微膠囊化薄荷油的制備及其熱穩(wěn)定性研究_圖文

1、基金項目 :江蘇省農(nóng)業(yè)攻關(guān)項目 (項目編號 :BE20043400 作者簡介 :朱衛(wèi)紅 (1969- , 女 , 江南大學食品學院工程師。E 2mail:whzhusytu . edu . cn通訊作者 :許時嬰收稿日期 :2006-07-13第 22卷第 5期 2006年 9月F OOD &MACH I N ERY食 品 與 機 械Vol . 22, No . 5Sep. , 2006微膠囊化薄荷油的制備及其熱穩(wěn)定性研究P rep a ra ti o n and the r m a l s tab ility eva l ua ti o n o f encap su l a ted

2、m i n t o il朱衛(wèi)紅ZHU W ei 2hong許時嬰XU S hi 2ying江 波J I AN G B o(江南大學食品科學與安全國家教育部重點實驗室 , 江蘇 無錫 214036(Key L aboratory of Food Science and Safety, M inistry of Education, Southern Yangtze U niversity, W uxi, J iangsu 214036, China 摘要 :以 2環(huán) 糊精 (2CD 為壁材 、 薄荷油為芯材制備微膠囊化薄荷油 。 采用正交試驗對 2CD 包合薄荷油工藝進行優(yōu) 化 , 得到最佳工藝

3、條件為 :芯壁比 1 8(W W 、 反應時間 4h 、 反應溫度 50 , 微膠囊化產(chǎn)率為 93. 16%, 薄荷油包埋 量為 10. 35%(W W 。采用熱重分析法研究了薄荷油在微 膠囊化前后的熱穩(wěn)定性 , 薄荷油經(jīng)微膠囊包埋后 , 微膠囊囊 壁阻止了薄荷油在受熱情況下的揮發(fā)損失 , 熱穩(wěn)定性大大提高 曲奇餅干中 , 感官評定結(jié)果顯示 :味強度 。關(guān)鍵詞 :薄荷油 ; 2環(huán) ; ; 熱穩(wěn)定性 ; 餅干Abstract:2cycl odextrin (2CD was used aswallmaterial t o p repare the m icr oencap sulated m in

4、t oil . The op ti m al para meters were obtained by or 2thogonal experi m ents as f oll ows:the rati o of core and wall material was 1 8, reacti on ti m e and te mperature were 4h, 50 res pectively . Yield of encap sulated m int oil was 93. 16%and the m int oil l oading was 10. 35%(W W . The heat 2r

5、esistance of encap sulated m int oil was in 2creased obvi ously thr ough ther mo 2gravi m etric analysis, which showed higher ther mal stability than m int oil . Compare with both of the biscuits with m int oil or encap sulated m int oil using sens ory evaluati on, the results indicated that the bis

6、cuitswith encap sulated m int oil had str ongerm int fla 2vor than that with m int oil .Keywords:Encap sulated m int oil; 2CD; M icr oencap sulati on; Ther mal stability; B iscuits2環(huán) 糊精 (2C D 是由 7個吡喃葡萄糖單位以 21, 4糖 苷鍵連接成的環(huán)狀物 , 具有特殊中空的結(jié)構(gòu) 。 2C D 分子的 主要特點是具有一個疏水的中心和一個相對親水的表面 , 它 能在水溶液中選擇性地結(jié)合疏水性芯材 , 通過范德華

7、力 、 疏水相互作用 、 以及氫鍵 , 形成包合物 , 即分子水平微膠囊 1, 2。 對于客體分子幾何形狀 、 尺寸 、 極性與 2C D 空腔的尺寸和性 質(zhì)匹配的香精 、 2C D 形成包合物 。 2薄荷油是從薄荷的新鮮莖和葉中提取的一種芳香植物 油 , 無色至淡黃色 、 透明的油狀液體 , 具有宜人香味 , 是重要 的香精油之一 。 在食品工業(yè)中 , 薄荷油被廣泛應用于糖果 、 口香糖 、 清涼飲料 、 傳統(tǒng)糕點 、 餅干及冷飲中 ; 此外 , 薄荷油在 藥品 、 化妝品 、 牙膏與口腔衛(wèi)生用品 、 香皂及卷煙生產(chǎn)中亦具 有廣泛的用途 5, 6。 由于薄荷油中的香氣成分具有揮發(fā)性 , 長時

