微胶囊化粉末油脂制品的技术研究

1、EREALS AND OILS PROCESSING技术 ·油脂工程 >>>微胶囊化粉末油脂制品的技术研究王宝琴 1徐泽平 2(1. 滨州学院生命科学系 2. 山东仁和生物有限公司 【 摘要 】 利用微胶囊化技术 , 将植物或微生物油脂制成的粉末油脂具有油脂不易氧化 、 性质稳定 、 易运输和储存 、 应用广泛等优点 , 在食品 、 医药 、 化妆品等领域倍受青睐 。 本文就微胶囊化技术 , 微胶囊粉末油脂的特点 , 制备的材料 、 制备方法和工艺 , 微胶囊粉末油脂质量指标和应用领域等方面做一综述 。【 关键词 】 微胶囊 ; 粉末油脂 ; 制备工艺 ; 质量标准

2、中图分类号 :TS 225.1文献标识码 :A 文章编号 :1673-7199(2010 07-0008-04微 胶 囊 (microencapsulation是 将 需 要 包 被 的 物 质 包裹在微小封闭胶囊内 , 直径一般为 5500m 。 微胶 囊可简单地看作由芯材和壁材组成 , 能够储存微细状 态 的 物 质 , 具 有 改 善 和 提 高 物 质 表 观 及 其 性 质 能 力 。 微胶囊化技术就是将固体 、 液体或气体物质 包裹在微 小的半透明或封闭胶囊内过程 。 自 20世纪 70年代中 期 , 微胶囊技术得到了迅猛发展 , 并迅速应用到医药 、 化工 、 生物 、 食品和饲

3、料等众多领域 。1粉末油脂的特点由于油脂自身的特性 , 如不溶于水 , 难与其他食 品 原 料 均 匀 混 合 或 含 有 不 饱 和 脂 肪 酸 , 易 受 到 空 气 、 日光 、 水分等因素影响而发生氧化反应 , 产生一些醛 、 酮类异味物质 , 降低了油脂的品质 ; 一 些油脂如大蒜 油 、 鱼油等本身具有异味 , 不适 宜直接食用 , 从而制 约了其在食品工业中的应用 。 若将其包裹 , 实现微胶 囊化 , 克服其特性局限 , 从而可发挥保健性油脂的最 大功效 。微胶囊化的粉末油脂与原油脂比较 , 其特性 和加 工性能得到大幅度改善 。 粉末油脂受温度影响程度小 , 具有很好的流动性

4、与贮存稳定性 , 容易同其他粉状原 料 混 合 , 为 工 业 加 工 提 供 了 方 便 , 利 于 运 输 、 储 存 ; 粉末油脂对水的溶解性和乳化分散能力都很强 , 改善 了油脂的分散性 ; 油脂被壁材包埋后 , 避免了与外界参 考 文 献1陈 艳 君 . 后 期 我 国 油 菜 籽 、 菜 籽 油 市 场 浅 析 J . 粮 食 与 油 脂 , 2009(6:3435.2ZHANG S B , WANG Z , XU S Y. Optimization of aqueous en-zymatic extraction of rapeseed oil and protein hydro

5、ly-sates J . J Am Oil Chem Soc , 2007, 84(1:97105.3胡 小 泓 , 狄 强 , 张 新 才 , 等 . 菜 籽 酶 法 直 接 浸 出 工 艺 的 研 究 J . 中国油脂 , 2004, 29(8:1315. 4郑 竞 成 . 对 优 质 油 菜 籽 制 油 工 艺 技 术 的 探 讨 J . 中 国 油 脂 , 2001, 26(5:3839.基金项目 :贵州省基金项目 (黔科合 J 字 20092019号 , 贵州大 学 SRT 计划项目 , 贵州大学研究生创新基金项目收稿日期 :2010-03-18作者简介 :周鸿翔 (1975, 男

6、, 贵州贵阳人 , 副教授 , 主要研究 方向为食品加工工艺 。通讯地址 :(550003 贵州省贵阳市8<<<油脂工程 ·技术 EREALS AND OILS PROCESSING环境接触 , 提高了抗氧化性能 , 不易劣变 , 可延 长货 架期 ; 粉末油脂可以改善食品的组织状态 , 风味特性 , 可 应 用 于 一 贯 不 能 使 用 油 脂 或 难 以 使 用 油 脂 的 食 品 。 因此 , 微胶囊化后的粉末油脂不仅克服了传统油脂的 多 种 弊 病 , 更 具 有 入 水 即 溶 、 稳 定 性 高 、 便 于 运 输 、 生产 、 保存等优点 , 极大地

