醇酶法提取苦杏仁油工艺优化及微胶囊的制备_韩金承.pdf

食品工业 2023 年第44卷第 1 期 82 工艺技术醇酶法提取苦杏仁油工艺优化及微胶囊的制备韩金承，孟鑫*，吴慎威，闫伊狄锦州医科大学食品与健康学院（锦州 121000）摘要在单因素试验基础上,根据Box-Behnken中心组合设计原理,以苦杏仁油得率为评价指标进行工艺优化。苦杏仁油提取的最佳工艺条件为乙醇体积分数20.5%、酶添加量3.5%、酶解时间147 min,料液比18(g/mL),验证试验表明苦杏仁油平均得率为39.11%0.21%,符合预测值。为提高苦杏仁油抗氧化性,以-环状糊精和大豆分离蛋白为壁材,采用真空冷冻干燥法制得微胶囊,并利用电子显微镜及荧光显微镜进行扫描观察。电子显微镜扫描结果显示,苦杏仁油微胶囊呈现出颗粒均匀且表面完整的立体结构;荧光显微镜显示微胶囊呈现荧光反应,表明微胶囊制备成功,油脂被包埋进微胶囊内,能够有效解决油脂易氧化、货架期短等问题,为苦杏仁油资源的开发与利用奠定基础。关键词醇酶法;微胶囊;响应面法;苦杏仁油;微观结构Optimization of Alcohol Enzymatic Extraction of Bitter Almond Oil and Preparation of MicrocapsulesHAN Jincheng,MENG Xin*,WU Shenwei,YAN Yidi College of Food and Health,Jinzhou Medical University(Jinzhou 121000)Abstract On the basis of single factor experiment,according to the principle of Box-Behnken central composite design,the process was optimized with the oil yield of bitter almond as the evaluation index.The optimum extraction conditions of bitter almond oil were as follows:ethanol concentration 20.5%,enzyme addition 3.5%,enzymolysis time 147 min,and solid-liquid ratio 18(g/mL).The verification test showed that the average yield of bitter almond oil was 39.11%0.21%,which was in line with the predicted value.In order to improve the antioxidant activity of bitter almond oil,-cyclodextrin and soy protein isolate were used as wall materials to prepare microcapsules by vacuum freeze-drying method,and the microcapsules were observed by scanning electron microscope and fluorescence microscope.The scanning electron microscope results showed that the bitter almond oil microcapsules showed an uniform and complete three-dimensional structure.Fluorescence microscopy showed that the microcapsules showed fluorescence reaction,indicating that the microcapsules were successfully prepared.Oil was embedded into the microcapsules,which could effectively solve the problems of oil oxidation,short shelf life,and lay the foundation for the development and utilization of bitter almond oil resources.Keywords alcohol enzyme method;microcapsules;response surface method;bitter almond oil;microstructure*通信作者；基金项目：中国科学院生物基材料重点实验室开放基金课题（BMF-2020-05）苦杏仁为蔷薇科植物山杏成熟的种仁，因其含有3%5%的苦杏仁苷而得名。脱苦后的苦杏仁除含有蛋白质、糖等营养物质外，还含有约50%的脂肪1。苦杏仁油具有保护心血管等功效，在食品、医药等领域有广泛的应用。常用油脂提取方法有溶剂萃取法、酶法和超临界CO2法2-4。溶剂萃取法易造成溶剂残留；超临界CO2法对设备要求高；酶法是利用酶分解包裹油脂的成分，再通过离心得到油脂，该法条件温和，但易受底物影响；醇酶法是在酶解液中加入适量乙醇，从而促进物质间的通透性，提高提取率。因此，采用效率更高的醇酶法是苦杏仁油开发需解决的核心问题。此外，苦杏仁油在储存过程中易受光、热、氧等影响，因此解决苦杏仁油氧化稳定性具有实际应用价值。油脂微胶囊是指利用某些两亲物质为壁材包埋油脂，再经过干燥技术，得到结构类似胶囊的粉末。研究表明，微胶囊化可以延缓油脂的氧化进程5-6。