一种沙棘籽油微胶囊的制备方法
阅读说明：本技术 一种沙棘籽油微胶囊的制备方法 (Preparation method of sea buckthorn seed oil microcapsules ) 是由 牛广财 朱丹 魏文毅 朱立斌 贾建 刘鑫 徐瑞航 王思溥 宁志雪 王鹤霖 苗欣月 于 2021-08-30 设计创作，主要内容包括：本发明的一种沙棘籽油微胶囊的制备方法,涉及农产品深加工技术领域,具体包括乳化和喷雾干燥两个步骤。本发明通过对沙棘籽油微胶囊化处理,增强沙棘籽油中活性物质的稳定性,提高了包埋率、使沙棘籽油微胶囊的结构更加完整；通过喷雾干燥过程中的工艺条件的优化,确定了进风温度为158℃,进风量为0.63m～(3)/min,进料温度为70℃,进料速率为4.80mL/min,经3次验证试验,得到沙棘籽油微胶囊喷雾干燥法制备的平均包埋率为91.31％。利用本方法制得的沙棘籽油微胶囊,其热稳定性、消化特性、储藏稳定性俱佳,因此,产品在生产加工、运输、储藏等环境下的稳定性更好,更适于工业化生产。(The invention discloses a preparation method of a sea buckthorn seed oil microcapsule, relates to the technical field of deep processing of agricultural products, and specifically comprises two steps of emulsification and spray drying. The invention enhances the stability of active substances in the seabuckthorn seed oil by microencapsulating the seabuckthorn seed oilThe embedding rate is high, and the structure of the sea buckthorn seed oil microcapsule is more complete; through the optimization of the process conditions in the spray drying process, the inlet air temperature is determined to be 158 ℃, and the inlet air volume is determined to be 0.63m 3 The feeding temperature is 70 ℃, the feeding speed is 4.80mL/min, and the average embedding rate of the seabuckthorn seed oil microcapsule prepared by a spray drying method is 91.31% after 3 verification tests. The sea-buckthorn seed oil microcapsule prepared by the method has good thermal stability, digestion characteristic and storage stability, so that the product has better stability in the environments of production, processing, transportation, storage and the like, and is more suitable for industrial production.)
技术领域
：本发明涉及农产品深加工技术领域，具体涉及一种沙棘籽油微胶囊的制备方法。
背景技术
：沙棘(Hippophae rhamnoides L.)又名酸柳、酸刺、沙枣、黑刺等，属胡颓子科沙棘属。我国分布有7种、7亚种，世界有7种11亚种，常种植于亚欧大陆温带、寒带及亚热带的高山区，其具有极强的耐旱、耐寒、耐盐碱等特性，我国多省均有种植。其果实极富营养价值，富含黄酮、多糖、维生素、有机酸、多酚、蛋白质、氨基酸、脂肪酸、矿物元素等营养成分，在医药、保健、食品及化妆品行业得到广泛的应用。沙棘果实被大量开发研制成果汁、果酱、果脯、果酒、酵素等产品，将其作为副产物的沙棘籽能够得到有效的开发利用，可增加沙棘的经济价值。从沙棘中提取的沙棘籽油，是一种具有独特营养价值、药食两用的油脂，极富营养价值。沙棘籽油中富含不饱和脂肪酸、维生素等营养物质，因其易氧化、对外界环境敏感，通过对其进行微胶囊处理，以获得性质稳定的沙棘油。
