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        谈论微胶囊在食品配料中应用

        本文作者:费国琴 李晓晖 宁喜斌 王允绍 陈婵娟 张祁 单位:上海海洋大学

        微胶囊技术在食品配料中的运用

        1.1天然香精香料传统香精香料由于易挥发、湿热敏感、相互反应的活性等,易导致其在加工和储存过程中挥发损失和香型改变,微胶囊技术可以很好地保护这些物质,提高其稳定性和加工性。如今薄荷油、蒜油、姜油、葱油、花椒油、茴香油等天然香料已有微胶囊产品。据报道香精香料制成纳米微胶囊,其性能更具独特性[3]。许多微胶囊化香精香料已用于焙烤食品、膨化食品、汤粉食品、茶饮料、口香糖等食品的加工生产。1.2天然色素一些天然色素在应用中存在溶解性和稳定性差的问题,微胶囊化后可以改善这类特性。杨玉峰等[4]采用β-环糊精及其衍生物对姜黄色素进行微胶囊化,所得微胶囊化姜黄色素水溶性大大提高,且对热、酸、光、维生素C及山梨酸钾等的稳定性也有一定的改善。孙传庆等[5]研究了喷雾干燥法制备微胶囊番茄红素粉末的工艺,以质量比为1∶1阿拉伯胶和糊精为壁材,高压均质法微胶囊化,有效地提高了天然番茄红素的产率。段红莲[6]以桑椹红色素作为微胶囊的芯材,海藻酸钠作为壁材,用锐孔法制作桑椹红色素的微胶囊,制得的微胶囊包埋率高达90%,而且经微胶囊化后,其稳定性有显著提高。此外,β-胡萝卜素、玉米色素、茶绿色素、花青素等多种色素的微胶囊化也均有相关研究。1.3酸味剂近年来,随着各种方便食品的开发,酸味剂的品种也越来越丰富。如果把某些酸味剂直接添加到食品配料中,会使配料中某些敏感成分发生劣变,如许多酸味剂会与食品配料中的果胶、蛋白质、淀粉、色素等成分作用而影响食品品质,此外,酸味剂还会促进食品氧化、改变配料系统的pH值等。为了克服这些缺点,可采用微胶囊技术,将酸味剂包埋,延长酸味剂对敏感成分的接触,而延长储存期。另一方面,通过对酸味剂的部分包埋,可以在饮用时感觉爽口,而实际pH可达到酸性食品的标准,从而少加防腐剂。目前,微胶囊化柠檬酸、乳酸、苹果酸、抗坏血酸等产品已商品化,广泛应用在固体饮料、点心粉、布丁粉及肉类加工中。1.4甜味剂许多人造甜味剂如阿斯巴甜在食品工业中的应用十分广泛,与风味物质相似,其对湿、热敏感,易与其它物质反应,而微胶囊技术能够很好地保护这些物质。在Zibell等人的专利中,叙述了将阿斯巴甜和一种胶凝剂(如HPMC)混合,用水湿润去尘,干燥后研碎过筛,使之成为最大粒径小于0.43mm的微胶囊,该方法较喷雾干燥法和流化床法等更为经济。1.5膨松剂碳酸氢钠等碳酸盐类在复合膨松剂的生产中作为碱剂与酸性物质发生中和反应或复分解反应而产生CO2气体,但两者在贮藏过程中容易因吸湿而过早接触反应,使膨松效率降低或失效。