添加玉米低聚肽的紫苏籽油乳状液及其微胶囊的制备

刘义凤，侯占群，田巧基，夏 凯，于有强，潘 聪，段盛林，罗安来，韩晓峰,*

（1.中国食品发酵工业研究院有限公司，北京 100015；2.功能主食创制与慢病营养干预北京市重点实验室，北京 100015）

随着社会与经济的发展，人们的饮食习惯和膳食结构发生了巨大的变化，尤其是动物油脂和反式脂肪酸的过量摄入，以及各类不饱和脂肪酸的摄入比例严重不合理，直接与间接地造成肥胖、糖尿病和心脑血管病变等慢性病的高发。研究显示，ω-3多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFAs）有重要的营养价值和功能性作用[1-3]，如防治心血管疾病等[4]。因此，开发ω-3 PUFAs系列的保健食品，对改善人们的身体状态、增强国民的身体素质具有重要的现实意义[5-8]。紫苏籽油不饱和程度高，其含有约60%的α-亚麻酸，因此可作为ω-3 PUFAs的重要来源应用于功能食品开发[9]。然而，因紫苏籽油较差的氧化稳定性、水溶性及分散性，使之不能广泛地应用到食品中。目前如何最大限度保护其生物活性，提高其在功能食品中的稳定性[10]，已成为我国发展紫苏籽油产业亟需解决的问题。

玉米低聚肽是玉米蛋白经过酶的定向剪切而形成的特定小分子肽。玉米低聚肽有独特的氨基酸构成，具有调节脂质代谢、促进酒精代谢[11]、保护肝脏、抗氧化[12]、降血压、增强免疫及运动能力等功能[13]，例如对酒精肝损伤具有保护作用。另外，在生产加工方面有许多的人工合成抗氧化剂，如丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯，尽管这类抗氧化剂的抗氧化效果较好，但对人体具有潜在的毒副作用，因此，寻找天然来源且安全的生物抗氧化剂，如玉米低聚肽等天然抗氧化肽已成为目前研究的重点。

水包油型乳状液是食品产业中的重要体系之一。通过乳状液的制备，油脂的物化特性得到改善，并能促进人体对必需脂肪酸的吸收，克服了传统油脂的应用弊端。近年来，国内外科研工作者对富含ω-3 PUFAs的功能性油脂，如鱼油、亚麻籽油乳状液进行了较多研究[14-17]。如黄明丽[18]采用酪蛋白酸钠（sodium caseinate，SC）制备鱼油乳状液，并发现藻酸丙二醇酯可提高乳状液的稳定性；Lee等[19]比较了表面活性剂（吐温20和80、大豆卵磷脂）和蛋白类乳化剂（大豆分离蛋白（soybean protein isolate，SPI）、乳清分离蛋白）对亚麻籽油乳状液特性的影响。然而，关于紫苏籽油乳状液的研究报道较少。

微胶囊技术是当今食品行业的研究热点。在食品工业方面，微胶囊技术可以改善食品的形态、保护不稳定成分、降低挥发性等。目前，国内外关于紫苏籽油微胶囊的制备的研究较少，陈琳[20]以大豆蛋白和麦芽糊精为壁材，运用冷冻干燥法制备了紫苏籽油微胶囊；袁发浒等[21]以桃胶-明胶为壁材，通过复合凝聚法制备紫苏籽油微胶囊。关于运用喷雾干燥法制备高载量（≥50%）紫苏籽油微胶囊，徐江波等[22]进行了相关研究，因壁材的溶解度、价格等原因，工业化应用受到较大限制。

为此，本实验选择阿拉伯胶（gum arabic，GA）、辛烯基琥珀酸淀粉钠、可溶性大豆多糖（soluble soybean polysaccharide，SSPS）、酪蛋白酸钠、SPI 5 种壁材添加不同浓度的玉米低聚肽制备紫苏籽油乳状液，通过评价乳状液的稳定性、粒径、黏度等指标，确定制备紫苏籽油乳状液的最适乳化剂及最佳的玉米低聚肽添加比例[9]。进而采用最佳的玉米低聚肽添加量制备高载油量的紫苏籽油微胶囊，采用喷雾干燥法制备紫苏籽油微胶囊[23]，通过分析微胶囊的粒度分布、表面油含量及表面结构形态筛选出添加玉米低聚肽后适于制备高载量紫苏籽油微胶囊的壁材，为紫苏籽油的广泛应用提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