微胶囊化是一个通过高分子的薄膜将微小的液滴或者颗粒包裹在其中并且对芯材物质的化学性质没有损害的一个过程。所制备微胶囊通常介于纳米与微米之间。微胶囊可通过芯材与壁材之间的物理屏障达到保护敏感的芯材物质、控制芯材的释放效率、掩盖芯材不愉快气味、便于加工处理、用于微量芯材的稀释、将液态或气态转变为固态等目的。近几十年来该项技术被相关领域的技术人才应用到各个领域，例如食品、生物制剂、制药、纺织、化妆品、农业等各个领域。
根据微胶囊壁材形成的机理及其微胶囊化条件，可分为物理法、化学法以及物理化学法。化学方法包括界面聚合法、原位聚合法、锐孔法等。物理方法包括空气悬浮法、喷雾干燥法、挤压法等。物理化学方法包括复合凝聚法、单凝聚法、相分离法、复乳溶剂蒸发法、粉末床法等。
而现有的沙棘籽油微胶囊包埋率低、结构完整性差，同时，沙棘籽油微胶囊的热稳定性、消化特性、储藏稳定性均不佳。因此，对沙棘籽油微胶囊产品的加工、运输、储藏等均带来一定的影响。
发明内容
：本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的不足之处，而提供一种沙棘籽油微胶囊的制备方法。
本发明的一种沙棘籽油微胶囊的制备方法，具体操作方法如下：
a、乳化：将一定质量配比的β-环糊精与大豆分离蛋白作为微胶囊壁材加入到水相中，并在水相中加入1.00％-2.00％表面活性剂；将水相置于60℃-80℃的集热式恒温搅拌器中加热至其完全溶解；将一定质量的沙棘籽油及乳化剂置于平底烧瓶中，并加入2％的无水乙醇便于油脂的溶解，将油相置于集热式恒温搅拌器中，连接空气冷凝管，60℃-80℃条件下加热至油相完全溶解；保持油相持续搅拌10min；然后将乳化液置于细胞破碎仪中，在超声波的作用下使油脂进一步分散于水相中，然后经30MPa-50 MPa高压均质3次后，即得沙棘籽油乳状液；以上均为质量比例；
b、喷雾干燥：将步骤a获得的沙棘籽油微胶囊乳化液置于集热式搅拌器中，60℃-80℃条件下持续加热搅拌，设定好喷雾干燥机的进风温度、进料速率、进风量后进行喷雾干燥，并在喷雾干燥设备的终端分离器中收集所述的沙棘籽油微胶囊。
作为本发明的进一步改进，此制备方法的具体操作步骤如下：
a、乳化：将一定质量配比的β-环糊精与大豆分离蛋白作为微胶囊壁材加入到水相中，并在水相中加入1.50％表面活性剂；将水相置于70℃的集热式恒温搅拌器中加热至其完全溶解；将一定质量的沙棘籽油及乳化剂置于平底烧瓶中，并加入2％的无水乙醇便于油脂的溶解，将油相置于集热式恒温搅拌器中，连接空气冷凝管，70℃条件下加热至油相完全溶解；保持油相持续搅拌10min；然后将乳化液置于细胞破碎仪中，在超声波的作用下使油脂进一步分散于水相中，然后经40MPa高压均质3次后，即得沙棘籽油乳状液；
b、喷雾干燥：将步骤a获得的沙棘籽油微胶囊乳化液置于集热式搅拌器中，70℃条件下持续加热搅拌，设定好喷雾干燥机的进风温度、进料速率、进风量后进行喷雾干燥，并在喷雾干燥设备的终端分离器中收集所述的沙棘籽油微胶囊。。
作为本发明的进一步改进，步骤a中的表面活性剂为蔗糖酯、乳化剂为山嵛酸甘油酯。
作为本发明的进一步改进，步骤a中，大豆分离蛋白/β-环糊精配比为1:1-3，芯材添加量为40％-45％，乳化剂添加量为1.50％-2.00％，以上均为质量比例。
作为本发明的进一步改进，步骤a中，大豆分离蛋白/β-环糊精配比为1:3，芯材添加量为43％，乳化剂添加量为1.80％。
作为本发明的进一步改进，步骤b中，进风温度为150-160℃，进风量为0.50-0.80m3/min，进料温度为60℃-80℃，进料速率为4.50-5.00mL/min。
作为本发明的进一步改进，步骤b中，进风温度为158℃，进风量为0.63m3/min，进料温度为70℃，进料速率为4.80mL/min。
本发明选用的沙棘籽，采于黑龙江产深秋红大果沙棘制汁后的种子，进行自然晾干；沙棘籽油为实验室自制，具体参照刘鑫等在2019年3月于《包装工程》中发表的的《超声波-微波协同萃取沙棘籽油工艺优化》。选用的超声波-微波协同萃取仪，为北京祥鹄科技发展有限公司XH-300A型的超声波-微波协同萃取仪；超声波细胞破碎仪为美国SONICS公司的SONICSVCX150型超声波细胞破碎仪；喷雾干燥机为日本YAMATO有限公司的ADL311-A型喷雾干燥机；集热式搅拌器为金坛虹盛仪器的厂DF-1型集热式搅拌器；高压均质机为意大利Niro soavi公司的GEA型高压均质机。
本发明通过对沙棘籽油微胶囊化处理，增强沙棘籽油中活性物质的稳定性，提高了包埋率、使沙棘籽油微胶囊的结构更加完整；通过喷雾干燥过程中的工艺条件的优化，确定了进风温度为158℃，进风量为0.63m3/min，进料温度为70℃，进料速率为4.80mL/min，经3次验证试验，得到沙棘籽油微胶囊喷雾干燥法制备的平均包埋率为91.31％。利用本方法制得的沙棘籽油微胶囊，其热稳定性、消化特性、储藏稳定性俱佳，因此，产品在生产加工、运输、储藏等环境下的稳定性更好，更适于工业化生产。
