石河子大学食品学院万一来、牛志雅、魏长庆等Food Chem重要成果:油莎豆油微胶囊的见解:表征和氧化稳定性分析

学术   2024-10-13 07:39   湖北  

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油莎豆(Cyperus Esculentus L.)油微胶囊的见解:表征和氧化稳定性分析

导  读

2024年8月4日,农业农村部特色农产品加工与质量安全控制重点实验室(部省共建),食品营养与安全控制兵团重点实验室,石河子大学食品学院:万一来(共同一作)、牛志雅(共同一作)、魏长庆*(通讯作者)、刘文玉*(通讯作者)等在《Food Chemistry》(农林科学1区,IF=8.5)联合发表题为“Insights on tiger nut (Cyperus Esculentus L.) oil-loaded microcapsules: characterization and oxidation stability analysis”的研究性论文。该研究得到了兵团指导性科技计划(项目编号:2022ZD015)、新疆农垦科学院首席专家创新团队项目(项目编号:NCG202301)、兵团重点领域科技攻关项目(油莎豆油高值阶梯加工利用关键技术研发与示范,2024)的支持。

油莎豆,又称虎坚果,是集畜牧、饲料、粮油于一体的高效经济作物,在新疆和内蒙古广泛种植。油莎豆油(TNO)富含不饱和脂肪酸(UFAs),其中油酸含量高达70%,是一种营养丰富的食用油。它还具有多种生物活性,如抗氧化、抗菌、抗癌和抗炎活性。然而,TNO容易受到氧气、热和光等外部因素的影响,而且其水溶性较低,这也限制了其应用范围和发展,不过,通过微胶囊技术克服这些缺点并提高其适用性是可行的。将TNO制备成微胶囊粉末可有效克服此类问题,不仅能保护核心物质,减少外部环境的负面影响,还能提高其生物利用率和加工性能。目前,有关油莎豆油的研究主要集中在提取工艺及其自身的理化分析上,而有关延缓油脂氧化和微胶囊化的相关研究较少。微胶囊技术是将微米大小的物质(壁材)包裹在一层聚合物外壳中,以保护活性化合物(芯材)免受强光、氧气、热量等不利环境条件的影响。它还能提高脂溶性成分在水溶液中的溶解度和分散性,从而有效地扩大其在食品工业中的潜在应用范围。

微胶囊技术是将固体、液体或气体包埋密封在微胶囊中成为固体颗粒产品的技术,它可以保护被包裹的物质,使其与不利环境隔离,最大限度地保持原有的色、香、味、性能和生物活性,防止营养成分的破坏和流失。目前已研究出多种微胶囊技术,包括抗溶剂沉淀法、复合共凝结法、包合物络合法、流化床包衣法、喷雾干燥法和喷雾冷冻法。在这些技术中,喷雾干燥技术因其成本低、效率高、更便于工业化生产而成为脂溶性物质封装技术中最常用的技术。值得注意的是,喷雾干燥封装精油的封装效率(EE)和功能性主要取决于进料水包油(O/W)乳液的特性和合适壁材的选择。最近的研究表明,由蛋白质和多糖复合物共同稳定的乳液能更有效地加强界面结构和乳液稳定性,从而在喷雾干燥后更好地保护挥发性化合物。大量研究表明,使用SPI/高甲氧基果胶(HMP)复合物和壳聚糖-明胶(CH-GLT)混合物作为乳化剂,对提高喷雾干燥微胶囊的稳定性和理化性质具有令人满意的效果。此外,β-环糊精、阿拉伯树胶(GA)和MD等水溶性低聚物通常被用作壁材,它们在调节喷雾干燥微胶囊的微观结构、粉末大小和封装性能方面起着至关重要的作用。特别是MD,它成本相对较低、粘度低、无味、抗氧化性好,是常用的微胶囊壁材料之一。

综上所述,油莎豆油作为一种营养价值丰富的功能性油脂,目前在相关研究中还存在一些局限性,其易氧化、不溶于水、流动性差等特点极大地限制了其在食品工业中的广泛应用。因此,如何有效抑制油莎豆油的氧化,提高其营养传递效率,改善其加工性能,已成为油莎豆油研究中亟待解决的问题。据我们所知,关于油莎豆油的微胶囊化、氧化能力和保质期预测的研究还很少。因此,我们设计了由蛋白质/多糖复合物协同稳定的水包衣乳剂,并以MD为壁材制备了喷雾干燥的TNOM。然后,我们评估了TNOMs的理化性质和氧化稳定性。通过拟合阿伦尼乌斯氧化动力学模型和构建TNOM货架期模型,进一步预测了TNOM的货架期模型。该研究将拓宽油莎豆油的应用方向,响应国家政策,发展农村农业经济,提高油莎豆油产业附加值,为实现油莎豆油的多元化、高值化发展提供理论和技术支持,加快油莎豆油产业的发展,具有一定的政治、经济和社会意义。



