微膠囊技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

1、微膠囊技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用*丁 潔,李博生(北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院食品系,北京 100083摘 要:本文簡(jiǎn)要介紹了食品工業(yè)中食品微膠囊化的壁材、方法及作用,并闡述了微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用及前景。關(guān)鍵詞:微膠囊;食品加工;應(yīng)用微膠囊技術(shù)是一種利用天然的或合成的高分子材料,將分散的固體、液體甚至是氣體物質(zhì)包裹起來,形成具有半透性或密封囊膜的微型膠囊的技術(shù)。該技術(shù)研究始于20世紀(jì)30年代,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,已得到了廣泛的應(yīng)用,從最初的藥物包覆和無碳復(fù)寫紙擴(kuò)展到食品、輕工、醫(yī)藥、石化、農(nóng)牧業(yè)及生物技術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域。1 食品微膠囊化的作用微膠囊技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)可以起到以下作用:(1改

2、變物料的狀態(tài)、質(zhì)量和體積, 提高其貯藏穩(wěn)定性、溶解性和流動(dòng)性。(2保護(hù)敏感成分,極大地提高了對(duì)環(huán)境因素如光、熱、氧、濕度的抵抗力。(3隔離相互易反應(yīng)的組分, 使之可共存于同一物質(zhì)中。(4控制芯材釋放的時(shí)間和速度。(5降低或掩蓋不良味道、色澤。(6降低揮發(fā)性延長(zhǎng)風(fēng)味物質(zhì)的滯留期。(7延緩食品的腐敗變質(zhì)。(8降低食品添加劑的毒理作用等1。2 食品微膠囊化的方法根據(jù)微膠囊性質(zhì),囊壁形成機(jī)制和成囊條件,微膠囊化方法大致可分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法等三大類,20余種。真正可用于食品工業(yè)的微膠囊方法一般需符合以下條件:(1能連續(xù)化,批量規(guī)?；a(chǎn);(2生產(chǎn)成本低廉,能被食品生產(chǎn)企業(yè)所接受;(3有相應(yīng)成

3、套設(shè)備可引用,設(shè)備簡(jiǎn)單;(4生產(chǎn)中不產(chǎn)生大量污染物。目前在食品工業(yè)中應(yīng)用較成熟的方法有噴霧干燥法、噴霧凍凝法、空氣懸浮法、分子包埋法、凝聚法、物理吸附法、擠壓法等。近年來人們不斷研究嘗試新的微膠囊制備方法,其中超聲波法的研究應(yīng)用比較多。樊振江等2以環(huán)糊精為壁材,用超聲波法制備花椒精油微膠囊:超聲功率為200w、包埋溫度為35、包埋時(shí)間為30m i n,在此條件下包埋,微膠囊的包埋率為80.1%,方法簡(jiǎn)單可行。董華強(qiáng)等3在以明膠-阿拉伯膠壁材的復(fù)合凝聚法制備番茄紅素微膠囊的過程中采用25K H z聲頻,150W聲強(qiáng),間歇式發(fā)聲20次/m i n的超聲波進(jìn)行處理,明顯提高了番茄紅素微膠囊化的包埋率

4、,減小了微膠囊顆粒的平均粒徑,提高了微膠囊顆粒大小分布的均一性。劉紅霞等提出了一種新穎、靈活的制備微膠囊方法乳滴模板法。膠體粒子在乳滴表面自組裝形成有序的球面膠體殼,交聯(lián)固定乳滴表面的膠體粒子制備新型的“膠體體(colloidosome”微膠囊,即以膠體粒子為殼的微膠囊。乳滴模板法制備微膠囊過程簡(jiǎn)單靈活,只要選擇合適的水油兩相和膠體粒子進(jìn)行乳化就能得到膠體體微膠囊,并且通過所選膠體粒子的種類和數(shù)量以及粒徑大小就可以調(diào)控膠囊的尺寸、滲透性、機(jī)械強(qiáng)度等。乳滴模板法制備微膠囊的優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單,膠囊的尺寸、滲透性、機(jī)械強(qiáng)度容易調(diào)控。這種新型的微膠囊在功能食品、藥物載體、生物醫(yī)藥,尤其是細(xì)胞移植等領(lǐng)域具