利用微胶囊技术也可将膨松剂进行包埋,如采用在室温下呈固态而在一定温度可以融化的脂肪,如氢化植物油、单甘酯等包裹碳酸氢钠,则可以避免其在焙烤之前和其他成分相互作用而失效,而只在高温焙烤过程中释放,从而赋予焙烤制品蓬松的体积和松脆的质构。微胶囊化膨松剂还可有效地控制气体产生速度,林家莲等[7]用淀粉和固体奶油并且加入适当的乳化剂―吐温-20采用复相乳化法对Ca(H2P04)•2H2O进行包埋,并在馒头中应用,试验发现可改善膨松剂的产气性能,效果良好。1.6防腐剂食品中防腐剂的过量摄入对人体健康不利,因此人们研制开发出防腐剂微胶囊,对现有食品防腐剂进行包埋,利用其在食品中缓慢释放的特点而制成长效制剂,达到减少添加量的目的。这类微胶囊化产品主要有山梨酸、苯甲酸、乳酸、肉桂醛、山苍子油等。此外,目前也出现另一类微胶囊化的低醇类杀菌防腐剂,是将乙醇制成微胶囊粉末制品,应用于食品、水果的包装袋中,缓慢气化放出的乙醇蒸气起到杀菌的目的。1.7抗氧化剂从20世纪70年代开始有研究者进行抗氧化剂微胶囊的探索,由于该技术具有很高的经济价值,多数研究结果已申请了专利。如黄酮类、酚类等天然抗氧化剂的微胶囊化技术在国内外也已有不少报道。而食品工业中普遍使用的人工抗氧化剂如BHA(丁基羟基茴香醚)和BHT(2,6-二叔丁基对甲酚)等因其耐热性较差,给加工和保藏带来了困难,而将其进行微胶囊包埋,不仅可提高其耐热性,而且也减少了在食品中的添加量,从而进一步提高食品稳定性和安全性并延长食品贮存期。例如,陈梅香等[8]用分子包埋法对BHT进行微胶囊化,对阻止或减缓油脂的氧化,BHT微胶囊化产品的效果显著,且BHT用量明显降低。据资料报道,对抗氧化剂进行微胶囊化主要应用3种方法:喷雾干燥、分子包埋法和锐孔法。1.8粉末油脂油脂是人们日常生活和食品加工的重要物质,但油脂易氧化变质,氧化后的油脂会产生不良风味,并引起机体的氧化,从而引发癌症和人体衰老;另外,油脂的流动性差,给调料和汤料在包装和食用时带来很大的不便。经微胶囊化处理后,可将油脂制成粉末,克服了油脂本身的缺点,使其成为性质稳定、取用方便、流动性好且营养价值高的优质原料。张海玲等[9]制备了微胶囊型低脂植物奶油粉,油脂包埋率达到了93.68%,加水复原后的乳浊液性质稳定,且具有良好的搅打性能。李春莉等[10]应用变性淀粉和阿拉伯胶复配作为乳化剂,应用喷雾干燥方法制备了耐酸型微胶囊粉末油脂,油脂包埋率达到97.5%,该粉末油脂耐酸性能优越,且其复原乳状液乳化稳定性好,可以满足在酸性饮料中的应用。此外,也可将粉末油脂代替脂肪油用于烘焙食物的加工。近年来,微胶囊包埋技术在高附加值油脂产品制备领域中的研究十分活跃,如核桃油、猕猴桃籽油、油茶籽油、葵花籽油、葡萄籽油、花生油、亚麻油、苏子油、榛仁油、松籽油等微胶囊化都有相关报道,固体油脂因其优良的特性而开发前景广阔。

