您好,歡迎來到中國油脂網 !
微信公眾號
微信公眾號
手機版
手機版

單凝聚法制備殼聚糖硬脂酸鈉為壁材的魚油微膠囊

發布日期:2022-04-12 17:47來源:中國油脂作者:王洪玲(lkmoo)點擊次數:

魚油是保健食品的原料,富含多不飽和脂肪酸二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA),能有效增進心血管活力、改善大腦機能、提高記憶力等\[1-2\]。然而,多不飽和脂肪酸富含雙鍵,接觸光、熱、氧氣后易變質,使魚油的應用有一定局限性\[3\]。魚油微膠囊化是貯存和運輸魚油的主要方式,壁材的包封可以使魚油與外界環境隔離,防止氧化,掩蓋魚油的腥味,改善口感\[4\]。殼聚糖是一種天然的聚陽離子化合物,具有良好的生物相容性、抗菌性、抗氧化性和生物降解性\[5-7\],是制備微膠囊的理想壁材,在食品微膠囊化方面應用廣泛\[8-9\]。然而,殼聚糖的親水性、酸性環境中易溶性和生物降解性等,使殼聚糖壁材存在穩定性差和貯藏性差等問題\[10\]。殼聚糖與其他大分子化合物作為復合壁材包封魚油時,壁材成分間雖然可以功能互補或協同增效\[2,11\],但是需要噴霧干燥、冷凍干燥等干燥設備\[12\]。與殼聚糖相比,疏水性殼聚糖衍生物壁材在酸性環境中的溶解性降低,穩定性增強,模擬腸胃環境時,可有效緩解微膠囊芯材突釋,提高口服藥物的穩定性\[13\]。同時,疏水性殼聚糖衍生物壁材基于自身良好的生物相容性,能促使藥物活性成分通過細胞磷脂層進入人體,在藥物、功能食品等方面應用廣泛\[12\];疏水性殼聚糖衍生物壁材熱穩定性良好,利于貯存過程中保護芯材\[14\]。殼聚糖硬脂酸鹽作為一種疏水性殼聚糖衍生物,制備方法簡單,具有強的油脂吸附性能且不受介質pH影響\[15\]。為此,本文以殼聚糖硬脂酸鈉為壁材,采用單凝聚法進行魚油的微膠囊化,無需特殊干燥設備,為開發功能性魚油、精油等膠囊化壁材提供了新的思路。

1材料與方法

1.1實驗材料殼聚糖(脫乙酰度85.7%,黏度200 mPa·s),濟南海得貝海洋生物工程有限公司;魚油(紐徠佛牌,DHA含量11.4 g/100 g,EPA含量14.3 g/100 g),深圳市生命力生物保健科技江蘇有限公司;醋酸、硬脂酸、氫氧化鈉、乙醇、石油醚均為分析純;吐溫-20為化學純。Nicolet-iS5傅里葉變換紅外光譜儀,美國賽默飛世爾科技有限公司;TM3030臺式掃描電鏡,日本日立高新技術那珂事業所;ZRY-2P高溫綜合熱分析儀;TD3000 X-射線衍射儀;RCT basic IKA磁力加熱攪拌器;FS-1800N超聲波處理器。

1.2實驗方法

1.2.1壁材的制備以殼聚糖為原料,參考文獻\[16\]采用半濕研磨法制備水溶性殼聚糖醋酸鹽。以殼聚糖醋酸鹽為原料,參考文獻\[15\]的方法制備殼聚糖硬脂酸鈉:將一定量殼聚糖醋酸鹽溶于去離子水中,于75 ℃下趁熱滴入硬脂酸鈉水溶液(殼聚糖氨基與硬脂酸鈉物質的量比1∶ 1),在1 500 r/min下持續攪拌30 min,經抽濾、洗滌、干燥,即得殼聚糖硬脂酸鈉。