5、有潛在的應(yīng)用前景4。3 食品微膠囊的壁材*基金項(xiàng)目:教育部重點(diǎn)研究項(xiàng)目(102023,國家林業(yè)研究專項(xiàng)(200704025。作者簡(jiǎn)介:丁潔(1985 ,女,黑龍江人,在讀碩士研究生,主要從事食品加工研究。通訊作者:李博生2010年第03期No.03,2010中國食物與營(yíng)養(yǎng)Food and Nutrition in China選擇適當(dāng)?shù)谋诓氖俏⒛z囊化工藝成功的關(guān)鍵,壁材在很大程度上決定著產(chǎn)品的理化性質(zhì)。理想的壁材必須具備如下特性:(1能與芯材相配伍且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng);(2具有一定的強(qiáng)度和力學(xué)性能;(3具備適當(dāng)?shù)娜芙庑?、流?dòng)性、乳化性、滲透性和穩(wěn)定性等。由于食品行業(yè)的特殊性,所用的壁材必須無毒無害,

6、符合國家食品添加劑衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。目前常用的壁材主要有植物膠類(如阿拉伯膠、黃原膠、卡拉膠等、淀粉及其衍生物類(如羧甲基淀粉、低聚糖、糊精類(如麥芽糊精、環(huán)糊精等、糖類(如蔗糖、麥芽糖等、纖維素類(如甲基纖維素、羧甲基纖維素等、蛋白質(zhì)類(明膠、酪蛋白及其鹽類、大豆分離蛋白等和脂類(如硬脂酸甘油三酯、單甘酯、卵磷脂等。實(shí)際應(yīng)用中,很少只用一種包膜材料來實(shí)現(xiàn)微膠囊化,而是常用2種或2種以上的壁材復(fù)合物來達(dá)到要求的包埋效果5。目前關(guān)于壁材的開發(fā)和研究也很多。如J a r u n e e L o k s u w a n分別用變性木薯粉、天然木薯粉以及麥芽糊精包埋胡蘿卜素,結(jié)果表明,變性木薯粉效果更好6。St

7、ephan Drusch研究了甜菜膠在親酯性食品組分利用噴霧干燥法制備微膠囊中的應(yīng)用7。張久龍等8采用脫脂乳粉為壁材通過噴霧干燥法制備色拉油。周德紅等9利用蛋白酶和纖維素酶水解豆渣所得可溶性產(chǎn)物作為油脂微膠囊壁材,不僅廉價(jià),而且其中可溶性膳食纖維含量較高,對(duì)人體健康有益。4 微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用4.1 在食品添加劑中的應(yīng)用(1微膠囊化香精。香精在加工、貯存過程中受光、溫度、壓力等條件的影響,極易揮發(fā)或氧化劣變。食品工業(yè)中最早用微膠囊技術(shù)是制備固體香料和風(fēng)味劑,如檸檬油、薄荷油、雞肉香料、牛肉煙熏香料、蒜油、桔皮油、咖喱油、姜油等已有微膠囊產(chǎn)品。(2微膠囊化天然色素。一些天然色素在應(yīng)用中

8、存在溶解性和穩(wěn)定性差的問題,微膠囊化后不僅可以改變?nèi)芙庑阅?同時(shí)也提高了其穩(wěn)定性。番茄紅色素、-胡蘿卜素、葉黃素、玉米色素、姜黃色素、花青素等多種色素的微膠囊化均有相關(guān)研究。(3微膠囊化甜味劑。甜味劑在加工、儲(chǔ)存過程中極易受溫度和濕度等條件的影響。將甜味劑微膠囊化后可使其吸濕性大為降低,同時(shí)微膠囊的緩釋作用能使甜味持久。(4微膠囊化酸味劑。許多酸味劑直接添加到食品配料中會(huì)與果膠、蛋白質(zhì)、淀粉、色素等成分作用而影響食品品質(zhì)。采用微膠囊技術(shù),將酸味劑包埋起來,大大減少了酸味劑與外界的接觸,延長(zhǎng)食品的貯存期,并可通過控制釋放,以增進(jìn)風(fēng)味。(5微膠囊化營(yíng)養(yǎng)素。氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)素在加工或貯藏

9、過程中,易受外界環(huán)境因素的影響而喪失營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或使制品變色變味。例如,含鐵食品不僅鐵腥味重而且鐵鹽具有很強(qiáng)的催化氧化作用,使食品變色、變味、變質(zhì),難以保存,效價(jià)降低。若經(jīng)微膠囊化后,則可避免上述問題。此外,抗氧化劑、防腐劑、膨松劑等不穩(wěn)定的成分都可以采用微膠囊技術(shù)增加其穩(wěn)定性,拓展其應(yīng)用范圍1。4.2 在傳統(tǒng)液體產(chǎn)品固體粉末化中的應(yīng)用(1粉末油脂。油脂經(jīng)微膠囊化處理后,可將油脂制成粉末,克服了油脂本身的缺點(diǎn)。使其成為性質(zhì)穩(wěn)定、取用方便、水溶性好且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的優(yōu)質(zhì)原料。近年來,微膠囊包埋技術(shù)在高附加值油脂產(chǎn)品制備領(lǐng)域中的研究十分活躍,如核桃油、獼猴桃籽油、油茶籽油、亞麻油、蘇子油、松籽油等微膠囊化

