《食品科學(xué)》：新疆大學(xué)趙仲凱副教授等：復(fù)合凝聚法制備核桃調(diào)和油微膠囊理化性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)表征

核桃（

Juglans regia

L.），屬于胡桃科胡桃屬植物，是世界四大堅(jiān)果之一，新疆獨(dú)特的氣候條件造就了核桃的優(yōu)良品質(zhì)，是新疆木本植物優(yōu)勢(shì)資源。然而，核桃油中單不飽和脂肪酸（MUFA）缺乏，導(dǎo)致飽和脂肪酸（SFA）、MUFA和多不飽和脂肪酸（PUFA）比例失衡。核桃調(diào)和油（BWO）中PUFA含量較高，極易受光、溫度及儲(chǔ)藏條件影響形成自由基，產(chǎn)生氫過氧化物以及其他次級(jí)氧化產(chǎn)物等，使油脂產(chǎn)生不良風(fēng)味，并存在食品安全風(fēng)險(xiǎn)，潛在的對(duì)人類健康構(gòu)成威脅。因此，改善BWO氧化穩(wěn)定性對(duì)拓寬其應(yīng)用范圍尤為重要 。

微膠囊化技術(shù)能有效防止氧氣、熱、光及化學(xué)物質(zhì)等外界因素與油脂接觸，從而避免油脂酸敗，并提高其在儲(chǔ)存過程中的氧化穩(wěn)定性。復(fù)合凝聚法是可用于食品油脂微膠囊制備的主要技術(shù)之一，其原理是通過蛋白與多糖間的靜電相互作用形成凝聚物，包覆油脂從而保護(hù)芯材，其中復(fù)合壁材的選擇以及復(fù)配比例、pH值對(duì)復(fù)合凝聚效果有顯著影響。盡管已有諸多關(guān)于復(fù)合凝聚技術(shù)制備粉末油脂的研究，但目前對(duì)于核桃分離蛋白（WPI）與陰離子多糖復(fù)合作為微膠囊的壁材仍有待探究，對(duì)于拓展植物源蛋白在微膠囊領(lǐng)域的應(yīng)用具有重大研究意義。

新疆大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院（研究院）的劉恩慧、牛晴、趙仲凱*等采用WPI與3 種陰離子多糖作為壁材，通過復(fù)合凝聚法結(jié)合冷凍干燥技術(shù)制備BWO微膠囊，研究不同復(fù)合壁材的組成及比例對(duì)BWO微膠囊包埋效果、表觀形貌及結(jié)構(gòu)的影響，探討壁材與微膠囊內(nèi)部的相互作用力，同時(shí)對(duì)BWO微膠囊的理化性質(zhì)及結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行表征。本研究可為BWO微膠囊的制備提供新的思路與途徑，以期為提升核桃副產(chǎn)物的高值化利用提供參考。

1 pH值對(duì)復(fù)合凝聚過程中Zeta電位和濁度的影響

復(fù)合凝聚是兩種帶相反電荷的生物聚合物產(chǎn)生靜電相互作用的典型過程。WPI、GA、SA和CMC在pH 4.0～7.0范圍內(nèi)的電勢(shì)情況如圖2所示，WPI由于存在—NH2和—COOH等帶電基團(tuán)，Zeta電位范圍為－16.67 mV至8.54 mV。Zeta電位接近0 mV，表征WPI的等電點(diǎn)（pI）約為4.4，與Mao Xiaoying等報(bào)道的pI 4.5相似。在測(cè)試pH值范圍內(nèi)，多糖溶液始終帶負(fù)電荷，因此，在pH值為4.5以下，蛋白質(zhì)和多糖由于所帶電荷相反，兩者之間會(huì)發(fā)生復(fù)雜的凝聚。