附图说明
：图1进风温度对微胶囊包埋率的影响；
图2进风量对微胶囊包埋率的影响；
图3进料温度对微胶囊包埋率的影响；
图4进料速率对微胶囊包埋率的影响；
图5进风量与进料温度交互影响沙棘籽油微胶囊包埋率的响应曲面和等高线图；
图6进风量与进料速率交互影响沙棘籽油微胶囊包埋率的响应曲面和等高线图；
图7进料温度与进料速率交互影响沙棘籽油微胶囊包埋率的响应曲面和等高线图；
图8沙棘籽油微胶囊的TG图；
图9沙棘籽油微胶囊的DSC图；
图10沙棘籽油微胶囊及其组成成分的红外光谱图(谱图1为未含油脂的微胶囊；谱图2为沙棘籽油；谱图3为沙棘籽油微胶囊)；
图11沙棘籽油微胶囊SEM扫描电镜图；
图12沙棘籽油微胶囊乳化液与微胶囊的CLSM观察图(图A、B为沙棘籽油乳化液CLSM观察图，图C为沙棘籽油微胶囊CLSM观察图)；
图13沙棘籽油微胶囊粒径分布图；
图14沙棘籽油-正己烷溶液标准曲线；
图15沙棘籽油微胶囊在模拟胃液中的释放；
图16沙棘籽油微胶囊在模拟肠液中的释放；
图17沙棘籽油微胶囊在模拟胃肠液中的释放(图A微胶囊经2h模拟胃液消化；图B微胶囊经3h模拟肠液消化；
图18高温储藏条件下不同时期沙棘籽油微胶囊的表面形态(图A加速试验前微胶囊形态；图B微胶囊货架期临界点微胶囊形态；图C加速试验结束后微胶囊形态)；
图19加速试验沙棘籽油与微胶囊POV值变化；
图20不同温度下沙棘籽油与微胶囊POV值变化；
图21不同温度下沙棘籽油与微胶囊lnPOV～t关系曲线。
具体实施方式
：
实施例1
一种沙棘籽油微胶囊的制备方法，具体操作方法如下：
a、乳化：将一定质量配比的β-环糊精与大豆分离蛋白作为微胶囊壁材加入到水相中，并在水相中加入1.00％表面活性剂蔗糖酯；将水相置于60℃的集热式恒温搅拌器中加热至其完全溶解；将一定质量的沙棘籽油及乳化剂山嵛酸甘油酯置于平底烧瓶中，并加入2％的无水乙醇便于油脂的溶解，将油相置于集热式恒温搅拌器中，连接空气冷凝管，60℃条件下加热至油相完全溶解；保持油相持续搅拌10min；然后将乳化液置于细胞破碎仪中，在超声波的作用下使油脂进一步分散于水相中，然后经30MPa高压均质3次后，即得沙棘籽油乳状液；其中，大豆分离蛋白/β-环糊精配比为1:1，芯材添加量为40％，乳化剂添加量为1.50％，以上均为质量比例。
b、喷雾干燥：将步骤a获得的沙棘籽油微胶囊乳化液置于集热式搅拌器中，60℃条件下持续加热搅拌，设定好喷雾干燥机的进风温度、进料速率、进风量后进行喷雾干燥，并在喷雾干燥设备的终端分离器中收集所述的沙棘籽油微胶囊；其中进风温度为150℃，进风量为0.50m3/min，进料温度为60℃，进料速率为4.50mL/min。
实施例2
一种沙棘籽油微胶囊的制备方法，具体操作方法如下：
a、乳化：将一定质量配比的β-环糊精与大豆分离蛋白作为微胶囊壁材加入到水相中，并在水相中加入2.00％表面活性剂蔗糖酯；将水相置于80℃的集热式恒温搅拌器中加热至其完全溶解；将一定质量的沙棘籽油及乳化剂山嵛酸甘油酯置于平底烧瓶中，并加入2％的无水乙醇便于油脂的溶解，将油相置于集热式恒温搅拌器中，连接空气冷凝管，80℃条件下加热至油相完全溶解；保持油相持续搅拌10min；然后将乳化液置于细胞破碎仪中，在超声波的作用下使油脂进一步分散于水相中，然后经50MPa高压均质3次后，即得沙棘籽油乳状液；其中，大豆分离蛋白/β-环糊精配比为1:3，芯材添加量为45％，乳化剂添加量为2.00％，以上均为质量比例。
b、喷雾干燥：将步骤a获得的沙棘籽油微胶囊乳化液置于集热式搅拌器中，80℃条件下持续加热搅拌，设定好喷雾干燥机的进风温度、进料速率、进风量后进行喷雾干燥，并在喷雾干燥设备的终端分离器中收集所述的沙棘籽油微胶囊；其中进风温度为160℃，进风量为0.80m3/min，进料温度为80℃，进料速率为5.00mL/min。
实施例3
一种沙棘籽油微胶囊的制备方法，具体方法如下：
a、乳化：将一定质量配比的β-环糊精与大豆分离蛋白作为微胶囊壁材加入到水相中，并在水相中加入1.50％表面活性剂蔗糖酯；将水相置于70℃的集热式恒温搅拌器中加热至其完全溶解；将一定质量的沙棘籽油及乳化剂山嵛酸甘油酯置于平底烧瓶中，并加入2％的无水乙醇便于油脂的溶解，将油相置于集热式恒温搅拌器中，连接空气冷凝管，70℃条件下加热至油相完全溶解；保持油相持续搅拌10min；然后将乳化液置于细胞破碎仪中，在超声波的作用下使油脂进一步分散于水相中，然后经40MPa高压均质3次后，即得沙棘籽油乳状液；其中，大豆分离蛋白/β-环糊精配比为1:3，芯材添加量为43％，乳化剂添加量为1.80％，以上均为质量比例。
