微胶囊技术及其在食品工业中的应用

1、微胶囊技术及其在食品工业中的应用*丁 洁,李博生(北京林业大学生物科学与技术学院食品系,北京 100083摘 要:本文简要介绍了食品工业中食品微胶囊化的壁材、方法及作用,并阐述了微胶囊技术在食品工业中的应用及前景。关键词:微胶囊;食品加工;应用微胶囊技术是一种利用天然的或合成的高分子材料,将分散的固体、液体甚至是气体物质包裹起来,形成具有半透性或密封囊膜的微型胶囊的技术。该技术研究始于20世纪30年代,经过几十年的发展,已得到了广泛的应用,从最初的药物包覆和无碳复写纸扩展到食品、轻工、医药、石化、农牧业及生物技术等各个领域。1 食品微胶囊化的作用微胶囊技术应用于食品工业可以起到以下作用:(1改

2、变物料的状态、质量和体积, 提高其贮藏稳定性、溶解性和流动性。(2保护敏感成分,极大地提高了对环境因素如光、热、氧、湿度的抵抗力。(3隔离相互易反应的组分, 使之可共存于同一物质中。(4控制芯材释放的时间和速度。(5降低或掩盖不良味道、色泽。(6降低挥发性延长风味物质的滞留期。(7延缓食品的腐败变质。(8降低食品添加剂的毒理作用等1。2 食品微胶囊化的方法根据微胶囊性质,囊壁形成机制和成囊条件,微胶囊化方法大致可分为物理法、化学法和物理化学法等三大类,20余种。真正可用于食品工业的微胶囊方法一般需符合以下条件:(1能连续化,批量规模化生产;(2生产成本低廉,能被食品生产企业所接受;(3有相应成

3、套设备可引用,设备简单;(4生产中不产生大量污染物。目前在食品工业中应用较成熟的方法有喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法、分子包埋法、凝聚法、物理吸附法、挤压法等。近年来人们不断研究尝试新的微胶囊制备方法,其中超声波法的研究应用比较多。樊振江等2以环糊精为壁材,用超声波法制备花椒精油微胶囊:超声功率为200w、包埋温度为35、包埋时间为30m i n,在此条件下包埋,微胶囊的包埋率为80.1%,方法简单可行。董华强等3在以明胶-阿拉伯胶壁材的复合凝聚法制备番茄红素微胶囊的过程中采用25K H z声频,150W声强,间歇式发声20次/m i n的超声波进行处理,明显提高了番茄红素微胶囊化的包埋率

4、,减小了微胶囊颗粒的平均粒径,提高了微胶囊颗粒大小分布的均一性。刘红霞等提出了一种新颖、灵活的制备微胶囊方法乳滴模板法。胶体粒子在乳滴表面自组装形成有序的球面胶体壳,交联固定乳滴表面的胶体粒子制备新型的“胶体体(colloidosome”微胶囊,即以胶体粒子为壳的微胶囊。乳滴模板法制备微胶囊过程简单灵活,只要选择合适的水油两相和胶体粒子进行乳化就能得到胶体体微胶囊,并且通过所选胶体粒子的种类和数量以及粒径大小就可以调控胶囊的尺寸、渗透性、机械强度等。乳滴模板法制备微胶囊的优点是方法简单,胶囊的尺寸、渗透性、机械强度容易调控。这种新型的微胶囊在功能食品、药物载体、生物医药,尤其是细胞移植等领域具

5、有潜在的应用前景4。3 食品微胶囊的壁材*基金项目:教育部重点研究项目(102023,国家林业研究专项(200704025。作者简介:丁洁(1985 ,女,黑龙江人,在读硕士研究生,主要从事食品加工研究。通讯作者:李博生2010年第03期No.03,2010中国食物与营养Food and Nutrition in China选择适当的壁材是微胶囊化工艺成功的关键,壁材在很大程度上决定着产品的理化性质。理想的壁材必须具备如下特性:(1能与芯材相配伍且不发生化学反应;(2具有一定的强度和力学性能;(3具备适当的溶解性、流动性、乳化性、渗透性和稳定性等。由于食品行业的特殊性,所用的壁材必须无毒无害,

6、符合国家食品添加剂卫生标准。目前常用的壁材主要有植物胶类(如阿拉伯胶、黄原胶、卡拉胶等、淀粉及其衍生物类(如羧甲基淀粉、低聚糖、糊精类(如麦芽糊精、环糊精等、糖类(如蔗糖、麦芽糖等、纤维素类(如甲基纤维素、羧甲基纤维素等、蛋白质类(明胶、酪蛋白及其盐类、大豆分离蛋白等和脂类(如硬脂酸甘油三酯、单甘酯、卵磷脂等。实际应用中,很少只用一种包膜材料来实现微胶囊化,而是常用2种或2种以上的壁材复合物来达到要求的包埋效果5。目前关于壁材的开发和研究也很多。如J a r u n e e L o k s u w a n分别用变性木薯粉、天然木薯粉以及麦芽糊精包埋胡萝卜素,结果表明,变性木薯粉效果更好6。St

7、ephan Drusch研究了甜菜胶在亲酯性食品组分利用喷雾干燥法制备微胶囊中的应用7。张久龙等8采用脱脂乳粉为壁材通过喷雾干燥法制备色拉油。周德红等9利用蛋白酶和纤维素酶水解豆渣所得可溶性产物作为油脂微胶囊壁材,不仅廉价,而且其中可溶性膳食纤维含量较高,对人体健康有益。4 微胶囊技术在食品工业中的应用4.1 在食品添加剂中的应用(1微胶囊化香精。香精在加工、贮存过程中受光、温度、压力等条件的影响,极易挥发或氧化劣变。食品工业中最早用微胶囊技术是制备固体香料和风味剂,如柠檬油、薄荷油、鸡肉香料、牛肉烟熏香料、蒜油、桔皮油、咖喱油、姜油等已有微胶囊产品。(2微胶囊化天然色素。一些天然色素在应用中

