山核桃油微胶囊技术研究

王顺民，薛正莲，余建斌

（1.安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽芜湖241000；2.宁夏吴凯生物科技有限责任公司，宁夏石嘴山753202）

山核桃油微胶囊技术研究

王顺民1，薛正莲1，余建斌2

（1.安徽工程大学生物与化学工程学院，安徽芜湖241000；2.宁夏吴凯生物科技有限责任公司，宁夏石嘴山753202）

通过复凝聚法和分子包埋法对山核桃油微胶囊的制备进行了研究。在复凝聚法中，最佳条件是：海藻酸钠质量分数为2.5%，壳聚糖质量分数为2.0%，氯化钙质量分数为3.0%，壁材∶心材比例为1∶2，pH为5.0。在此条件下微胶囊的包埋率为97.74%。在分子包埋法中，最佳条件是：超声时间20min，壁材与心材比例为1∶8，超声温度为40℃，超声功率为320W。在此条件下微胶囊的效率为66.01%。

山核桃油，微胶囊，复凝聚法，分子包埋法

山核桃油中富含高达90%的多种不饱和脂肪酸[1]，具有益智、促进血液循环、保护皮肤、防癌防辐射、抗衰老、预防心脑血管疾病等作用[2-3]。而且，山核桃油作为保健食品原料已被应用于婴幼儿食品及各种功能性食品。但由于山核桃油中不饱和脂肪酸对光、氧、热等因素较为敏感，易发生氧化、聚合、转位重排等反应，不利于加工和贮藏。研究多样化的山核桃油产品，提高油脂的稳定性，是一个亟待解决的问题。微胶囊技术具有保护活性心材物质、减少外界不良因素（如光、氧和水等）的影响、控制心材的释放速度、便于加工和处理等作用。微胶囊技术还可以解决山核桃油储存和利用过程中的一些不利因素[4-5]。因此，本文采用两种方法分别对山核桃油进行微胶囊化技术研究，以期找出山核桃油微胶囊化的最优条件，为山核桃油的进一步开发利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

山核桃油 产自芜湖市的新鲜山核桃，破碎提取出山核桃油备用；海藻酸钠、壳聚糖、无水氯化钙、乙醚、冰乙酸、β-环糊精、氢氧化钠 以上均为分析纯，购于中国国药集团化学试剂有限公司。

FA1004电子分析天平 赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；PHS-2F型数字pH计 上海精密科学仪器有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵 郑州市上街华科仪器厂；HH-2恒温水浴锅 金坛市杰瑞尔公司；L-550台式低速大容量离心机 长沙湘仪离心机有限公司；WF-100高速万能粉碎机 黄骅市振兴机电仪器厂。

1.2 实验方法

1.2.1 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊 壳聚糖溶液配制：将一定量的固体壳聚糖加入到一定量的乙酸溶液中，加入一定量的无水氯化钙，并用0.2g/mL的NaOH溶液调节壳聚糖溶液pH。

微胶囊的制备：取一定质量分数的海藻酸钠溶液，将其与核桃油按一定比例混合，用匀浆机匀浆后用注射器加入到壳聚糖氯化钙溶液中，固化30min，过滤、洗涤，收集微球，于50℃烘箱中干燥6～8h[6]。包埋率的测定：准确称取微胶囊化产品m1，置于已称量为m2的三角瓶中，加入30mL无水乙醚，提取5min。用已知量为m3的滤纸过滤样品，将三角瓶和滤纸移入50℃烘箱，20min后取出，置于干燥器中冷却后称量为m4，So=m1+m2+m3-m4。以石油醚作溶剂，用索氏抽提法提取6～12h后，在103℃下干燥6h，冷却称量，再干燥至恒重[6-7]。

1.2.2 用分子包埋法对核桃油进行微胶囊化 β-环糊精溶液的制备：称取一定量的β-环糊精，与蒸馏水以β-环糊精∶蒸馏水=1∶25的比例混合。然后在100℃的水浴中溶解，制成溶液。将用无水乙醇溶液溶解好的核桃油溶液加入已制备好的β-环糊精溶液中，在超声波装置中超声一定时间，然后在冰箱中静置24h后，抽滤并用无水乙醇溶液清洗后在50℃烘箱中干燥4h后称重[8]，计算得率。