b、喷雾干燥：将步骤a获得的沙棘籽油微胶囊乳化液置于集热式搅拌器中，70℃条件下持续加热搅拌，设定好喷雾干燥机的进风温度、进料速率、进风量后进行喷雾干燥，并在喷雾干燥设备的终端分离器中收集所述的沙棘籽油微胶囊；其中，进风温度为158℃，进风量为0.63m3/min，进料温度为70℃，进料速率为4.80mL/min。
下面对利用实施例3所述的方法制得的沙棘籽油微胶囊进行理化及功能性检测：
一、下面为利用实施例3所述的方法制得的沙棘籽油微胶囊进行理化指标的测定方法：
1、水分含量的测定
精确称取3g微胶囊样品于称量瓶中，105℃烘箱中放置3h，干燥器中冷却后称重，重复操作直至两次样品重量差小于1mg，水分含量按公式(1)计算。
2、微胶囊堆积密度测定
将一定质量的沙棘籽油微胶囊缓缓注入10mL量筒中，计算单位体积内微胶囊样品的重量。
3、微胶囊流动性测定
漏斗固定于铁架台，称取10g沙棘籽油微胶囊，将样品通过漏斗使其自然下落，测量微胶囊粉堆高度H与半径R，休止角按公式(2)计算：
休止角θ＝arctan(H/R) (2)
4、微胶囊溶解性测定
称取一定质量的沙棘籽油微胶囊样品于烧杯中，加入38mL蒸馏水分次将样品溶解于蒸馏水中，移入离心管后4000r/min离心10min，倾去上清液后再加入38mL蒸馏水，震荡混匀后4000r/min离心10min，倾去上清液后用少量水将沉淀转移到称量瓶中，105℃烘箱中放置3h，干燥器中冷却后称重，重复操作直至两次样品重量差小于1mg。溶解度按公式(3)计算：
式中：W-样品质量，g；W1-称量瓶重量，g；W2-称量瓶及沉淀物重量，g；B-单位样品中含水量，g
5、微胶囊粒径分布测定
以蒸馏水为分散剂，通过激光粒度分布仪测定沙棘籽油微胶囊粒径的分布情况。
二、下面为利用实施例3所述的方法制得的沙棘籽油微胶囊的微观结构表征的方法：
1、沙棘籽油微胶囊傅里叶变换红外光谱分析
精确称取样品1mg，按照样品：溴化钾质量比＝1:100，在玛瑙研钵中充分研磨后压制成透明薄片，在400-4000cm-1范围内对样品进行红外波普扫描。
2、扫描电子显微镜(SEM)观察
取少量沙棘籽油微胶囊粉末粘在导电胶的样品台上，吸耳球吹去多余粉末，喷金处理后，加速电压调整为5.00kV，观察样品结构。
3、激光扫描共聚焦显微镜(CLSM)观察
采用异硫氰酸荧光素(FITC)标记大豆分离蛋白，尼罗红(Nile Red)标记沙棘籽油。将FITC用DMSO(二甲基亚砜)溶解，FITC浓度为1mg/mL，将Nile Red溶解于丙酮溶液中，浓度为1mg/mL。在水相和油相中分别加入200μL的FITC溶液和Nile Red溶液，孵化30min后，制备成沙棘籽油微胶囊的乳化液并用喷雾干燥法制成带有荧光标记的微胶囊粉末。为避免荧光剂的淬灭，制备过程中处于避光环境。
将少量样品置于玻底培养皿中，分别在激发波长为490nm和543nm激发下观察样品被标记的组分。
4、沙棘籽油微胶囊热稳定性分析
热重(TG)分析：准确称取一定量的沙棘籽油微胶囊，通过热重分析仪对产品的热重进行分析。控制升温速率为10℃/min，氮气流速为20mL/min，扫描温度范围为0～650℃。
DSC(差示扫描量热仪)分析：准确称取一定量的微胶囊样品与铝盒中，压机密封后放入DSC中进行测定。DSC升温范围为-20～250℃，升温速率为10℃/min，氮气流速为20mL/min。
三、下面为利用实施例3所述的方法制得的沙棘籽油微胶囊进行体外消化特性研究方法：
1、沙棘籽油浓度-吸光值标准曲线绘制
配置不同浓度沙棘籽油-正己烷溶液，选取适当浓度在紫外可见分光光度计下测定沙棘籽油的最大吸收波长。沙棘籽油浓度为0.6mg/mL时在213nm处有最大吸收峰。在213nm测定不同浓度沙棘籽油-正己烷的吸光值，得到沙棘籽油浓度-吸光值的标准曲线，根据标准曲线测定消化溶液中沙棘籽油浓度。
2、模拟消化液的配置
模拟胃液的配置：称取10g胃蛋白酶溶解于900mL的蒸馏水中，加入盐酸调节pH为2，溶液中加入2g氯化钠将其完全溶解，溶液定容至1000mL，4℃储藏备用。
模拟肠液的配置：称取磷酸二氢钾6.8g，加入500mL蒸馏水使其溶解，用0.1mol/L氢氧化钠溶液调节pH至6.8，称取10g胰蛋白酶，适量蒸馏水将其溶解后与磷酸二氢钾溶液混合，加入蒸馏水定容至1000mL后调节pH至6.8。
3、沙棘籽油微胶囊释放率的计算
称取1g微胶囊于250mL的锥形瓶中，分别加入100mL模拟胃液与模拟肠液。于37℃震荡培养箱中100r/min的条件下震荡培养，模拟胃液中分别于10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120min取出样品，模拟肠液中分别于10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180min。取出样品，取样同时并且加入同等体积的模拟胃液或模拟肠液。样品于5000r/min条件下离心10min后取上清液，取1mL的样品并加入9mL的正己烷，沙棘籽油-正己烷溶液于213nm条件下测定吸光度。沙棘籽油微胶囊释放率按公式(4)计算：