8、間貯存容易導致產(chǎn)品的風味損失 , 此外 , 薄荷油在高溫 條件下?lián)]發(fā)迅速 , 因此 , 將薄荷油加工成固體微膠囊化薄荷 油 , 可以克服薄荷油易揮發(fā) 、 不耐高溫 、 貯存過程中香氣逃逸 等缺點 , 有利于其在食品中的應用 。本研究以 2CD 為壁材制備微膠囊化薄荷油 , 優(yōu)化 2C D 包合薄荷油的工藝 , 采用熱重分析法比較薄荷油在微膠囊化 前后的熱穩(wěn)定性 , 并對分別添加薄荷油和微膠囊化薄荷油的 曲奇餅干進行薄荷風味評價 。1 材料與方法1. 1 實驗材料與儀器2CD:廣東省郁南縣環(huán)狀糊精廠 ; 薄荷素油 :南通薄荷油廠 ;全統(tǒng)酥油 :強冠企業(yè)股份有限公司 ;高級面包粉 :中糧面業(yè) (秦

9、皇島 鵬泰有限公司 ; 蔗糖 (食品級 、 雞蛋 :市售 ;90-4型恒溫磁力攪拌器 :上海滬西分析儀器廠 ; 501型超級恒溫水浴 :上海實驗儀器廠 ;SHZ 23型循環(huán)水真空泵 :鞏義市站街光亞儀器廠 ;DZG 26050型真空干燥箱 :上海森信實驗儀器有限公司 ; 和面機 :上海早苗有限公司 ;S M 2603T 型電烤箱 :新麥機械無錫有限公司 ;TG A /SDT A851型熱重分析儀 :英國 METT LER 公司 。 1. 2 實驗方法1. 2. 1 工藝流程2CD 懸濁液薄荷油 保溫攪拌一定時間 冰箱靜置過夜 抽濾 深沉 60 真空干燥 微膠囊化薄荷油產(chǎn)品1. 2. 2 微膠囊

10、化效率和產(chǎn)率的測定微膠囊化效率 (% =(1-微膠囊表面薄荷油的含量 /產(chǎn)品中薄荷油的含量 ×100%微膠囊化產(chǎn)率 (% =微膠囊產(chǎn)品中薄荷油的量 /初始 添加薄荷油的總量 ×100%微膠囊產(chǎn)品中薄荷油總油含量的測定 :采用水蒸汽蒸餾 法 7;微膠囊產(chǎn)品表面薄荷油含量的測定 :采用紫外分光光度 法 8。1. 2. 3 失重曲線的測定 采用 TG A /SDT A851型熱重分析 儀 , 控制氮氣流量為 40mL /min, 升溫速率為 20 /min, 從 30 升溫至 200 ,曲線 ; 稱取約 5mg 樣品加到 TG A ,為 40mL /min, 從 30 升溫至 ,

11、; TG 的樣品盒 中 , 從 30 升溫至 , 20 /min, 測定 不同氮氣流量下薄荷油的熱失重曲線 。1. 2. 4 產(chǎn)品的熱失重曲線的測定 采用 TG A /SDT A851型 熱重分析儀 , 稱取約 5mg 樣品加到 TG A 的樣品盒中 , 從 30 升溫至 400 , 控制升溫速率為 20 /min, 氮氣流量為 40mL /min, 測定微膠囊化薄荷油產(chǎn)品的熱失重曲線 。 1. 2. 5 薄荷風味曲奇餅干的制備 曲奇餅干基本配方見表 1。 分別在曲奇餅干中添加 150, 300mg/kg的薄荷油及含等 量薄荷油的微膠囊化薄荷油產(chǎn)品 , 制備薄荷風味曲奇餅干 。 表 1 曲奇餅

