辛烯基琥珀酸淀粉酯包埋共轭亚油酸工艺的研究
摘要：以辛烯基琥珀酸淀粉酯为壁材包埋共轭亚油酸，通过响应面法优化包埋条件，得到共轭亚油酸微胶囊化的条件为芯壁比 1∶ 2. 87，包埋时间 1. 56 h，包埋温度 42 ℃，包埋率为 93. 22%。
通过喷雾干燥得到共轭亚油酸微囊粉，在电子扫描显微镜下观察，粉末颗粒饱满紧密，排列整齐，颗粒表面出现无规则凹陷。共轭亚油酸( conjugated linoleic acid，CLA) 是具有 18 个碳且含有共轭双键的脂肪酸，是亚油酸的几何以及位置异构体。 最新营养学和药理学研究表明，共轭亚油酸具有抗癌，抗动脉粥样硬化，提高机体免疫功能和改善脂肪代谢等重要作用，在医药、保健品等领域具有广阔应用前景。 但共轭亚油酸具有高度不饱和性，稳定性较差，容易被空气氧化。 微胶囊技术是将液体芯材通过壁材包裹起来形成微小颗粒的粉末化技术。 将共轭亚油酸微胶囊化，可以提高共轭亚油酸的抗氧化能力，增加水溶性，延长货架期，同时共轭亚油酸微胶囊便于添加到酸奶、奶粉等产品中，增加产品的功能性。
喷雾干燥技术最适于亲油物料的微胶囊化，且生产成本低，易于工业化。 辛烯基琥珀酸淀粉酯是微胶囊化的重要壁材，是一种亲水、亲油的变性淀粉，有良好的乳化性能和成膜性能，还具有低黏度、易干燥等特点。 辛烯基琥珀酸淀粉酯作为壁材制备微胶囊粉具有安全性、合法性，在国内已被广泛应用。 如张燕萍等分别以辛烯基琥珀酸淀粉酯和阿拉伯树胶为壁材研究色拉油微胶囊体系，证明以辛烯基琥珀酸淀粉酯为壁材微胶囊的包埋效率以及贮藏稳定性优于阿拉伯树胶。
本研究以辛烯基琥珀酸淀粉酯为壁材，对功能性强而稳定性差的共轭亚油酸进行微胶囊处理，类似研究至今未见报道。 本研究的目的是研究 CLA微胶囊化的工艺条件，并探索喷雾干燥后微胶囊粉末的微观结构，为今后的工业化生产提供理论依据。
1 材料与仪器
1. 1 材料与试剂
共轭亚油酸( CLA，三酰甘油形式) ，质量分数70%; 辛烯基琥珀酸淀粉酯、单甘酯、蔗糖酯、六偏磷酸钠、三磷酸钠为食品级; 正己烷、无水乙醇、无水乙醚、石油醚。
1. 2 仪器与设备
WZJ100 型磁力搅拌器; HH－6 型数显恒温水浴锅; JA5003 型电子天平; ＲE－52AA 型旋转蒸发仪; Himac CＲ 22G 型高速质机; VEGAⅡ－ LMH 型扫描电子显微镜; SＲJX 型显微镜; Mobile Minor 实验型喷雾干燥机。
2 实验方法
2. 1 共轭亚油酸微胶囊的制备
取一定量辛烯基琥珀酸淀粉酯，在蒸馏水中完全溶解后，加入乳化剂，同时缓慢持续加入共轭亚油酸，确保共轭亚油酸被充分包埋，电磁搅拌器高速搅拌一段时间后，进行喷雾干燥( 条件为进风温度 150℃ ，热空气流量 32 m3/ h) 。
2. 2 微胶囊包埋率测定方法
2. 2. 1 微胶囊表面油含量测定
准确称取 2 g( 准确至 0. 000 1 g) 微囊粉于大试管中，加入一定量石油醚，剧烈震荡 3 min，转移上层石油醚，反复数次。 合并石油醚，浓缩，将浓缩液置于己称量的干燥表面皿中，挥干剩余石油醚，用减重法得出 2 g 产品表面油的重量。
2. 2. 2 微胶囊总油含量测定
准确称取 2 g( 准确至 0. 000 1 g) 微囊粉，加入水溶解，于声波清洗器声破碎 10 min，加入一定量石油醚使油转入有机相中。 转移上层石油醚，反复数次至无油相。 合并石油醚，浓缩，将浓缩液置于己称质量的干燥表面皿中，挥干剩余石油醚，减重法得出 2 g 微囊粉中总油质量。