四、下面为利用实施例3所述的方法制得的沙棘籽油微胶囊储藏稳定性的研究方法：
1、沙棘籽油和沙棘籽油微胶囊加速试验过程中POV值测定
将沙棘籽油和沙棘籽油微胶囊分别置于65℃的培养箱中放置16d，采用超声波破壁提油方法提取微胶囊中的沙棘籽油，每2d测定沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊的POV值，并采用SEM观察处于不同储藏时期微胶囊的形态结构。
2、不同温度下沙棘籽油和沙棘籽油微胶囊POV值的变化
将沙棘籽油和沙棘籽油微胶囊分别置于5℃和25℃的培养箱中放置56d，每7d测定沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊的POV值，探究沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊在低温(5℃)与常温(25℃)条件下的储藏稳定性。
五、数据处理的方法：
每个试验重复三次，采用Microsoft Excel 2013软件计算平均值和标准差并作图，采用SPSS 17.0软件分析平均值间差异显著性，采用软件Design Expert 8.0.6进行响应面试验结果分析。
六、结果与分析：
1、喷雾干燥法制备沙棘籽油微胶囊
1.1喷雾干燥法制备沙棘籽油微胶囊单因素试验
1.1.1进风温度对沙棘籽油微胶囊包埋率的影响
由图1可知，进风温度的高低会直接影响喷雾干燥机的效率，进而影响乳化液干燥的速率。随着进风温度的增加，沙棘籽油微胶囊的包埋率呈现先上升后下降的趋势。当进风温度低于150℃时，乳化液未能干燥完全，而造成喷雾干燥过程中的粘壁现象，影响沙棘籽油微胶囊包埋率，收集率较低。由于进风温度较低，且微胶囊中含水量较大，不利于微胶囊的储藏[134]。适当提高进风温度可有效缩短乳化液干燥的进程，且壁材的瞬间失水可形成致密的膜结构，从而提高微胶囊的包埋率。但进风温度高于160℃时，水分散失速度过快，容易造成壁材的凹陷、空洞及裂缝等现象，致使微胶囊的包埋率降低。因此，进风温度为160℃左右时效果较好，此时包埋率达到87.69％。
1.1.2进风量对沙棘籽油微胶囊包埋率的影响
由图2可知，风速大小与乳化液干燥速率直接相关，在进风量较小时，微胶囊含水量较大，壁材无法形成致密膜结构，包埋率较低；随着进风量不断增加，乳化液干燥效率增加，沙棘籽油微胶囊包埋率不断增加，能有效包埋油脂；但随着进风量超过0.60m3/min时，包埋率反而下降，主要原因是壁材失水速率过快造成壁材还未形成膜结构，或者膜结构未稳定时过量失水造成膜结构的破裂，影响了微胶囊的包埋效果。因此，进风量为0.60m3/min左右时效果较好，包埋率达到85.21％。
1.1.3进料温度对沙棘籽油微胶囊包埋率的影响
由图3可知，当进料温度低于65℃时，微胶囊包埋率较低；这是由于乳化液的温度与其粘度成反比，在进料温度较低时，高粘度的物料易堵塞喷口，不利于液滴的雾化。因此，微胶囊包埋率较低。随着进料温度的增加，在进料温度为65℃时沙棘籽油微胶囊包埋率达到最高，达到86.08％。随着进料温度的继续上升，沙棘籽油微胶囊包埋率出现缓慢下降的趋势，可能是因为过高的进料温度影响了乳化液的稳定性进而影响了微胶囊的包埋率，也可能是因为过高的进料温度影响了壁材的性质而影响其膜结构的形成。因此，进料温度为65℃左右时包埋率较高。
1.1.4进料速率对沙棘籽油微胶囊包埋率的影响
由图4可知，进料速率在5.50mL/min以下时，沙棘籽油微胶囊的包埋率呈缓慢上升的趋势。但是，随着进料速率的进一步增加，沙棘籽油微胶囊的包埋率急剧下降，主要原因是由于进料速率过快，塔内液滴达不到雾化效果，乳化液中的水分不能及时蒸发，造成粘壁现象及不能有效形成微胶囊的膜结构。因此，进料速率为5.50mL/min左右时包埋率较高，达到84.62％。
1.2喷雾干燥法制备沙棘籽油微胶囊响应面优化试验
在单因素的基础上，采用Box-Behnken设计，优化A进风温度、B进风量、C进料温度以及D进料速率等因素对沙棘籽油微胶囊喷雾干燥的工艺，其设计方案及试验结果表1所示。
表1 Box-Behnken试验设计及结果
采用Design-Expert 8.0.6软件对表1中试验结果进行回归拟合，得到回归方程模型方差分析表(表2)，以沙棘籽油微胶囊包埋率为目标函数的回归拟合方程为：
Y＝90.35-0.98A-0.25B+0.78C-0.12D-0.53AB-0.42AC+0.83AD+1.85BC+1.81BD+2.49CD-5.56A2-1.31B2-1.44C2-2.33D2(R2＝0.9683)。