12、干基本配方用料 面粉 糖 黃油 雞蛋 水 用量 /g2501001505025 曲奇餅干制作工藝 :黃油與糖稱重后加入和面機 , 于三 級速度下攪打 15m in, 加入薄荷油或微膠囊化薄荷油繼續(xù)攪 打 510m in, 而后在二級速度下攪打并加入雞蛋和水保持 5m in, 再在一級速度慢慢加入面粉并攪拌均勻 , 用擠花袋制 備曲奇餅干胚 , 并將其置于烤盤中 , 進入烤箱于上火 160 、 下火 160 烘烤約 20m in, 室溫下冷卻后保藏 。1. 2. 6 感官評定 挑選 12名熟悉薄荷風味的感官評價員 對分別添加了不同濃度的薄荷油及微膠囊化薄荷油產(chǎn)品的 曲奇餅干進行感官評定 , 分別

13、以薄荷風味強度及可接受程度 作為考核指標 , 采用評分檢驗法 , 把評價結(jié)果用等距標度計 分 , 轉(zhuǎn)化為數(shù)值 , 薄荷風味強度計分為 :薄荷風味很弱計 1分 , 較弱計 2分 , 稍弱計 3分 , 一般計 4分 , 稍強計 5分 , 較強 計 6分 , 很強計 7分 ; 可接受程度計分為 :非常厭惡計 1分 , 一般厭惡計 2分 , 稍微厭惡計 3分 , 既不喜歡 , 也不厭惡計 4分 , 稍微喜歡計 5分 , 一般喜歡計 6分 , 非常喜歡計 7分。 采用 成對 t 檢驗對感官評定結(jié)果進行顯著性檢驗 9, 計算公式為 : t =差值的平均值不同數(shù)值的標準偏差 /式中 :N 評價小組成員數(shù) 。

14、2 結(jié)果與討論2. 1 包合條件的優(yōu)化將 2C D 與客體分子共混于水溶液中是制備包合物最常 用的方法 , 包合物的形成是一個平衡過程 , 它符合質(zhì)量作用 定律 。 在多數(shù)情況下 , 2CD, , 簡單過濾 。 當反應形成 1 1包合 :2CD +Gkk d2CD G式中 :k a 結(jié)合常數(shù) ;kd 解離常數(shù) ;G 有機客體分子 。微膠囊化效率和微膠囊化產(chǎn)率是衡量微膠囊產(chǎn)品的重 要質(zhì)量指標 。 微膠囊化效率高 , 說明包埋在微膠囊壁材中的 心材多 , 留在微膠囊表面的心材少 ; 微膠囊化產(chǎn)率高 , 則表明 在產(chǎn)品制備過程中 , 因揮發(fā) 、 氧化等原因所造成的心材損失 較少 。 由于在微膠囊化薄

15、荷油制備過程中采用 60 真空干 燥 , 微膠囊表面的薄荷油在干燥過程中幾乎揮發(fā)殆盡 , 因而 實驗測得在不同條件下制備的微膠囊化薄荷油的微膠囊化 效率均在 99%以上 , 為此采用微膠囊化產(chǎn)率作指標來評價微 膠囊產(chǎn)品包埋的效果 。由三因素 (反應溫度 、 芯壁比及反應 時間 和三水平以及微膠囊化產(chǎn)率為響應指標的正交試驗 結(jié)果見表 2、 表 3。表 2 正交試驗因素水平表試驗號 反應溫度 / 反應時間 /h芯壁比 14021 8 25041 7 36061 6科研開發(fā) 2006年第 5期表 3 正交試驗結(jié)果試驗號反應 溫度反應 時間芯壁比包埋 量 /%微膠囊化 產(chǎn)率 /%11119. 9689

16、. 65212210. 3282. 56313310. 2871. 96422110. 3593. 16523210. 3882. 80621310. 1671. 11733110. 2291. 99831210. 1481. 12932310. 3672. 52K 181. 3980. 6391. 60K 282. 3682. 7582. 16K 381. 8882. 2571. 86極差0. 972. 1219. 74圖 1 在薄荷油微膠囊化過程中 , 芯壁比是影響微膠囊化產(chǎn)率 的主要因素 , 過分提高芯壁比并不能增加最終產(chǎn)品的微膠囊 化產(chǎn)率 , 這是由于 2C D 制備微膠囊化薄荷油是分

