茶油微胶囊的性质

摘要：以麦芽糊精、大豆分离蛋白( SPI) 为壁材，通过喷雾干燥法制备茶油微胶囊，对微胶囊的性质进行了研究。扫描电镜( SEM) 观察结果显示: 茶油微胶囊表面形态良好，但经 40、60 ℃，30 d 贮藏后，茶油微胶囊出现了干瘪现象，表明微胶囊不能经受长时间的高温贮藏; 差示扫描量热仪( DSC) 测得微胶囊产品热溶解温度( Tm)为 157. 2 ℃，表明产品具有较好的贮藏稳定性及应用范围; TG 测得茶油微胶囊 280 ℃开始分解，表明加工温度不宜过 280 ℃; 微胶囊在不同温度和湿度下的释放研究表明，微胶囊应该在低温、低湿度下进行贮藏。
茶油是中国特有的新兴优质食用油脂，其营养丰富，脂肪组成合理，与世界上公认的木本植物油———橄榄油其相似，被誉为“东方的橄榄油”。
茶油中的亚油酸是人体必需的脂肪酸，具有降低胆固醇、降血压、预防和改善动脉硬化症、减少心脏病发生等功能。同时茶油还含有丰富的 VE、VD、胡萝卜素等，重要的还含有角鲨烯成分，所以，某种程度上它的营养功能过了橄榄油。
微胶囊是目前油脂加工的新方法。它利用成膜材料包裹固体、液体或气体保护芯材免受不利环境的影响，提高被包埋物质的稳定性、货架期、拓宽芯材的应用范围。将茶油用喷雾干燥法制成微胶囊，可以丰富茶油的加工，促进茶油行业的发展。本研究以大豆分离蛋白、麦芽糊精为壁材，茶油为芯材，单甘脂、蔗糖酯为乳化剂，采用喷雾干燥法制备茶油微胶囊，并对其性质及释放性进行了分析。
1 材料与方法
1. 1 材料
茶油、大豆分离蛋白( SPI) 、麦芽糊精、黄原胶、单甘脂、蔗糖酯为市售，食用级。
石油醚( ( 30 ～ 60 ℃ 沸程) 、乙醚、无水乙醇，为分析纯。
1. 2 仪器与设备
电热恒温鼓风干燥箱，数显恒温水浴锅，精密电子天平，质机，喷雾干燥器，扫描电子显微镜，差式扫描量热仪，热重分析仪。
1. 3 实验方法
1. 3. 1 微胶囊的制备
SPI 溶解在 60 ℃ 的蒸馏水中→加麦芽糊精和黄原胶( 黄原胶与麦芽糊精充分拌匀) →加入茶油、蔗糖酯、单甘脂→质→喷雾干燥→成品
按要求取一定量的 SPI 在 60 ℃条件下溶解于蒸馏水中，溶解过程中要不断搅拌，防止 SPI 结块，同时将搅拌匀的麦芽糊精和黄原胶缓慢少量混于溶解后的 SPI 溶液中，形成匀溶液。向预先溶解的蔗糖酯、单甘脂中加入茶油混匀，并与之前的溶解混合。按浓度要求加入蒸馏水后在 30 MPa 条件下质 10min。质后将溶液喷雾干燥，即可收集茶油微胶囊产品。喷雾干燥条件为: 黄原胶为总溶液 0. 1%，乳化剂( 单甘脂与蔗糖酯，质量比为 1∶ 1) 为固形物2% ，喷雾空气流量 667 L / h，大豆蛋白与麦芽糊精质量比为 1∶ 1，芯材与壁材质量比为 0. 7∶ 2，进风温度170 ℃ ，固形物浓度为 17% ，进料流量为 21 mL / min。
1. 3. 2 不同贮藏温度微胶囊形态观察
将茶油微胶囊置入40、60 ℃条件恒温培养箱中，放置 30 d，观察微胶囊表面形态的变化。
采用扫描电镜( SEM) 观察微胶囊的表面结构。将样品分散在双面胶上，吹去多余粉末。喷金，后用电镜观察微胶囊表面结构。加速电压为 30 kV。
1. 3. 3 差示热扫描热分析
取一定样品于铝盒中，封盒后放入 DSC 仪中，以空铝盒作为参比。扫描温度范围 26 ～250 ℃，升温速率为 10 ℃ /min，氮气流量为 20 mL/min。
1. 3. 4 热稳定性的测定
采用热重法测定茶油及茶油微胶囊产品的热稳定性。参数设计为氮气流量为 20 mL/min，升温速率为 10 ℃ /min，温度范围 26 ～500 ℃。
1. 3. 5 氧化稳定性分析
将茶油及茶油微胶囊至于 60 ℃烘箱加速氧化，每隔 2 d 测其过氧化值( POV) ，分析 POV 随加速氧化时间的变化。
1. 3. 6 表面油的测定
准确称取 3. 000 ～5. 000 g 微胶囊粉末，将 30 mL石油醚分 3 次加入，每次振荡时间 2 min，过滤并合并滤液，将滤液在70 ℃下烘干，蒸出石油醚，称重，得油的质量，即微胶囊表面油。
