生姜油樹(shù)脂的制備及性能研究

生姜油樹(shù)脂的制備及性能研究

食品香植物的利用在農(nóng)業(yè)和食品工業(yè)中發(fā)揮著重要作用。天然植物作賦香原料,不僅符合人們追求食品安全可靠、口味獨(dú)特的目標(biāo),而且增強(qiáng)了食品的抗腐敗和抗氧化性,甚至有藥效食品的作用。特別是超臨界CO2流體萃取技術(shù)(SFE)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用于提取天然香料,克服了水汽蒸餾與有機(jī)溶劑提取等傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝的弊端,可得到高品質(zhì)的新鮮、濃郁而逼真的天然綠色產(chǎn)品,代表著未來(lái)香料行業(yè)的發(fā)展方向。微膠囊技術(shù)(ME)的采用則使該類產(chǎn)品的應(yīng)用更加深入、廣泛和便宜。本文針對(duì)我國(guó)天然香料植物資源豐富,開(kāi)發(fā)利用程度低的現(xiàn)狀,結(jié)合超臨界CO2流體萃取技術(shù)、微膠囊化技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù),研究了具代表性的傳統(tǒng)的藥食兼用植物生姜的精深加工與利用,對(duì)產(chǎn)品的組成、內(nèi)在質(zhì)量及利用形式做了較為系統(tǒng)的研究,以期在開(kāi)發(fā)新型香辛調(diào)味料的同時(shí),為建立相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)提供參考。1材料和方法1.1實(shí)驗(yàn)材料萊蕪生姜。1.2精油含量測(cè)定多切機(jī);遠(yuǎn)紅外干燥設(shè)備;超臨界CO2萃取裝置(HA121-50-02型),江蘇南通產(chǎn);阿貝折光儀;旋光儀;比重瓶;Clenvenger型精油測(cè)定器;美國(guó)watersHPLC系統(tǒng)(光電二極管陣列紫外檢測(cè)器);瑞典TECATORSOXTECHT1043系統(tǒng)脂肪提取儀;日本導(dǎo)津GC-7AG氣相色譜;JHG型均質(zhì)機(jī);瑞典BUCHI190微型噴霧干燥機(jī);XSS型光學(xué)顯微鏡。1.3植物因子液體CO2(>99.5%),無(wú)水乙醇(A.R.),無(wú)水乙醚(A.R.),石油醚(A.R.),香草醛(A.R.)、辣椒堿(Sigma)。1.4方法1.4.1姜油樹(shù)脂的親水co萃取1.4.2韓油樹(shù)脂的物理特性的測(cè)定阿貝折光儀測(cè)定折光率;旋光儀測(cè)定旋光性;比重瓶法測(cè)定相對(duì)密度。1.4.3組成及檢測(cè)方法(1)水汽蒸餾法測(cè)定揮發(fā)精油的含量。(2)Folin-酚法測(cè)定姜辣素總含量:以香草醛作標(biāo)樣。(3)改進(jìn)的HPLC方法測(cè)定姜辣素組成:以辣椒堿作外標(biāo),分析條件為SupelcoPark,DiscoveryC18柱,5μm,250×4.6nm,檢測(cè)波長(zhǎng)280nm,洗脫液:A水,B乙醇,梯度線性洗脫:0～10min,45%～50%B;10～20min,50%～65%B;20～40min,65%～100%B;40～50min,100%～100%B;50～52min,45%B,流速1mL/min,柱溫48℃。(4)全量提取回收法測(cè)定粗脂肪含量及相對(duì)含量:以乙醚作溶劑。(5)GC分析脂肪酸組成:分析條件為柱溫180℃,進(jìn)樣口溫度260℃,載氣N2流速為40mL/min,10%DEGS玻璃填空柱。1.4.4姜油樹(shù)脂噴霧干燥微膠囊化最佳工藝參數(shù)的確定(1)工藝(2)最佳工藝參數(shù)的確定：正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)包結(jié)率(%)=實(shí)際包結(jié)心材量投入心材量×100(%)=實(shí)際包結(jié)心材量投入心材量×1001.4.5微膠囊尺寸測(cè)定(1)溶劑提取法測(cè)定吸附率及心材含量:表面吸附率(%)=包結(jié)物醚洗前后差量投入心材量×100(%)=包結(jié)物醚洗前后差量投入心材量×100;心材含量(%)=投入心材量?