17、子包合過 程 2CD 分子的內(nèi)腔體積有限 , 過高的芯壁比反而導致微膠 囊化產(chǎn)率的下降 1。由圖 1可以看出 , 當芯壁比為 1 8(W W , 得到的產(chǎn)品具有最高的微膠囊化產(chǎn)率 , 而進一步降低芯壁比 , 盡管可能使產(chǎn)品的微膠囊化產(chǎn)率略有提高 , 卻 降低了薄荷油的包埋量 , 因此 , 不再進一步探討 。在采用 2CD 包合過程中 , 反應溫度主要從兩個方面來 影響包合效果 , 一方面溫度過高不利于包合過程 , 這是由于 溫度升高 ka 值迅速下降 ; 另一方面 , 由于 2CD 在水中的溶 解度較低 , 溶解度隨溫度的升高有較大的增高 , 包合溫度過 低會造成 2CD 析出 , 而只有處在

18、晶體表面的 2C D 才有可 能與薄荷油發(fā)生反應 , 這使得 ka 值降低 , 從而影響包合效 果 。 實驗結(jié)果表明 :最佳的反應溫度為 50 。隨著反應時間的延長 , 微膠囊化產(chǎn)率有一個先增加后下 降的趨勢 , 這是由于 2C D 包合制備微膠囊是香精分子進入 2C D 空腔形成疏水鍵結(jié)合的過程 , 而攪拌是實現(xiàn)這一過程 的推動力 , 因此增加反應時間有利于微膠囊的形成 ; 由于薄 荷油是揮發(fā)油 , 當包合反應達到平衡時 , 進一步延長反應時間會因薄荷油的揮發(fā)而導致最終微膠囊化產(chǎn)率有所下降 。由圖 1可知 , 最佳的反應時間為 4h 。在優(yōu)化后的條件下制 得的微膠囊化薄荷油的微膠囊化產(chǎn)率為

19、93. 16%, 薄荷油包 埋量為 10. 35%(W W 。2. 2 熱穩(wěn)定性熱分析是用于表征物質(zhì)熱性質(zhì)的基本分析方法之一 , 包 括差示掃描量熱法 、 熱重法 、 差熱分析法 、 以及熱機械法等 , 熱重法是在程序控溫下 , 借助熱天平以獲得物質(zhì)的質(zhì)量與溫 度關(guān)系的一種技術(shù) 。它通過記錄被分析物質(zhì)在升溫過程中 的質(zhì)量變化 , 反映物質(zhì)的熱穩(wěn)定性及其降解過程 10, 11。2. 2. 1 測定條件對熱重法測定薄荷油熱穩(wěn)定性的影響 采用熱重法測定薄荷油熱穩(wěn)定性時 , 樣品質(zhì)量的多少會直接影 響到測定結(jié)果 , 由圖 2可以發(fā)現(xiàn) , 當升溫速率為 20 /min 、 吹掃氣氮氣流量為 40mL /

20、min 時 , 樣品量從 5. 8mg 增加至14. 9mg 時 , 薄荷油完全失重的溫度從 135 升至 154 , 這是由于增加樣品量 , 樣品內(nèi)部溫度梯度變大 , 導致薄荷油的 揮發(fā)出現(xiàn)溫度滯后 , 從而使熱重曲線發(fā)生變化 , 因此在儀器 , 且盡可能稱取相同的 , 。圖 2 樣品量對薄荷油熱失重曲線的影響由圖 3可知 , 當吹掃氣氮氣流量為 40mL /min 時 , 分別 采用不同的升溫速率測定得到的薄荷油熱失重曲線有明顯 的差異 , 升溫速率越慢 , 測定得到薄荷油完全失重的溫度越 低 , 當升溫速率為 5 /min, 測定得到薄荷油完全失重的溫 度為 104 , 而當升溫速率為