1.3. 7 总油的测定
采用碱性乙醚法提取总油。准确称取 1. 000 g左右的微胶囊粉末，加入 10 mL 60 ℃蒸馏水中充分溶解，倒入分液漏斗中，加入 1 mL 25% 的氨水摇匀，加入 10 mL 无水乙醇，充分摇匀，冷却后加入 25 mL乙醚，摇匀，打开塞子放出气体，加入 25 mL 石油醚，摇匀后静置分层，取上层液，在70 ℃下烘干，称重，得油的质量，即微胶囊总油。
1.3. 8 微胶囊中茶油保留率
微胶囊样品总油为 A，表面油为 B，采用表面油方法测定贮藏一定时间后茶油微胶囊的总油为 A1，表面油为 B1，则微胶囊中茶油的保留率为:保留率 /% =A1－ B1A － B× 100
1. 3. 9 Avrami’s 公式对释放的分析
研究引入Avrami’s 公式对释放机理及速率常数分析:Ｒ = exp［－ ( kt)n］ ( 1)
公式( 1) 中Ｒ为芯材残留量，即茶油的保留率，%; t，贮藏时间，d; k，速率常数，d－ 1。公式中 n =1 代表一级动力学反应，n = 0. 54 代表为扩散限制动力学反应。对公式 2 边取 2 次对数得公式( 2) :ln( － lnＲ) = nlnk + nlnt ( 2)根据公式(2) ，以ln( － lnＲ) 为纵坐标，以 lnt 为横坐标作图，拟合线性方程。分析不同温湿度条件下的回归分析，同时得出释放机理参数( n) 和释放速率常数( k)。
1. 3. 10 不同温湿度条件下的贮藏试验
将茶油微胶囊分别置于 40、60 ℃恒温培养箱中贮藏，每隔 8 d 测定微胶囊的表面油、总油，分析其保留率的变化。将茶油微胶囊放置在 25 ℃，湿度分别为42. 76% 、75. 28% 的环境中，每隔 8 d 测定微胶囊的表面油、总油，分析其保留率的变化。
2 结果与分析
2. 1 不同温度保存下微胶囊表面结构
茶油微胶囊呈圆球形，表面光滑，无裂痕。囊壁致密完整，说明芯材已经被壁材包裹。同时微胶囊上有微凹陷，这是喷雾干燥过程中，雾滴迅速干燥致表面收缩产生，为正常现象。但是，当微胶囊在 40、60 ℃贮藏 30 d 后开始干瘪，尤其是60℃ 时干瘪更加严重。这主要是因为微胶囊贮藏过程中，壁材受热，容易继续收缩。而且，前期喷雾干燥时，雾滴受热不，干燥时导致整个胶囊机械应力不一样，因此容易出现凹陷。此外，雾化时也可能会将空气包埋，当微胶囊高温保藏时，空气溢出导致凹陷，干瘪。60 ℃时，干瘪、凹陷更严重。因此，微胶囊虽然对芯材具有保护作用，但是贮藏温度过高对微胶囊也有严重的破坏作用。
2. 2 微胶囊产品 DSC 分析
茶油在250 ℃范围内基本没有吸热峰存在，说明其没有结构变化。麦芽糊精、SPI的吸热峰在 145. 8、170 ℃，而茶油微胶囊的吸热峰在157. 2 ℃ 。由此可见茶油微胶囊的热溶解温度( Tm)为 157. 2 ℃，温度较高，在大多数食品加工过程中都能以微胶囊的结构稳定存在。
2. 3 微胶囊产品 TG 分析
茶油在 350 ℃左右开始分解，在此之前，质量变化微小。这主要是茶油含水量少，加温后即使温度高也比较稳定，但是当温度过350 ℃ 后加速分解，400 ℃ 后，仅有少量剩余，在 500℃ 度时，仅有约 1. 58% 残留质量。而茶油微胶囊在开始升温过程中有质量少量的减少，这主要是由于微胶囊中含水的原因。当温度约到达280 ℃后，壁材开始分解使质量逐渐下降，下降幅度远低于茶油的幅度。在约 400 ℃时下降缓慢，达到 500 ℃时，残留质量约为 21. 0%。由此可以看出，茶油微胶囊化后在一定程度上可以保持油脂的稳定性，但是高温( 280℃ ) 也会让以 SPI 和麦芽糊精为主的壁材分解，因此贮藏温度不能太高。
2. 4 茶油微胶囊化产品的氧化稳定性分析
加速氧化 10 d 后茶油和微胶囊产品的 POV 都增加，分别从初始值的 11. 61、12.58meg / kg 上升到 25. 41、18. 99 meg / kg。茶油微胶囊产品加速氧化 10 d 后，POV 远远低于未微胶囊化的茶油。微胶囊化后的茶油抗氧化效果显著。图 6 中微胶囊产品的初始 POV 略微大于未微胶囊化的茶油，主要原因在于喷雾干燥时造成的油脂氧化的原因。