2 结果与分析

2.1 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊的研究

2.1.1 海藻酸钠质量分数对成型效果的影响 在氯化钙质量分数2.5%，壳聚糖质量分数1.5%，壳聚糖溶液的pH为4.5，壁材/心材比值为1∶1.5的条件下，分别采用质量分数为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的海藻酸钠溶液进行山核桃油微胶囊包埋，考察海藻酸钠质量分数对成型效果的影响，结果见表1。由表1可知：随着质量分数的提高，微胶囊成型效果逐渐提高。原因在于海藻酸钠质量分数太低时，壳聚糖海藻酸钠聚电解质膜过薄，形成的微胶囊机械强度低，不能有效地对心材进行包埋；然而，海藻酸钠质量分数过高时，钻孔时需很大压力，体系粘度大，挤出困难且挤出后易变形。由实验可知，海藻酸钠最佳的质量分数为2.5%。

表1 不同质量分数的海藻酸钠对应的微胶囊成型效果Table 1 Effect of sodium alginate concentration on micro-encapsulation formed

2.1.2 氯化钙质量分数对成型效果的影响 在海藻酸钠质量分数2.5%，壳聚糖质量分数1.5%，壳聚糖溶液的pH为4.5，壁材/心材比值为1∶1.5的条件下，分别采用质量分数为1.0%、1.5%、2.0%、2.5%和3.0%的氯化钙溶液进行微胶囊包埋，考察氯化钙质量分数对成型效果的影响，结果见表2。由表2可知，随着氯化钙溶液质量分数增加，微胶囊产品成型效果也逐渐变好。但氯化钙质量分数过高时，所得的微胶囊产品粒径增大、囊壁变厚、成型不好。因此选择氯化钙质量分数为2.0%～3.0%。

表2 不同氯化钙质量分数对应的微胶囊成型效果Table 2 Effect of calcium chloride concentrationon micro-encapsulation formed

2.1.3 壳聚糖质量分数对微胶囊包埋率的影响 在氯化钙质量分数2.5%，海藻酸钠质量分数2.5%，壳聚糖溶液的pH为4.5，壁材/心材比值为1∶1.5的条件下，分别采用质量分数为0.5%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%的壳聚糖溶液进行微胶囊包埋，考察壳聚糖质量分数对微胶囊包埋率的影响，结果见图1。由图1可以看出，随着壳聚糖质量分数的增大，包埋率也随着提高，但壳聚糖质量分数超过2.0%时，包埋率反而有所下降。其原因可能是由于壳聚糖在微胶囊表面复合形成聚电解质半透膜，限制心材从微胶囊到水相的扩散，提高心材的包埋率，但同时壳聚糖会粘附在微胶囊表面，增加了微胶囊的质量，从而减少了心材在微胶囊中的质量比率，导致包埋率下降。因此，选择壳聚糖质量分数2.0%为宜。

图1 壳聚糖质量分数对包埋率的影响Fig.1 Effect of chitosan concentration on embed rates

图2 壳聚糖溶液pH对包埋率的影响Fig.2 Effect of chitosan pH on embed rates

2.1.4 壳聚糖溶液pH对包埋率的影响 在氯化钙质量分数2.5%，海藻酸钠质量分数2.5%，壳聚糖质量分数1.5%，壁材/心材比值为1∶1.5的条件下，分别采用pH为4.0、4.5、5.0、5.5和6.0的壳聚糖溶液进行微胶囊包埋，考察pH对包埋率的影响，结果见图2。由图2可以看出，随着壳聚糖溶液pH的增大，包埋率也随着提高，但壳聚糖溶液pH超过5.0时，包埋率反而有所下降。其原因可能是随着pH的增高，壳聚糖的成膜性能下降，它

与海藻酸钠发生聚合反应后不能将油进行包埋。

2.1.5 壁材与心材质量比对包埋率的影响 在氯化钙质量分数2.5%，海藻酸钠质量分数2.5%，壳聚糖质量分数1.5%，壳聚糖溶液的pH为4.5的条件下，采用壁材/心材的质量比为1∶1、1∶1.5、1∶2.0、1∶2.5和1∶3.0，进行山核桃油微胶囊包埋，考察壁材与心材质量比对包埋率的影响，结果见图3。由图3可以看出，随着壁材∶心材比值的增大，包埋率也增大，但当壁材∶心材比值大于1∶2时，包埋率却在减小。原因可能是心材质量过大时，壁材显得太薄不能很好地包裹心材，使包埋率下降。

