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食品工业中微胶囊技术的应用研究
加入时间:2016年7月20日10:40
                            食品工业中微胶囊技术的应用研究
                    刘金文1,孔繁东1,刘兆芳1,李昊阳1,王继红2
    ( 1. 大连工业大学食品学院,大连116034; 2. 大连先先食品有限公司,大连116432)
    摘要:微胶囊技术是指利用成膜材料将有益的物质包覆其中,形成微胶囊产品,达到保护内部芯材的目的,其作为一门新兴技术,在食品工业中具有独特的优越性。因此,本文通过探讨微胶囊技术的概念和方法,发现界面聚合法,锐孔法,喷雾干燥法,喷雾冷却法,挤压法和空气悬浮法这六种方法在食品工业中的应用较为广泛; 通过查阅相关文献总结归纳发现其对油脂、香精香料、色素、益生菌、抗氧化剂、膨松剂、酶制剂、防腐剂、酸味剂和甜味剂等都具有良好的包埋效果,经处理后芯材物质得到一定的保护作用,且能够控制释放速度。微胶囊技术对食品工业的发展具有良好的促进作用,但也应进一步提高该技术的上升空间,研发出更多无毒安全的复合壁材,从而创造出更多微胶囊食品。
    关键词:微胶囊; 食品工业; 应用
    中图分类号: TS201. 1 文献标识码: A 文章编号: 1006 - 2513( 2014) 06 - 0148 - 04 
    微胶囊技术是指利用天然的或人工合成的高分子成膜材料将固体、液体甚至气体物质包覆其中,形成直径为几十至上千的微胶囊物质,使得内包物质只有在一定条件下才可有控制地释放出来的技术。其中,内部被包裹的物质称为芯材或囊芯,外部的包被材料称为壁材[1]。作为一门应用十分广泛的新兴技术,其在食品方面的应用,满足了市场的新需求,加快了食品工业的快速发展。
    1· 微胶囊技术概述
    1. 1 微胶囊技术芯材和壁材的选择
    在食品工业中,对于易受外界不良因素干扰,但需要维持相应成分特征和稳定性的物质都可作为芯材,如维生素、动植物油脂、香精香料、酶制剂、抗氧化剂、色素和微生物等。
    微胶囊壁材应符合国家食品添加剂标准,无毒,具有良好的成膜性,流动性和低吸湿性,且应不与芯材发生化学反应[2]。因此,壁材常可分为以下几类:

    1. 2 微胶囊技术方法
    微胶囊技术的方法较多,但在食品工业中的应用主要包括界面聚合法,锐孔法,喷雾干燥法,喷雾冷却法,挤压法和空气悬浮法[3]。
    1. 2. 1 界面聚合法
    通过适宜的乳化剂使芯材物质乳化后加入到壁材溶液中,加入反应物以引发聚合,在液滴表面形成聚合物膜,再使微胶囊从油相或水相中分离。该法制得的微胶囊致密性较好,反应条件温和,反应速率快。
    1. 2. 2 锐孔法
    先将芯材物质溶解于壁材溶液中,再通过一定的器皿使其固化成型后加入到固化液中,通过共沉淀法固化成型,真空干燥得到微胶囊产品。通常加入固化剂或采用热凝聚,也可利用带有不同电荷的聚合物络合实现固化。
    1. 2. 3 喷雾干燥法
    将芯材物质加入预先液化的壁材溶液中形成热分散体系在热气流中进行喷雾干燥,使壁材物质蒸发,囊膜固定化形成所需的物质。该法适用于热敏性物质,成本低,工艺简单,但是活性物质易失活,包埋率低,耗能大。
    1. 2. 4 喷雾冷却法
    将芯材与熔融油脂混合成熔融液,用雾化器形成微胶囊细颗粒后,以冷空气快速冷却让壁材固化成微胶囊。该法适用于热敏性物质,保护芯材活性。
    1. 2. 5 挤压法
    将芯材物质分散于熔化了的糖类物质中,再经挤压抽丝后放入脱水溶液,糖类物质凝固,芯材被包埋于其中,再经破碎、分离干燥即得微胶囊产品。这种工艺的壁材一般用蔗糖、麦芽糊精和变性淀粉,主要用于风味料、精油等微胶囊技术,但包埋率较低。