1.2.2魚油微膠囊的制備參照文獻\[17\]的方法并做一定改動。將1.0 g魚油和200 mL一定濃度的吐溫-20水溶液混合,于500 r/min下攪拌均勻,得到魚油乳狀液;在去離子水中,對殼聚糖硬脂酸鈉進行超聲均質處理,細化壁材。將乳狀液與均質化的殼聚糖硬脂酸鈉混合,繼續超聲均質處理,促進壁材與乳狀液混合,然后于1 000 r/min下攪拌10 min,再向其中逐滴滴加無水乙醇,魚油微膠囊析出,減壓抽濾,水洗,60 ℃烘干,即得魚油微膠囊產品。

1.2.3魚油微膠囊包埋率的測定參考SC/T 3505—2006測定魚油微膠囊表面含油量,參考文獻\[18\]測定魚油微膠囊總含油量,按下式計算包埋率(Y)。Y=(1-W1/W2)×100%

(1)式中:W1為魚油微膠囊產品表面含油量;W2為魚油微膠囊產品總含油量。

1.2.4魚油微膠囊結構表征紅外光譜(FT-IR)分析:取少量樣品和適量KBr在研缽中充分研磨,15 MPa壓力下壓片約20 s,掃描范圍400~4 000 cm-1。X-射線衍射(XRD)分析:將樣品研磨、壓片,在X-射線衍射儀中檢測,測定條件為Cu Kα(λ=1.540 6 )、電壓10 kV、電流40 mA、掃描速率0.01 (°)/s,掃描范圍4°~50°。掃描電鏡(SEM)分析:在少量去離子水中超聲分散魚油微膠囊,轉移到硅片上,60 ℃真空干燥,置于離子濺射儀中噴金60 s,SEM觀察其形貌。

1.2.5魚油微膠囊熱穩定性的測定分別稱取少量魚油、殼聚糖硬脂酸鈉、魚油微膠囊于坩堝中,記錄40~610 ℃范圍內加熱過程中樣品失重曲線(升溫速率10 ℃/min)。

2結果與分析

2.1魚油微膠囊制備條件優化

 2.1.1單因素實驗  

2.1.1.1壁芯比的影響在乳化劑質量濃度14.4 g/L、超聲功率720 W條件下,考察壁芯比(質量比)對魚油微膠囊包埋率的影響,結果見圖1。

image.png

由圖1可知,隨著壁芯比的增大,包埋率先增大后減小,在壁芯比為1∶ 1時包埋率最高,達到50%左右。當壁材用量較小時,魚油乳狀液液滴不能被有效包埋,容易相互碰撞形成更大的乳狀液液滴吸附在壁材表面\[19\],表面油含量增加,容易造成黏連,降低了魚油包埋率,且壁材用量小,囊壁薄,穩定性下降,不利于貯存。壁材用量過多,乳狀液黏度增大,影響了壁材和芯材的均勻分散,不能實現有效包埋,且魚油微膠囊的囊壁較厚,包埋率降低,易造成壁材的浪費使生產成本提高\[20\]。

2.1.1.2乳化劑質量濃度的影響在壁芯比1∶ 1、超聲功率720 W條件下,考察乳化劑質量濃度對魚油微膠囊包埋率的影響,結果見圖2。

image.png

由圖2可知,隨著乳化劑質量濃度的增加,包埋率呈先增加后下降的趨勢,當乳化劑質量濃度為14.40 g/L時,包埋率最高。乳化劑用量較低時,乳化效果不好,不能形成均勻的魚油乳狀液,不利于壁材對魚油的包埋,包埋率較低;隨著乳化劑用量的增加,魚油乳狀液變得均勻、穩定,包埋率升高;繼續增加乳化劑濃度,魚油乳狀液的黏度增加,發生粘壁現象\[21\],在壁材溶液中不能均勻分散,導致包埋率降低。