7、拓宽了油脂的使用范围 。2粉末油脂的应用领域粉末油脂的应用主要集中在咖啡伴侣 、 奶茶 、 中 西糕点 、 水产禽肉制品 、 油炸食品 、 面制品 、 汤制 品 中 , 雪糕 、 冰淇淋工业 , 糖果 、 巧克力和饮料工 业等 众多领域中 。 目前 , 粉末油脂在食品工业中的应用主 要是替代工业奶粉 , 可用植物油 、 植物蛋白替代部分 价格昂贵的乳脂肪 、 乳蛋白 , 降低了成本 。3制备方法粉末油脂的制备方法有喷雾式 (喷雾干燥法 、 喷 雾冷却法 、 粉碎式 (冷却固化粉碎法 、 冷冻干燥法 、 涂层式 (微胶粒法 、 分散混合法 等 , 而工业化 大规 模生产主要采用喷雾干燥法和喷雾冷

8、却法 。喷雾干燥法 , 将蛋白质和碳水化合物等包覆体 溶 于水中作为水相与细微油脂粒子成为 O/W型均质乳化 液 , 经 高 压 喷 嘴 和 喷 雾 器 喷 雾 , 再 加 热 、 干 燥 而 成 。 由喷雾干燥法制得的粉末油脂 , 油脂微粒被包裹于蛋 白质和碳水化台物的外相内 , 粒子呈单粒或集合体状 。 此法是目前世界上制造粉末油脂较成熟的方法之一 。4油脂微胶囊化的材料制备油脂微胶囊的材料主要包括芯材和壁材 , 辅 之以填充剂 、 乳化剂 , 有些还使用固化剂 。4.1芯材芯材就是要包被的油脂 。 芯材的选择主要通过 市 场需求而定 , 所有微胶囊化的过程和目的都围绕着选 定的芯材进行

9、。 食品工业中油脂应用要解决的问题是 如何替代脱脂奶粉和不饱和脂肪酸的保存问题 , 即难 于应用油脂的食品中如何应用油脂 。具有保健功能和多种生理功能的多不饱和脂肪酸 、 维生素等是微胶囊化生产研究领域的热门材料 。 如玉 米胚芽油 、 亚麻油 、 红松仁油等 , 还有最新发展起来 的微生物不饱和脂肪酸 , 即微生物油脂 。 通过微胶囊 化保存其生物活性 , 最大限度地发挥功效 , 同时赋予 其良好的流动性和分散性 , 易于应用于固体或粉末原 料中 。4.2壁材选择合适的壁材是微胶囊化油脂中尤为重 要的技 术要点 。 其水溶性 、 黏度 、 乳化性 、 成膜性 、 分子量 大小和酸度 、 与盐

10、的相容性 、 形成囊壁的致密性等理 化特征均会对乳化稳定性产生重要的影响 。 壁材要求 可与芯材相配伍又不能发生化学反应 、 无毒 , 满足食 品卫生要求 , 同时还需要具有适当的渗透性 、 吸湿性 、 溶解性和稳定性 。微胶囊壁材的原料主要包括碳水化合物和 蛋白质 两大类 。 碳水化合物类壁材有海藻酸钠 、 琼脂 、 阿拉 伯 胶 等 植 物 胶 , 通 用 淀 粉 和 羧 甲 基 淀 粉 等 变 性 淀 粉 , 糊精 、 蔗糖 、 麦芽糖等糖类 ; 甲基纤维素 、 羧甲基纤 维素等纤维素胶和胶体型微晶纤维素 。 蛋白质类壁材 包 括 明 胶 、 酪 蛋 白 及 其 钠 盐 、 乳 清 蛋

