柑橘皮精油微膠囊制備工藝研究進展

葉群麗,張怡,郝仁膠,宋昱衡,王家燕,章斌*

(1.雅安職業技術學院,四川 雅安 625000;2.四川理工技師學院,四川 成都 611130)

中國是柑橘的重要原產地之一,栽培歷史悠久,柑橘資源豐富,品種繁多。經過長期栽培、選擇,柑橘成了人類的珍貴果品。柑橘類果皮中富含果膠、揮發油、橙皮甙、桔色素、黃酮化合物等多種活性成分,已廣泛應用于日化、醫藥、食品及紡織行業等[1-2]。研究表明柑橘皮的油胞中有豐富的香精油,柑橘香精油約占果皮鮮重的0.5%～2%。柑橘的副產物柑橘精油具有較強的抗氧化活性、抑菌活性,能有效消除疲勞、消炎等[3-5]。但柑橘精油的活性成分不穩定,易揮發、容易被氧化和光促分解,進而影響其功效[3]。而微膠囊化技術可將柑橘精油包埋在微膠囊內,使其成為一種固體微粒產品,保護其活性成分并延長其保質期[6]。

1 精油微膠囊技術

微膠囊是指一種具有聚合物壁殼的微型容器或包物。其大小一般為5～200 μm不等,形狀多樣,取決于原料與制備方法。微膠囊化是指制備微膠囊的過程。微膠囊化技術是指將氣體、液體或固體包埋在微小而密封的膠囊中,并在特定條件下以可控速率進行釋放的技術[6]。其中,被包埋的物質稱為芯材,可為水溶性、油溶性化合物或混合物,包括酸味劑、香精香料、甜味劑、礦物質、色素、維生素、脂類、酶以及各種食品添加劑等。包埋芯材實現微囊膠化的物質稱為壁材,可用作壁材的有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料[7]。

植物精油是從植物中提取的天然芳香油狀液體,具有抗菌、抗炎、抗氧化、抗癌、抗衰老等功效和營養價值,備受人們青睞。柑橘皮精油是常用的植物精油,但其沸點低且易揮發,限制了其應用,因此對橘皮精油進行微膠囊化,將其封裝在微膠囊中,可使其由液態變成擬固體,控制其活性成分的釋放,同時能有效減少高溫、光和空氣等外界環境對橘皮精油的影響,延長其使用的有效壽命,擴大其應用范圍[8-9]。

2 不同種類柑橘皮精油微膠囊的制備工藝

柑橘,是橘、柑、橙、金柑、柚、枳等的總稱。柑橘類水果包括橘子、柑、柚、枸櫞、甜橙、酸橙、金橘、檸檬等一大家族。柑橘皮精油微膠囊的制備方法有單凝聚法、復合凝聚法、噴霧干燥法、冷凍干燥法、界面(或原位)聚合法、銳孔-凝固浴法、包埋法、溶劑揮發法等[10-22]。

2.1 未知品種柑橘皮精油微膠囊制備

王芳等[10]以β-環糊精為包埋劑,自制橘皮精油為芯材,采用包埋法制備橘皮精油微膠囊。最佳工藝為:芯壁材質量比為1∶5.7、包埋時間1.7 h、包埋溫度47 ℃,該條件下β-環糊精對橘皮精油的包埋率為65.7%,包埋得率為88.5%。董志儉等[11]以羧甲基纖維素+阿拉伯膠+明膠為壁材,購買的橘油為芯材,通過復凝聚法制備球狀多核結構的橘油微膠囊。最佳工藝為:mCMC∶m阿拉伯膠∶m明膠=1∶9∶20,壁材質量分數1%,芯壁比1∶1,pH值4.27,攪拌速度300 r/min,所得微膠囊產率高且緩釋性好。虞雯娉等[12]以阿拉伯膠+麥芽糊精+蔗糖為壁材,自制柑橘香精油為芯材,采用噴霧干燥法制備柑橘香精油微膠囊,最佳工藝為:壁材比6∶2∶2,壁材濃度20%,芯壁比1∶2,乳化劑添加量10%,進料流量40 mL/min,進風溫度180 ℃,微膠囊包埋率為60.1%。耿敬章等[13]以殼聚糖為壁材、自制柑橘精油為芯材,殼聚糖包裹柑橘精油微膠囊制備的最佳工藝為:壁芯質量比4∶1、乳化劑添加量1.6%、包埋溫度50 ℃、攪拌速度500 r/min,所得柑橘精油微膠囊的包埋率為92.0%。孫閆晨昊等[14]以阿拉伯膠+麥芽糊精為壁材,購買橘皮油為芯材,采用冷凍干燥法和噴霧干燥法對橘皮油進行包埋。冷凍干燥的最佳工藝:冷凍溫度-30 ℃、干燥室壓力30 Pa和干燥室溫度30 ℃,橘皮油微膠囊包埋率為82.48%。噴霧干燥的最佳工藝:進料速度90.2 mL/min、進風溫度194 ℃和料液固含量34.7%,橘皮油微膠囊包埋率為90.17%。綜合比較,噴霧干燥法比冷凍干燥法更適合應用于制備橘皮油微膠囊產品。