紫苏籽油 河北欣奇典生物科技有限公司；玉米低聚肽 中国食品发酵工业研究院有限公司；SSPS-SCA200 不二富吉（北京）科技有限公司；GA 天津滨海捷成专类化工有限公司；辛烯基琥珀酸淀粉钠（HI-CAP 100） 国民淀粉（上海）有限公司；变性淀粉（RJ-T809） 青岛瑞捷食品化工有限公司；SPI杜邦郑州蛋白有限公司；SC 上海捷聪贸易有限公司；正己烷、乙醚、石油醚（30～60 ℃沸程）、95%乙醇（均为分析纯） 北京化工厂。

1.2 仪器与设备

PL203电子精密天平 梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；T25基本型ULTRA-TURRAX分散机 德国IKA公司；LUMiSizer PL203粒子分散稳定性分析仪 德国LUMi仪器公司；S3500激光粒度分析仪 美国麦奇克有限公司；Rheolaser Master光学法微流变仪 法国Formulaction公司；RVA-TecMaster快速黏度分析仪 瑞典Perten Instruments公司；HomoLab高压均质机 意大利FBF公司；B-290小型喷雾干燥机 瑞士步琦实验室仪器公司；SD-I标准型恒温恒湿试验箱 上海邑优机械设备有限公司。

1.3 方法

1.3.1 玉米低聚肽紫苏籽油乳状液的制备

准确称取乳化剂溶于蒸馏水中，高速剪切10 min使其充分溶解后，缓慢加入紫苏籽油剪切10 min使之形成粗乳液，再经高压均质机（一级均质压力45 MPa、二级均质压力10 MPa）均质2 次，制得质量分数为8%紫苏籽油的乳状液备用[24-25]。

1.3.2 玉米低聚肽紫苏籽油乳状液黏度测定

采用RVA快速黏度分析仪对制备的乳状液黏度进行测定，测定程序参数设置：温度35 ℃、转速160 r/min、时间10 min[26]。

1.3.3 玉米低聚肽紫苏籽油乳状液物理稳定性测定

采用LUMiSizer快速稳定性分析仪对乳状液的稳定性进行测定。该仪器基于Stocks理论及朗伯-比尔定律，通过离心加速分层（沉淀或上浮）测定乳状液的稳定性[27]。仪器的工作原理示意图如图1所示，经过近红外光光源，照射样品管中的样品，得到透光率变化谱图，进一步可计算不稳定性指数及Slope值，比较不同乳化剂制备的紫苏籽油乳状液的稳定性差异。其中，不稳定性指数反映了样品的整体分层情况，其值越接近于1，乳液分层越严重；越接近于0，表示乳液分层现象越不明显，稳定性越好。参数设置参考韩丽丽等[9]的方法。

图1 应用LUMiSizer评价乳状液稳定性的原理示意图Fig. 1 Schematic diagram illustrating the evaluation of emulsion stability using LUMiSizer

1.3.4 玉米低聚肽紫苏籽油乳状液粒径测定

激光粒度分析仪原理上采用经典静态光散射技术和全程米氏理论处理，建立粒子大小与散射强度的相关函数。运用美国Microtrac公司的激光粒度分析仪测定乳状液的平均粒度及粒度分布，采用湿法测量模式[28]，确定乳状液的粒径和粒度分布[29]。

1.3.5 玉米低聚肽紫苏籽油微胶囊的制备

分别采用GA、SSPA、RJ-T809、HI-CAP100、SC及SPI作为壁材，并添加玉米低聚肽，对紫苏籽油进行微囊化研究。喷雾干燥条件为进风温度140 ℃、出风温度83 ℃、进料温度40 ℃，具体工艺流程见图2。

