中链甘油三酯（medium-chain triglycerides，MCT）一般是指由中链脂肪酸为主要成分所构成的甘油三酯，主要来源包括棕榈油、椰子油等[1]。随着人们对中链甘油三酯的深入研究，其很多功效被挖掘。目前国内外已经研究证实，中链甘油三酯有利于减少人类和动物的体脂；有助于维生素的吸收及抑制炎症因子的产生；具有减少脂肪增聚及调节胆固醇的作用[2]。同时，中链甘油三酯分子量小，能够被人体快速吸收、分解和代谢，从而实现为机体快速供能，因此被广泛应用于功能性食品中[3]。然而，中链甘油三酯在室温下为液态，不利于加工、储藏和运输。微胶囊技术可以将中链甘油三酯从液态变为固态，大大提高其流动性和水分散性，尤其有利于其在干法工艺中的加工，拓展了其应用场景[4]。
微胶囊技术是一种利用天然或合成的高分子材料，将固体微粒、液滴或气体包埋在惰性外壳中，从而达到保护功能成分、控制风味物质释放、改善加工运输储藏性能的技术[5]。目前，喷雾干燥是食品行业实际生产中应用最广泛的方法，具有设备简单、操作方便、经济高效等优点[6]。其原理是将芯材在壁材溶液中混合、分散均匀，形成均一的乳状液，然后经过喷雾干燥机将乳状液雾化成小液滴，通过高温气流使得溶剂迅速蒸发，最终使壁材固化而得到微胶囊产品[7]。
目前关于脂肪粉的研究主要集中在脂肪种类、壁材种类选择及工艺优化方面，关于乳状液粒径对乳化稳定性、包埋率及微胶囊储藏稳定性影响的研究较少。基于此，本研究以中链甘油三酯为研究对象，微胶囊壁材选用辛烯基琥珀酸淀粉钠和麦芽糊精，通过剪切、均质工艺制备不同粒径的MCT乳状液，并通过喷雾干燥工艺制备MCT微胶囊。研究乳状液粒径与乳化稳定性、微胶囊包埋率及储藏稳定性的相关性。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
中链甘油三酯：益海嘉里金龙鱼粮油食品股份有限公司；辛烯基琥珀酸淀粉钠：国民淀粉工业（上海）有限公司；麦芽糊精：骊华淀粉股份有限公司；石油醚、乙醚、浓氨水（均为分析纯）：国药集团化学试剂有限公司。
1.2 仪器与设备
高速剪切机（T 25 D S25）：艾卡（广州）仪器设备有限公司；高压均质机（40-10S）：海东华高压均质机厂；纳米粒径及Zeta电位仪（Zetasizer nano ZS）：英国马尔文公司；电子天平（LE204E/02）：梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司；数显恒温水浴锅（HH-4）：江苏科析仪器有限公司；离心喷雾干燥机（SES-07）：瑞安市善源机械有限公司；水分快速测定仪（PMB53）：英国艾德姆公司；扫描电子显微镜（su1510）：日本日立株式会社；生物显微镜（BA210）：麦克奥迪实业集团有限公司；旋转蒸发仪（RE-3000）：上海亚荣生化仪器厂；精密鼓风干燥箱（BPG-9070A）：上海一恒科学仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 MCT乳状液及微胶囊的制备
参考梁蓉[8]的方法，适当修改后进行MCT乳状液制备。将100 g辛烯基琥珀酸淀粉钠加入200 g中链甘油三酯中，搅拌均匀，用高速剪切机边剪切边将其加入500 g麦芽糊精浓度为20%的溶液中。再经过高压均质，制得乳状液。本研究采用不同的剪切和均质条件，制备了粒径大小不同的4组乳状液。工艺条件见表1。
表1 乳状液制备工艺条件
Table 1 Process conditions of emulsion preparation
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将乳状液进行喷雾干燥，制得MCT微胶囊粉末，喷雾干燥的进风温度为180℃，出风温度为80℃，雾化压力为300 Pa，进料流速为20 mL/min。所得微胶囊粉末依次命名为微胶囊粉末1、微胶囊粉末2、微胶囊粉末3、微胶囊粉末4。
1.3.2 乳状液粒径测试及乳化稳定性储藏试验
将乳状液用去离子水稀释至0.2%，取稀释液2 mL左右置于比色皿中，用纳米粒径及Zeta电位仪测定乳状液的粒径和多分散指数（polydiseperse index，PDI）[9]。设置为多分散体系，折光率1.599，分散相为水，平衡时间为30 s，25℃下检测。