2.2 柑皮精油微膠囊制備

許杭琳[15]以β-環糊精和阿拉伯膠做單一壁材,通過噴霧干燥法對佛手柑精油進行微膠囊化包埋,所得佛手精油微膠囊的包埋率僅為10.56%和10.1%。徐寧等[16]以β-環糊精為壁材、自制椪柑皮精油為芯材,采用包埋法制備椪柑皮精油微膠囊。最佳工藝為:壁芯比5.8∶1(g∶mL),包埋溫度52 ℃,乙醇與精油體積比19∶1,包合時間2 h,加水量與β-環糊精比為8∶1(g∶mL),此條件下制備的微膠囊包埋率達65.97%,包埋得率達90.26%。羅旭洸等[17]以阿拉伯膠+β-環糊精+麥芽糊精為壁材組合、自制廣佛手柑精油為芯材,采用噴霧干燥法制備廣佛手精油微膠囊。最佳工藝為:壁材的最佳質量配比9∶7∶4;芯壁質量比3∶7;噴霧干燥最佳工藝:進料流量55 mL/min,霧化器頻率30 Hz,進風溫度180 ℃,產品包埋率為85.32%。王祎赫[18]以羥丙基-β-環糊精為壁材,自制佛手柑精油為芯材,采用包埋法對佛手柑精油進行微膠囊化,最佳包埋工藝:HP-β-CD與精油投料質量比為9.2∶1、包埋溫度為50 ℃、包埋時間為1.97 h,該工藝下微膠囊的平均包合率為73.28%,平均得率為82.05%。

2.3 橙皮精油微膠囊制備

熊月琴等[19]以辛烯基琥珀酸酯化淀粉HI-CAP100和麥芽糊精為壁材,購買甜橙油為芯材,通過噴霧干燥法制備微膠囊。最佳制備工藝:HI-CAP100與麥芽糊精的配比為2∶1,固形物濃度為35%,載油量為30%,進風溫度為200 ℃,甜橙油微膠囊包埋效率為99.4%。肖軍霞等[20]以購買甜橙油為芯材,大豆分離蛋白(SPI)和阿拉伯膠(GA)為壁材,采用復凝聚法+真空冷凍干燥技術制備甜橙油微膠囊。最佳工藝:固形物質量分數5%,芯材載量20%,SPI∶GA=1時調節pH值到4,室溫下850 r/min攪拌30 min,加入1%的葡萄糖反應1 h,真空冷凍干燥得到微膠囊。此時包埋產率和效率分別達到75.06%和93.5%。Xiao等[21]以購買甜橙油為芯材,海藻酸鈉+Ca2+為凝膠劑,采用銳孔-凝固浴法制備甜橙油微膠囊。最佳工藝為:海藻酸鈉濃度為2%,CaCl2濃度為1.5%,芯壁比為1.5∶1,乳化劑為0.1%吐溫80和0.1%甘油單硬脂酸酯,微膠囊的包封率為76.1%。加入殼聚糖制備了殼聚糖包被的藻酸鈣(CCCA)和殼聚糖-藻酸鈣復合物(CCAC)凝膠珠。彭夢俠等[22]以殼聚糖+海藻酸鈉為復合壁材,購買甜橙油為芯材,采用銳孔-凝固浴法制備橙子油微膠囊。最佳工藝為:海藻酸鈉濃度為3.5%,殼聚糖濃度為1.5%,CaCl2濃度為2.0%、乳化溫度為55 ℃,壁材與芯材的質量比為1∶3,殼聚糖溶液的pH值=6.0,橙子油微膠囊的包埋率為89.20%。韓路等[23]以麥芽糊精和辛烯基琥珀酸酯化(OSA)變性淀粉為壁材,購買甜橙精油為芯材,通過噴霧干燥法制備甜橙油微膠囊。最佳工藝為:麥芽糊精和OSA變性淀粉的比例為1∶3,芯壁比為1∶5,固形物含量為25%,甜橙精油的包埋率為82.1%。蔣愛月等[24]以明膠為壁材,購買甜橙油為芯材,以甲醛為固化劑,采用單凝聚法和真空干燥制備甜橙油微膠囊,包封率為88.5%。李振杰等[25]以購買甜橙油為芯材,殼聚糖為壁材,三聚磷酸鈉為交聯劑,采用復凝聚法制備甜橙油納米微膠囊。最佳工藝為:甜橙油質量濃度3.6 mg/mL、殼聚糖質量濃度1.8 mg/mL、吐溫20質量濃度1.2 mg/mL。