图2 喷雾干燥法制备紫苏籽油微胶囊的工艺流程图Fig. 2 Flow chart for the preparation of perilla seed oil microcapsules by spray drying

1.3.6 表面油含量的测定

准确称取质量约5 g的玉米低聚肽紫苏籽油微胶囊于锥形瓶中，加入15 mL石油醚（沸程30～60 ℃），充分振荡2 min后过滤，滤液转入恒质量（m1）的脂肪瓶，再用5 mL石油醚洗涤2 次锥形瓶，滤液合并，蒸馏并回收石油醚后，将脂肪瓶放置于70 ℃烘箱中烘至恒质量（m2）[4]。计算公式如下：

1.3.7 紫苏籽油微胶囊粒径的测定

采用激光粒度分析仪测定紫苏籽油微胶囊的平均粒径及粒度分布，采用干法分析。

1.3.8 微胶囊表面结构的观察

采用扫描电镜对紫苏籽油微胶囊的表面结构进行观察。将微胶囊分散于导电胶上，吹去多余粉末后进行观察并拍照，加速电压5 kV，放大倍数为3 600 倍。

1.3.9 微胶囊加速贮藏实验

采用Schaal烘箱法，将紫苏籽油微胶囊粉分装于铝箔袋中，放置于温度（65±2）℃、相对湿度75%的恒温恒湿箱中进行加速贮藏实验[30]。参照GB 5009.227—2016《食品中过氧化值的测定》中的电位滴定法[31]，每隔5 d定时取样测定油脂的过氧化值。

1.4 数据分析方法

采用Origin 8.5软件对实验数据进行单因素方差分析及作图，P＜0.05，差异显著。

2 结果与分析

2.1 壁材种类及玉米低聚肽质量分数对紫苏籽油乳状液的影响

2.1.1 对紫苏籽油乳状液黏度的影响

如图3所示，乳化剂种类及玉米低聚肽的质量分数对紫苏籽油乳状液黏度的影响较大。随着添加玉米低聚肽质量分数的增大，各乳状液的黏度均有不同程度的升高。乳状液中粒子进行不规则的布朗运动，受溶剂黏度的影响，随着黏度的增大，粒子运动减慢，相互间的碰撞会减弱，有利于乳状液体系的稳定。其中，HICAP 100制备的乳状液黏度最低，且逐步趋于平稳，是由于其淀粉结构中含有较多短链分子，黏度仅由8 cP上升至10 cP。SSPS制备的乳状液黏度最高[32]，随着玉米低聚肽质量分数的增高，乳状液黏度的变化较小，黏度在17、18 cP之间浮动。其他乳化剂随玉米低聚肽质量分数的增大，乳状液的黏度均出现小幅度的升高，整体乳状液黏度上升幅度较小。SSPS、GA虽均为多糖类乳化剂，但由于SSPS结构中多糖分子链的伸展性较好，故其制备的乳状液黏度较高[33]。

图3 不同壁材及玉米低聚肽质量分数制备的乳状液的黏度Fig. 3 Effect of corn oligopeptide concentration on viscosity of emulsions prepared using different wall materials

2.1.2 对紫苏籽油乳状液物理稳定性的影响

在乳液体系中，乳化剂在液滴之间形成空间位阻、静电斥力和在液滴表面形成水化层，以此阻碍液滴之间相互聚结或絮凝，使得体系保持稳定[34-36]。

图4 不同乳化剂及玉米低聚肽质量分数制备的乳状液LU MiSizer扫描图Fig. 4 LU MiSizer scan of emulsions prepared with different emulsifiers and corn oligopeptide concentrations

从图4可以看出，GA、SSPS、SPI的透光率变化较小，说明其乳化稳定性较好，较适于用作稳定剂。乳状液透光率变化程度为：GA、SSPS、SPI＜HI-CAP 100、SC，由于HI-CAP 100和SC制备的乳状液黏度较低，液滴运动较快，故样品管底部透光率变化最大[37]，说明两者的乳化稳定性较差，乳状液制备过程中，需与一定量的具有增稠效果的乳化剂共同使用。