為了進(jìn)一步確定凝聚物的最佳pH值，測(cè)定了不同復(fù)配比例下WPI-GA、WPI-SA及WPI-CMC混合物的濁度隨pH值的變化趨勢(shì)，如圖3所示，WPI與3 種多糖復(fù)合物體系的濁度隨pH值的降低而增加，在電荷中性狀態(tài)下達(dá)到最大值。當(dāng)復(fù)合物體系的pH值低于WPI的等電點(diǎn)時(shí)，濁度隨pH值降低呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，表明復(fù)合凝聚發(fā)生在一個(gè)狹窄的pH值范圍內(nèi)，為可逆過程，與Qiu Liqing等的研究結(jié)果一致。此外，蛋白質(zhì)與多糖混合比例的不同，其濁度曲線也存在較大差異，當(dāng)WPI與多糖比例較小（1∶1、2∶1）時(shí)濁度較低，可能是由于過量的多糖所產(chǎn)生的多余的負(fù)電荷和空間排斥力，當(dāng)WPI與多糖比率較高（8∶1）時(shí)會(huì)增加蛋白質(zhì)分子之間的相互作用，不利用凝聚反應(yīng)，導(dǎo)致濁度降低。當(dāng)WPIGA、WPI-SA和WPI-CMC分別在4∶1、6∶1和6∶1（

m

m

）的混合比例條件下，體系pH值分別為4.3、4.3和4.4時(shí)對(duì)應(yīng)其濁度最高，由此確定了不同蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合物壁材制備微膠囊的最適條件 。

2 微膠囊的理化性質(zhì)

2.1 包埋率

選取3 種蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合凝聚物形成壁材，并探究不同芯壁比對(duì)BWO微膠囊包埋率和表面含油量的影響。如表1所示，WPIGA-BWO、WPISA-BWO、WPICMC-BWO等呈現(xiàn)出不同包埋率，其中WPI-GA和WPI-SA復(fù)合物包埋的BWO在所選用的芯壁比中，包埋率均超過50%；而WPI-CMC包埋率較低，可能是由于CMC的黏度較高導(dǎo)致混合體系中凝聚物出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，經(jīng)冷凍干燥后產(chǎn)生孔隙，對(duì)微膠囊的包埋率產(chǎn)生影響。與WPI-SA和WPI-CMC相比，包埋率相對(duì)較高的最佳處理是由WPI與GA復(fù)合形成壁材，包埋率為94.02%（芯壁比為1∶2），具有最好的封裝效果。

2.2 堆積密度、振實(shí)密度、流動(dòng)性和黏著性分析

堆積密度反映了微膠囊的整體密度和顆粒間的空隙率，如表1所示，粉末油脂微膠囊的堆積密度及振實(shí)密度分別在在0.27～0.33 g/cm3與0.36～0.44 g/cm3之間。HR可表征微膠囊的流動(dòng)性，微膠囊的流動(dòng)性會(huì)影響其在加工和應(yīng)用過程中出現(xiàn)堵塞或不均勻分布，在WPIGABWO及WPISA-BWO中，當(dāng)芯壁比為1∶2和1∶1時(shí)粉末油脂的HR＜1.25，表明微膠囊的流動(dòng)性較好。微膠囊的CI在15.36%～26.25%之間，芯材占比的增加會(huì)影響微膠囊的釋放速率。

2.3 溶解度及水分含量

如表1所示，粉末油脂微膠囊的溶解度在64.06%～84.49%之間，其中WPI-GA作為壁材，芯壁比為1∶2的微膠囊溶解度最大，為84.49%。隨著芯材比例的增加，在溶劑中時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)芯材過早泄漏或者壁材破碎不完全溶解等情況，使得微膠囊整體的溶解度下降，De Barros Fernandes等發(fā)現(xiàn)，制備迷迭香精油微膠囊時(shí)，隨著芯材濃度的升高，樣品的疏水性也隨之增加。