2.1.1.3超聲功率的影響超聲利于壁材和芯材的充分均勻分散,使乳狀液中的固體顆粒得到超微細化,增加乳狀液穩定性\[22\]。在壁芯比1∶ 1、乳化劑質量濃度14.40 g/L條件下,考察超聲功率對魚油微膠囊包埋率的影響,結果見圖3。

image.png

由圖3可知,當超聲功率為720 W時,包埋率最高。超聲功率較低時,壁材分散效果差,包埋率低;隨著超聲功率增大,壁材顆粒細化程度增加,魚油乳狀液和壁材混合均勻程度增加\[23\],有利于魚油微膠囊的形成,包埋率提高;超聲功率過高時,乳狀液粒徑大小變化不明顯,但混合溶液溫度升高,魚油乳狀液穩定性降低\[21\],導致包埋率下降。

2.1.2正交實驗在單因素實驗基礎上,以包埋率為指標,以壁芯比(A)、乳化劑質量濃度(B)和超聲功率(C)為實驗因素,設計L9(34)正交實驗,優化魚油微膠囊制備工藝條件。正交實驗因素水平見表1,正交實驗設計與結果見表2。

image.png

由表2可見,各因素對魚油微膠囊包埋率影響的主次順序為壁芯比>超聲功率>乳化劑質量濃度。制備魚油微膠囊的最優工藝條件為A2B2C2,即壁芯比1∶ 1、乳化劑質量濃度14.40 g/L、超聲功率720 W。在優化的工藝參數條件下進行5次平行實驗,得到魚油微膠囊包埋率為(50.00±0.47)%。劉曉麗等\[24\]在超聲輔助下,采用復合壁材制備的魚油微膠囊包埋率為77%。本文魚油包埋率較低,可能是由于單一壁材致密性差,有待于進一步改進。

2.2魚油微膠囊的結構表征

2.2.1紅外光譜表征(見圖4)

image.png

由圖4可見,1 738 cm-1處振動峰為芯材魚油的CO振動峰,3 012 cm-1處振動峰屬于魚油不飽和脂肪酸順式CC—H的伸縮振動\[23\]。壁材殼聚糖硬脂酸鈉紅外光譜圖中1 655、1 570 cm-1處分別為酰胺I帶、質子化氨基(—NH+3)的振動峰\[15\],1 160、1 080 cm-1處的振動峰為殼聚糖硬脂酸鈉糖苷鏈中C—O—C伸縮振動\[14\]。圖4a、圖4b在2 920、2 846、1 464、721 cm-1處出現甲基和亞甲基的C—H伸縮振動峰\[14-15\],這是由于壁材和芯材結構中都存在烷烴長鏈。在新制魚油微膠囊紅外光譜圖中存在芯材魚油、壁材殼聚糖硬脂酸鈉的上述特征峰,峰位置幾乎無變化,說明壁材與芯材通過物理混合形成魚油微膠囊。魚油3 012、1 738、1 464 cm-1處的特征吸收峰,經微膠囊化后變得較弱,說明魚油被壁材包埋在內部,振動峰減弱\[25\]。存放18個月后的魚油微膠囊紅外光譜圖與新制魚油微膠囊紅外光譜圖特征峰沒有變化,說明魚油微膠囊穩定性較好。

2.2.2X射線衍射表征(見圖5)

image.png

由圖5可見,壁材殼聚糖硬脂酸鈉在2θ為5°附近出現小的衍射峰,在2θ為20°附近出現較強衍射峰,說明殼聚糖與硬脂酸形成了離子復合物,具有一定程度的結晶度\[15\]。殼聚糖硬脂酸鈉包埋魚油形成微膠囊后,在2θ為20°~25°范圍內出現了尖銳衍射峰。與壁材比較,魚油微膠囊峰強度增加且2θ增加,說明魚油微膠囊形成過程中,魚油長烷基鏈與殼聚糖硬脂酸鈉烷基鏈相互作用排列更加規則,結晶度升高。