10、已有報(bào)道,此外還有E P A及D H A、亞油酸、-3多不飽和脂肪酸等微膠囊化的報(bào)道。(2固體飲料。近年來固體飲料發(fā)展迅速,主要有兩個(gè)基本方向:一是利用水果和漿果的天然果汁制成,強(qiáng)調(diào)天然、營(yíng)養(yǎng);另一是配制含氣發(fā)泡粉,著眼于產(chǎn)氣、發(fā)泡的新奇感。利用微膠囊技術(shù)制備固體飲料,可使產(chǎn)品顆粒均勻一致,具有獨(dú)特濃郁的香味,在冷熱水中均能迅速溶解,色澤與新鮮果汁相似,不易揮發(fā),產(chǎn)品能長(zhǎng)期保存。4.3 在其它方面的應(yīng)用(1益生菌。采用微膠囊技術(shù)可以保護(hù)益生菌以抵抗不利的環(huán)境。乳酸菌和雙歧桿菌等益生菌經(jīng)過蛋白質(zhì)雙層微膠囊化包埋處理后,保證了在胃酸中不被溶解,而在腸液的中性環(huán)境下經(jīng)過23m i n后釋放出來,保證

11、了益生菌在腸道中的定植。(2酶制劑。采用某些高分子物質(zhì)為壁材,將多種酶或微生物以微膠囊形式包埋于半透性膜內(nèi),制成微膠囊化酶制劑。它能保持酶的活性,延長(zhǎng)作用時(shí)間,實(shí)現(xiàn)連續(xù)化酶促生產(chǎn)或發(fā)酵。(3生理活性物質(zhì)。保健食品中的膳食纖維、活性多糖、多不飽和脂肪酸、活性肽和活性蛋白等活性30中國食物與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),由于不穩(wěn)定,易與其它配料發(fā)生相互作用,用微膠囊化處理可提高它們?cè)诠δ苄允称分械目捎眯?0。5 展望微膠囊化技術(shù)是2l世紀(jì)重點(diǎn)研究開發(fā)的高新技術(shù)之一,具有很高的實(shí)用價(jià)值。但目前對(duì)于微膠囊技術(shù)本身而言,在理論上和應(yīng)用方面都還有一些問題需要深入研究。在理論方面,首先,微膠囊的表征目前還無法準(zhǔn)確表達(dá),也沒有一

12、種簡(jiǎn)便可行的方法或技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),這是深入研究微膠囊的基礎(chǔ)和關(guān)鍵之一。其次是微膠囊的囊芯緩釋機(jī)理模型、方式等基礎(chǔ)研究以及微膠囊形成過程中的傳質(zhì)和平衡等過程及機(jī)理研究。在應(yīng)用方面,解決制備成本過高和壁材及輔助料的安全性的問題。研發(fā)清潔環(huán)保、生產(chǎn)成本低廉、可以連續(xù)批量生產(chǎn)的微膠囊工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備。積極尋找原料易得、價(jià)廉、適用范圍廣、對(duì)人類和生態(tài)環(huán)境安全的壁材。隨著人們對(duì)微膠囊技術(shù)認(rèn)識(shí)的不斷加深,新材料、新設(shè)備的不斷出現(xiàn),科學(xué)研究的進(jìn)一步推進(jìn),微膠囊可以隔離、緩釋等優(yōu)點(diǎn)將會(huì)更加得到人們的重視,微膠囊技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。參考文獻(xiàn)1吳克剛,柴向華. 食品微膠囊技術(shù). 北京:中國輕工業(yè)出版

13、社,2006:4-7,194-242.2樊振江,縱偉. 超聲法制備花椒精油微膠囊的研究. 現(xiàn)代食品科技,2008,24(5:469-471.3董華強(qiáng),古元標(biāo),張區(qū)強(qiáng),等. 超聲波處理促進(jìn)番茄紅素微膠囊制備. 中國食品學(xué)報(bào),2003增刊:148-152.4劉紅霞,王朝陽,高權(quán)星,等. 微膠囊制備新方法乳滴模板法. 化學(xué)進(jìn)展, 2008,20(7:1044-1049.5孫蘭萍,許暉,張斌,等. 食品成分微膠囊制備技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)展望. 農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊,2008,5:12-17.6Jarunee Loksuwan. Characteristics of microencapsulated-carote

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