粉末油脂微膠囊的水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5.43%～10.16%之間，其中WPI-GA復(fù)合物制備的微膠囊，當(dāng)芯壁比為1∶2時(shí)具有最低的水分含量。壁材可能影響微膠囊水分含量，研究發(fā)現(xiàn)，SA是一種具有大量親水基團(tuán)（羥基、羧基）的吸濕性多糖，此外，Wan Ying等發(fā)現(xiàn)CMC在與水稻蛋白產(chǎn)生靜電相互作用時(shí)，顯著降低了水稻蛋白表面疏水性，推測(cè)當(dāng)WPI與SA、CMC相互作用時(shí)可能使微膠囊保持一定的水分含量，同時(shí)WPISA-BWO和WPICMC-BWO表面油較多，從而降低水分的滲透，使微膠囊內(nèi)部保留了更多的水分。

2.4 粒徑分布

WPI分別與3 種多糖（GA、SA和CMC）為壁材制備的BWO微膠囊粒徑分布存在明顯差異（圖4），其中WPIGA-BWO呈明顯的單峰分布，平均粒徑為226.70 μm，表明WPI與GA間有效結(jié)合形成均勻的微膠囊結(jié)構(gòu)。WPISA-BWO以及WPICMC-BWO粒徑分布不均勻，分別集中在120～1 660 μm和6.6～955 μm之間，平均粒徑分別為663.21 μm和206.67 μm，可能是由于WPI與SA、CMC相互作用穩(wěn)定BWO時(shí)，未能形成均勻分散的乳狀液，導(dǎo)致冷凍干燥過程中乳狀液滴聚集，從而使得復(fù)合物的粒徑增大。

3 微膠囊的微觀結(jié)構(gòu)分析

3.1 FTIR分析

通過FTIR可以進(jìn)一步闡明蛋白質(zhì)與多糖之間的相互作用。如圖5所示，WPI的紅外光譜特征吸收峰為1 655（C＝O伸縮振動(dòng)）、1 395 cm－1和1 238 cm－1（C—H和C—N伸縮振動(dòng)）。BWO在3 008、2 926、2 855 cm－1和1 461 cm－1處顯示了其與C—H拉伸相關(guān)的強(qiáng)振動(dòng)模式，與脂肪酸的甲基（—CH3）和亞甲基（—CH2）的存在有關(guān)，通常表示長鏈脂肪酸的存在。GA、SA和CMC分別在2 927 cm－1和3 428 cm－1、2 926 cm－1和3 444 cm－1、2 917 cm－1和3 443 cm－1處出現(xiàn)的特征吸收峰與C—H鍵和O—H鍵的伸縮振動(dòng)有關(guān)，反映了多糖的結(jié)構(gòu)。

如圖5所示，與WPI相比，3 種復(fù)合物在3 293 cm－1特征吸收峰均有不同程度藍(lán)移，表明蛋白質(zhì)與多糖形成復(fù)合物時(shí)，氫鍵的形成或強(qiáng)度的變化可能導(dǎo)致N—H或O—H的振動(dòng)頻率發(fā)生偏移。此外，由圖6可知，WPI與3 種多糖間靜電相互作用使得復(fù)合凝聚物的

-螺旋、

-轉(zhuǎn)角有不同程度增加，

-折疊有不同程度下降，類似的結(jié)果在卵白蛋白-殼聚糖和溶菌酶-CMC相互作用時(shí)均有顯現(xiàn)。對(duì)比3 種復(fù)合物和微膠囊的光譜，微膠囊在2 926 cm －1 和2 855 cm －1 處的特征峰均顯著減弱，表明BWO中的特征吸收峰能夠被壁材覆蓋，與杜明睿的研究相似 。

3.2 SEM分析

利用SEM對(duì)復(fù)合凝聚物的大小和表觀形態(tài)進(jìn)行了觀察和比較，結(jié)果見圖7。3 種復(fù)合物樣品均呈現(xiàn)不規(guī)則、聚集狀結(jié)構(gòu)，其中WPI-GA在放大1 000 倍時(shí)可觀察到凝聚物表面較平整，無明顯裂縫，表明WPI與GA相互作用，形成了致密的壁材體系。WPI-SA和WPI-CMC表面存在不同程度凹陷，可能是由于在水分含量較高的區(qū)域，水分的快速蒸發(fā)導(dǎo)致表面凹陷或者水分的升華導(dǎo)致氣泡的形成。