21、20 /min 時 , 薄荷油完全失重 的溫度則升至 135 , 這是因為薄荷油是揮發(fā)油 , 在較低溫 度下樣品亦有揮發(fā) , 因此采用較低的升溫速率時 , 達到一定 溫度所需的時間較長 , 在此過程中薄荷油的揮發(fā)量較多 , 從 而導致測定得到的薄荷油完全失重的溫度降低 。圖 3 升溫速率對薄荷油熱失重曲線的影響第 22卷第 5期朱衛(wèi)紅等 :微膠囊化薄荷油的制備及其熱穩(wěn)定性研究由圖 4可以看出 , 當升溫速率為 20 /min 、 樣品量為5mg 時 , 采用不同吹掃氣氮氣流量測定得到的薄荷油的熱失重曲線亦有較大的差異 , 當吹掃氣氮氣流量從 40mL /min 降 低至 15mL /min 時

22、 , 薄荷油完全失重的溫度則從 135 升至150 , 這是由于揮發(fā)物從樣品中揮發(fā)出來后 , 往往會在低溫處冷凝 , 若冷凝在樣品盒上則會造成測定的失重結(jié)果偏 低 , 而當溫度進一步升高 , 冷凝物再次揮發(fā)造成假失重 , 從而 使熱重曲線偏移 , 因此 , 在測定中可以采用加大吹掃氣流速 , 使揮發(fā)物立即離開樣品盒 , 以減少由此造成的誤差 。圖 4 氮氣流量對薄荷油熱失重曲線的影響2. 2. 2 微膠囊包埋對薄荷油熱穩(wěn)定性的影響 由圖 5可知 , 當溫度升至 135 時 , 未經(jīng)微膠囊包埋的薄荷油的失重 率為 2. 5%, 在此溫度下薄荷油幾乎揮發(fā)殆盡 , 300 時 , , 荷油經(jīng)微膠囊包

23、埋后 , , , 性大大提高 , 從圖 5, 當溫度達到 300 后進 一步提高溫度 , 則微膠囊化薄荷油出現(xiàn)明顯失重 , 這是由于 微膠囊壁材受熱開始分解 , 從而使包埋于其中的薄荷油被釋 放出來 。圖 5 微膠囊包埋對薄荷油熱穩(wěn)定性的影響2. 3 在曲奇餅干中的應用分別在曲奇餅干中添加 150mg/kg和 300mg/kg的薄荷 油及含等量薄荷油的微膠囊化薄荷油產(chǎn)品加工薄荷風味曲 奇餅干 , 以薄荷風味強度及可接受程度作為考核指標 , 采用 評分檢驗法進行感官評定 , 結(jié)果見表 4、 表 5, 采用成對 t 檢驗 對感官評定結(jié)果進行顯著性檢驗 , 計算結(jié)果見表 6, 查 t 檢驗 臨界值表

24、可知 , 當評價小組成員數(shù) N =12時 , t 0. 05=2. 201,t 0. 01=3. 1069。表 4 薄荷風味曲奇餅干感官評定結(jié)果評價員號 薄荷風味強度評分薄荷油微膠囊化薄荷油可接受程度評分 薄荷油微膠囊化薄荷油124572346532345434455245763454724558346692346102356114564121335總分29455865 150員號 薄荷風味強度評分薄荷油微膠囊化薄荷油可接受程度評分 薄荷油微膠囊化薄荷油135432465334554435455456563554735648454694564104563112446124554總分426060

25、51 添加 300mg/kg薄荷油及微膠囊化薄荷油表 6 薄荷風味曲奇餅干的感官評定 t 檢驗結(jié)果薄荷油濃度 /(mg kg -1t 值 (薄荷風味強度比較 t 值 (可接受程度比較 1509. 3801. 4653009. 9511. 621(下轉(zhuǎn)第 39頁 科研開發(fā) 2006年第 5期圖 7 VE微乳液的釋放曲線由圖 7可見 , VE微乳液的釋放率開始時呈快速上升趨 勢 , 釋放率在 20h 后趨向平衡 , 為 16. 3%, 經(jīng)計算 , 48h 后的包封率仍達 83. 7%。 這說明 VE微乳液包封效果較好 , 游離出來易被氧化的 V E 較少 。因此在較長的儲藏過程中 V E損失很少