由图5可知，SSPS制备的乳状液的不稳定性指数最小，由0.13增大到0.18，是由于SSPS的乳状液的黏度较其他乳化剂制备的乳液大，有利于乳状液的稳定；SC制备的乳状液不稳定性指数由0.24增大到0.36，是所有乳状液中稳定性较差的。HI-CAP 100溶液具有较小的黏度，并且该乳状液随玉米低聚肽的添加量增加，其不稳定性指数由0.175增大到0.339；在玉米低聚肽添加量为5%时，乳状液的不稳定性指数为0.275。不同乳化剂制备的乳状液的不稳定性指数均随玉米低聚肽质量分数的升高而升高，因此玉米低聚肽的加入会影响乳状液的稳定性。在保证乳状液稳定状态的前提下，后续考察添加不同玉米低聚肽的乳状液的平均粒径，综合不稳定性指数确定出玉米低聚肽合适的添加量。

图5 不同壁材及玉米低聚肽质量分数制备的乳状液不稳定性指数Fig. 5 Instability index of emulsions prepared with different wall materials and corn oligopeptide concentrations

2.1.3 对紫苏籽油乳状液粒径的影响

乳状液的粒径大小以及粒度分布是评价乳化剂乳化性能的关键指标之一，也是影响乳状液物理化学特性及感官特性的重要因素[38]。乳状液制备过程中，乳化剂中具有亲水亲油性质的分子吸附在油/水界面后，界面张力降低，有助于小液滴的形成，因此，乳化剂的结构、溶解度等特性都会对乳状液粒径产生影响[39]。不同乳化剂及玉米低聚肽质量分数制备的紫苏籽油乳状液的粒径见表1，粒径分布见图6。

表1 不同乳化剂及玉米低聚肽质量分数制备的紫苏籽油乳状液的粒径Table 1 Particle size of perilla seed oil emulsions prepared with different emulsifiers and corn oligopeptide concentrations

由表1可见，SSPS制备的乳状液粒径最大[40]，为（0.97±0.01）～（1.28±0.00）μm。HI-CAP 100制备的乳状液的粒径最小。随着玉米低聚肽质量分数的增加，SC制备的乳状液粒径增大，其余乳化剂制备的紫苏籽油乳状液的粒径均减小。从图6可见，不同壁材及玉米低聚肽质量分数的乳状液液滴的粒径主要分布在0～2 μm之间，HI-CAP 100与SC制备的乳状液在0.5 μm及1.5 μm附近有2 个小波峰，其余3 种壁材的粒径主要分布在1 μm左右。HI-CAP 100制备的乳状液在玉米低聚肽添加量为5%时，乳状液的粒径较小，因此，从尽量增加玉米低聚肽的添加量，而又不影响乳状液的稳定性的角度考虑，本实验选择5%的玉米低聚肽添加量作为最合适的剂量，也为后续微胶囊的喷雾干燥制备做准备。

图6 不同壁材及玉米低聚肽质量分数制备的乳状液粒度分布图Fig. 6 Particle size distribution of emulsions prepared with different wall materials and corn oligopeptide concentrations

2.2 壁材种类及玉米低聚肽质量分数对紫苏籽油微胶囊的影响

2.2.1 壁材种类添加玉米低聚肽对微胶囊包埋效果的影响

壁材种类及添加玉米低聚肽对紫苏籽油微胶囊的表面油含量影响较大。根据实验室的经验，当壁材浓度过高时，容易出现壁材因黏度大而不能均匀溶解，高压均质时容易发生堵塞，喷雾干燥时也容易堵塞进料管及喷头，为此，经过前期预实验的工艺摸索，本研究中所考察的壁材质量分数确定为17.5%。

图7 不同壁材添加玉米低聚肽对微胶囊表面油的影响Fig. 7 Effect of different wall materials on the surface oil percentage of microcapsules

