合壁材的微膠囊化茶籽油產品在有效提高油脂溶解分散性和抑制其氧化酸敗的同時，并不影響油脂在體內的消化釋放。

注：SGF模擬胃消化液；SIF模擬腸消化液。圖4 茶籽油微膠囊在模擬胃腸液中芯材的釋放率

3 結論

以茶籽油為芯材，以大豆分離蛋白、阿拉伯膠和麥芽糊精為復合壁材，并輔以蔗糖酯和大豆卵磷脂為乳化劑，采用噴霧干燥法制備茶籽油微膠囊產品。獲得最佳工藝條件為麥芽糊精/大豆分離蛋白/阿拉伯膠質量比為1∶1.5∶1.5，芯材/壁材質量比為1∶1.5，乳化液固形物質量分數為20%；加熱溫度為 180 ℃，進料泵速25 r/min，霧化壓力為0.025 MPa。微膠囊產品呈疏松粉末狀，分布均勻、外部比較光滑，呈現球狀，平均粒徑為7.32 μm；含水3.5%，灰分0.10%，休止角34.17°，堆積密度0.28 g/cm3。該產品在加速氧化實驗中表現出較好的氧化穩定性；模擬胃腸液體外釋放實驗數據顯示，茶籽油微膠囊主要在腸液中釋放，最終釋放率為94.03%。