檸檬籽油復(fù)合微膠囊的制備及對牛肉干的保鮮效果

牛肉干營養(yǎng)豐富[1]，但在貯藏過程中，由于脂質(zhì)和蛋白氧化容易引起變色和產(chǎn)生異味[2]。目前，市場上的牛肉干通過在包裝中添加干燥劑來延緩貯藏過程中的品質(zhì)劣變。傳統(tǒng)干燥劑的主要成分是氧化鈣、硅膠等[3]，雖然具有良好的水分吸附作用，但不能有效抑制牛肉干的脂質(zhì)和蛋白氧化，且安全性較低。

檸檬籽油(lemon seed oil，LSO)其生物活性成分及抗氧化性能已有報道[4]。CHENG等[5]指出，在肉制品中添加植物精油可產(chǎn)生抗菌和抗氧化作用。然而，將植物精油直接添加到肉制品中后，其顏色和氣味讓消費者難以接受。所以，經(jīng)過“包裝”后的精油應(yīng)用于牛肉干的保鮮是一種有效的加工技術(shù)。微膠囊技術(shù)是指用微小的固體、液體或氣體顆粒包覆天然或合成聚合物材料，形成微容器[6]。單層包埋微膠囊的制備方法簡單，技術(shù)應(yīng)用廣泛，但特殊芯材的保護(hù)和傳遞效果仍有待提高。相比之下，雙層微膠囊(多層復(fù)合)可以更好地防止外部環(huán)境的破壞，控制芯材的釋放，特別是對精油等易受光、熱、濕等影響的揮發(fā)性化合物[7]。

酵母細(xì)胞(yeast cell，YC)作為一種脂質(zhì)體，其細(xì)胞壁具有一定的硬度，是一種理想的天然囊壁材料[8-9]。辛烯基琥珀酸酐酯化(octenyl succinic anhydride，OSA)淀粉含有親水和疏水基團(tuán)，大大改善了天然淀粉乳化性能，是包封劑和乳化劑的理想材料[10]。雙包埋技術(shù)制備牛肉干保鮮劑的原理如圖1所示，當(dāng)環(huán)境濕度較低時，雙層封裝會減緩內(nèi)核材料的釋放。當(dāng)環(huán)境濕度較高時，外層淀粉作為一種水分吸附劑降低環(huán)境濕度，吸附水分后的淀粉同時又作為一種傳導(dǎo)介質(zhì)加速芯材的釋放。

因此，本文以LSO為芯材，YC和酯化淀粉為壁材，采用雙層包埋法制備復(fù)合微膠囊(complex microcapsules,SMC)。通過SMC的性能表征及其對牛肉干保鮮效果的研究，以期替代傳統(tǒng)干燥劑，為牛肉干保鮮劑的制備提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮牛后腿精瘦肉，甘肅省蘭州市安寧區(qū)桃海市場；檸檬籽，中國山西野山食品有限公司；安琪干酵母，安琪酵母股份有限公司；OSA淀粉，潤航生物科技有限公司(中國山東)。

正己烷、乙醇、氯化鈣、氧化鎂、乙二胺四乙酸二鈉、2-硫代巴比妥酸、鹽酸、硼酸、三氯乙酸、甲基紅等，均為分析純，天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司。

a-SMC的制備；b-SMC的應(yīng)用
圖1 SMC的制備及應(yīng)用
Fig.1 Preparation and application of SMC

1.2 儀器與設(shè)備

食品級粉碎機，中國浙江永康紅日機電有限公司；磁力攪拌器，中國上海常州國華電器有限公司；RE52CS旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；THZ-83-2 N臺式恒溫振蕩器，上海躍進(jìn)醫(yī)療器械有限公司；TGL-16M高速臺式離心機，長沙湘儀離心機儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 LSO的提取