从图7可知，不同壁材及其添加5%玉米低聚肽的微胶囊粉的表面油含量，由表面油含量的高低，得出各壁材对紫苏籽油的包埋效果依次为：HI-CAP 100、RJT809、SSPS＞SC＞GA、SPI，表明HI-CAP 100制备高载量紫苏籽油微胶囊具有一定的优越性。各壁材添加玉米低聚肽，微囊粉的表面油含量均有下降，说明玉米低聚肽对高载量紫苏籽油微胶囊的制备有促进作用。HI-CAP 100分子结构中引入的疏水性辛烯基，对其良好的乳化性和包埋性有促进作用，另外，HI-CAP 100较好的成膜性也能促进微胶囊结构的形成，从而减少油脂迁移至颗粒表面影响包埋效果。RJ-T809与SSPS制备的微胶囊粉的表面含油量也较低，因此需要经过后续微胶囊粉的粒径和表面形态综合分析最适合包埋紫苏籽油的壁材。本研究中GA、SPI制备的微胶囊的包埋率较低，说明GA与SPI不适于高载量紫苏籽油微胶囊的制备。

2.2.2 不同壁材对紫苏籽油微胶囊粒径的影响

图8 不同壁材及添加玉米低聚肽制备的微胶囊粒度分布Fig. 8 Particle size distribution of microcapsules prepared with different wall materials with and without the addition of corn oligopeptides

如图8所示，不同壁材制备的微胶囊粉体粒径集中在200～400 μm和800～1 200 μm之间，不同壁材及添加玉米低聚肽制备的微胶囊的平均粒径见表2。

表2 不同壁材及添加玉米低聚肽制备的紫苏籽油微胶囊粒径Table 2 Particle size of perilla seed oil microcapsules prepared with different emulsifiers with and without the addition of corn oligopeptides μm

由表2可知，添加玉米低聚肽后，微胶囊的平均粒径都有一定程度的增大，但SSPS制备的微胶囊的平均粒径有下降，SSPS制备的微胶囊的粒径较大平均粒径为482.80 μm，可能是由于添加玉米低聚肽使SSPS制备的乳状液黏度有一定的降低，而其余壁材制备的乳状液黏度有一定的升高，致使喷雾得到的微胶囊粉粒径的变化。由图8可见，HI-CAP 100与SSPS制备的微胶囊粉粒径分布类似，主要分布在200～400 μm及800～1 200 μm之间，RJT809添加玉米低聚肽制备的微胶囊粉有一部分颗粒分布在1 200～1 400 μm之间。较大粒径颗粒（＞600 μm）的出现可能与表面的静电作用有关，颗粒间相互聚集，也可能与微胶囊表面的油脂有关，表面油促使微粒间形成桥键，进而微粒间发生相互聚结，得到大粒径的颗粒，因此几种壁材喷雾干燥得到的微胶囊的平均粒径均较大。

2.2.3 紫苏籽油微胶囊的表面形态

紫苏籽油微胶囊颗粒的表面形态结构可以了解到各壁材在喷雾干燥过程中的包覆特性。壁材质量分数17.5%时，GA、SSPS、HI-CAP 100、RJ-T809、SC、SPI作为壁材制备的微胶囊产品的表面形态如图9所示（放大倍数为3 600 倍）。微胶囊颗粒主要呈球形，颗粒的大小不均一，小的颗粒会吸附在大颗粒表面，较少的颗粒表面有穿孔，但绝大部分颗粒表面完整、致密，表明紫苏籽油微胶囊产品有较好的完整性和致密性，能够避免氧气与紫苏籽油的接触，减少油脂氧化。以HI-CAP 100、SSPS为壁材制备的微胶囊颗粒较平整，表面较光滑，表明其具有良好的成膜性。但SSPS制备乳液的黏度较大，喷雾干燥时乳液的浓度较低，喷粉的效率较低；而以RJ-T809、SC、SPI为壁材制备的微胶囊表面出现较多的凹槽，可能是由于在喷雾干燥过程中颗粒发生皱缩，这将在一定程度上对产品的流动性产生影响，GA为壁材制备的微胶囊则居中，表面有一定的凹陷，但同时较圆滑。从图9可以看出，添加玉米低聚肽对紫苏籽油微胶囊颗粒表面形态的影响不大，微胶囊颗粒表面形态主要还是与壁材有关，综合考虑微胶囊粉的表面油含量、粒径和颗粒表面形态，最终选择HI-CAP 100作为包埋紫苏籽油的最优壁材。