2.2.3SEM表征(見圖6)

image.png

由圖6可知,魚油微膠囊成球狀,粒徑分布比較均勻,成囊效果較好,另外微粒間存在較大程度的黏連,這是由魚油微膠囊表面油的存在和少量乳化劑的殘留造成的\[26\]。

2.2.4熱重(TG)分析(見圖7)

image.png

由圖7可見,芯材魚油在150 ℃開始分解,210 ℃質量損失率約30%,至其沸點250 ℃左右時\[14\],質量損失率達80%。壁材殼聚糖硬脂酸鈉在40~100 ℃為表面水蒸發引起的少量失重,100~210 ℃較為穩定,幾乎無失重,210~550 ℃發生熱分解,質量損失大。新制魚油微膠囊的熱解過程大致可分為4個階段:第一階段40~100 ℃,魚油微膠囊中壁材表面的自由水蒸發引起少量失重\[20\],質量損失率約為5.7%;第二階段100~210 ℃,質量損失率約為10.6%,質量損失率高于壁材,主要是由于魚油微膠囊表面油的揮發所致;第三階段210~300 ℃,壁材分解,被包埋的魚油蒸發、氧化分解\[27\],質量急劇下降,質量損失率約為47%;第四階段300~550 ℃,壁材和芯材中的有機物進一步裂解并炭化,此階段魚油微膠囊的失重曲線斜率與壁材類似,說明此時魚油已揮發、熱解完畢。在魚油微膠囊中,殼聚糖硬脂酸鈉對魚油的包封保護,使魚油在210 ℃之前,質量損失顯著減小,熱穩定性較單純魚油有很大提升。存放18個月的魚油微膠囊與新制魚油微膠囊熱失重趨勢極其類似,僅在100~216 ℃比新制魚油微膠囊質量損失率更小些,這是因為新制魚油微膠囊含有較多水分,說明單凝聚法制備的殼聚糖硬脂酸鈉為壁材的魚油微膠囊穩定性良好,能提高魚油貯存穩定性。

3結論

采用單凝聚法制備了以疏水性殼聚糖硬脂酸鈉為壁材的魚油微膠囊。通過單因素實驗和正交實驗得出適宜工藝條件為壁芯比1∶ 1、乳化劑吐溫-20質量濃度14.40 g/L(芯材質量1 g時,加入乳化劑溶液200 mL)、超聲功率720 W,在此條件下魚油包埋率為(50.00±0.47)%。所制備的魚油微膠囊為球形顆粒,微粒間存在黏連現象。魚油經殼聚糖硬脂酸鈉包埋,熱穩定性較單獨存在時有明顯提高,在210 ℃以下質量損失較少,且魚油微膠囊經18個月存放,仍具備較好的熱穩定性。

     

參考文獻:   

\[1\] 江連洲,王朝云,古力那孜·買買提努,等.干燥工藝對魚油微膠囊結構和品質特性的影響\[J\].食品科學,2020,41(3):86-92.  

\[2\] 石龍貴,齊玉剛,劉彥平,等.CS/GA魚油微膠囊輔助降血脂功能研究\[J\].中國油脂,2013,38(8):44-47.

\[3\] 彭茜,戴志遠,宋恭帥,等.殼聚糖微膠囊對魚油品質的影響\[J\].中國食品學報,2020,20(5):222-230.

\[4\] 夏樹華,姜元榮,張余權,等.魚油在食品領域中的應用技術綜述\[J\].食品科學,2012,33(11):299-302.

\[5\] 陳婷,趙九陽,劉玉梅.明膠-殼聚糖抗菌膜中啤酒花提取物的釋放行為\[J\].食品科學,2020,41(3):151-158.

\[6\] 黃國宏.殼聚糖及其衍生物在食品工業中的應用\[J\].食品研究與開發,2015,36(8):131-134.

\[7\] 鄒文中,鄒艾一,潘志民,等.低分子量殼聚糖與茶多酚復配物的抗氧化性\[J\].食品工業,2014,35(6):192-195     

\[8\] JAVID A, RAZA Z A, HUSSAIN T. Chitosan microencapsulation of various essential oils to enhance the functional properties of cotton fabric\[J\]. J Microencapsul,2014,31(5):461-468.

\[9\] 劉成圣,胡莉,范冰,等.殼聚糖食品微膠囊的制備及其控制釋放\[J\].食品工業科技,2010,31(2):334-338.