微囊粉包埋率( %) = ( 产品总油的质量 － 产品表面油的质量) /产品总油的质量 ×100%。
2. 3 辛烯基琥珀酸淀粉酯包埋共轭亚油酸实验
芯壁比分别为 1∶ 2，1∶ 3，1∶ 4，1∶ 5，1∶ 6，包埋温度分别为 20，30，40，50，60，70 ℃，包埋时间分别为0. 5，1. 0，1. 5，2. 0，2. 5 h，加入总体积为 50 mL 的乳化剂，固形物含量为 20% ～ 30%。 干燥方式采用喷雾干燥，测定不同芯壁比、不同包埋温度，不同包埋时间对包埋率的影响。
2. 4 共轭亚油酸包埋条件优化
利用 Box-Benhnken 的中心组合实验，根据单因素的实验结果，选取芯材: 壁材( A) 、包埋时间( B) 、包埋温度( C) 对共轭亚油酸包埋率影响显著的 3 个因素，以共轭亚油酸包埋率为响应值( Y) ，进行响应面试验。
2. 5 电镜扫描喷雾干燥的共轭亚油酸微胶囊粉末
将制好的共轭亚油酸微胶囊乳状液通过蠕动泵输送到干燥塔顶，进行喷雾干燥。 称取一定量喷雾干燥微囊粉经过固定、脱水处理后备用，将少许的微胶囊粉末匀固定在贴胶的电镜进样台上，放入HVS －SGB 喷金机，真空条件下进行样品的喷金，然后固定在载物台上，置于扫描电子显微镜下观察不同干燥工艺后微囊粉颗粒微观结构，加速电压为20 kV。
3 结果与讨论
3. 1 芯材壁材比对包埋率的影响
在温度和包埋时间一定条件下，微囊粉包埋率在芯材∶壁材为1∶ 1，1∶ 2，1∶ 3时包埋率上升，主要因为高速搅拌下大量的辛烯基琥珀酸淀粉酯能够与共轭亚油酸充分接触，包埋更完全。 在芯材∶ 壁材为1∶ 4，1∶ 5时，包埋率基本不变，在 1∶ 6时略有下降，主要是因为辛烯基琥珀酸淀粉酯过量，油脂含量降低，误差增大造成。 芯 材 ∶ 壁 材 为 1 ∶ 3 时 达 到 最 大，包 埋 率 为93. 24% ± 1. 2% 。
3. 2 包埋时间对包埋率的影响
在芯壁比和包埋温度一定条件下，共轭亚油酸微囊粉包埋率随时间的变化。 搅拌包埋时间增长，微囊粉包埋率相应提高，在 1. 5 h 微囊粉包埋率为 90. 34% ± 1. 5%，但搅拌包埋时间过长，液滴直径越小，表面能变高，油滴有趋于聚合的趋势，导致包埋率下降。
3. 3 包埋温度对包埋率的影响
在芯壁比和包埋时间一定条件下，共轭亚油酸微囊粉包埋率随温度的变化， 温度升高包埋率上升，40 ℃时包埋率达到较大值为95. 52% ± 0. 7% ; 温度继续升高，包埋率下降明显，可能因为共轭亚油酸分子运动加快，不利于包埋过程的进行，同时辛烯基琥珀酸淀粉受温度影响较大。
3. 4 微囊粉包埋方法的响应面试验分析
利用响应面统计方法拟合试验数据，得到芯壁比、包埋时间、包埋温度的编码方程。
Y = 93. 86 － 1. 36X1 + 0. 83B + 1C － 0. 91AB +1. 23AC － 1. 62BC － 4. 54A2－ 2. 66B2－ 1. 60C2。( 1)
由方程一次项回归系数绝对值得出各响应因子对响应值的影响程度大小依次为: 芯壁比( A) ＞ 温度( C) ＞ 时间( B) 。
通过 Design-Expert 软件进行二次回归分析，得到回归模型，建立的二次回归实际模型方程见式( 2) 。
Y = － 12. 783 50 + 23. 688 00A + 51. 991 00B +1. 494 90C － 1. 825 00AB + 0. 123 25AC －0. 323 50BC － 4. 539 25A2－10. 637 00B2－ 0. 015 993C2。（2）