图9 不同壁材及添加5%玉米低聚肽制备微胶囊的扫描电镜图Fig. 9 Scanning electron micrographs of microcapsules prepared with different wall materials with and without the addition of corn oligopeptides

2.2.4 玉米低聚肽及茶多酚棕榈酸酯对紫苏籽油微胶囊过氧化值的影响

图10 不同紫苏籽油微胶囊过氧化值随时间的变化Fig. 10 Variation in peroxide value of different perilla seed oil microcapsules with storage time

从图10可以看出，随着贮藏时间的延长，样品A（玉米低聚肽紫苏籽油微胶囊）的过氧化值在0～10 d时过氧化值从0.04 g/100 g至0.10 g/100 g缓慢上升，10～30 d过氧化值的增幅减缓；样品B（茶多酚棕榈酸酯紫苏籽油微胶囊）的过氧化值0～20 d变化较平缓，20～30 d升高至0.39 g/100 g，依据国标规定，样品B的过氧化值超过0.25 g/100 g已经酸败变质。样品C（玉米低聚肽+茶多酚棕榈酸酯紫苏籽油微胶囊）的过氧化值在0～30 d一直保持稳定，且一直处于较低水平，油样中氢过氧化物的分解速率与生成速率保持平衡。说明添加了玉米低聚肽与茶多酚棕榈酸酯联合作用能在一定程度上提高紫苏籽油的氧化稳定性，茶多酚棕榈酸酯属于多酚类物质，在结构上含有连（邻）苯酚基，具有很强的供氢能力[41]，提供的氢原子与活性自由基结合，中断氧化的自由基链反应[42]，从而提高紫苏籽油的抗氧化性。

3 结 论

本实验首先对紫苏籽油乳状液的粒径、黏度及物理稳定性进行比较研究，筛选了5 种乳化剂（GA、SSPS、HI-CAP 100、SC、SPI）以及玉米低聚肽的添加量，结果表明，使用HI-CAP 100并添加5%玉米低聚肽对紫苏籽油的乳化效果最好。HI-CAP 100制备的紫苏籽油乳状液的液滴粒径主要分布在0.1～2 μm之间，玉米低聚肽添加量为5%时，乳状液的不稳定性指数为0.275，粒径为（0.76±0.02）μm，粒径较小且乳液稳定性良好，其余乳化剂的乳状液同样是添加5%的玉米低聚肽稳定性较好，因此后续选择5%的玉米低聚肽进行玉米低聚肽紫苏籽油微胶囊的制备。

其次，以微胶囊的表面油含量、粒径及其外观为评价指标，比较研究了GA、SSPS、HI-CAP 100、RJT809、SC及SPI 6 种不同微胶囊壁材对高载量紫苏籽油微胶囊特性的影响。结果表明，HI-CAP 100的包埋效果较好，更适合制备高载量紫苏籽油微胶囊（≥50%），其制备的产品表面油含量较低为3%，粒径分布均匀，微胶囊表面较光滑，因此选择玉米低聚肽添加量为5%的HI-CAP 100作为高载量紫苏籽油微胶囊的壁材。经过加速保藏实验，可知添加玉米低聚肽与茶多酚棕榈酸酯的紫苏籽油微胶囊能在一定程度上提高紫苏籽油的氧化稳定性，具有较强的抗氧化性的玉米低聚肽因其天然来源，所以添加进紫苏籽油中安全性高，能减少人工合成抗氧化剂的使用，起到延缓紫苏籽油氧化变质的效果。如今，随着人们对ω-3 PUFAs营养价值认识的不断深化，富含ω-3 PUFAs的产品备受消费者的青睐。本实验开发的添加玉米低聚肽的紫苏籽油微胶囊可以作为食品原料应用于营养强化食品、功能食品和特殊膳食食品中，此微胶囊脂肪粉能够强化人们日常膳食中ω-3 PUFAs的供应，满足人们的营养健康需求。