26、, 具有較高的保質(zhì)效果 。3 結(jié)論本研究制備的 VE微乳液具有如下特性 :平均粒徑為 10n m 以下 , 且粒徑大小隨時間變化不大 , 穩(wěn)定性好 ; 具有透明澄清的外觀 ; 制備簡單 , 可常溫下儲藏 , 其包埋后 V E損失隨時間變化很小 , 具有較高的對 VE的包封率 。參考文獻1 楊錦宗 , 蘭云軍 . 微乳狀液制備技術(shù)及其發(fā)展狀況 J .精細化工 ,1995(4 :710.2 魯瑩 , 等 . 新型藥物載體 J .國外醫(yī)藥 -合成藥生化藥 -制劑分 冊 , 1999, 20(4 :253.3 張雁立 . V E 生理功效的研究 J .武漢體育學院學報 , 1994(3 : 8788.

27、4 崔炳群 . 天然 V E 微膠囊化研究 J .糧食與油脂 , 2002(1 :8 10.5 湯化鋼 , 等 . V E 微膠囊化研究 J .食品與機械 , 2005(1 :46. 6 Avira m Spernath And Anan Yaghmur . Food 2Grade M icr oemulsi ons Based on Noni onic Emulsifiers :Media To Enhance Lycopene Solutbi 2 lizati onJ .American Che m iscal Society, 2002(50 :69176922. 7 汪楊 , 等 .

28、油 2吐 溫 2醇 體系偽三元相圖在自乳化制劑研究中的應用 J .中國醫(yī)藥工業(yè)雜志 , 2005, 36(6 :345348.8 薛美玲 , 等 . 微乳液變型及 W /O型導電機理的研究 J .青島化工 學院學報 , 1998(3 :2126.9 Ping L i, Anasuya Ghosh . Effect of combined use of noni onic surfac 2 tant on for mati on of oil 2in 2water m icr oe mulsi ons J .I nternati onal Journal of Phar maceutics, 2

29、005(288 :2734.10 W. W arisnoichar oen, A. B. . Noni onic oil 2in 2water m icr oe 2 mulsi ons:the effect of oil phase behavi orJ .I nternati onal Journal Phar , 727.11J .精細化 (8:477.(上接第 35頁 由 表 4、 表 5可 荷 油 的 添 加 量 分 別 為 150, 300mg/kg時 , 添加以 2C D 為壁材的微膠囊化薄荷油加工的 薄荷風味曲奇餅干 , 其薄荷風味強度的總分明顯高于直接添 加薄荷油加工的餅干 ,

30、 從表 6的 t 檢驗結(jié)果亦可以看出 , 由于 9. 380和 9. 951均大于 3. 106(t 0. 01 , 表明兩者在薄荷風味強 度上有顯著差異 (=0. 01 , 這是由于以 2CD 為壁材制備 的微膠囊化薄荷油不僅具有很高的熱穩(wěn)定性 , 而且在水溶液 中具有緩釋效果 12, 將其添加到曲奇餅干中時 , 在曲奇餅干 進入烤箱前的加工過程中 , 大部分微膠囊化薄荷油仍以微膠 囊的形式存在 , 從而使最終的產(chǎn)品比直接添加薄荷油具有更 高的薄荷風味強度 。而在可接受程度方面 , 由于 1. 465和 1. 621均小于 2. 201(t 0. 05 , 表明添加以 2C D 為壁材的微膠

31、 囊化薄荷油與直接添加薄荷油加工的薄荷風味曲奇餅干在 可接受程度上無顯著差異 (=0. 05 。參考文獻1 童林薈主編 . 環(huán)糊精化學 -基礎(chǔ)與應用 M.北京 :科學出版社 , 2001.2 N ian B ing L i . , Hong Oun Luo, and Shao Pu L iu . Res onance Ray 2 leigh scattering study of the inclusi on comp lexati on of chl ora mphenicol with 2cycl odextrin J .Talanta, 2005(66 :435500. 3 E . M. Martin Del Valle . Cycl odextrin and their uses:a revie w J . Pr ocess B i oche m istry, 2004(39 :