8、存在溶解性和稳定性差的问题,微胶囊化后不仅可以改变溶解性能,同时也提高了其稳定性。番茄红色素、-胡萝卜素、叶黄素、玉米色素、姜黄色素、花青素等多种色素的微胶囊化均有相关研究。(3微胶囊化甜味剂。甜味剂在加工、储存过程中极易受温度和湿度等条件的影响。将甜味剂微胶囊化后可使其吸湿性大为降低,同时微胶囊的缓释作用能使甜味持久。(4微胶囊化酸味剂。许多酸味剂直接添加到食品配料中会与果胶、蛋白质、淀粉、色素等成分作用而影响食品品质。采用微胶囊技术,将酸味剂包埋起来,大大减少了酸味剂与外界的接触,延长食品的贮存期,并可通过控制释放,以增进风味。(5微胶囊化营养素。氨基酸、维生素和矿物质等营养素在加工或贮藏

9、过程中,易受外界环境因素的影响而丧失营养价值或使制品变色变味。例如,含铁食品不仅铁腥味重而且铁盐具有很强的催化氧化作用,使食品变色、变味、变质,难以保存,效价降低。若经微胶囊化后,则可避免上述问题。此外,抗氧化剂、防腐剂、膨松剂等不稳定的成分都可以采用微胶囊技术增加其稳定性,拓展其应用范围1。4.2 在传统液体产品固体粉末化中的应用(1粉末油脂。油脂经微胶囊化处理后,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、水溶性好且营养价值高的优质原料。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、亚麻油、苏子油、松籽油等微胶囊化

10、已有报道,此外还有E P A及D H A、亚油酸、-3多不饱和脂肪酸等微胶囊化的报道。(2固体饮料。近年来固体饮料发展迅速,主要有两个基本方向:一是利用水果和浆果的天然果汁制成,强调天然、营养;另一是配制含气发泡粉,着眼于产气、发泡的新奇感。利用微胶囊技术制备固体饮料,可使产品颗粒均匀一致,具有独特浓郁的香味,在冷热水中均能迅速溶解,色泽与新鲜果汁相似,不易挥发,产品能长期保存。4.3 在其它方面的应用(1益生菌。采用微胶囊技术可以保护益生菌以抵抗不利的环境。乳酸菌和双歧杆菌等益生菌经过蛋白质双层微胶囊化包埋处理后,保证了在胃酸中不被溶解,而在肠液的中性环境下经过23m i n后释放出来,保证

11、了益生菌在肠道中的定植。(2酶制剂。采用某些高分子物质为壁材,将多种酶或微生物以微胶囊形式包埋于半透性膜内,制成微胶囊化酶制剂。它能保持酶的活性,延长作用时间,实现连续化酶促生产或发酵。(3生理活性物质。保健食品中的膳食纤维、活性多糖、多不饱和脂肪酸、活性肽和活性蛋白等活性30中国食物与营养物质,由于不稳定,易与其它配料发生相互作用,用微胶囊化处理可提高它们在功能性食品中的可用性10。5 展望微胶囊化技术是2l世纪重点研究开发的高新技术之一,具有很高的实用价值。但目前对于微胶囊技术本身而言,在理论上和应用方面都还有一些问题需要深入研究。在理论方面,首先,微胶囊的表征目前还无法准确表达,也没有一

12、种简便可行的方法或技术标准,这是深入研究微胶囊的基础和关键之一。其次是微胶囊的囊芯缓释机理模型、方式等基础研究以及微胶囊形成过程中的传质和平衡等过程及机理研究。在应用方面,解决制备成本过高和壁材及辅助料的安全性的问题。研发清洁环保、生产成本低廉、可以连续批量生产的微胶囊工业化生产技术及设备。积极寻找原料易得、价廉、适用范围广、对人类和生态环境安全的壁材。随着人们对微胶囊技术认识的不断加深,新材料、新设备的不断出现,科学研究的进一步推进,微胶囊可以隔离、缓释等优点将会更加得到人们的重视,微胶囊技术在食品加工中的应用将会越来越广泛。参考文献1吴克刚,柴向华. 食品微胶囊技术. 北京:中国轻工业出版

13、社,2006:4-7,194-242.2樊振江,纵伟. 超声法制备花椒精油微胶囊的研究. 现代食品科技,2008,24(5:469-471.3董华强,古元标,张区强,等. 超声波处理促进番茄红素微胶囊制备. 中国食品学报,2003增刊:148-152.4刘红霞,王朝阳,高权星,等. 微胶囊制备新方法乳滴模板法. 化学进展, 2008,20(7:1044-1049.5孙兰萍,许晖,张斌,等. 食品成分微胶囊制备技术及发展趋势展望. 农产品加工学刊,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张九龙,张明江,孟祥展. 脱脂乳粉为壁材通过喷雾干燥法制备微胶囊的技术研究. 食品工业科技,2008,4:210-214.9周德红,郑为完,祝团结,等. 酶法水解豆渣制备水溶性膳食纤维及其作为微胶囊壁材的研究. 食品与发酵工业, 2005,31(5:55-59.10张峻,奇崴,韩志慧. 食品微胶囊、超微粉碎加工技术. 北京:化学工业出版社,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