微胶囊化薄荷油的制备及其热稳定性研究

1、基金项目 :江苏省农业攻关项目 (项目编号 :BE20043400 作者简介 :朱卫红 (1969- , 女 , 江南大学食品学院工程师。E 2mail:whzhusytu . edu . cn通讯作者 :许时婴收稿日期 :2006-07-13第 22卷第 5期 2006年 9月F OOD &MACH I N ERY食 品 与 机 械Vol . 22, No . 5Sep. , 2006微胶囊化薄荷油的制备及其热稳定性研究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朱卫红ZHU W ei 2hong许时婴XU S hi 2ying江 波J I AN G B o(江南大学食品科学与安全国家教育部重点实验室 , 江苏 无锡 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环 糊精 (2CD 为壁材 、 薄荷油为芯材制备微胶囊化薄荷油 。 采用正交试验对 2CD 包合薄荷油工艺进行优 化 , 得到最佳工艺

3、条件为 :芯壁比 1 8(W W 、 反应时间 4h 、 反应温度 50 , 微胶囊化产率为 93. 16%, 薄荷油包埋 量为 10. 35%(W W 。采用热重分析法研究了薄荷油在微 胶囊化前后的热稳定性 , 薄荷油经微胶囊包埋后 , 微胶囊囊 壁阻止了薄荷油在受热情况下的挥发损失 , 热稳定性大大提高 曲奇饼干中 , 感官评定结果显示 :味强度 。关键词 :薄荷油 ; 2环 ; ; 热稳定性 ; 饼干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环 糊精 (2C D 是由 7个吡喃葡萄糖单位以 21, 4糖 苷键连接成的环状物 , 具有特殊中空的结构 。 2C D 分子的 主要特点是具有一个疏水的中心和一个相对亲水的表面 , 它 能在水溶液中选择性地结合疏水性芯材 , 通过范德华

7、力 、 疏水相互作用 、 以及氢键 , 形成包合物 , 即分子水平微胶囊 1, 2。 对于客体分子几何形状 、 尺寸 、 极性与 2C D 空腔的尺寸和性 质匹配的香精 、 2C D 形成包合物 。 2薄荷油是从薄荷的新鲜茎和叶中提取的一种芳香植物 油 , 无色至淡黄色 、 透明的油状液体 , 具有宜人香味 , 是重要 的香精油之一 。 在食品工业中 , 薄荷油被广泛应用于糖果 、 口香糖 、 清凉饮料 、 传统糕点 、 饼干及冷饮中 ; 此外 , 薄荷油在 药品 、 化妆品 、 牙膏与口腔卫生用品 、 香皂及卷烟生产中亦具 有广泛的用途 5, 6。 由于薄荷油中的香气成分具有挥发性 , 长时

8、间贮存容易导致产品的风味损失 , 此外 , 薄荷油在高温 条件下挥发迅速 , 因此 , 将薄荷油加工成固体微胶囊化薄荷 油 , 可以克服薄荷油易挥发 、 不耐高温 、 贮存过程中香气逃逸 等缺点 , 有利于其在食品中的应用 。本研究以 2CD 为壁材制备微胶囊化薄荷油 , 优化 2C D 包合薄荷油的工艺 , 采用热重分析法比较薄荷油在微胶囊化 前后的热稳定性 , 并对分别添加薄荷油和微胶囊化薄荷油的 曲奇饼干进行薄荷风味评价 。1 材料与方法1. 1 实验材料与仪器2CD:广东省郁南县环状糊精厂 ; 薄荷素油 :南通薄荷油厂 ;全统酥油 :强冠企业股份有限公司 ;高级面包粉 :中粮面业 (秦

9、皇岛 鹏泰有限公司 ; 蔗糖 (食品级 、 鸡蛋 :市售 ;90-4型恒温磁力搅拌器 :上海沪西分析仪器厂 ; 501型超级恒温水浴 :上海实验仪器厂 ;SHZ 23型循环水真空泵 :巩义市站街光亚仪器厂 ;DZG 26050型真空干燥箱 :上海森信实验仪器有限公司 ; 和面机 :上海早苗有限公司 ;S M 2603T 型电烤箱 :新麦机械无锡有限公司 ;TG A /SDT A851型热重分析仪 :英国 METT LER 公司 。 1. 2 实验方法1. 2. 1 工艺流程2CD 悬浊液薄荷油 保温搅拌一定时间 冰箱静置过夜 抽滤 深沉 60 真空干燥 微胶囊化薄荷油产品1. 2. 2 微胶囊