        微胶囊技术在营养强化剂中的应用

        随着公众对营养和健康的要求日益提高,各种类型的营养强化食品不断涌现,但是强化剂往往具有本身色、香、味欠佳以及化学性质不稳定的缺陷,如鱼肝油有腥味,维生素C酸味较强,硫酸亚铁有铁涩味,因此部分营养强化食品的综合品质难以令人满意。而微胶囊技术应用于营养强化食品生产中,可以有效解决存在的不足,使食品获得良好感官性状并避免外界环境中水分、氧气和阳光等对营养强化剂的影响,还可控制营养强化剂的释放速率,达到定向释放的效果。此外,保证营养强化剂混合均匀度并防止营养素之间及其和食品配料之间的相互作用。目前微胶囊技术被广泛应用的功能性食品主要包括婴幼儿食品、孕妇营养强化食品、军用强化食品。2.1活性肽和功能性蛋白Chang于1957年首次报道了生物活性物质的微囊化研究。如今活性肽和功能性蛋白作为保健食品备受青睐,然而这些蛋白类物质通常半衰期短,生物活性强,不能耐受胃酸以及胃肠道内酶的降解作用等,其口服利用率极低,而通过微胶囊技术可以改善以上不足,达到性能稳定的目的。金锋[11]采用喷雾干燥法制备免疫球蛋白微胶囊,当出风温度在80℃时,包埋率可达到70%左右。杨柳等[12]采用流化床空气悬浮法对牛初乳免疫球蛋白进行了微胶囊化,在最佳工艺条件下包埋率达到了85%,所得产品呈圆形颗粒状p流动性好,粒径大小基本均匀,是一种较为理想的制备牛初乳免疫球蛋白微胶囊的方法。采用微胶囊技术包裹活性肽和功能性蛋白,能增强其对外界环境的抵抗力,提高到达肠道的生理活性,使其更好的发挥益生作用。2.2多不饱和脂肪酸多不饱和脂肪酸由于高不饱和度而在空气中极易氧化,通过对不饱和脂肪酸进行微胶囊化,不仅可以防止其氧化,而且掩盖了脂肪酸的气味,扩大了应用范围,其中以二十二碳六烯酸(DHA)、二十碳五烯酸(EPA)和花生四烯酸(ARA)的包埋应用最多。Wjciech[13]等采用甲基纤维素、丙基甲基纤维素和麦芽糊精经喷雾干燥所得的微胶囊鱼油保留率相当高,达到98.5%,近年也出现了一些新的壁材用于制备微胶囊,如Augustin等[14]提出利用高温下蛋白质与碳水化合物发生麦拉德产物(MRPs)包埋鱼油,利用喷雾干燥法进行干燥,研究发现MRPs在油相表面形成致密的壁壳,呈现出良好的抗氧化特性。此外日本已发展一种全新的酵母微胶囊化技术,即把干酵母细胞放在由油溶性囊芯材料、酒精、水组成的溶液中浸泡、溶胀,当渗透达平衡后干燥去除酒精和水,得到干燥的油溶性微胶囊固体粉末,制备的酵母微胶囊直径大小为5~8μm,由于细胞壁有很强的韧度与柔软度,高压锅加压、加热处理或冷冻、解冻处理,囊芯物质都十分稳定,不会泄漏,加工耐性良好[15]。2.3维生素大多数维生素自身不稳定,容易受到外界环境的影响而被氧化或分解,有些还具有令人不悦的气味,因此将它们制成微胶囊,可以克服自身的缺点,大大提高其稳定性。如维生素C遇潮易氧化,则可将其细粉分散在乙基纤维素的异丙醇溶液中,经喷雾干燥后得乙基纤维素包埋的维生素C胶囊,制成的孕妇营养强化食品在贮存期内质量较稳定[16]。Semo等[17]采用酪蛋白胶术自组装系统制作纳米微胶囊包埋维生素D2,平均粒径直径为152nm,可用于婴儿奶粉的强化。美国专利US6444227[18]采用改进的交联法,即交联过程系用辐射交联或酶法交联,克服加热交联法缺点,将不易分散的液态脂溶性维生素制成固体粉末,克服了脂溶性维生素本身的缺点,使其成为性质稳定、取用方便、流动性好的适用于向婴幼儿食品中进行强化的优质原料。2.4矿物质以某些无机盐类强化某些食品时,常常会引起食物中香味的改变或产生其他形式的劣变,如在面粉或焙烤制品用粉中添加铁盐以达到其营养强化目的,但铁盐却具有改变食品色泽、产生金属臭味及催化自身氧化等特性,但把铁盐制成微胶囊后,即可防止其对氧敏感成分的接触,又可掩蔽其铁腥味[19]。又如硒是人体所需的微量元素,每人每日供应量为50μg,但硒的摄入量过多会产生一些毒副作用(神经中毒),所以硒强化时,要保证硒混合均匀,防止摄入过多的硒而产生副作用,因此将面粉中的有机硒强化剂(硒酸酯多糖)经过微胶囊化,可达到均匀分布的目的。微胶囊碘制剂同样具有稳定性好、成本低、使用效率高等优点,既可用于加碘盐、碘片中,又可用于其他食品、保健品和饲料中,显示了极好的实用性[20]。2.5益生菌近年来含有益生菌的微生态制剂已成为开发和研究的热点,但由于市售活性益生菌产品存在货架期短、活菌浓度不达标,菌体被摄入人体胃肠道系统后,由于pH值环境影响造成菌体大量死亡的问题,影响益生菌加工储存过程中的稳定性及产品效益。陈金子等[21]以海藻酸钠、明胶为壁材,含有降胆固醇乳酸菌Lactobacilluscasei为芯材,采用W/O/W复相乳化法制备微胶囊,制备得的乳酸菌微胶囊具有较好的耐酸性和肠溶性,产率在86.62%左右,10℃下储存30d,产品中活菌数仍可达到108mL-1,体外胆固醇降解率可达到36.07%。Capela等[22]用海藻酸钠微胶囊化酸奶中的双歧杆菌,避免了双歧杆菌不耐氧、不耐酸、活性保持困难等问题。此外,转谷酰胺酶引导酪蛋白凝胶作为壁材包裹益生菌Lactobacillusparacaseissp。Paraca-seiF19和BifidobacteriumLactisBb12,也提高了其对胃酸的耐受性[23]。经过微胶囊化处理后的益生菌可以帮助病人防止腹泻和便秘等,可广泛应用于各种功能性乳制品的开发。

