环糊精是由淀粉经酶促水解而形成的一种环状低聚葡萄糖，葡萄糖单体间以α-1，4 糖苷键结合，常见的形式有α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精3 种[1]，其中β-环糊精属于天然原材料，来源广泛，无毒无害[2-3]，价格低廉，已广泛应用在食品、药品生产中[4-5]，其特殊的环形立体结构，内部疏水中空，外表亲水的空间筒状结构，是制备微胶囊的壁材选择。Sha 等[6]通过饱和水溶液法制备了儿茶素/β-环糊精包合物，并探究了包合物的性质。Zou 等[7]制备了肉桂醛/β-环糊精包合物，确定了最佳制备工艺。
香精香料一般沸点较低，大都含有不饱和化学键，因此，极易挥发、氧化[8]，为了生姜香精能够被有效利用并长期稳定储存，可改变生姜香精的物理性质，通常会利用微胶囊技术进行包埋以提高其稳定性。
微胶囊技术主要是指单一壁材或者复合壁材等天然或合成高分子成膜材料对芯材（固体、液体或气体）包覆形成微小的颗粒[9-10]。利用微胶囊技术对生姜香精进行包埋，可以提高生姜香精的热稳定性，更好地保护生姜香精品质。本文以生姜香精为芯材，β-环糊精为壁材，优化生姜香精微胶囊产品的制备工艺，研究生姜香精微胶囊产品的热稳定性，以期为拓展生姜香精在食品中的应用与开发提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
β-环糊精（纯度95%）：郁南县永光环糊精有限公司；无水乙醇（99.5%）：上海麦克林生化科技股份有限公司；生姜香精：深圳市晨馨香精香料有限公司。
1.2 仪器与设备
DHG-9203A 电热鼓风干燥箱：上海福絮实验室仪器设备厂；85-2 型恒温磁力搅拌器：上海句乐仪器有限公司；SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵：河南省予华仪器有限公司；Nano-s90 马尔文粒度仪：英国马尔文仪器有限公司；METTLER TOLEDO 热重分析仪：瑞士梅特勒托利多有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 生姜香精β-环糊精微胶囊产品制备工艺流程
1）水相：称取一定质量的β-环糊精，加入去离子水，水温70 ℃下溶解。
2）油相：取一定质量的芯材，加入无水乙醇，制定油相。
3）搅拌、静置、抽滤：在一定温度下搅拌，充分包合后，静置、抽滤、60 ℃电热鼓风干燥机干燥4 h，收集包合物，即得生姜香精微胶囊产品[11]。
1.3.2 生姜香精β-环糊精微胶囊产品的单因素试验
生姜香精β-环糊精微胶囊的制备主要针对芯材与壁材的质量比、固形物浓度和包合温度3 个工艺条件进行设计。
1）在前期试验的基础上，固定条件包合温度为50 ℃，固形物浓度1.5%的情况下，考察芯材与壁材质量比（1∶1、1∶2、1∶4、1∶6、1∶8）对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响。
2）在前期试验的基础上，固定条件包合温度为50 ℃，包合芯材与壁材的质量比1∶4 的情况下，考察固形物浓度（0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%）对生姜香精β-环糊精微胶囊包合产率的影响。
3）在前期试验的基础上，固定条件包合芯材与壁材的质量比为1∶4，固形物浓度为1.5%的情况下，考察包合温度（30、40、50、60、70 ℃）对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响。
1.3.3 生姜香精β-环糊精微胶囊产品的正交优化试验
在单因素试验的基础上，根据正交优化试验原理，选取芯材与壁材质量比、固形物浓度、包合温度3 个因素，以包合产率为考察指标，采用L9（34）正交表设计三因素三水平的试验。正交试验设计因素水平如表1所示。
表1 正交试验因素水平
Table 1 Factors and levels of orthogonal test
水平123因素芯材与壁材质量比1∶2 1∶4 1∶6固形物浓度/%1.0 1.5 2.0包合温度/℃40 50 60
1.3.4 生姜香精β-环糊精粒径测定
采用马尔文粒度仪对生姜香精β-环糊精微胶囊产品粒径分布进行测定。
1.3.5 生姜香精β-环糊精热稳定性测定
准确称取2.0 g 芯材和与芯材含量相当的生姜香精β-环糊精微胶囊粉末，分别置于培养皿中，设置一定的温度在电热鼓风干燥箱中放置一定时间，分别于0、2、4、6、8、10、12 d 取样称其质量[12-13]，计算微胶囊的保留率，微胶囊的保留率公式如下。
式中：W1 为微胶囊的保留率，%；m1 为微胶囊初始质量，g；m2为挥发一定时间后微胶囊的剩余质量，g。
1.3.6 微胶囊包合产率计算方法
微胶囊包合产率是指微胶囊包合后，固体微胶囊的质量与初始加入芯材和壁材总质量之比[14-15]，该指标反映了微胶囊制备过程中芯材和壁材的利用率。
包合产率的计算公式如下。
式中：W2为包合产率，%；m4 为包合物质量，g；m5为β-环糊精质量，g；m6为芯材的质量，g。
1.4 数据处理
每组数据均为3 次独立重复试验的结果，结果以平均值±标准差表示。利用OriginPro 2019、SPSS 20.0 软件处理数据和制图。
2 结果与分析
2.1 单因素试验结果分析
2.1.1 芯材与壁材质量比对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响
芯材与壁材质量比对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响见图1。
图1 芯材与壁材质量比对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响
Fig.1 Effect of mass ratio of different core and wall materials on yield of ginger essence β-cyclodextrin microcapsules