BWO微膠囊具有不同大小的顆粒狀結(jié)構(gòu)（圖8），表面完整未觀察到較大裂縫，說明WPI和GA、SA和CMC之間的相互作用足以促進(jìn)微膠囊的形成。其中WPI和GA復(fù)合包埋的微膠囊顆粒分布均勻、無裂紋和破孔，表面光滑；在放大1 000 倍時(shí)，WPISA-BWO和WPICMCBWO微膠囊表面凹陷較多，這可能由于芯材分散于壁材中，以及均質(zhì)過程中乳狀液分散不均勻，經(jīng)冷凍干燥后水分快速升華。此外，WPISA-BWO和WPICMC-BWO顯示出結(jié)塊和凝結(jié)的跡象，這可能是因?yàn)槲⒛z囊具有較高的吸濕傾向，與Li Hui等研究結(jié)果類似。

3.3 CLSM分析

微膠囊中WPI（綠色標(biāo)記）和BWO（紅色標(biāo)記）分別用異硫酸氰酯和尼羅紅染色，由此圖像中紅色的亮度可以表征微膠囊中油滴分布（圖9）。WPIGA-BWO圖像顯示的熒光強(qiáng)度均勻，同時(shí)顆粒表面油滴（紅色部分）被均勻地嵌入在蛋白質(zhì)基質(zhì)（綠色部分）中呈現(xiàn)較明顯的黃色，表明芯材被較好地包埋在顆粒內(nèi)部。WPISABWO和WPICMC-BWO顆粒表面有部分明顯的紅色熒光，說明表面油量較多且相對(duì)包埋率低，與包埋率和表面油的結(jié)果一致。

3.4 XRD分析

通過XRD分析了3 種復(fù)合物壁材和微膠囊樣品的結(jié)晶度。如圖10所示，3 種壁材（WPI-GA、WPI-SA、WPI-CMC）與其BWO微膠囊的XRD圖譜呈現(xiàn)出相似性，在2

＝20°附近出現(xiàn)較寬的峰形，表明微膠囊具有無定形結(jié)構(gòu)的特征，印證了SEM中微膠囊樣品呈現(xiàn)不同大小的顆粒狀結(jié)構(gòu)。3 種微膠囊峰值較窄且強(qiáng)度略有降低，表明沒有新晶體形成，BWO被復(fù)合物壁材成功包裹，王婷等也通過XRD證實(shí)茴香胺被辛烯基琥珀酸淀粉酯和殼聚糖包封，噴霧干燥后的微膠囊粉末未有新晶體生成。其中，WPIGA-BWO具有較高的相對(duì)結(jié)晶度（40.27%），結(jié)晶度和游離體積都會(huì)影響勢(shì)壘的滲透率，說明WPIGA-BWO樣品不易吸濕，具有相對(duì)較好的貯藏穩(wěn)定性 。

3.5 TGA

為了更好地評(píng)價(jià)微膠囊的機(jī)械強(qiáng)度及熱穩(wěn)定性，對(duì)BWO、復(fù)合物壁材、微膠囊樣品進(jìn)行TGA，結(jié)果如圖11所示，未包埋的BWO在370 ℃時(shí)發(fā)生質(zhì)量明顯損失；溫度升高至460 ℃時(shí)，質(zhì)量僅剩余總質(zhì)量的10%左右。3 種復(fù)合物壁材在250 ℃時(shí)質(zhì)量損失程度較低；當(dāng)溫度處于250～400 ℃時(shí)，質(zhì)量損失明顯增加；當(dāng)溫度到達(dá)480 ℃時(shí)，剩余質(zhì)量約為總質(zhì)量的30%。微膠囊樣品呈現(xiàn)3 個(gè)質(zhì)量損失階段：1）當(dāng)溫度低于250 ℃時(shí)，質(zhì)量損失與微膠囊的水分損失有關(guān)，其中WPIGA-BWO僅有3.88%的質(zhì)量損失；2）溫度在250～400 ℃時(shí)，WPIGABWO、WPISA-BWO和WPICMC-BWO的質(zhì)量損失分別為44.46%、40.48%和42.76%，壁材中的有機(jī)成分發(fā)生分解，導(dǎo)致質(zhì)量損失；3）在400～600 ℃的范圍內(nèi)，微膠囊樣品質(zhì)量損失高達(dá)80%。不同復(fù)合物壁材制備的微膠囊，質(zhì)量損失主要發(fā)生在250 ℃及以上溫度區(qū)間，表明以WPI與多糖形成的絡(luò)合物凝聚體為殼材料進(jìn)行微膠囊化可以顯著提高BWO的熱穩(wěn)定性。

