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、溶解性和流動性。(2保護敏感成分,極大地提高了對環(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%,方法簡單可行。董華強等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,間歇式發(fā)聲20次/m i n的超聲波進行處理,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單靈活,只要選擇合適的水油兩相和膠體粒子進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、機械強度等。乳滴模板法制備微膠囊的優(yōu)點是方法簡單,膠囊的尺寸、滲透性、機械強度容易調(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*基金項目:教育部重點研究項目(102023,國家林業(yè)研究專項(200704025。作者簡介: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具有一定的強度和力學(xué)性能;(3具備適當(dāng)?shù)娜芙庑?、流動性、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。實際應(yīng)用中,很少只用一種包膜材料來實現(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,而且其中可溶性膳食纖維含量較高,對人體健康有益。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,延長食品的貯存期,并可通過控制釋放,以增進風(fēng)味。(5微膠囊化營養(yǎng)素。氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等營養(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養(yǎng)價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的催化氧化作用,使食品變色、變味、變質(zhì),難以保存,效價降低。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。使其成為性質(zhì)穩(wěn)定、取用方便、水溶性好且營養(yǎng)價值高的優(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道。(2固體飲料。近年來固體飲料發(fā)展迅速,主要有兩個基本方向:一是利用水果和漿果的天然果汁制成,強調(diào)天然、營養(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,延長作用時間,實現(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在功能性食品中的可用性10。5 展望微膠囊化技術(shù)是2l世紀(jì)重點研究開發(fā)的高新技術(shù)之一,具有很高的實用價值。但目前對于微膠囊技術(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、價廉、適用范圍廣、對人類和生態(tài)環(huán)境安全的壁材。隨著人們對微膠囊技術(shù)認(rèn)識的不斷加深,新材料、新設(shè)備的不斷出現(xiàn),科學(xué)研究的進一步推進,微膠囊可以隔離、緩釋等優(yōu)點將會更加得到人們的重視,微膠囊技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用將會越來越廣泛。參考文獻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,古元標(biāo),張區(qū)強,等. 超聲波處理促進番茄紅素微膠囊制備. 中國食品學(xué)報,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)展趨勢展望. 農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊,2008,5:12-17.6Jarunee Loksuwan. Characteristics of microencapsulated-carote

14、ne formed by spray drying with modified tapioca starch,native tapioca starch and maltodextrin.Food Hydrocolloids,2007,21:928-935.7Stephan Drusch. Sugar beet pectin:A novel emulsifyingwall component formicroencapsulation of lipophilic food ingredients by spray-drying.Food Hydrocolloids,2007,21:1223-1

15、228.8張九龍,張明江,孟祥展. 脫脂乳粉為壁材通過噴霧干燥法制備微膠囊的技術(shù)研究. 食品工業(yè)科技,2008,4:210-214.9周德紅,鄭為完,祝團結(jié),等. 酶法水解豆渣制備水溶性膳食纖維及其作為微膠囊壁材的研究. 食品與發(fā)酵工業(yè), 2005,31(5:55-59.10張峻,奇崴,韓志慧. 食品微膠囊、超微粉碎加工技術(shù). 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2005:90-149.Microencapsulation and its Application in Food IndustryDing Jie,Li Bo-sheng(Department of Food Science and Engineering,College of Biological Sciences and Biotechnology,Beijing Forestry University, Beijing 100083Abstract:This article summarized the basic prin