由图1 可知，生姜香精β-环糊精微胶囊产品的包合产率随着壁材比例的增加呈现先上升后下降趋势，主要是源于β-环糊精疏水基团的亲合力与生姜香精的结合[16]。当芯材与壁材质量比为1∶4 时，包合产率最高（59.54%），因此，选择芯材与壁材质量比为1∶2、1∶4、1∶6 进行后续试验。
2.1.2 固形物浓度对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响
固形物浓度对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响见图2。
图2 固形物浓度对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响
Fig.2 Effect of solid concentration on yield of ginger essence βcyclodextrin microcapsules
由图2 可知，生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率，随着固形物浓度变化，呈现先增大后降低的趋势，在固形物浓度1.5%时，包合产率最高，为49.0%，浓度过高时，β-环糊精易出现结晶而析出，导致包合效率较低[17]。因此，选择固形物浓度为1.0%、1.5%、2.0%进行后续试验。
2.1.3 包合温度对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响
包合温度对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响见图3。
图3 包合温度对生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率的影响
Fig.3 Effect of inclusion temperature on yield of ginger essence β-cyclodextrin microcapsules
由图3 可知，包合温度对包合产率具有很大的影响。随着包合温度的升高，生姜香精β-环糊精微胶囊化包合产率先升高后下降，最佳包合温度为50 ℃，包合产率最高，为58.03%。这与杨小葵等[18]试验研究相似。升温的过程中，各体系的扩散能力越大，越有利于包合产率的提升，但是温度越高，分子运动越剧烈，不利于生姜香精与β-环糊精的包合作用，因此，选择包合温度为40、50、60 ℃进行后续试验。
2.2 正交试验优化生姜香精β-环糊精微胶囊制备条件
正交试验设计及结果见表2。
表2 生姜香精β-环糊精微胶囊制备正交试验设计与结果
Table 2 Design and results of orthogonal test for preparation of ginger essence β-cyclodextrin microcapsules
水平123456789k1 k2 k3极差R A 芯材与壁材质量比111222333 39.90 46.92 36.82 10.10 B 固形物浓度123123123 33.17 46.18 44.28 13.01 C 包合温度123231312 54.11 34.24 35.29 19.87包合产率/%45.48 44.44 29.79 24.64 46.69 69.42 29.40 47.42 33.64
由表2 可知，影响生姜香精β-环糊精微胶囊制备的各因素主次顺序为C>B>A，即包合温度>固形物浓度>芯材与壁材质量比，生姜香精β-环糊精微胶囊的制备最优组合为A2B2C1。在此条件下进行验证试验，包合产率为（55.95±1.02）%，小于试验中最优组合（69.42%），即生姜香精β-环糊精微胶囊的制备最优组合为A2B3C1。因此，选择A2B3C1 组合进行后续试验，生姜香精β-环糊精微胶囊的制备最优条件为芯材与壁材质量比1∶4、固形物浓度2.0%、包合温度40 ℃。
2.3 生姜香精β-环糊精微胶囊产品粒径分布
生姜香精β-环糊精微胶囊产品粒径分布见图4。
图4 生姜香精β-环糊精微胶囊产品粒径分布
Fig.4 Particle size distribution of ginger essence β-cyclodextrin microcapsules
由图4 可知，生姜香精β-环糊精微胶囊产品粒径呈现正态分布情况，粒径分布相对比较集中，说明粒径分布比较均匀。
2.4 生姜香精β-环糊精热稳定性分析
生姜香精β-环糊精热稳定性见图5。
图5 生姜香精及生姜香精β-环糊精微胶囊产品的热稳定性
Fig.5 Thermal stability of ginger essence and ginger essence βcyclodextrin microcapsules
由图5 可知，在一定的温度下，随着时间的延长，生姜香精的保留率呈现下降趋势，但是生姜香精经过包埋之后，生姜香精难以挥发，保留率变化趋势较缓慢[19-20]。生姜香精β-环糊精微胶囊产品保留率变化的趋势明显高于未包埋的生姜香精，这说明生姜香精经过β-环糊精包埋之后，提高了生姜香精的热稳定性、保留了生姜香精中的有效成分。
3 结论
本文以生姜香精为芯材，β-环糊精为壁材，制备出生姜香精β-环糊精微胶囊产品，优化了生姜香精β-环糊精微胶囊产品制备工艺，最终确定最优制备工艺为芯材与壁材质量比1∶4、固形物浓度2.0%、包合温度40 ℃，在此条件下包合产率最高，为69.42%。生姜香精β-环糊精微胶囊产品粒径呈正态分布，粒径分布比较均匀。通过热稳定性试验得知，生姜香精经过包埋后提高了生姜香精的热稳定性，说明包埋技术可以提高生姜香精的稳定性，有利于生姜香精的贮藏和货架期的延长，为下一步研究生姜香精微胶囊产品缓释效果与应用提供依据。
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