表2回归方程的方差分析表
注：*差异显著，P<0.05；**差异极显著P<0.01。
由表2可知，回归模型极显著(P<0.01)，失拟项不显著(P＝0.3269＞0.05)，该回归模型预测值与实测值能较好地吻合，可很好预测喷雾干燥各因素对沙棘籽油微胶囊包埋率的影响。此外，由该模型的方差分析结果可知，模型中一次项A、C影响极其显著，且影响因素A＞C；交互项BC、BD、CD影响极其显著(P<0.01)；二次项A2、B2、C2、D2影响均极其显著(P<0.01)。响应面与等高线图如图5～7所示，响应曲面图有最大值，等高线呈椭圆形，说明BC、BD、CD间交互显著。
1.3喷雾干燥法制备沙棘籽油微胶囊响应面优化验证试验
经Design-Expert 8.0.6软件分析后，得到喷雾干燥法制备沙棘籽油微胶囊的最佳工艺的理论值为：进风温度为158.53℃，进风量为0.63m3/min，进料温度为69.56℃，进料速率为4.82mL/min，此条件下微胶囊的包埋率达到91.44％。考虑实际操作条件，将上述工艺参数调整为：进风温度为158℃，进风量为0.63m3/min，进料温度为70℃，进料速率为4.80mL/min，经3次验证试验，得到沙棘籽油微胶囊喷雾干燥法制备的平均包埋率为91.31％。验证试验结果与模型预测结果相近，说明该模型对喷雾干燥法制备沙棘籽油微胶囊包埋率的预测合理。
2、沙棘籽油微胶囊的理化性质
喷雾干燥法制备的沙棘籽油微胶囊呈淡黄色粉末状，其理化性质如表3所示，水分含量为3.47％，含水量较低。休止角小于45°，说明其流动性能较好。微胶囊溶解性达到96.52％，其复溶效果良好。
表3沙棘籽油微胶囊理化性质
2.1沙棘籽油微胶囊理化指标测定及其微观结构表征
2.1.1沙棘籽油微胶囊热稳定性分析
2.1.1.1 TG分析：
热重法是通过测定程序升温过程中样品质量的变化，由样品质量变化与温度变化的关系分析样品的降解过程及热稳定性。由图8可知，程序升温由50℃开始，样品发生失重，由于微胶囊水分含量较低，样品在170℃之前TG曲线变化并不明显；在170℃出现台阶，结合微胶囊图8DSC曲线，此时可能由于微胶囊部分化学键发生断裂造成其热稳定性的变化；程序升温达到217℃，TG曲线开始缓慢下降，此过程持续到温度接近320℃，此时失重近20％，；温度继续升高，微胶囊结构完全破坏，样品发生大幅度失重，直到温度接近480℃，TG曲线接近平稳，样品最终失重近84％。第一阶段的大幅度失重，可能是由于大豆分离蛋白、β-环糊精热分解产生H2O、CO2、CH4、SO2等气体导致失重，第二阶段大幅度失重可能是由于中间物质的碳化所致。
2.1.1.2 DSC分析：
随着升温的过程，微胶囊中发生蛋白质的变性、脂肪晶体融化等结构的变化而导致了吸热的现象，DSC曲线中会出现吸热峰。如图9所示，随着温度的升高，沙棘籽油微胶囊在63.70～71.70℃出现一个吸热峰，是由于有序晶体结构转变为无序晶体结构，发生了吸热的现象，故微胶囊玻璃态转变温度为68.30℃。微胶囊在63.70℃之前属于玻璃态，此时自由体系很小，分子之间扩散速率很小性质比较稳定，故满足实际的储藏条件。在182.50-205.40℃出现放热峰，根据TG曲线趋势，微胶囊在温度达到182.50℃时，可能是由于壁材中C-O、S-S、C-C键的断裂，发生了热分解而导致了放热的现象。在低于182.50℃时样品仍处于完整微胶囊的结构，可满足常规的食品加工处理。
2.1.2沙棘籽油微胶囊傅里叶变换红外光谱分析
根据傅里叶变换红外光谱特征峰位移、强度及形状的变化判定沙棘籽油微胶囊前后其结构的变化。如图10所示，沙棘籽油红外光谱中在2800-3100cm-1有较强吸收峰，原因是沙棘籽油中含有丰富的亚麻酸与亚油酸，此处为C＝C键伸缩振动波峰；沙棘籽油中含有大量的亚麻酸，亚麻酸中＝C-H键伸缩振动引起的特征峰在3010cm-1处，特征峰在微胶囊产品中均存在，且相应处吸收峰明显减小，由此证明微胶囊结构的形成。沙棘籽油及微胶囊在1745cm-1、720cm-1均有C＝O键及CH2键特征峰存在，微胶囊特征吸收峰相较于沙棘籽油减弱，进一步证明微胶囊结构的形成。如图10所示，沙棘籽油微胶囊红外光谱图中吸收峰基本上由沙棘籽油及复合壁材叠加而成。
2.1.3沙棘籽油微胶囊微观结构观察
采用扫描电镜对喷雾干燥法制备的沙棘籽油微胶囊进行结构及包埋效果的观察，结果如图11所示，微胶囊在电子显微镜下放大950倍后，观察到微胶囊大部分结构为球形或椭球形。微胶囊颗粒大小有一定差异，直径一般在5-10μm之间。部分微胶囊出现褶皱凹陷现象，是由于喷雾干燥壁材固化过程中瞬间的水分蒸发，使得微胶囊内部水分蒸发与外部气流形成压力差，在厚度与硬度较小的部分形成凹陷。个体大小形状的差异可能由于喷雾干燥机进气量无法维持稳定的状态导致。微胶囊在电子显微镜下放大5000倍，如图11可知，微胶囊表面光滑连续无裂缝，壁材结构完整具有良好的包封性。