    1. 2. 6 空气悬浮法
    先将固体粒状的芯材物质分散悬浮在承载气流中,然后在包囊室内将壁材料喷洒在循环流动的芯材上,包裹材料悬浮在上升的空气流中,并依靠承载气流本身的湿度调节对产品实行干燥。该法只适用于包裹固体芯材物质,一般多用于香精、香料及脂溶性维生素等。
    2· 微胶囊技术在食品工业中的应用
    微胶囊技术由于具有独特的优越性,已广泛应用于各类食品中,使得传统工艺无法解决的问题得以顺利解决,推动了食品工业的快速发展。
    2. 1 油脂的微胶囊化
    油脂是人们日常生活和食品加工的重要物质,但其易氧化变质产生不良风味,且流动性差,包装和食用较为不便。因此,有必要用微胶囊技术处理,以保持其功能特性。宫言佩等[4]采用锐孔一凝固浴法对大蒜油进行了微胶囊化研究,结果发现,当海藻酸钠浓度为1. 4%,乳化剂浓度为0. 3%,氯化钙浓度为2%,芯壁比为3. 8 ∶ 1 时,大蒜油的包埋率达到了77. 21%。孙兰萍等[5]采用喷雾干燥法,以48%的麦芽糊精和25%的牛乳分离蛋白为壁材,2% 的大豆卵磷脂为乳化剂,控制进风/出风温度分别为180℃ 和80℃,得到包埋率为94. 7% 的微胶囊产品。李延辉等[6]采用喷雾干燥法,控制进风/出风温度分别为180℃和90℃,将液态的榛仁油制成固体粉末油脂,包埋率可达到87%。O’Brien 等[7]研究了氢化植物粉末油在起酥饼干中的应用,结果发现,均质压力低,游离脂肪含量高的油脂,制得的饼干特性良好,因此高脂肪含量的粉末油脂可代替脂肪油用于饼干加工。
    2. 2 香精、香料的微胶囊化
    香精、香料提取物都具有较强的挥发性,容易氧化而改变风味,因此,为了防止香味的挥发及与其他物质反应,可采用微胶囊化的方法将液体香料转变为固体粉末,提高稳定性和实用性。一般可选用明胶、阿拉伯胶、羧甲基纤维素、乙基纤维素、糊精等作为壁材,用锐孔法、挤压法、喷雾干燥法、喷雾冷却法等制备香精香料微胶囊产品。Savitha 等[8]用包结络合法,采用阿拉伯树胶和改性淀粉作为壁材,对增味剂进行了包埋,得到了稳定性和缓释性较好的香精微胶囊。
    2. 3 色素的微胶囊化
    王丽玲等[9]采用锐孔法,以6. 0% 海藻酸钠为壁材,3%CaC12为固化剂,按芯壁比1 ∶ 5,固化1h 后得到了红枣红色素,包埋率达75. 1%,产品圆形、均匀饱满、色泽橙红。黄敬德等[10]采用喷雾干燥法,以麦芽糊精∶ 环糊精= 1 ∶ 6,1. 0%阿拉伯树胶为壁材,制备了喀什小檗花青素微胶囊产品,发现该物质对光、温度、氧化剂、金属离子等的稳定性都有一定程度的提高。张寒冰等[11]用辛烯基琥珀酸淀粉酯钠和乳清分离蛋白做为壁材对南瓜黄色素进行包埋,确定最佳包埋条件为芯壁比1 ∶ 20、得包埋率为96. 24%的色素微胶囊产品。
    2. 4 益生菌的微胶囊化
    益生菌制品在胃酸作用下,活性会被降低,而微胶囊技术可保护益生菌对抗不利的环境,采用肠溶性壁材,防止胃液的破坏,从而使尽可能多的活菌体到达肠道,真正起到有益于健康的作用。阳晖等[12]以酸乳杆茵为心材,2%海藻酸钠为壁材,按芯壁比1 ∶ 6 的比例,乳化10min,通过复乳法制备的益生茵微胶囊,包封率在59. 20%左右,具有较好的耐酸性和肠溶性。寇秋莉等[13]采用喷雾干燥法,制备了副干酪乳杆菌HD1. 7 微胶囊制剂,发现微胶囊后可显著提高副干酪乳杆菌HD1. 7 的存活率,且耐热和耐酸性均有所增加。