10、化效率和产率的测定微胶囊化效率 (% =(1-微胶囊表面薄荷油的含量 /产品中薄荷油的含量 ×100%微胶囊化产率 (% =微胶囊产品中薄荷油的量 /初始 添加薄荷油的总量 ×100%微胶囊产品中薄荷油总油含量的测定 :采用水蒸汽蒸馏 法 7;微胶囊产品表面薄荷油含量的测定 :采用紫外分光光度 法 8。1. 2. 3 失重曲线的测定 采用 TG A /SDT A851型热重分析 仪 , 控制氮气流量为 40mL /min, 升温速率为 20 /min, 从 30 升温至 200 ,曲线 ; 称取约 5mg 样品加到 TG A ,为 40mL /min, 从 30 升温至 ,

11、; TG 的样品盒 中 , 从 30 升温至 , 20 /min, 测定 不同氮气流量下薄荷油的热失重曲线 。1. 2. 4 产品的热失重曲线的测定 采用 TG A /SDT A851型 热重分析仪 , 称取约 5mg 样品加到 TG A 的样品盒中 , 从 30 升温至 400 , 控制升温速率为 20 /min, 氮气流量为 40mL /min, 测定微胶囊化薄荷油产品的热失重曲线 。 1. 2. 5 薄荷风味曲奇饼干的制备 曲奇饼干基本配方见表 1。 分别在曲奇饼干中添加 150, 300mg/kg的薄荷油及含等 量薄荷油的微胶囊化薄荷油产品 , 制备薄荷风味曲奇饼干 。 表 1 曲奇饼

12、干基本配方用料 面粉 糖 黄油 鸡蛋 水 用量 /g2501001505025 曲奇饼干制作工艺 :黄油与糖称重后加入和面机 , 于三 级速度下搅打 15m in, 加入薄荷油或微胶囊化薄荷油继续搅 打 510m in, 而后在二级速度下搅打并加入鸡蛋和水保持 5m in, 再在一级速度慢慢加入面粉并搅拌均匀 , 用挤花袋制 备曲奇饼干胚 , 并将其置于烤盘中 , 进入烤箱于上火 160 、 下火 160 烘烤约 20m in, 室温下冷却后保藏 。1. 2. 6 感官评定 挑选 12名熟悉薄荷风味的感官评价员 对分别添加了不同浓度的薄荷油及微胶囊化薄荷油产品的 曲奇饼干进行感官评定 , 分别

13、以薄荷风味强度及可接受程度 作为考核指标 , 采用评分检验法 , 把评价结果用等距标度计 分 , 转化为数值 , 薄荷风味强度计分为 :薄荷风味很弱计 1分 , 较弱计 2分 , 稍弱计 3分 , 一般计 4分 , 稍强计 5分 , 较强 计 6分 , 很强计 7分 ; 可接受程度计分为 :非常厌恶计 1分 , 一般厌恶计 2分 , 稍微厌恶计 3分 , 既不喜欢 , 也不厌恶计 4分 , 稍微喜欢计 5分 , 一般喜欢计 6分 , 非常喜欢计 7分。 采用 成对 t 检验对感官评定结果进行显著性检验 9, 计算公式为 : t =差值的平均值不同数值的标准偏差 /式中 :N 评价小组成员数 。

14、2 结果与讨论2. 1 包合条件的优化将 2C D 与客体分子共混于水溶液中是制备包合物最常 用的方法 , 包合物的形成是一个平衡过程 , 它符合质量作用 定律 。 在多数情况下 , 2CD, , 简单过滤 。 当反应形成 1 1包合 :2CD +Gkk d2CD G式中 :k a 结合常数 ;kd 解离常数 ;G 有机客体分子 。微胶囊化效率和微胶囊化产率是衡量微胶囊产品的重 要质量指标 。 微胶囊化效率高 , 说明包埋在微胶囊壁材中的 心材多 , 留在微胶囊表面的心材少 ; 微胶囊化产率高 , 则表明 在产品制备过程中 , 因挥发 、 氧化等原因所造成的心材损失 较少 。 由于在微胶囊化薄

15、荷油制备过程中采用 60 真空干 燥 , 微胶囊表面的薄荷油在干燥过程中几乎挥发殆尽 , 因而 实验测得在不同条件下制备的微胶囊化薄荷油的微胶囊化 效率均在 99%以上 , 为此采用微胶囊化产率作指标来评价微 胶囊产品包埋的效果 。由三因素 (反应温度 、 芯壁比及反应 时间 和三水平以及微胶囊化产率为响应指标的正交试验 结果见表 2、 表 3。表 2 正交试验因素水平表试验号 反应温度 / 反应时间 /h芯壁比 14021 8 25041 7 36061 6科研开发 2006年第 5期表 3 正交试验结果试验号反应 温度反应 时间芯壁比包埋 量 /%微胶囊化 产率 /%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极差0. 972. 1219. 74图 1 在薄荷油微胶囊化过程中 , 芯壁比是影响微胶囊化产率 的主要因素 , 过分提高芯壁比并不能增加最终产品的微胶囊 化产率 , 这是由于 2C D 制备微胶囊化薄荷油是分