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研究亮点

  • 确定了油莎豆油微胶囊(TNOM)的物理化学特性和氧化稳定性。

  • 据预测,该产品在25 ℃下的保质期为 352.48 d。

  •  微胶囊化后,油莎豆油(TNO)的氧化稳定性显著增强。

  • 油莎豆油微胶囊(TNOM)拓宽了油莎豆油(TNO)在食品工业中的应用范围。


研究结论

  • 采用喷雾干燥法,通过络合SPI和MD成功制备了TNOMs。最佳条件为:选择分离大豆蛋白(SPI)和麦芽糊精(MD)作为复合壁材料(1:1),选择蔗糖酯和单甘油酯作为复合乳化剂(4、1),添加量为2%(w/w),壁材料与核心材料的比例为2:1。在最佳条件下,封装效率(EE)可达91.23%。

  • TNOMs的氧化稳定性高于TNO,TNOMs和TNO在储存过程中过氧化物值的变化遵循一级氧化反应动力学。在60 ℃下保存60天后,TNO的PV几乎是封装后的TNO的21.8倍。

  • 在微胶囊中,TNO的氧化稳定性显著增强,且TNO得到了良好的保护作用。通过拟合阿伦尼乌斯氧化动力学模型,预测了25 ℃下产品的保质期为352.48 d,与实际值的误差为<5%,可以有效预测不同环境温度下产品的保质期。


图文赏析

图1 TNOMs的扫描电镜图:(a)2000×,(b)13,000×。

图2 粒度分布: (a) TNOE、(b) TNOE

图3 (a): TNOMs的吸湿性曲线;(b):TNO和TNOMs的脂肪酸分布。

图4 (A): FTIR谱(a) TNO、(b) SPI、(c) MD、(d) TNOMs;(b):(a) SPI、(b) MD、(c) TNOMs、(d)非嵌入式TNOMs的XRD曲线。

图5 不同温度对(a) TNOMs、(b) TNO储存期间过氧化物值的影响;(C):(a)TNO、(b) SPI、(c) MD、(d)非嵌入式TNOMs、(e) TNOMs的TG曲线;(D):阿伦尼乌斯拟合结果(a) TNOMs (b) TNO。

万一来

万一来,石河子大学食品学院2021级硕士研究生,主要从事新疆特色粮油成分结构酶法修饰及微胶囊化相关的科研工作。参与发表SCI论文10篇,其中以一作/共一于Food Chemistry发表SCI论文2篇。

牛志雅

牛志雅,硕士,石河子大学食品学院。参与发表论文4篇,其中以第一作者发表SCI论文1篇、EI论文1篇。主要研究方向:粮食、油脂与植物蛋白工程。

魏长庆

魏长庆,石河子大学食品学院、副院长、教授,研究方向为脂质科学与技术。博士毕业于江南大学粮食、油脂及植物蛋白工程专业,入选自治区“天山英才”、兵团中青年科技创新领军人才、石河子大学“3152”领军人才(A类)等培育计划,兼任新疆博士联合会监事长,自治区粮室安全委员会专家,新疆植物药资源利用教育部重点实验室功能食品中心PI(B),新疆农垦科学院/石河子大学油料精深加工及营养安全联合创新团队首席专家,国家自然科学基金委、教育部学位论文函评专家,国内外多家期刊审稿专家。先后主持国家自然科学基金、中国博士后面上基金、兵团科技攻关、兵团中青年科技创新领军人才计划等各级各类项目10余项,在Food Chemistry、LWT-Food Science and Technology等国内外知名期刊发表科研论文130余篇,其中SCI收录43篇、EI收录8篇,授权发明专利4项,获省部级科技进步奖3项,八师科技进步奖2项。

刘文玉

刘文玉,女,硕士,正高级实验师,主要从事实验室大型仪器设备管理和维护以及粮油科学方面的教学和科研工作,主持省级科研项目3项、师(厅)级课题2项,校级课题2项,参加国家级课题3项,省部级课题3项,发表科研论文90余篇,其中SCI收录29篇,EI收录8篇,获八师石河子市“青年岗位能手”称号、省部级科技进步奖2项、教学奖5项。主要研究方向:农产品加工与贮藏。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2024.140755

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