LSO的提取參考崔秋兵等[11]的方法略作修改。選擇顆粒飽滿、顏色為白色的檸檬籽，用粉碎機研磨成粉末過40目篩。將檸檬籽粉末與正己烷(提取劑)以料液比1∶6混合，并置于45 ℃水浴鍋中加熱3 h，同時使用低速磁力攪拌器(300 r/min)攪拌混合物。提取后，以3 000 r/min的速度離心10 min提取上清液，將上清液倒入旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中除去提取劑(70 ℃)，燒瓶中的溶液不超過1/2的體積，當(dāng)冷凝管下端無液體滴落時結(jié)束蒸發(fā)。剩余的橙黃色油狀液體貯存在4 ℃的黑暗、密封環(huán)境中。

1.3.2 復(fù)合微膠囊的制備

將安琪干酵母用(35±2) ℃的水配制成200 g/L的溶液，與80%(體積分?jǐn)?shù))的乙醇以料液比1∶2的比例混合，在25 ℃下放置2 h，然后將混合物離心取沉淀(5 000 r/min，10 min)，將離心后的YC置于室溫下以揮發(fā)殘留的乙醇，然后冷凍干燥24 h，得到醇化YC凍干粉。將YC凍干粉用(35±2) ℃的溫水制成200 g/L的溶液，并與均質(zhì)的LSO(6 000 r/min，2 min)以2∶1的芯壁比混合。然后將混合物置于臺式恒溫振蕩器(150 r/min)中以振蕩時間4 h和振蕩溫度50 ℃下，使LSO完全進(jìn)入YC內(nèi)部。在振蕩結(jié)束時獲得的乳化油混合物是YC微膠囊(YC microcapsules，YMC)乳液。

將OSA淀粉制備成30 g/L的乳液(90 ℃攪拌20 min，500 r/min)，并與YMC乳液以1∶1(體積比)混合，然后使用電動攪拌(500 r/min)在50 ℃攪拌30 min，同時加入1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化鈣試劑。攪拌的SMC乳液用噴霧干燥法干燥，入口溫度為150 ℃，出口溫度為110 ℃，進(jìn)料速度為10 mL/min。

1.3.3 復(fù)合微膠囊的表征

1.3.3.1 包埋率

參考FU等[12]的方法略作修改。將10 g SMC樣品溶于100 mL正己烷溶液中，用超聲波儀(500 W，40 kHz)于60 ℃超聲30 min，取上清液，沉淀物用50 mL 正己烷清洗2次，濾液與第1次上清液合并。將混合濾液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器中以除去提取劑，然后在60 ℃的干燥箱中干燥直到獲得恒定重量，并記錄重量以獲得油的總量。SMC的載油量計算如公式(1)所示：

載油量

(1)

式中：m1指SMC樣品質(zhì)量，g；m2指干燥后油的質(zhì)量，g。

1.3.3.2 掃描電鏡

將SMC樣品取少量置于粘有雙面膠帶的金屬樣臺上，噴金處理后放在掃描電鏡儀下微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)。

1.3.3.3 傅里葉紅外光譜(Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR)分析

將YMC、SMC等干粉樣品與干燥的KBr混合壓片制樣，形成1個薄片。然后，將液體油樣(LSO)加入到KBr混合物中壓片制樣。所有的樣品都通過衰減全反射FTIR(attenuated total reflectance-FTIR，ATR-FTIR)(Nicolet iS5，Thermo Fisher Scientific，美國)在400～4 000 cm-1進(jìn)行掃描分析。

1.3.3.4 差示掃描量熱分析(differential scanning calorimetry，DSC)

參考MEHRAN等[13]的方法，在20～170 ℃研究微膠囊的熱穩(wěn)定性。

1.3.4 牛肉干貯藏指標(biāo)

1.3.4.1 復(fù)合微膠囊在牛肉干貯藏中的應(yīng)用

將SMC(肉干質(zhì)量的5%)置于無紡布袋中密封，與牛肉干一起裝在牛皮紙袋中(圖1-b)，置于當(dāng)?shù)乇本┤A聯(lián)超市中，進(jìn)行180 d的牛肉干貯藏實驗。分別在0、30、60、90、120、150和180 d時通過對牛肉干揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic-nitrogen，TVB-N)、硫代巴比妥酸反應(yīng)物(thiobarbituric acid reactive substances，TBARs)和感官評價等指標(biāo)的測定，研究SMC對牛肉干品質(zhì)的影響。同時以空白和傳統(tǒng)干燥劑為對照組。