该模型能很好地解释数据的差异性。 芯壁比一次项和芯壁比及时间的平方项对 CLA 微囊粉化工艺中包埋率的影响是其显著( p ＜ 0. 01) ，时间的一次项和芯壁比与时间交互不显著 ( p ＞0. 05) 。 芯壁比和温度、时间和温度交互显著( p ＜ 0. 05) ，AdjＲ－Squaredr2 = 0. 911 3 为模型的调整确定系数，表明此模型可解释 91. 13% 数据的变异性。 进而可证明该模型拟合程度好，试验误差小，可以对 CLA 微囊粉化工艺进行分析和预测。 模型的失拟项 P 值为0. 413 8，证明失拟项不显著( P ＞ 0. 05) ，说明模型有较好的稳定性，无失拟因素存在，可用该回归方程代替试验真实点对实验结果进行分析，能很好地预测CLA 微囊粉化工艺中包埋率的变化。
通过回归方程绘制芯壁比、包埋温度、包埋时间3 个因素对包埋率的影响响应面图，通过响应面分析图和等高线图，考察响应曲面图形的拟合程度。当包合时间在 1. 5 h 不变时，芯壁比为 1∶ 2至 1∶ 4，CLA 微囊粉的包埋率呈现先升高后降低的趋势，芯壁比和时间交互不显著( p ＞0. 05) 。
绘制芯壁比和包埋温度对包埋率影响的响应面立体分析图和等高分析图。 当芯壁比在 1∶ 3不变时，包合温度为 40 ～60 ℃，CLA微囊粉包埋率先升高后下降。 温度和芯壁比两者交互显著( p ＜0. 05) 。
绘制包埋温度和包埋时间对包埋率影响的响应面立体分析图和等高分析图。当温度在 30 ℃不变时，时间为 0. 5 ～2 h，CLA 微囊粉包埋率先升高后降低，曲线较平缓，温度和包合时间两者交互显著( p ＜0. 05) 。
应用 Design-Expert 软件运算得出工艺条件: 芯壁比为 1∶ 2. 87，包埋时间为 1. 56 h，包埋温度为 42. 01 ℃，预测较大包埋率为 93. 096%。
3. 5 重复性实验
取一定量 CLA 放入 100 mL 烧杯中，在芯壁比为1∶2.87，包埋时间为1.56 h，包埋温度为42 ℃，重复实验 3 次取平值。 辛基琥珀酸淀粉酯在工艺条件下对共轭亚油酸进行包埋，包埋率重复性较好，平值为93.22%。
3. 6 共轭亚油酸微胶囊喷雾干燥
喷雾干燥粉末粒子为颗粒状，分散匀，是在喷雾过程中微囊粉粒子迅速干燥形成的独立颗粒。 喷雾干燥便于产品的工业化生产，短的干燥时间能保护芯材性状，能源消耗相对较少，喷雾过程能较好保护芯材与壁材。 但产品含水量稍高，不利于产品保藏; 空气流速、温度、压力对产品影响很大，干燥条件影响产品性质。
3. 7 电镜扫描结果
通过扫描电子显微镜对喷雾干燥的样品进行微观结构观察。 扫描照片图像放大倍数分别为 1 000 倍，5 000 倍，10 000倍。通过喷雾干燥工艺制备的粉末颗粒排列整齐、紧密、饱满。 颗粒表面有凹陷，有少部分的小颗粒，粉末颗粒囊壁完整，没有出现裂痕及孔洞等。 粉末成分单一，没有出现其他固体颗粒。喷雾干燥粉末颗粒出现凹陷，且成无规则现象。 当图像倍数放大至 10 000 倍时，发现颗粒大小区别较大，原因是质时间短，导致 CLA 没有完全分散开就被辛烯基琥珀酸变性淀粉包埋，颗粒表面光滑圆润饱满，部分出现凹陷。 通过微观结构观察和喷雾干燥分子运动过程，分析出现这一现象的原因是微乳液在进行喷雾干燥时，入口温度过高，乳液在高速喷出时具有较高的温度，水蒸发的同时带走大量热量，导致囊壁内部压力下降，囊壁收缩。 微观结构显示喷雾干燥后微胶囊颗粒为直径 6 μm 且饱满光滑的乳白色圆形颗粒。
来源：惠合浓缩器