定期取样稀释，观察乳状液的粒径变化，判断其稳定性。定期取加速和常温储藏的微胶囊样品，复溶后，观察乳状液的粒径变化。
1.3.3 乳状液生物显微镜观察
取1 mL左右乳状液稀释10倍，用油镜观察液滴分布状态。
取加速储藏3个月的微胶囊，复溶后，取1 mL左右乳状液稀释10倍，用油镜观察液滴分布状态。
1.3.4 微胶囊微观结构观察
采用扫描电子显微镜（scanning electron microscope,SEM）观察微胶囊的微观结构。用导电胶粘取少量粉末，洗耳球吹去多余粉末后，固定在样品台上，喷金后用SEM观察微胶囊粉末表面结构[10]。
1.3.5 微胶囊总油、表面油含量测定及包埋率计算
微胶囊表面油含量的测定，参照黄英雄等[11]的方法，准确称取2.5 g微胶囊，用50 mL石油醚作为萃取溶剂，采用5次浸泡式萃取法洗涤、过滤，旋转蒸发滤液，并称重得到表面油含量。每个样品平行3次。
微胶囊总油含量的测定，参照邓波[2]的方法，准确称取2 g样品，充分分散在水中，加入2 mL浓氨水，破坏壁材结构，再将120 mL乙醚和石油醚的混合溶剂分3次加入，振荡、过滤、旋转蒸发、称重得到总油含量。每个样品平行3次。
微胶囊包埋率计算公式如下。
式中：G1为总油含量，g；G2为表面油含量，g。
1.3.6 微胶囊理化性质检测
1.3.6.1 水分含量的测定
取微胶囊粉末3 g左右，在105℃的烘箱中干燥3 h，取出置于干燥器中冷却、称量。重复上述操作，直到最后两次所测的样品质量差小于1.0 mg，所得到的称重前后微胶囊产品的质量差即为水分含量。每一样品进行3次平行测试。
1.3.6.2 堆密度的测定
称取15 g左右的微胶囊样品，缓慢地装入有刻度的量筒中，并将量筒水平匀速振动3次，使微胶囊粉末自然下沉，测定体积，单位体积微胶囊的质量即为微胶囊的堆密度。每个样品平行测定3次[12]。
1.3.7 微胶囊加速储藏稳定性试验
将微胶囊粉末置于温度37℃、湿度75%的恒温箱中，每隔30 d，取样测定样品中的表面油含量，连续取样180 d。考察表面油含量的变化情况。
1.4 数据统计与分析
数据以平均值±标准差表示，利用SPSS 19.0软件对数据进行ANOVA差异显著性分析，P＜0.05为差异显著。采用Origin Pro 8.0软件进行绘图。
2 结果与分析
2.1 工艺条件对乳状液粒径的影响
MCT乳状液是一种典型的水包油体系（O/W），在液滴形成的过程中需要施加外力，使周围液滴间的黏性力超过拉普拉斯压力，才能打碎大液滴。在乳状液制备的过程中，高速剪切可以使油滴分散，并且使粒径初步减小；均质工艺不仅可以使已经细化的颗粒分布得更均匀，更主要的是促使油相和水相均匀混合，形成均一的乳状液体系。本研究根据4组工艺条件制备了不同粒径大小的乳状液，如表2所示。
表2 不同工艺条件制备乳状液的粒径和多分散指数
Table 2 Particle size and PDI of emulsions prepared under different process conditions
注：同列不同字母表示存在显著性差异，P＜0.05。
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由表2可知，随着剪切时间、均质压力、均质次数的增加，乳状液的粒径和PDI整体呈减小趋势，与Cheong等[13]的研究结果相符，均质压力的提高可以使均化室产生更加强烈的撞击、剪切和空穴作用[14]，使得粒径明显下降，并且使得油滴大小更加均一。
不同粒径乳状液储藏过程中粒径变化如图1所示。
图1 不同粒径乳状液储藏过程中粒径变化
Fig.1 Changes in particle size of emulsions with different particle sizes during storage