2.4 柚皮精油微膠囊制備

彭瑩蕓等[26]以A型明膠+海藻酸鈉為壁材,購買葡萄柚精油為芯材,CaCl2溶液為固化劑,采用復凝聚法協同超聲輔助制備葡萄柚精油納米級粒徑微膠囊。最佳工藝為:芯壁比1∶2(g∶g),超聲時間10 min,超聲振幅10%,固化劑與壁材質量比1∶3,微膠囊包埋率為65.02%±1.18%,平均粒徑為(210.08±10.12) nm。杜津等[27]以阿拉伯膠+明膠為壁材,購買柚子精油為芯材,通過復凝聚法制備柚子精油微膠囊。最佳工藝為:pH值為3.9,芯材添加量為0.5%,壁材添加量為1%,微膠囊平均粒徑138.2 μm,包封率達45.3%。

2.5 檸檬皮精油微膠囊制備

Adamiec等[28]分別以魔芋葡甘聚糖、阿拉伯樹膠及兩者的組合物為壁材,購買青檸檬油芯材,通過噴霧干燥法制備青檸檬油微膠囊。結果表明:魔芋葡甘聚糖和阿拉伯樹膠(KGMGA)的組合比單獨使用魔芋葡甘露聚糖作為壁材材料更能提高微膠囊中總油的產率和保留率。在180 ℃的入口溫度下微膠囊具有抗菌活性方面的最佳功能特性以及總包封油的效率保持。廖玉琴[29]以阿拉伯明膠+β-環糊精為壁材,自制檸檬精油為芯材,單甘酯+蔗糖酯為乳化劑,采用噴霧干燥法制備檸檬皮精油微膠囊。最佳工藝為:壁材比(g∶g)2∶8,芯壁比(mL∶g)1∶3,固形物濃度15%,檸檬精油微膠囊的包埋率為88.50%。徐單單[30]以殼聚糖/三聚磷酸鈉-無機粒子為復合壁材,檸檬精油為芯材,采用復凝聚法制備檸檬精油微膠囊。最佳制備工藝:殼聚糖濃度為1%,m(殼聚糖)∶m(三聚磷酸鈉)為2∶1,芯壁質量比為3∶1,無機粒子使用量為20%,pH值為4,微膠囊的包封率達47.68%。常香玉等[31]以自制檸檬精油為芯材,采用乳化交聯法(以海藻酸鈉/明膠為壁材)和蒸發溶劑法(以聚乳酸—羥基乙酸共聚物為壁材)制備精油微球,兩者均得到了徑粒在10 μm以內的微球,海藻酸鈉/明膠微球包封率和產量均高于PLGA微球的。許春平等[32]以殼聚糖為壁材,自制檸檬精油為芯材,采用復凝聚法制備檸檬精油亞微米微膠囊。最佳工藝為:壁芯質量比1∶3.5,壁材量0.27%,乳化劑量0.37%,乳化速率750 r/min,制備的亞微米微膠囊結構致密,粒徑最小,約274 nm,包埋率50.83%。

3 展望

柑橘精油清新的氣味有提振精神的作用,常用于平撫沮喪與焦慮,還能用于治療腸胃問題等,但柑橘類精油沸點低、易揮發且保存期短,限制了其應用。精油微膠囊化將延長柑橘精油的穩定性和保質期。在今后的科學研究中,一方面要提高精油微膠囊的包封率,重在微膠囊壁材的選擇,其一是應嘗試多種類型壁材進行復配,其二是選擇新材料或者采用新材料與常規材料復配的方式,以提高壁材的性能,使其持久耐用。另一方面是提升精油微膠囊的使用效果,擴大其應用范圍,重在芯材的選擇,可考慮柑橘類精油與其他類型的植物精油進行復配,加速科研成果在實際生活中的應用,使精油微膠囊的使用效果更佳,提高其應用價值。