\[10\] 章智華,鐘舒睿,彭飛,等.微膠囊壁材及制備技術的研究進展\[J\].食品科學,2020,41(9):246-253.

 \[11\] 康吟,陶寧萍.魚油微膠囊化壁材的分類及應用\[J\].北京水產, 2006(4):49-52.
 \[12\] 康寧, 劉長霞, 范小振. 殼聚糖基壁材在精油/魚油微膠囊化方面的應用進展\[J\]. 化工進展, 2019, 38(3):1509-1516.

\[13\] CHATTERJEE S, JUDEH Z M A. Impact of encapsulation on the physicochemical properties and gastrointestinal stability of fish oil\[J\]. LWT-Food Sci Technol,2016,65(1):206-213.

\[14\] CHATTERJEE S, JUDEH Z M A. Encapsulation of fish oil with N-stearoyl O-butylglyceryl chitosan using membrane and ultrasonic emulsification processes\[J\]. Carbohydr Polym,2015,123(6):432-442.

\[15\] 劉長霞,馬長水,邢宇斌.殼聚糖硬脂酸鹽制備新方法及其結構性能研究\[J\].食品工業科技,2017,38 (8):276-279.

\[16\] 劉長霞,陳國華,孫明昆.水溶性固體殼聚糖鹽的制備及其性能研究\[J\].化學工程,2007,35(6):45-48.

\[17\] 劉學文,劉曉虎.殼聚糖在液體油脂粉末中的應用研究\[J\].四川食品與發酵,2001,34(1):46-58.

\[18\] 宋敏,何健東,龔智強,等.復凝聚法制備金槍魚魚油微膠囊的工藝優化\[J\].食品工業,2015,36(3):132-137.

\[19\] 李飛雨,袁興鈴,鄒涵,等.復凝聚法制備魚油微膠囊工藝研究\[J\].中國油脂,2019,44(2):46-50.   

\[20\] 趙婕,王明力,湯翠,等.基于復合壁材的薏米糠油微膠囊制備及熱穩定性研究\[J\].中國油脂,2018,43(3):70-74.

\[21\] 王藝穎,夏文水,許艷順,等.殼聚糖微膠囊對淡水魚油保護作用的研究\[J\].科學養魚,2016,48(6):76-78.

\[22\] 丁儉,隋曉楠,王婧,等.超聲處理大豆分離蛋白與殼聚糖復合物對O/W型乳液穩定性的影響\[J\].食品科學,2018,39(13):74-80.

\[23\] 黃善軍,李軍杰,熊善柏,等.基于噴霧干燥技術制備自乳化魚油微膠囊的工藝優化\[J\].中國油脂,2017,42(9):94-99.

\[24\] 劉曉麗,詹長慶,詹小北,等.超聲輔助制備草魚魚油微膠囊及其貯藏穩定性和降血脂作用研究\[J\].食品與機械,2019,35(9):163-168.

\[25\] 楊小斌,周愛梅,王爽,等.藍圓鲹魚油微膠囊的結構表征與體外消化特性\[J\].食品科學,2019,40(1):117-122.

\[26\] 劉愷,胡莉,黨奇峰,等.殼聚糖/阿拉伯膠復凝聚魚油微膠囊的制備及性質研究\[J\].功能材料,2017,48(8):8107-8112.

\[27\] 鄭云龍,王進美,孫正琪,等.殼聚糖/明膠抗菌微膠囊的制備及其應用\[J\].化工進展,2020,39(3):1137-1144.


上一篇:微波預處理對壓榨南瓜籽油品質的影響
下一篇:【檢化驗】油料含油率測定之磁共振法原理
發表評論
請自覺遵守互聯網相關的政策法規,嚴禁發布色情、暴力、反動的言論。
評價:
用戶名: 驗證碼: 點擊我更換圖片
最新評論 進入詳細評論頁>>
關于我們 聯系方式 法律聲明 投稿須知
性夜影院爽黄e爽