        微胶囊技术在食品酶制剂中的运用

        酶是复杂的生物大分子,它在食品体系中极易受到周围环境的影响。微胶囊化酶可以提高其稳定性,延长保存期,还具有控制释放的功能,此外微胶囊技术是酶固定化技术的一个分支,可实现连续化酶促生产或发酵。酶制剂微胶囊芯材以酶制剂为主体,同时,在芯材中还可加入某些金属离子、多糖和表面活性剂等附加剂,以进一步提高酶的抗高温、抗脱水、抗冷冻等能力,大幅提高酶稳定性。研究较多的微胶囊化酶有半乳糖醛酸酶、促干酪体系成熟的酶系以及脂肪酶等。常用的控制酶释放的壁材有壳聚糖、乙基纤维素、海藻酸钠、脂质体等。梁荣蓉等[24]添加不同剂量脂质体微胶囊化中性蛋白酶加快干酪成熟,通过测定不同成熟期内干酪pH值、可溶性氮含量、质构变化等指标,并进行感官评定,综合分析得出,在成熟期30天内其既加快干酪成熟,又未引起其他指标不良变化。溶菌酶作为一种天然防腐剂,应用于奶酪中易与酪蛋白结合,从而降低杀菌作用;采用脂质体包埋后,不仅能阻止溶菌酶与奶酪中酪蛋白结合,且可使其定向到有腐败微生物处,从而极大提高杀菌作用。Jose等[25]采用脂质体将乳糖酶包埋后,克服了由于添加游离乳糖酶而对产品带来不良风味的缺陷,使乳糖酶更好地运用于乳制品等,减少“乳糖不耐症”的发生。葡萄糖异构酶用于果葡糖浆的生产,但该酶在温度超过70℃时容易变性失活,为提高其耐热性,Novo公司将其微囊化后成功用于果葡萄糖浆生产。吴定等[26]通过微球截留包膜法,分别制备α-葡萄糖转苷酶、α-淀粉酶、β-淀粉酶、切枝普鲁兰酶微胶囊酶,并将4种不同微胶囊酶重组构成酶催化反应器,用于生产低聚异麦芽糖。李平等[27]将丝素蛋白膜固定β-葡萄糖苷酶用于果汁、果酒、茶汁等食品增香,经分析发现,原有香气物质有不同程度增加,并增有新风味物质,显示良好增香效果。

        展望

        微胶囊技术已被国际上列为21世纪重点研究开发的高新技术,作为食品加工中的一种方法,在欧美已十分普遍,但我国食品工业对该技术的应用研究起步较晚,尚处于落后位置。然而微胶囊技术发展历史虽短,但给食品工业带来了极大的革新和进步,许多食品方面的难题都因该技术的出现而得到解决,鉴于微胶囊技术带来的巨大优越性,目前越来越多的科学工作者正把微胶囊技术应用于更为广泛的领域中,但如何缩小微胶囊粒径、提高包埋率、延长储存期、控制释放率以及芯材物质检测方法的灵敏性依然是微胶囊制备中需要不断完善的难点,因此还需加强微胶囊技术的基础研究,如该技术中的物理化学、胶体化学等方面的研究是极其必要的。随着人们对微胶囊认识的不断深人,以及新材料、新设备的不断出现,微胶囊技术在食品工业中必将日趋成熟并推动我国食品工业的发展。

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