图3 壁材与心材比对包埋率的影响Fig.3 Effect of the ratio of wall material to core material on embed rates

2.1.6 正交设计实验结果分析 根据以上单因素实验结果，采用L9（33）正交实验以氯化钙质量分数、壳聚糖质量分数、pH影响因子作为考察因素，并以微胶囊包埋率为指标来确定最佳工艺条件。因素水平及正交实验结果分析详见表3和表4。

表3 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊正交实验因素水平表Table 3 Factors and levels of orthogonal tests in microcapsulation by sodium alginate/chitosan encapsulation method

表4 海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊正交实验结果及分析Table 4 Results of orthogonal tests in microcapsulation by sodium alginate/chitosan encapsulation method

从表4的正交实验结果可以看出：影响海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊包埋率的因素主次顺序是：壳聚糖溶液pH、CaCl2质量分数、壳聚糖质量分数。经极差分析可知：最优组合为A3B2C2，即海藻酸钠/壳聚糖制备山核桃油微胶囊的最佳条件是：海藻酸钠质量分数为2.5%，壳聚糖质量分数为2.0%，氯化钙质量分数为3.0%，壁材∶心材质量比为1∶2，pH为5.0，在此条件下微胶囊的包埋率为97.74%。

2.2 分子包埋法制备山核桃油微胶囊的研究

2.2.1 壁材与心材比对微胶囊得率的影响 在40℃下，时间为30min，功率为240W的条件下，分别采用壁材与心材比为1∶2、1∶4、1∶6、1∶8、1∶10的条件进行分子包埋法制备山核桃油微胶囊的研究，考察壁材与心材比对微胶囊得率的影响，结果见图4。由图4可知，随着壁材∶心材比值的增大，得率也增大，但当壁材∶心材比值大于1∶6时，得率却在减小。因β-环糊精是由7个葡萄糖残基构成的环状分子，β-环糊精分子的内腔为疏水性，而亲水的羟基分布在β-环糊精分子的上下端面上。具备疏水基的外来分子在外力的作用下，就会靠疏水基间的亲和力与之结合。因此，β-环糊精络合心材的量是有限的，在最大络合山核桃油量以内，随着油量的增加，得率增加。当β-环糊精分子内腔被山核桃油分子完全占领后，增加山核桃油的量，得率会逐渐下降。

图4 壁材与心材比对微胶囊得率的影响Fig.4 Effect of the ratio of wall material to core material on the efficiency

图5 超声时间对微胶囊得率的影响Fig.5 Effect of time of ultrasonic on the efficiency

2.2.2 超声时间对微胶囊得率的影响 在40℃下，壁材与心材比为1∶6，功率为240W的条件下，分别采用时间为10、20、30、45、60min的条件制备山核桃油微胶囊，考察时间对微胶囊得率的影响，结果见图5。由图5可知，随着时间的延长，得率会增加，20min后又逐渐减小。说明在超声波处理过程中，随着时间的延长，山核桃油分子进入β-环糊精分子内的量逐渐增多，当β-环糊精内腔完全被山核桃油分子占领后，继续用超声波处理，山核桃油分子可能在超声波外力的作用下又回到溶液中，因此，得率呈下降趋势。

2.2.3 超声温度对微胶囊得率的影响 在时间为30min，功率为240W，壁材与心材比为1∶6的条件下，分别采用温度为20、30、40、50、60℃的条件制备山核桃油微胶囊，考察温度对微胶囊得率的影响，结果见图6。由图6可知，当超声温度低于40℃时，随着温度的增大，微胶囊得率增大。但当超过40℃时，微胶囊随着超声温度的增大而降低。这可能由于开始时温度低，β-环糊精的溶解性也较低，当温度升高时，β-环糊精溶解性增大而使得率增大。由于包埋反应也是放热反应，因此，当温度达到一定值时，心材中的低沸点成分容易挥发而影响包埋效果，从而使微胶囊得率下降。