试验采用醇酶法为提取工艺，以油脂得率为评价指标，考察乙醇体积分数、酶添加量、酶解时间、料液比对油脂得率的影响，利用响应面法优化工艺并验证结果；以所得苦杏仁油为芯材，大豆分离蛋白和环状糊精为壁材，采用真空冷冻干燥技术制得苦杏仁油微胶囊，对所得微胶囊进行微观结构扫描，以鉴定包埋效果。1材料与方法1.1材料与试剂苦杏仁（锦州中药材市场）；碱性蛋白酶（酶活20万 U/g，南宁庞博生物工程有限公司）；-环状糊精（食品级，河南万邦实业有限公司）；大豆分离蛋白（食品级，河南兴源化工产品有限公司）；改性大豆磷脂（食品级，武汉曙尔生物科技有限公司）；无 83 工艺技术 食品工业 2023 年第44卷第 1 期水乙醇、氢氧化钠、盐酸（均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。1.2仪器与设备UC-9600型超声波清洗机（深圳市朗杰超声电器有限公司）；PHS-3C型pH计（上海仪电科学仪器股份有限公司）；H01-2A型磁力搅拌器（上海梅颖浦仪器仪表制造有限公司）；TDL-5-A型离心机（上海安亭科学仪器厂）；GJB2000-25型均质机（常州市超力均质泵厂）；TF-FD-27S普通型真空冷冻干燥机（上海田枫实业有限公司）；DHG-9140型电热恒温鼓风干燥箱（上海一恒科技有限公司）；Sigma300型扫描电子显微镜（德国卡尔蔡司公司）；XSP-BM-13CS型数码落射荧光显微镜（德国徕卡公司）。1.3试验方法1.3.1苦杏仁的预处理将苦杏仁投入沸水中保温10 min后取出脱皮，按照料液比112（g/mL）加入蒸馏水后进行超声处理60 min（55，300 W），取出后在100 鼓风干燥机中干燥至恒重7-8。1.3.2苦杏仁油的提取将预处理过的苦杏仁粉碎后，用网眼直径0.425 mm的网筛筛选，按照料液比17（g/mL）加入体积分数20%的乙醇溶液混匀，调溶液pH 9.5，向溶液中加入3.5%的碱性蛋白酶并混匀，在45，750 r/min条件下磁力搅拌酶解130 min，结束后将溶液置于90 水浴锅中水浴灭酶并挥发乙醇10 min，灭酶后的溶液在4 000 r/min条件下离心15 min，吸出油层，得到苦杏仁油9。苦杏仁油得率计算方法见式（1）。苦杏仁油得率=苦杏仁油质量/所用苦杏仁粉质量100%（1）1.3.3单因素试验以苦杏仁油得率为评价指标，研究乙醇体积分数、酶添加量、酶解时间、料液比之间不同配比对苦杏仁油得率的影响，各因素具体变量见表1。固定条件：苦杏仁粉直径0.425 mm、酶解pH 9.5、磁力搅拌条件750 r/min（45）、灭酶条件90（10 min）、离心条件4 000 r/min（15 min）。表1苦杏仁油提取单因素试验条件变量因素乙醇体积分数/%酶添加量/%酶解时间/min料液比/(gmL-1)1102.5901 62153.01101 73203.51301 84254.01501 95304.51701 101.3.4响应面优化试验在单因素试验基础上，利用Design-Expert 8.0.6.1软件的Box-Behnken中心组合设计原则，在单因素试验的基础上以苦杏仁油得率为评价指标进行四因素三水平的响应面优化分析，试验因素水平见表2。表2苦杏仁油提取工艺响应面试验因素和水平水平因素A乙醇体积分数/%B酶添加量/%C酶解时间/minD料液比/(gmL-1)-1153.01301 70203.51501 81254.01701 91.3.5苦杏仁油微胶囊的制备壁材溶液：将-环状糊精与大豆分离蛋白按照31（m/m）比例混合后加入16倍的蒸馏水，在60，800 r/min条件下磁力搅拌至壁材溶解均匀。芯材溶液：苦杏仁油中加入2%的改性大豆磷脂，搅拌均匀后在60 水浴锅中烊化20 min。微胶囊制备：将芯材按照180（g/mL）比例加入到壁材溶液中，在60，300 W条件下超声乳化处理20 min，在60，1 000 r/min条件下磁力搅拌30 min，结束后在25 MPa的条件下高压均质，得微胶囊乳状液；将所得乳状液倒入冷冻干燥物料盘中，高度 1 cm，在-18 条件下保存12 h，取出后在-80，1 Pa条件下冷冻干燥12 h，得苦杏仁油微胶囊10-11。1.3.6微胶囊包埋率计算称取微胶囊粉末于漏斗中，用石油醚反复滤洗3次洗去表面油，烘干至恒重，采用索氏提取法抽提滤洗后的微胶囊中油脂。按照式（2）计算苦杏仁油微胶囊的包埋率。微胶囊包埋率=m1/m2100%（2）式中：m1为微胶囊制备前苦杏仁油质量，g；m2为微胶囊提取得到的苦杏仁油质量，g。1.3.7苦杏仁油微胶囊微观结构观察取适量的微胶囊置导电胶上，在真空镀膜机中喷金后固定在样品台上，放入显微镜腔室中观察不同倍数下微胶囊的形态结构观察12。1.4数据处理数据统计类的试验均作3次，数据用SPSS 18.0软件进行分析，结果表现为“平均值标准差”形式；折线图采用Origin Pro 9制作；响应面法分析采用Design-Expert 8.0.6.1软件的Box-Behnken中心组合试验设计及数据分析。2结果与分析2.1单因素试验结果乙醇体积分数、酶添加量、酶解时间、料液比4个条件对于苦杏仁油的得率具有直接的影响作用。乙醇可以影响细胞壁的通透性，酶添加量是反应发生的主要条件，酶解时间决定反应是否完全，料液比的不同决定整个反应体系物质间接触发生反应的速率13。食品工业 2023 年第44卷第 1 期 84 工艺技术因此选取这4个条件进行单因素试验，为响应面优化作基础。苦杏仁油提取单因素试验结果见图1。注：A、B、C、D分别代表乙醇体积分数、酶添加量、酶解时间、料液比各自单因素试验。图1单因素条件下苦杏仁油得率对比结果表明，随着乙醇体积分数的提高，苦杏仁油得率呈现先升高再降低的变化趋势，乙醇体积分数20%时，苦杏仁油得率达到最高值37.07%。体积分数适宜的乙醇溶液有助于提高酶分解蛋白的能力，但高体积分数的乙醇溶液会降低酶活力，使得酶解能力降低，降低油脂得率。随着酶添加量的增加，苦杏仁油得率呈现先升高再降低的变化趋势，酶添加量3.5%时