    2. 5 抗氧化剂的微胶囊化   抗氧化剂类物质如维生素、黄酮、茶多酚、BHT 等在食品中的应用较为广泛,但这些物质较不稳定,易受外界环境的影响。因此,通过微胶囊化技术改变其特征性质是十分必要的。段翰英等[15]采用挤压法制备了微胶囊化VC,结果发现,经过微胶囊化后VC 的耐热性能明显提高,适合用于高温加热的食品中。Angelo 等[15]采用喷雾干燥法对天然VE 进行了微胶囊化研究,得到的产品具有良好的水溶性和流动性。潘明等[16]采用冷冻干燥法,以黄原胶和β - 环状糊精为壁材,按芯壁材比1 ∶ 10,控制冷凝器温度- 40℃,物料厚度8mm,搁板温度40℃,制备了鼠曲草黄酮微胶囊,包埋率达到90%以上,包埋效果好。孟宪刚等[17]采用喷雾干燥法,选用2. 5% 的海藻酸钠、0. 8%的壳聚糖以及4. 5% 的氯化钙为壁材,芯壁比为2 ∶ 1,进风温度180℃,出风温度100℃,制备了茶多酚微胶囊产品,包埋率为73. 8%。颗粒近似球形,分布均匀无黏连,性质稳定。陈梅香等[18]采用喷雾干燥法,以海藻酸钠,阿拉伯胶和麦芽糊精制备了高包埋率的微胶囊化BHT 产品,提高了BHT 的稳定性和实用性。
    2. 6 酸味剂和甜味剂的微胶囊化
    酸味剂物质可以促进食品氧化,影响食品原有pH,导致食品变质腐败,因此,可以通过微胶囊技术将酸味剂包埋起来,避免其与食品的直接接触,延长食品保质期。生产微胶囊化酸味剂通常使用物理方法,如采用氢化油脂,脂肪酸等材料将酸味剂包埋,冷却形成微胶囊。该技术已广泛应用于馅饼填充物、点心粉、固体饮料及肉类的加工中。
    微胶囊化的甜味剂可以降低吸湿性、提高流动性、延长甜味感。箭牌口香糖中的甜味剂就是用硬化油包覆的微胶囊,稳定性和贮藏时间都得以提高
    2. 7 膨松剂的微胶囊化
    采用微胶囊技术对臌松剂进行包埋处理,可使膨松剂在适当条件下才发生反应,避免烘烤前发生反应。林家莲等[19]采用复相乳化法,以淀粉和固体奶油对Ca( H2PO4) ·H2O 进行包埋,发现膨松剂的产气性能得以改善。C. Janovsky 等[20]研究发现用氢化植物油、单甘酯等包裹碳酸氢钠,可避免其在焙烤之前与其它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体积和松脆质构。
    2. 8 酶制剂的微胶囊化
    酶制剂在食品中应用极为广泛,但易受到外界环境的影响而被破坏,因此,可以采用某些高分子物质为壁材,将多种酶以微胶囊形式包埋于半透性膜内。制成微胶囊化酶制剂,保持酶的活性,延长作用时间,实现连续化酶促生产或发酵。李晓晖等[21] 利用锐孔法,以2. 0% 海藻酸钠,壳聚糖为壁材,2. 0% 氯化钙为固化剂,对微生物溶菌酶进行了包埋处理,提高了该酶的使用时间。刘汉灵等[22]以β - 环糊精作为壁材,制备木瓜蛋白酶微胶囊制剂,发现包埋后的微胶囊受环境影响较小,性能提高。K. Anjani 等[23]用脂质体包裹加速干酪风味的酶系,缩短了干酪成熟期,且阻止了干酪变质,微胶囊化酶除稳定性提高外,还具有控制释放性质。
    2. 9 防腐剂的微胶囊化
    防腐剂类物质直接加入到食品中会影响产品质量,因此可以将这类物质微胶囊化后再加入到食品中。采用硬化油脂为壁材包埋山梨酸,既可避免山梨酸与肉制品直接接触,又可以通过壁材的缓释作用,缓慢释放出山梨酸起到防腐杀菌的作用。祝团结等[24]以喷雾冷却法制备了微胶囊脱氢乙酸钠,并应用于面包制品中,结果发现相对于单体脱氢乙酸钠,微胶囊产品可缩短面包醒发时间20 ~30min,面包的防霉保质时间延长3 ~5 倍。
    3 ·微胶囊技术的展望
    微胶囊技术具有独特的优越性,对食品工业的发展具有极大的促进作用,但是目前应更加注重开发安全无毒的壁材,探讨控制芯材释放机理,创新多层复合微胶囊技术的研究,从而制造出新颖安全的微胶囊食品,进而为整个食品行业的发展壮大提供理论保障。
    参考文献:略
文章来自:中国食品添加剂应用网
文章作者:webmaster
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