17、子包合过 程 2CD 分子的内腔体积有限 , 过高的芯壁比反而导致微胶 囊化产率的下降 1。由图 1可以看出 , 当芯壁比为 1 8(W W , 得到的产品具有最高的微胶囊化产率 , 而进一步降低芯壁比 , 尽管可能使产品的微胶囊化产率略有提高 , 却 降低了薄荷油的包埋量 , 因此 , 不再进一步探讨 。在采用 2CD 包合过程中 , 反应温度主要从两个方面来 影响包合效果 , 一方面温度过高不利于包合过程 , 这是由于 温度升高 ka 值迅速下降 ; 另一方面 , 由于 2CD 在水中的溶 解度较低 , 溶解度随温度的升高有较大的增高 , 包合温度过 低会造成 2CD 析出 , 而只有处在

18、晶体表面的 2C D 才有可 能与薄荷油发生反应 , 这使得 ka 值降低 , 从而影响包合效 果 。 实验结果表明 :最佳的反应温度为 50 。随着反应时间的延长 , 微胶囊化产率有一个先增加后下 降的趋势 , 这是由于 2C D 包合制备微胶囊是香精分子进入 2C D 空腔形成疏水键结合的过程 , 而搅拌是实现这一过程 的推动力 , 因此增加反应时间有利于微胶囊的形成 ; 由于薄 荷油是挥发油 , 当包合反应达到平衡时 , 进一步延长反应时间会因薄荷油的挥发而导致最终微胶囊化产率有所下降 。由图 1可知 , 最佳的反应时间为 4h 。在优化后的条件下制 得的微胶囊化薄荷油的微胶囊化产率为

19、93. 16%, 薄荷油包 埋量为 10. 35%(W W 。2. 2 热稳定性热分析是用于表征物质热性质的基本分析方法之一 , 包 括差示扫描量热法 、 热重法 、 差热分析法 、 以及热机械法等 , 热重法是在程序控温下 , 借助热天平以获得物质的质量与温 度关系的一种技术 。它通过记录被分析物质在升温过程中 的质量变化 , 反映物质的热稳定性及其降解过程 10, 11。2. 2. 1 测定条件对热重法测定薄荷油热稳定性的影响 采用热重法测定薄荷油热稳定性时 , 样品质量的多少会直接影 响到测定结果 , 由图 2可以发现 , 当升温速率为 20 /min 、 吹扫气氮气流量为 40mL /

20、min 时 , 样品量从 5. 8mg 增加至14. 9mg 时 , 薄荷油完全失重的温度从 135 升至 154 , 这是由于增加样品量 , 样品内部温度梯度变大 , 导致薄荷油的 挥发出现温度滞后 , 从而使热重曲线发生变化 , 因此在仪器 , 且尽可能称取相同的 , 。图 2 样品量对薄荷油热失重曲线的影响由图 3可知 , 当吹扫气氮气流量为 40mL /min 时 , 分别 采用不同的升温速率测定得到的薄荷油热失重曲线有明显 的差异 , 升温速率越慢 , 测定得到薄荷油完全失重的温度越 低 , 当升温速率为 5 /min, 测定得到薄荷油完全失重的温 度为 104 , 而当升温速率为

21、20 /min 时 , 薄荷油完全失重 的温度则升至 135 , 这是因为薄荷油是挥发油 , 在较低温 度下样品亦有挥发 , 因此采用较低的升温速率时 , 达到一定 温度所需的时间较长 , 在此过程中薄荷油的挥发量较多 , 从 而导致测定得到的薄荷油完全失重的温度降低 。图 3 升温速率对薄荷油热失重曲线的影响第 22卷第 5期朱卫红等 :微胶囊化薄荷油的制备及其热稳定性研究由图 4可以看出 , 当升温速率为 20 /min 、 样品量为5mg 时 , 采用不同吹扫气氮气流量测定得到的薄荷油的热失重曲线亦有较大的差异 , 当吹扫气氮气流量从 40mL /min 降 低至 15mL /min 时

22、 , 薄荷油完全失重的温度则从 135 升至150 , 这是由于挥发物从样品中挥发出来后 , 往往会在低温处冷凝 , 若冷凝在样品盒上则会造成测定的失重结果偏 低 , 而当温度进一步升高 , 冷凝物再次挥发造成假失重 , 从而 使热重曲线偏移 , 因此 , 在测定中可以采用加大吹扫气流速 , 使挥发物立即离开样品盒 , 以减少由此造成的误差 。图 4 氮气流量对薄荷油热失重曲线的影响2. 2. 2 微胶囊包埋对薄荷油热稳定性的影响 由图 5可知 , 当温度升至 135 时 , 未经微胶囊包埋的薄荷油的失重 率为 2. 5%, 在此温度下薄荷油几乎挥发殆尽 , 300 时 , , 荷油经微胶囊包