1.3.4.2 TVB-N的測定

參照國標(biāo)GB 5009.228—2016《食品中揮發(fā)性鹽基氮的測定》。

1.3.4.3 TBARs的測定

參照國標(biāo)GB 5009.181—2016《食品中丙二醛的測定》。

1.3.4.4 感官評價

參考關(guān)文強等[14]的方法，并略作修改。選擇不排斥牛肉干制品的食品專業(yè)學(xué)生和老師30名人員(男12人，女18人；年齡均在20～55周歲)，對肉樣色澤，氣味，質(zhì)地和口感進(jìn)行評分。每項指標(biāo)滿分為25分(表1)，綜合得分為4項指標(biāo)平均得分。

表1 牛肉干感官評分標(biāo)準(zhǔn)
Table 1 Sensory scoring criteria for beef jerky

1.4 數(shù)據(jù)處理

所有試驗數(shù)據(jù)重復(fù)3次求平均值，采用Design-Expert.V8.0.6軟件進(jìn)行響應(yīng)面優(yōu)化處理，使用Origin 2017和SPSS 22.0等分別對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行繪圖處理、顯著性分析和方差計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 SMC的包埋率

SMC的載油量表示總油量與雙包微膠囊質(zhì)量的比率，是衡量微膠囊封裝效率的指標(biāo)。根據(jù)公式(1)計算發(fā)現(xiàn)，SMC的載油量為193.003 mg/g，這與KAVOSI等[15]的結(jié)果一致，其研究發(fā)現(xiàn)莧菜YMC的載油量為186.87～230.70 mg/g。

2.2 SMC的微觀結(jié)構(gòu)

不同微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)如圖2所示。YC和OSA淀粉均表面光滑，結(jié)構(gòu)完整。YMC細(xì)胞間結(jié)塊，細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整，包埋緊實。這是因為YC壁對內(nèi)部的精油起到固定作用，所以經(jīng)過精油包埋后的YMC結(jié)構(gòu)不同于單一YC。SMC雙層包埋過程中，淀粉顆粒結(jié)晶區(qū)氫鍵被破壞，吸水膨脹呈乳濁液狀，與YC溶液充分混合后，冷卻形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將含有植物精油的YC包裹其中[16]。

a-YC；b-OSA淀粉；c-YMC；d-SMC
圖2 不同包埋微膠囊的掃描電鏡
Fig.2 Scanning electron microscopy of different embedded microcapsules

2.3 FTIR和DSC分析

不同微膠囊的FTIR結(jié)果見圖3-a，LSO的特征吸收帶出現(xiàn)在2 921、1 737、1 467和1 161 cm-1處，分別對應(yīng)于官能團(tuán)和C—O—C[17]。YMC的光譜在3 320 cm-1附近有氧氫振動峰，這與酵母多糖中—OH拉伸振動峰位置相同。同時，YC蛋白的酰胺I和II拉伸振動帶和β-1,3葡聚糖的拉伸振動帶在1 617、1 525和1 013 cm-1處觀察到[15]。SMC中的2次封裝顯示出與YMC類似的峰值，具有明顯的酰胺和特征的C—O—C帶。此外，還觀察到Y(jié)MC中沒有的拉伸振動帶3 309 cm-1處的突出峰值，這被認(rèn)為是淀粉多糖的收縮振動(—OH)[18]。與YMC相比，雙層包埋后出現(xiàn)了1個新的化學(xué)峰，可能是由于YMC和酯化淀粉之間的新氫鍵形成的原因。