在同一乳状液体系中，理论上粒径越小，越有利于乳状液稳定[15]。由图1可知，乳状液1粒径增长速度略大于乳状液2。可能的原因是乳状液制备过程中承受了更高的均质压力。有研究显示，辛烯基琥珀酸淀粉钠结构中的长链在油水界面形成一层界面膜，均质压力过高，湍流作用会在一定程度上破坏辛烯基琥珀酸淀粉钠的分子结构，从而造成体系表面自由能增加，影响其对乳状液体系的空间稳定作用、静电作用以及增稠作用[16-18]。再者，过高的均质压力会造成温度的升高，乳状液液滴的布朗运动加剧，容易相互撞击而聚结在一起，不利于乳状液的稳定性[19]。
2.2 乳状液粒径对喷雾干燥后微胶囊理化性质、包埋率及储藏稳定性的影响
2.2.1 乳状液粒径对喷雾干燥后微胶囊理化性质的影响
MCT微胶囊产品呈乳白色、疏松粉末状。其水分含量、堆密度和粒径见表3。
表3 不同粒径乳状液喷雾干燥后所得微胶囊粉末的理化性质
Table 3 Physical and chemical properties of microcapsules by spray drying of emulsions with different particle sizes
注：同列相同字母表示差异不显著，P＞0.05。
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水分含量是喷雾干燥后微胶囊的重要物理性质，影响干燥后芯材的稳定性，同时也关系到干燥效率。一般来说，含水量在5%以下的食品在储存过程中具有良好的稳定性。由表3可知，4种微胶囊的水分含量均低于5%，较低的水分含量有利于微胶囊粉末的保存，并且乳状液粒径大小对微胶囊水分含量无显著影响（P＞0.05）。不同粒径乳状液喷雾干燥后得到微胶囊粉末的粒径没有显著差异（P＞0.05）。微胶囊粉末的堆密度之间无显著差异，该结果与Mehyar等[20]的研究一致。
2.2.2 乳状液粒径对喷雾干燥后微胶囊粉末包埋率的影响
包埋率是衡量微胶囊化效率的常用指标，包埋率高表明芯材被包埋在微胶囊壁基质内，留在微胶囊产品表面的芯材含量低。
4种不同粒径乳状液喷雾干燥获得的微胶囊的包埋率如图2所示。
图2 乳状液粒径对喷雾干燥后微胶囊粉末包埋率的影响
Fig.2 Effect of emulsion particle size on encapsulation efficiency of microcapsules after spray drying
表面油含量与乳状液液滴大小有关，低表面油含量对包埋稳定性有重要影响[21]。由图2可知，不同的工艺条件制备不同粒径分布的乳状液，经喷雾干燥后得到的微胶囊包埋率分别为98.81%、97.90%、95.80%、75.48%，可以看到较高的剪切均质条件下得到的乳状液粒径越小，包埋率越高，表面油含量越低，与Wang等[22]的研究结果一致。一方面是由于包埋率与油滴外壳快速形成有关，高压均质降低油滴粒径，影响喷雾干燥过程水分蒸发速度，避免被包裹的油滴扩散到壁材表面，从而提高包埋率[23]；另一方面，均质压力较小时，乳状液均质不充分，导致部分MCT未被包埋进去[24]，而均质压力越高，核心成分可以更均匀地分布在微囊球中，得到完全的保护，从而得到的微胶囊粉末具有更高的包埋率[22]。
2.2.3 乳状液粒径对微胶囊粉末微观结构的影响
微胶囊粉末2、微胶囊粉末4的微观结构形态如图3所示。
图3 微胶囊粉末2、微胶囊粉末4扫描电子显微镜图
Fig.3 Scanning electron microscope images of microcapsules 2 and 4
微胶囊粉末的微观形态影响其性质，如粉末的流动性、产品稳定性等。喷雾干燥的微胶囊整体呈球形，表面光滑，有轻微凹陷褶皱，无明显裂纹，是水包油型乳状液喷雾干燥所得微胶囊的特征形态，主要是雾化的乳状液液滴在高温下表面水分迅速蒸发，微胶囊呈现分散液滴的球形[25]，而蒸发脱水作用造成液滴收缩，形成褶皱[26]。从图3可直观看出，微胶囊粉末2和微胶囊粉末4表面形态有较明显的差别。微胶囊粉末2表面较光滑，无明显裂纹，说明微胶囊的结构完整性良好，油脂被壁材较好包裹在内部；而微胶囊粉末4表面粗糙且有明显的空洞结构。因此，乳状液粒径会影响到微胶囊的微观形态，粒径越小，表面结构就更趋光滑和完整，与彭群等[27]的研究结果一致。
2.3 乳状液粒径对微胶囊粉末储藏稳定性的影响
2.3.1 微胶囊粉末复溶后粒径变化