2.1.4沙棘籽油微胶囊CLSM观察
由图12沙棘籽油微胶囊乳化液与微胶囊的CLSM观察图可知，喷雾干燥前沙棘籽油微胶囊乳化液如图A、图B所示，由图A可知，经Nile Red标记后的油相成荧光红色，经FITC标记的大豆分离蛋白呈现荧光绿色，大豆分离蛋白紧密结合在油滴表面，形成致密的膜结构，部分大豆分离蛋白游离在水溶液中，故水相呈现荧光绿色。由图B可看到乳化液内部结构，微胶囊乳化液小液滴内部空腔用于容纳油脂，大豆分离蛋白通过疏水键均匀连续结合在油滴表面，形成一个完整致密的微胶囊结构，由此可见壁材对芯材具有良好的包封作用。经喷雾干燥法制备的沙棘籽油微胶囊结构如图C所示，微胶囊呈现球形结构，Nile Red标记的沙棘籽油位于微胶囊内部，FITC标记的大豆分离蛋白作为壁材分布于油脂表面，微胶囊壁材连续无裂缝，厚度较为均一，由此可知，沙棘籽油微胶囊化后可达到保护芯材防止氧化的作用。
2.1.5沙棘籽油微胶囊粒径分布
由图13可知，沙棘籽油微胶囊粒径成正态分布，粒径大小分布较为均匀。粒径小于10μm的微胶囊占总量的93.50％。与扫描电子显微镜观察到微胶囊大小的结果相一致，微胶囊大小在1-10μm之间。
3、沙棘籽油微胶囊体外消化特性研究
由紫外可见分光光度计在213nm下测定不同浓度沙棘籽油-正己烷标准曲线及线性回归方程如图14所示，标准曲线以沙棘籽油-正己烷浓度为横坐标，以吸光度为纵坐标，标准曲线的线性系数为0.9994，通过对消化溶液在213nm下吸光度的测定，计算得消化溶液中沙棘籽油的浓度。
3.1沙棘籽油微胶囊模拟胃液中的释放效率
沙棘籽油微胶囊在模拟胃液中的释放率如图15所示，沙棘籽油微胶囊在模拟胃液中释放率随着时间的延长而不断增加，在模拟胃液中停留时间达到60min后释放率趋于稳定，沙棘籽油微胶囊在模拟胃液中停留时间达到120min后，其释放率为31.55％。
3.2沙棘籽油微胶囊模拟肠液中的释放效率
沙棘籽油微胶囊在模拟肠液中的释放率如图16所示，沙棘籽油微胶囊在模拟肠液中停留时间在80min之内时，随着停留时间的增加其释放率显著上升，由此可知，微胶囊在模拟肠液中起到了突释的效果；随着微胶囊停留时间的继续增加，其释放率不断增加，停留时间在120min时释放率达到78.30％，停留时间继续增加其释放率趋于稳定，沙棘籽油微胶囊在模拟肠液中停留时间为180min时，其释放率达到81.05％。沙棘籽油微胶囊在模拟肠液中释放率远大于模拟胃液中的释放率，因胃液只能初步消化糖类物质，对蛋白类物质消耗能力有限，不能完全破坏壁材结构，故沙棘籽油微胶囊在模拟胃液中起到了缓释的作用。
3.3CLSM观察沙棘籽油微胶囊模拟体外消化释放行为
如图17，通过CLSM观察了沙棘籽油微胶囊体外模拟消化过程中微胶囊结构的变化。微胶囊经2h模拟胃液消化结果如图A所示，大部分微胶囊因发生溶胀作用，内部部分油脂溢出覆于壁材表面，Nile Red标记的沙棘籽油与FITC标记的大豆分离蛋白发生重叠而呈现荧光黄色[85]。经模拟胃液消化后微胶囊颗粒大小变化不明显，微胶囊结构依然存在，沙棘籽油经微胶囊化后起到了缓释的效果。微胶囊经3h模拟肠液消化结果如图B所示，大部分FITC标记的大豆分离蛋白游离在模拟肠液中，微胶囊结构破裂。由于界面张力的存在，NileRed标记的油滴发生聚集，油滴大小显著增加。经模拟肠液消化后微胶囊几乎未出现壁材与芯材重叠后出现的荧光黄色，由此证明壁材与沙棘籽油分离彻底，所制备的微胶囊在模拟肠液中具有极高的释放率。微胶囊在体外模拟消化试验中的释放结果符合人体肠道消化规律，有利于人体对沙棘籽油的有效利用。
4、沙棘籽油微胶囊储藏稳定性
4.1沙棘籽油微胶囊高温储藏试验
4.1.1 SEM观察高温储藏过程中微胶囊表面形态的变化
如图18所示，图A为未进行加速试验之前沙棘籽油微胶囊在扫描电镜下呈现的状态，微胶囊大部分呈现球形或椭球形，大部分结构连续，无孔洞裂缝现象。图B所示为沙棘籽油微胶囊高温储藏条件下达到货架期临界点时其表面形态的变化。相较于加速试验之前，高温环境使得部分沙棘籽油微胶囊出现凹陷现象，可能是由于高温条件使得壁材中蛋白质及糖类发生部分的降解，改变了微胶囊的形态结构，但此时壁材仍有一定的机械强度，并未发生破裂等现象。由此可证明沙棘籽油微胶囊在货架期内其结构形态完整，壁材具有良好的包封作用，可提高沙棘籽油微胶囊的稳定性。图C为加速试验结束后微胶囊呈现的形态结构。由图C可知，大部分微胶囊均出现褶皱凹陷现象，且部分微胶囊出现较为严重的孔洞及破裂现象，长时间的高温环境可破坏微胶囊的结构，油脂的外溢裸露加速了氧化的进程。高温对微胶囊结构具有一定的破坏作用。