2. 5 茶油微胶囊释放曲线分析
2. 5. 1 温度对茶油微胶囊释放曲线的影响
随着贮藏时间的增加，茶油微胶囊的保留率都逐渐减少，贮藏48 d 后，40 ℃下保留率只有 52. 00%，而 60 ℃下的保留率只有 32. 82%。对比 40 ℃和 60 ℃后保留率可以看出，温度越高，微胶囊中的油越容易释放出来。因此油脂保存是在低温下保存。这主要是由于温度对壁材影响较大，温度越高，壁材越容易被破坏的原因。
其温度分布为 40、60 ℃ 下，茶油微胶囊释放之下回归分析，直线相关系数分别为 0. 994、0. 987，表明茶油的释放规律和 Avrami’s 方程具有较好的拟合度。
茶油微胶囊在 40、60 ℃ 条件下，释放机理参数分别为 1. 000 5、1. 054 1，说明在释放机理参数接近一级反应动力学。茶油微胶囊在温度为 40、60 ℃时，释放速率常数分别为 1. 31 ×10－ 2、2. 04 × 10－ 2，可以发现温度升高，释放速率常数增加。60 ℃ 时的速率常数为 40 ℃ 时的 2 倍。由此不难看出温度对微胶囊产品释放速率有促进影响。
2. 5. 2 湿度对茶油微胶囊释放曲线的影响
随着贮藏时间的增加，茶油微胶囊的保留率都逐渐减少，尤其是湿度为 75. 28%时，贮藏 48 d 后，其保留率只有 56. 56%。这主要是由于湿度破坏了壁材的机械强度导致芯材释放。因此一般的粉末油脂都保存在干燥环境下。
湿度分别为 75. 28%、42. 76% 的条件下，以 ln( － lnＲ) 为对 lnt 的回归分析，得到直线相关系数分别为 0. 997、0. 977，表明茶油的释放规律和Avrami’s 方程具有较好的拟合度。茶油微胶囊在为湿度为75. 28% 、42. 76% 条件下，释放机理参数分别为1. 072、0. 771，说明在湿度为 75. 28% 条件下，释放机理参数接近一级反应动力学，在 42. 76% 条件下，释放机理参数在扩散限制动力学和一级反应动力学之间。茶油微胶囊在湿度为 75. 28%、42. 76% 时，释放速率常数分别为 1. 23 ×10－ 2、2. 34 ×10－ 3，可以发现湿度越高，释放速率常数越大。湿度为 75. 28% 时的速率常数为 42. 76% 时的 20 倍左右。由此不难看出湿度对微胶囊产品释放速率有促进作用。这个主要是由于湿度越大，壁材越容易溶解，变得黏稠，导致壁材机械强度下降，从而加速芯材的释放。
3 结论
茶油微胶囊的扫描电镜图显示微胶囊表面结构完整，未见裂缝，空洞，破裂现象，见微凹陷现象，说明具有良好的包埋效果，经 30d，40、60 ℃保存后，都具有干瘪，其中，60 ℃ 比 40 ℃ 更严重。可见茶油微胶囊化后，也不适于敞开，高温保存。
差示扫描量热仪( DSC) 测得微胶囊产品热溶解温度( Tm) 为 157. 2 ℃，表明产品具有较好的贮藏稳定性; TG 分析表明，通过 DSC 研究发现，茶油微胶囊的热溶解温度( Tm) 为 157. 2 ℃，说明产品具有良好的贮藏稳定性，一般的食品加工多微胶囊不会产生不利影响; TG 研究表明，茶油微胶囊加工温度过 280 ℃开始分解，因此其加工温度不宜过 280 ℃为宜。
利用 Avrami’s 方程对茶油微胶囊在 40、60 ℃，以及 25 ℃ 下，相对湿度为 75. 28%、42. 76% 条件下的释放机理及其速率常数进行了分析，结果表明，微胶囊产品的释放在 40、60 ℃、相对湿度 75. 28% 都接近一级反应动力学，相对湿度 42. 76% 条件下，释放机理参数在扩散限制动力学和一级反应动力学之间。也说明温度、湿度对微胶囊的贮藏都有促进作用。
来源：惠合胶体磨研磨设备厂

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