包結(jié)物醚洗前后差量包結(jié)物干重×100；心材含量(%)=投入心材量-包結(jié)物醚洗前后差量包結(jié)物干重×100；(2)顯微鏡法測(cè)定微膠囊尺寸大小;(3)溶化性及溶解度的測(cè)定:取一定量溶質(zhì),逐滴加入溶劑水,直至溶質(zhì)完全溶解,記溶質(zhì)消耗量,并換算成每100mL溶劑水可溶解溶質(zhì)的量,即為溶解度。2結(jié)果與討論2.1物料前處理?xiàng)l件優(yōu)化不少研究報(bào)道均表明,運(yùn)用超臨界流體CO2萃取技術(shù)(SFE)時(shí),萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間是影響萃取率的重要參數(shù),本研究在前人研究報(bào)道和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,選擇確定適宜的萃取溫度、萃取壓力、萃取時(shí)間分別為:45℃、22MPa、3h作為工藝參數(shù)。除此之外,在實(shí)踐中我們發(fā)現(xiàn),物料的前處理方式包括干燥方式和物料粒徑大小對(duì)萃取率的影響也不容忽視。本研究采用遠(yuǎn)紅外技術(shù)進(jìn)行干燥前處理,低于40℃下干燥2h,使水分降至12.56%。該法干燥效率高,溫度低,易保留姜油樹(shù)脂中低沸點(diǎn)的萜類和熱敏性組分。同時(shí)在優(yōu)化的工藝條件下,對(duì)物料粒徑對(duì)姜油樹(shù)脂萃取率的影響進(jìn)行了研究,結(jié)果(見(jiàn)表2)表明,姜粉粒徑大小對(duì)姜油樹(shù)脂萃取率的影響顯著,本實(shí)驗(yàn)條件下姜粉粒徑大小在1mm左右時(shí)為宜。這可能是由于粒徑過(guò)大,擴(kuò)散過(guò)程緩慢,萃取不完全,而粒徑過(guò)小,又會(huì)造成CO2的短路現(xiàn)象,使溶劑與溶質(zhì)接觸不完全。2.2標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂的定義采用超臨界流體CO2工藝萃取得到的姜油樹(shù)脂產(chǎn)品呈深琥珀色粘稠的液體。靜置后產(chǎn)生沉淀。氣味香辛甜蜜、濃郁撲鼻?？谖缎晾?溫和而刺激。通常描述其物理性質(zhì)的參數(shù)有折光率、旋光性和密度,經(jīng)檢測(cè)分別為折光率1.5066、比旋光度-23.77和相對(duì)密度0.9672。該結(jié)果與美國(guó)EOA對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樹(shù)脂的定義略有差異,與有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道也不盡相同。這是由于迄今商品姜油樹(shù)脂大多來(lái)自水汽蒸餾和有機(jī)溶劑提取調(diào)配而成。而提取方法不同,產(chǎn)品組分、含量會(huì)大相徑庭,從而影響到其物理性質(zhì)。2.3辣素含量測(cè)定結(jié)果對(duì)于生姜原料和有機(jī)溶劑制得的姜油樹(shù)脂的基本組成現(xiàn)已較為清楚,但對(duì)于SFE姜油樹(shù)脂基本組成分析的報(bào)道尚不多見(jiàn)。超臨界CO2萃取的天然香料成分有別于有機(jī)溶劑提取的產(chǎn)品,因此需要建立相應(yīng)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。否則將會(huì)限制該類新產(chǎn)品的推廣和利用。本研究對(duì)自制的SFE姜油樹(shù)脂進(jìn)行了主要組分的分析檢測(cè),分別采用了簡(jiǎn)便、快速的Folin-酚法測(cè)定姜油樹(shù)脂中姜辣素(酚類物質(zhì))的粗含量,采用改進(jìn)的HPLC方法進(jìn)一步分析了姜辣素中天然藥理活性成分姜酚和姜烯酚的含量,采用水汽蒸餾法提取、測(cè)定揮發(fā)精油的含量后,以索氏提取法測(cè)定了粗脂肪含量,結(jié)果見(jiàn)表3。由表3結(jié)果可知SFE姜油樹(shù)脂基本由姜辣素、揮發(fā)性精油和粗脂肪組成。其中姜辣素與精油既是生姜的風(fēng)味成分又起著諸多的療效作用,特別是姜酚與姜烯酚是姜辣素中天然存在的主要功能因子。因此姜辣素的含量及其測(cè)定對(duì)于姜產(chǎn)品的品質(zhì)鑒定至關(guān)重要。本實(shí)驗(yàn)中利用姜辣素是酚類衍生物的特性,采用Folin-酚法粗測(cè)姜辣素含量,基本能反映實(shí)際水平。此法簡(jiǎn)便易行,但干擾因素多,結(jié)果往往偏大。采用HPLC方法分離、測(cè)定姜辣素的組成和含量靈敏而精確,但所需設(shè)備要求高,實(shí)際操作中往往難以達(dá)到。