4.1.2高温加速条件下沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊POV值变化
由图19可知，在65℃高温加速氧化试验条件下，沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊的POV值随着储藏时间的增长而不断增加，并且，沙棘籽油的氧化速率显著高于沙棘籽油微胶囊的氧化速率。由此可证明沙棘籽油微胶囊化后可减缓其氧化的速率，使得沙棘籽油的稳定性提高。根据GB 2716-2018《食品安全国家标准植物油》对植物油POV值规定的上限为0.25g/100g，沙棘籽油在加速试验的第4d达到上限值0.25g/100g，沙棘籽油微胶囊POV值在加速试验的第8d达到上限值0.25g/100g。
4.1.3沙棘籽油微胶囊货架期预测
POV值作为评价油脂氧化程度的重要指标，可直观反映其储藏期间品质变化，可由POV值的变化推测其开始劣变的时间。本试验通过对65℃加速条件下对沙棘籽油及沙棘籽油微胶囊POV值达到0.25g/100g时间的测定，由公式外推法确定微胶囊的货架期。
根据公式5Arrhenius经验公式：
式中：k为速度常数；k0为频率因子；Ea为活化能；R为气体常数1.987(卡度/克分子)；T为温度(℃)
公式定量描述温度与反应速率之间的关系。对于常规化学反应，反应温度T升高10℃，反应速率k升高为原来的2倍，即k(T+10℃)/k(T)＝2；货架期与反应速率成反比，即Vant’Hoff公式：S(T)/S(T+10℃)＝2，依据经验公式推测储藏温度与货架期之间的关系如表4所示。
表4温度与货架系数之间的关系
储藏温度为65℃时，沙棘籽油微胶囊在8d后POV值达到货架期，沙棘籽油POV值在4d达到货架期。由此推测出25℃沙棘籽油及其微胶囊的货架期分别为64d和128d。由此证明沙棘籽油微胶囊化可有效延长其货架期。
4.2不同温度下沙棘籽油微胶囊的储藏试验
4.2.1不同温度下沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊POV值变化
如图20可知，沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊分别置于5℃和25℃环境中储藏，储藏温度较高时，沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊的氧化速率较大，故沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊在储藏时应尽量避免高温环境；当沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊同时储藏在25℃环境中时，由沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊的氧化曲线斜率可看出沙棘籽油的氧化速率显著高于沙棘籽油微胶囊的氧化速率。沙棘籽油微胶囊化后可达到明显降低氧化速率的作用。当沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊同时储藏于5℃环境中时，由曲线斜率可知沙棘籽油氧化速率略大于沙棘籽油微胶囊氧化速率，微胶囊化可提高油脂的稳定性。
4.2.2化学动力学法预测沙棘籽油微胶囊货架期
由于油脂与油脂微胶囊的氧化反应为一级氧化动力学反应，根据Arrhenius经验公式：Lnk＝-Ea/RT+lnk0(Ea、K0均是与物质有关的经验常数，Ea可根据lnk与1/T曲线斜率求得)，油脂氧化的一级反应动力学方程式表示为LnPOV＝kt+lnPOV0(POV为油脂储藏时间为t时的POV值，POV0为油脂初始的POV值，k为温度为T时的反应速率常数，t为储藏时间)，沙棘籽油微胶囊与沙棘籽油分别在5℃和25℃条件下的LnPOV～t曲线如图21所示，沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊POV值变化的线性回归分析如表5所示。
表5沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊POV值变化的线性回归分析
依据Arrhenius经验公式，根据GB2716-2018《食品安全国家标准植物油》对植物油POV值规定的上限为0.25g/100g，将上限值0.25g/100g带入不同温度的沙棘籽油与沙棘籽油微胶囊的氧化动力学反应方程式中。计算结果可知，沙棘籽油在5℃和25℃下货架期分别为253.02d和62.33d，沙棘籽油微胶囊在5℃和25℃下货架期分别为502.69d和125.61d。
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