图6 超声温度对微胶囊得率的影响Fig.6 Effect of temperature of ultrasonic on the efficiency

2.2.4 超声功率对微胶囊得率的影响 在40℃，时间为30min，壁材与心材比为1∶6的条件下，分别采用功率为200、240、280、320、360W的条件进行微胶囊，考察超声功率对微胶囊得率的影响，结果见图7。由图7可知，当超声功率低于280W时，微胶囊得率随着超声功率的增大而增大；当超声功率高于280W时，得率反而随着超声功率的增大而减小。在超声波处理过程中，随着功率的增加，山核桃油分子进入β-环糊精分子内的量逐渐增多；另一方面，当功率超过一定值时，山核桃油分子可能在超声波外力的作用下又回到溶液中。因此，功率超过一定值得率反而呈下降趋势。

图7 超声功率对微胶囊得率的影响Fig.7 Effect of power of ultrasonic on the efficiency

2.2.5 正交设计实验结果及分析 根据以上单因素实验结果，采用L9（34）正交实验以超声时间、壁材∶心材、超声温度、超声功率作为考察因素，并以微胶囊得率为指标来确定最佳工艺条件。见因素水平表5及正交实验结果分析表6。

表5 分子包埋法制备山核桃油微胶囊正交实验因素水平表Table 5 Factors and levels of orthogonal tests in microcapsulation by molecular encapsulation method

表6 分子包埋法制备山核桃油微胶囊正交实验结果及分析Table 6 Results of orthogonal tests in microcapsulation by molecular encapsulation method

由表6正交实验结果可以看出：影响分子包埋法制备山核桃油微胶囊得率的因素主次顺序是：超声温度、超声时间、壁材与心材比例、超声功率。经极差分析可知，最优组合为A2B3C2D3，即分子包埋法制备山核桃油微胶囊的最佳条件是：超声时间20min，壁材与心材比例为1∶8，超声温度为40℃，超声功率为320W。在此条件下微胶囊的得率为66.01%。

3 结论

本文采用两种方法对山核桃油微胶囊工艺进行了研究：海藻酸钠/壳聚糖复凝聚法中，海藻酸钠质量分数为2.5%，壳聚糖质量分数为2.0%，氯化钙质量分数为3.0%，壁材∶心材质量比为1∶2，pH为5.0的条件下微胶囊的包埋率达97.74%。在β-环糊精分子包埋法中，超声时间20min，壁材与心材比例为1∶8，超声温度为40℃，超声功率为320W。在此条件下微胶囊的效率为66.01%。虽然两种方法的原理不同，就本研究来说：复凝聚方法获得的包埋率比较高，但操作比较复杂。β-环糊精包埋法操作较简单，而且操作条件易于控制，但得率相对较低。而对于微胶囊后的山核桃的功能性质及成分本文未作研究，需要以后进一步的深入研究。

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Study on the microcapsule technology of walnut oil

WANG Shun-min1，XUE Zheng-lian1，YU Jian-bin2
（1.Biological and Chemical Engineering Institute，Anhui Polytechnic University，Wuhu 241000，China；2.Ningxia Wu-kai Biological Science and Technology Ltd.，Shizuishan 753202，China）

Based on the complex molecular embedding condensed and preparation methods of walnut oil microcapsules，walnut oil microcapsule preparation were studied.In the complex coacervation method，optimum conditions were：2.5%sodium alginate concentration，chitosan concentration was 2.0%，3.0%calcium chloride concentration，the wall material∶core material ratio was 1∶2，pH5.0，thus the encapsulation efficiency of microcapsule was up to 97.74%.Molecules embedding method，optimal conditions：ultrasound time for 20 minutes，the wall material and heartwood ratio 1∶8，ultrasonic temperature was 40℃，ultrasonic power was 320W，the efficiency of microcapsule was 66.01%.

walnut oil；microcapsule；complex coacervation method；molecular encapsulation method

TS201.1

B

1002-0306（2012）01-0268-05

2010－10－25

王顺民（1975-），男，在读博士，讲师，研究方向:功能性食品。

安徽工程大学青年教师科研资助计划项目（2008rzr006）。