LSO、YMC和SMC的DSC結(jié)果如圖3-b所示。不同物質(zhì)在發(fā)生玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化后焓變量越多，說明物質(zhì)越穩(wěn)定，越不容易發(fā)生性質(zhì)變化。在圖3中，隨著溫度的升高，三者玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度分別是112、136和144 ℃，首先發(fā)生熱變的是LSO，其次是YMC，最后為SMC。LSO的焓變值ΔH=1.138 1 J/g，YMCΔH=27.542 J/g，SMCΔH=63.559 J/g，與單包埋相比，雙包埋焓變值增大，說明經(jīng)過包埋后精油的熱穩(wěn)定性提高，這可能是新的氫鍵增加了微膠囊的焓變值，這與FTIR結(jié)果一致。

a-FTIR圖；b-DSC圖
圖3 不同包埋微膠囊的紅外光譜和DSC結(jié)果
Fig.3 FTIR spectrum and DSC result of different embedded microcapsules

2.4 檸檬籽精油復(fù)合微膠囊對牛肉干保鮮作用的影響

牛肉干貯藏過程中TBARs的變化如圖4-a所示。在包裝中后期(>60 d)干燥劑組TBARs顯著低于空白組(P>0.05)，這是由于干燥劑吸附環(huán)境水分，低水分含量抑制生物酶活性，進(jìn)而抑制脂質(zhì)氧化的發(fā)生[19]。在整個貯藏期間，SMC組TBARs始終最低，這可能是由于SMC具有吸附水分的能力，并且包埋的LSO緩慢釋放，其通過與自由基中氫原子的結(jié)合進(jìn)而抑制了脂質(zhì)氧化的發(fā)生[20]。

TVB-N是肉制品在蛋白質(zhì)和非蛋白含氮化合物氧化降解過程中產(chǎn)生的一種堿性揮發(fā)性物質(zhì)，TVB-N升高，會影響牛肉干的食用品質(zhì)[21]。牛肉干貯藏180 d后TVB-N的變化趨勢與TBARs基本一致(圖4-b)，與空白組相比，干燥劑組和SMC組TVB-N含量更低。從第90天開始，SMC組TVB-N值顯著低于干燥劑組(P<0.05)，說明SMC優(yōu)于干燥劑可以抑制TVB-N的產(chǎn)生，進(jìn)而延緩牛肉干的食用品質(zhì)的降低。

通過牛肉干感官評價分析(圖4-c)可知，0 d的肉干有光澤呈棕紅色，具有牛肉獨特的香氣；結(jié)構(gòu)緊實且有嚼勁。隨著時間的延長，貯藏30 d后，3組牛肉干的感官性均有降低，且空白組的變化最為明顯，牛肉干色澤加深，表面出現(xiàn)黏稠感，質(zhì)地松散，嚼勁變差，還產(chǎn)生了不愉快的氣味，這與TBARs和TVB-N的結(jié)果一致，脂質(zhì)和蛋白氧化影響牛肉干的顏色和風(fēng)味導(dǎo)致感官評分值降低。相比之下，SMC組相較其他兩組感官評分高，同時，在貯藏過程中，沒有產(chǎn)生因精油的揮發(fā)而導(dǎo)致的不愉悅的氣味，這表明雙包埋法具有良好的緩釋效果。但表面也發(fā)生輕微干裂，這與GUO等[22]研究的結(jié)果一致。

3 結(jié)論

本研究使用雙層包埋法設(shè)計制備一種新型保鮮劑(檸檬籽精油復(fù)合微膠囊)。經(jīng)過雙層包埋后，微膠囊表面粗糙，結(jié)構(gòu)完整，F(xiàn)TIR證明有新的氫鍵形成，說明雙包埋效果顯著，且熱穩(wěn)定性提高。與傳統(tǒng)干燥劑相比，雙包埋微膠囊能夠抑制牛肉干的脂質(zhì)和蛋白氧化作用，延長了牛肉干的貨架期。因此，SMC為牛肉干保鮮劑的開發(fā)提供了技術(shù)支撐，為天然植物油在抗氧化作用中的應(yīng)用提供了一種新的方法和包裝方式。

a-TBARs；b-TVB-N；c-感官評價
圖4 微膠囊對牛肉干保鮮效果影響
Fig.4 Effect of micro capsules on the fresh preservation effect of beef jerky
注：圖中不同大寫字母表示同一貯藏時間不同處理間差異顯著(P<0.05)，不同小寫字母表示同一處理組不同時間的差異顯著(P<0.05)