为了考察不同粒径的乳状液在干燥过程中及后续储藏的稳定性变化，将微胶囊粉末按照原始乳状液配方溶解。微胶囊粉末溶解性较好，未出现分层或结块现象。测定喷雾干燥前后乳状液的平均粒径以评价干燥和储藏过程对乳状液粉末稳定性的影响，结果如图4所示。
图4 微胶囊复溶后粒径变化
Fig.4 Changes in particle size of microcapsules after redissolution
由图4可知，喷雾干燥后，复溶乳状液的粒径均有所增大，分别为 335.0、403.0、529.0、892.0 nm，粒径的变化可能与离心转速有关。常温、加速储藏90 d后，复溶乳状液粒径较0 d均明显增大，微胶囊粉末4粒径变化最大，而常温和加速储藏条件对粒径的影响无明显规律。因此，乳状液粒径越小，微胶囊储藏稳定性也越好，微胶囊粉末2的储藏稳定性优于微胶囊粉末1，与不同粒径乳状液储藏过程中粒径变化的结果一致。
2.3.2 微胶囊粉末复溶后的微观结构
新鲜乳状液和微胶囊加速储藏90 d后复溶的乳状液的生物显微镜图如图5所示。
图5 不同粒径乳状液的生物显微镜图
Fig.5 Biologic micrographs of emulsions with different particle sizes
由图5可知，剪切均质工艺条件越高，制得的乳状液粒径越小。与粒径检测结果一致。并且随着储藏时间的延长，复溶乳状液的粒径均有所增大，微胶囊粉末2增加得不明显，微胶囊粉末4粒径增加得非常明显。说明，乳状液粒径大小不仅对乳状液的储藏稳定性有影响，对于微胶囊的储藏稳定性影响也较大。乳状液粒径越小，微胶囊储藏稳定性也越好，微胶囊粉末4加速储藏90 d复溶后的图片中，有较大的油滴，说明油滴在储藏过程中有一定的迁移，发生了聚集合并等现象。微胶囊粉末1复溶乳状液的粒径较微胶囊粉末2大，可能是由于均质压力过高，湍流作用导致壁材分子结构破坏，乳化稳定性下降。
2.3.3 乳状液粒径对微胶囊粉末表面油含量的影响
加速储藏180 d的微胶囊粉末表面油含量的变化趋势如图6所示。
图6 加速储藏180 d的微胶囊粉末中表面油的含量
Fig.6 Content of surface oil in microcapsules that have been accelerate stored for 180 days
由图6可知，随着储藏时间的延长，各组表面油的含量均有不同程度的提高，其中微胶囊粉末4变化趋势最明显，储藏180 d后表面油含量达到29.07%。从微观结构图中可以看出，微胶囊粉末4表面有很多空洞，结构粗糙、疏松，其在储藏过程中可能导致油脂迁移溢出。变化最缓慢的是微胶囊粉末2，表面油含量变化缓慢，说明微胶囊粉末的储藏稳定性好，壁材形成的囊壳致密性良好，受环境影响不明显。与粒径检测结果和生物显微镜观察图结果一致。乳状液粒径越小，越有利于微胶囊在储藏过程中的稳定性，油滴被包裹得越完整，微观结构也越光滑完整，后期发生迁移和聚集合并的速度越慢，但过高的均质压力，也会破坏壁材分子的结构，出现储藏过程中稳定性下降的现象，如微胶囊粉末1。该结果还表明，微囊化MCT的油脂迁移在很大程度上取决于较高的初始包埋率，因为在喷雾干燥过程中，较高的包埋率可以更好地保护微胶囊免受高温的影响。
3 结论
本文研究了乳状液粒径对乳化稳定性，喷雾干燥后微胶囊的理化性质、包埋率和储藏稳定性的影响，并找到了适合该乳状液体系的最佳工艺条件和粒径。结果表明，乳状液粒径对于喷雾干燥后微胶囊水分含量、堆密度、粒径没有显著影响（P＞0.05），但对于微胶囊的包埋率和储藏稳定性均有明显影响。当乳状液粒径大于300 nm时，随着乳状液粒径的减小，喷雾干燥后微胶囊包埋率越高；粒径和堆密度相对小；微胶囊表面越光滑，结构越致密；微胶囊经过常温和加速储藏后复溶的乳状液粒径变化也越小；油滴发生迁移合并的速度也越慢；储藏过程中表面油增加速度也越缓慢，储藏稳定性越好。当乳状液粒径小于300 nm时，过高的均质压力会造成壁材分子结构的破坏，从而导致乳状液乳化稳定性和微胶囊储藏稳定性的降低。
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