23、埋后 , , , 性大大提高 , 从图 5, 当温度达到 300 后进 一步提高温度 , 则微胶囊化薄荷油出现明显失重 , 这是由于 微胶囊壁材受热开始分解 , 从而使包埋于其中的薄荷油被释 放出来 。图 5 微胶囊包埋对薄荷油热稳定性的影响2. 3 在曲奇饼干中的应用分别在曲奇饼干中添加 150mg/kg和 300mg/kg的薄荷 油及含等量薄荷油的微胶囊化薄荷油产品加工薄荷风味曲 奇饼干 , 以薄荷风味强度及可接受程度作为考核指标 , 采用 评分检验法进行感官评定 , 结果见表 4、 表 5, 采用成对 t 检验 对感官评定结果进行显著性检验 , 计算结果见表 6, 查 t 检验 临界值表

24、可知 , 当评价小组成员数 N =12时 , t 0. 05=2. 201,t 0. 01=3. 1069。表 4 薄荷风味曲奇饼干感官评定结果评价员号 薄荷风味强度评分薄荷油微胶囊化薄荷油可接受程度评分 薄荷油微胶囊化薄荷油124572346532345434455245763454724558346692346102356114564121335总分29455865 150员号 薄荷风味强度评分薄荷油微胶囊化薄荷油可接受程度评分 薄荷油微胶囊化薄荷油135432465334554435455456563554735648454694564104563112446124554总分426060

25、51 添加 300mg/kg薄荷油及微胶囊化薄荷油表 6 薄荷风味曲奇饼干的感官评定 t 检验结果薄荷油浓度 /(mg kg -1t 值 (薄荷风味强度比较 t 值 (可接受程度比较 1509. 3801. 4653009. 9511. 621(下转第 39页 科研开发 2006年第 5期图 7 VE微乳液的释放曲线由图 7可见 , VE微乳液的释放率开始时呈快速上升趋 势 , 释放率在 20h 后趋向平衡 , 为 16. 3%, 经计算 , 48h 后的包封率仍达 83. 7%。 这说明 VE微乳液包封效果较好 , 游离出来易被氧化的 V E 较少 。因此在较长的储藏过程中 V E损失很少

26、, 具有较高的保质效果 。3 结论本研究制备的 VE微乳液具有如下特性 :平均粒径为 10n m 以下 , 且粒径大小随时间变化不大 , 稳定性好 ; 具有透明澄清的外观 ; 制备简单 , 可常温下储藏 , 其包埋后 V E损失随时间变化很小 , 具有较高的对 VE的包封率 。参考文献1 杨锦宗 , 兰云军 . 微乳状液制备技术及其发展状况 J .精细化工 ,1995(4 :710.2 鲁莹 , 等 . 新型药物载体 J .国外医药 -合成药生化药 -制剂分 册 , 1999, 20(4 :253.3 张雁立 . V E 生理功效的研究 J .武汉体育学院学报 , 1994(3 : 8788.

27、4 崔炳群 . 天然 V E 微胶囊化研究 J .粮食与油脂 , 2002(1 :8 10.5 汤化钢 , 等 . V E 微胶囊化研究 J .食品与机械 , 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 汪杨 , 等 .

28、油 2吐 温 2醇 体系伪三元相图在自乳化制剂研究中的应用 J .中国医药工业杂志 , 2005, 36(6 :345348.8 薛美玲 , 等 . 微乳液变型及 W /O型导电机理的研究 J .青岛化工 学院学报 , 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 .精细化 (8:477.(上接第 35页 由 表 4、 表 5可 荷 油 的 添 加 量 分 别 为 150, 300mg/kg时 , 添加以 2C D 为壁材的微胶囊化薄荷油加工的 薄荷风味曲奇饼干 , 其薄荷风味强度的总分明显高于直接添 加薄荷油加工的饼干 ,

30、 从表 6的 t 检验结果亦可以看出 , 由于 9. 380和 9. 951均大于 3. 106(t 0. 01 , 表明两者在薄荷风味强 度上有显著差异 (=0. 01 , 这是由于以 2CD 为壁材制备 的微胶囊化薄荷油不仅具有很高的热稳定性 , 而且在水溶液 中具有缓释效果 12, 将其添加到曲奇饼干中时 , 在曲奇饼干 进入烤箱前的加工过程中 , 大部分微胶囊化薄荷油仍以微胶 囊的形式存在 , 从而使最终的产品比直接添加薄荷油具有更 高的薄荷风味强度 。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 为壁材的微胶

31、 囊化薄荷油与直接添加薄荷油加工的薄荷风味曲奇饼干在 可接受程度上无显著差异 (=0. 05 。参考文献1 童林荟主编 . 环糊精化学 -基础与应用 M.北京 :科学出版社 , 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 :