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映姜油樹(shù)脂中姜辣素(酚類物質(zhì))總含量約為31.2%,其中天然功能成分姜酚和姜烯酚占13.849%。此外,表3還反映出粗脂肪在姜油樹(shù)脂中占有較大比例,這與SFE萃取條件有關(guān),也受測(cè)定方法影響。本實(shí)驗(yàn)用石油醚作萃取劑,除各種甘油三酯外,還有游離脂肪酸、色素、酮、醛等等也被抽提出來(lái),所以稱之為粗脂肪。粗脂肪的含量與組成直接影響到姜油樹(shù)脂的感官指標(biāo)與物理特性,其中的脂肪酸組成又關(guān)系到其營(yíng)養(yǎng)特性。因此本實(shí)驗(yàn)采用氣相色譜法進(jìn)一步分析了脂肪酸的相對(duì)含量與組成,結(jié)果見(jiàn)表4。結(jié)果表明,姜油樹(shù)脂中脂肪酸含量較為豐富,其中亞油酸、亞麻酸作為人體必需的脂肪酸含量較高,這可能對(duì)姜油樹(shù)脂的降血脂、抗氧化作用也有一定貢獻(xiàn)。2.4微膠囊化法包埋工藝優(yōu)化普通的香辛料經(jīng)微膠囊化處理后,能大大提高其耐氧、光和熱的能力,從而提高香辛料的加工性能和穩(wěn)定性,延長(zhǎng)貯存期。對(duì)于非水溶性囊心,還可提高水溶性和分散性,延緩揮發(fā)物質(zhì)的揮發(fā),使留香更加持久。因此,本研究采用噴霧干燥法對(duì)姜油樹(shù)脂進(jìn)行微膠囊化包埋,并利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì),研究了壁材、心材壁材比例、乳化溫度和進(jìn)料溫度等因子對(duì)包埋率的影響,以確定最佳的工藝參數(shù)組合。在進(jìn)風(fēng)溫度190℃,出風(fēng)溫度130℃條件下分別對(duì)調(diào)配好的姜油樹(shù)脂乳化液進(jìn)行噴霧干燥微膠囊化,得到淡黃色略帶香辛味、均勻細(xì)膩的姜油樹(shù)脂微膠囊粉末,分別測(cè)定、計(jì)算其包埋率,并進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化分析(見(jiàn)表5、圖1)。結(jié)果表明:試驗(yàn)中所選4個(gè)因子影響包埋率的主次順序分別為:A(壁材類型)>B(心材/壁材)>C(乳化溫度)>D(進(jìn)料溫度);最優(yōu)工藝條件為A1B2C1D1,即阿拉伯膠作壁材,添加20%(V/W)的姜油樹(shù)脂作心材,乳化溫度30℃,進(jìn)料溫度40℃。2.5姜油樹(shù)脂微膠囊化的工藝流程檢測(cè)結(jié)果對(duì)于微膠囊產(chǎn)品,不同的壁材,不同的心材以及不同的工藝條件制得的產(chǎn)品性能可能相差很大,從而引起產(chǎn)品質(zhì)量的不一致。因此有必要對(duì)微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。本研究分別選擇了反映心材利用率的溶化性和溶解度、決定食用品質(zhì)的心材含量及影響其貯存期和加工性能的微膠囊尺寸大小等幾個(gè)重要指標(biāo),借鑒其他行業(yè)的檢測(cè)方法,對(duì)姜油樹(shù)脂微膠囊產(chǎn)品進(jìn)行了質(zhì)量檢驗(yàn)。通過(guò)乙醚溶洗包結(jié)物表面吸附油測(cè)定、計(jì)算吸附率和實(shí)際心材含量分別為:4.17%和15.73%(W/W)。說(shuō)明該工藝條件下微膠囊化過(guò)程中,姜油樹(shù)脂的損失很小。光學(xué)顯微鏡100倍下觀察微膠囊化的姜油樹(shù)脂粉末為近球型,顆粒大小較為均勻一致,以測(cè)微尺計(jì)量,粒徑大小都在8μm左右。該產(chǎn)品在水中能迅速溶化,溶解度達(dá)70%以上。說(shuō)明對(duì)姜油樹(shù)脂微膠囊化處理,確能大大改善姜油樹(shù)脂的某些感官質(zhì)量和綜合加工性能。3姜油樹(shù)脂活性成分1)采用超臨界CO2技術(shù)提取姜油樹(shù)脂效率高,條件溫和,無(wú)殘留,產(chǎn)品的感官質(zhì)量與內(nèi)在品質(zhì)均較高。遠(yuǎn)紅外技術(shù)進(jìn)行干燥前處理能有效保留其熱敏性組分。萃取過(guò)程中,姜粉粒徑大小對(duì)產(chǎn)率影響顯著,以1mm左右為宜。2)SFE姜油樹(shù)脂的折光率1.5066,比旋光度-23.77,相對(duì)密度0.9672。其天然有效成分萃取完