喷雾干燥法制备月桂叶精油微胶囊:基于响应面法的乳状液优化与稳定性研究

《LWT》:Production of Natural Aroma Powder by Spray Drying Bay Laurel ( Laurus nobilis L.) Essential Oil-loaded Emulsion

【字体: 时间:2026年02月07日 来源:LWT 6.0

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  本研究针对月桂叶精油(BLEO)高挥发性与易降解的产业化难题,通过响应面法(RSM)优化乳状液配方与喷雾干燥工艺,成功制备出包封率达83.48%、颗粒形态完整的微胶囊粉末。该研究为开发高稳定性天然香料与防腐剂提供了关键技术支撑,对食品工业应用具有重要价值。

  
月桂叶精油因其独特的芳香和显著的抗菌抗氧化活性,在食品工业中具有广阔应用前景。然而,其高度挥发性和对光、热、氧的敏感性严重限制了实际应用。为解决这一稳定性难题,伊朗戈尔甘农业科学与自然资源大学的研究团队在《LWT》期刊发表论文,首次系统探究了通过喷雾干燥技术微胶囊化月桂叶精油(BLEO)的工艺策略。
研究团队采用响应面法(RSM)对乳状液配方和喷雾干燥参数进行双阶段优化。在乳状液制备阶段,通过中心复合设计(CCD)分析麦芽糊精(MD)与阿拉伯胶(GA)比例、芯壁比对乳状液稳定性指标(乳化指数、粒径、粘度)的影响,确定最优配方为MD:GA=25:75、芯壁比9.63:100,此时乳状液粒径仅611纳米,粘度达112.56毫帕·秒。在喷雾干燥阶段,优化得到进口温度177°C、进料速率7.1毫升/分钟的最佳工艺参数,所得微胶囊包封效率达83.48%,水分含量5.74%,溶解性71.7%,且扫描电镜(SEM)显示颗粒呈球形、表面光滑无裂纹。
关键技术方法包括:采用高速剪切与超声协同乳化技术制备BLEO乳状液;通过动态光散射(DLS)分析乳状液粒径;利用喷雾干燥仪进行微胶囊制备;采用气相色谱-质谱联用(GC-MS)对比封装前后挥发性成分变化;通过扫描电镜观察颗粒形貌;通过DPPH法测定抗氧化活性。
3.1. 月桂叶精油乳状液制备的响应面法优化
通过模型拟合发现,芯壁比对乳化指数、粒径和粘度均具有极显著影响(p<0.01)。当芯壁比从8.3:100增至25:100时,乳化指数从5.9%升至27%,表明高油载量导致乳状液失稳。阿拉伯胶的高比例使用(75%)通过其阿拉伯半乳聚糖-蛋白复合物(AGP)在界面形成空间位阻层,显著提升乳状液稳定性。
3.2. 喷雾干燥工艺的响应面法优化
进口温度与进料速率对微胶囊品质呈现规律性影响:温度升高至177°C可促进表面结壳,使包封率从150°C的27.15%提升至94.76%;但过高的进料速率(8.0毫升/分钟)会降低干燥效率,导致包封率下降至58.66%。优化参数下获得的微胶囊水分活度(aw)低于0.12,符合食品粉末贮藏要求。
3.3. 微胶囊形貌分析
SEM图像显示微胶囊呈规则球形,表面光滑无裂缝,部分颗粒存在凹陷,此为喷雾干燥过程中溶剂快速蒸发导致的典型形态特征,证明壁材能有效包覆精油。
3.4. BLEO化学成分分析
GC-MS结果表明喷雾干燥过程对挥发性成分具有选择性富集作用:单萜烯烃(如α-蒎烯、β-蒎烯)因沸点低而大量挥发,而主要活性成分1,8-桉叶素(1,8-cineole)的相对含量从44.87%显著提升至54.45%。该过程虽简化了香气组成,但增强了核心功能成分的稳定性。
本研究通过精准调控乳状液组成与干燥动力学,成功将液态BLEO转化为流动性良好的微胶囊粉末,解决了其易挥发的技术瓶颈。研究不仅为BLEO的产业化应用提供了新思路,更揭示了喷雾干燥对精油组分的"挥发性筛选效应",为功能性植物精油的定向富集工艺开发提供了理论依据。未来研究可聚焦于微胶囊在真实食品体系中的控释行为及长期贮藏稳定性评估。
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