結(jié) 論

本研究采用WPI與GA、SA和CMC分別作為復(fù)合壁材，結(jié)合冷凍干燥技術(shù)制備BWO微膠囊，針對(duì)微膠囊的包埋率、理化指標(biāo)、表觀形貌、微觀結(jié)構(gòu)及熱穩(wěn)定性進(jìn)行對(duì)比分析。通過改變蛋白質(zhì)-多糖比例及pH值得到最佳制備參數(shù)：WPI∶GA＝4∶1，pH值為4.3，芯壁比為1∶2。在此條件下制備的微膠囊具有較好的包埋率和溶解性，微膠囊具有良好的粉體特性且顆粒表面結(jié)構(gòu)致密；FTIR及CLSM結(jié)果證實(shí)BWO被包埋在蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合凝聚物內(nèi)部；WPIGA-BWO在250 ℃條件下質(zhì)量僅損失3.88%，表明微膠囊熱穩(wěn)定性良好。本研究結(jié)果揭示了WPI可作為微膠囊壁材來源，有效解決了核桃餅粕中蛋白質(zhì)資源浪費(fèi)的難題，為核桃資源的深度開發(fā)與高效利用開辟了新路徑；同時(shí)研究結(jié)果為核桃油微膠囊產(chǎn)品的開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。然而，本研究仍存在一定的局限性，BWO微膠囊體外胃腸消化中的緩釋特性有待進(jìn)一步探究。

作者簡介

通信作者：

趙仲凱副教授

新疆大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院（研究院）

趙仲凱，副教授， 新疆大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院（研究院），碩士研究生導(dǎo)師。

研究領(lǐng)域：農(nóng)產(chǎn)品加工與利用；食品功能與營養(yǎng)；蛋白質(zhì)與油脂化學(xué)

科研成果：主持新疆維吾爾自治區(qū)重大科技專項(xiàng)子課題（2022A02009-2）、新疆維吾爾自治區(qū)自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目（2022D01C680）、新疆維吾自治區(qū) “天山青年”（2020Q061）及“天池博士”（TCBS202035）等科研項(xiàng)目。

目前主要的研究方向和工作：

（1）植物源與新疆特色乳源蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、加工特性與功能性質(zhì)研究；

（2）蛋白質(zhì)活性肽的制備、表征及功效研究；

（3）新疆特色油脂化學(xué)與營養(yǎng)特性研究。

第一作者：

劉恩慧 碩士研究生

新疆大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院（研究院）

劉恩慧，新疆大學(xué)智慧農(nóng)業(yè)學(xué)院（研究院）2022級(jí)碩士研究生。研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品加工與利用 。

本文《復(fù)合凝聚法制備核桃調(diào)和油微膠囊理化性質(zhì)及其結(jié)構(gòu)表征》來源于《食品科學(xué)》2025年46卷15期，作者：劉恩慧，牛晴，趙仲凱，趙文革，馮東霞，堯華文，張玉珍。DOI：10.7506/spkx1002-6630-20250122-168。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看文章相關(guān)信息。

實(shí)習(xí)編輯：彤禾；責(zé)任編輯：張睿梅。點(diǎn)擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網(wǎng)