11、白 、 脱 脂 奶 粉 、 大 豆 分 离 蛋 白 、 花 生 分 离 蛋 白 等 植 物 油 料 分 离 蛋 白 。 其他可用于壁材的原料还有壳聚糖 、 多孔淀粉 、 面筋 蛋白 、 麦醇溶蛋白 、 代可可脂 、 水溶性膳食纤维等 。 以蛋白质类为壁材制备微胶囊也是一类比 较成熟 的应用技术 , 其中以麦芽糊精作为蛋白质壁材的填充 物 。 此方法中麦芽糊精的作用是使所形成的膜既有一 定的强度又能提高微胶囊化效率 。 各种壁材中值得一 提的是采用多孔淀粉制备粉末油脂 , 只需在常温下 将 多孔淀粉与油脂混合 , 将液体油脂被吸附并包埋在淀 粉颗粒中 , 能吸附自身质量 70%80%的油脂而成固

12、体 粉末状 。 由于工艺简单 , 制备方便 , 成本低廉 , 含油 量高 , 无需进行乳化 、 均质 、 干燥等复杂加工 , 不会 因高温加工对油脂成分及风味产生不利的影响 , 较适 合于面点烘焙食品 。在实际应用中 , 常常采用二种或二种以上的 壁材 复合物来达到很好地包埋油脂的目的 。4.3乳化剂和稳定剂乳化剂的选择是微胶囊化过程中另一至关 重要的 因素 。 食用油脂常用的乳化剂材料包括卵磷脂 、 蔗糖 酯 、 单分子蒸馏甘油酯 (单甘酯 、 硬酯酰乳酸钠 、 吐 温 -60。 乳 化 剂 的 亲 水 /亲 油 性 能 称 亲 水 亲 油 平 衡 值 (Hydrophile-Lipophi

13、leBalance , HLB 。 通常一种乳化剂 只对应一个 HLB 值 , 无法满足任意油脂产品的 HLB 值 的需要 , 可通过两种或以上的不同乳化剂进行复配 来 解决 。9EREALS AND OILS PROCESSING技术 ·油脂工程 >>>微胶囊化油脂为 O/W型乳化液 , 需要较高的 HLB 值 , 采用蔗糖酯和单甘酯分别作为亲水乳化剂和亲油 乳化剂对 O/W型乳化液的稳定具有较好效果 。 对玉米 胚芽 油 微 胶 囊 化 , 蔗 糖 酯 -单 甘 酯 复 合 乳 化 油 的 HLB 值在 5.56.5范围内即可达到较好的乳化稳定性 , HLB 值

14、达到 8时 , 效果最佳 。 对大豆乳化油进行微胶囊化 , 当单甘酯与蔗糖酯的比为 2 8(1 4, 即 HLB 值为 12.8时 , 乳化稳定性最好 , 此时乳化液的黏度为 64MPa ·s , 说明在黏度较低的情况下 , 就可以得到稳定性良好的 乳化液 。在使用大豆水解蛋白进行大豆油脂微胶囊 化油脂 制备中 , 使用单甘酯 -吐温 -60复合乳化剂 , 二者比例 为 4 1, HLB 值为 14.9, 取得了良好的乳化稳定性 。 其 中吐温 -60的用量必须超过乳化液总质量的 0.4%, 否 则 会 导 致 较 高 温 度 下 微 胶 囊 熔 化 而 油 脂 泄 露 。 此 外

15、, 添加 0.09%的琼脂可进一步增强乳化液的稳定性 。 4.4固化剂复合凝聚法是油脂微胶囊化的另一重要方 法 , 以 该方法制备微胶囊无需使用乳化剂 , 而是利用两种壁 材在溶液中带有不同电荷的粒子混合后相互吸引发生 电性中和 , 从水溶液中凝聚析出 , 形成对油脂的包埋 作用 。明胶粒子溶解后带正电荷 , 阿拉伯胶粒子带 负电 荷 。 在对亚麻油进行微胶囊化处理过程中 , 两者比例 为 1 11.3 1和 pH 值 4.3(明胶等电点 时 , 包埋率最 高 。 其乳化过程为明胶溶液与亚麻油混合直接通过胶 体磨乳化而非乳化剂乳化 , 充分分散后 , 再加入阿拉 伯胶溶液 , 用稀 NaOH

16、溶液调 pH 值为 7, 继续乳化均 质 , 再调 pH 值到等电点 4.3, 进行凝聚析出 。 在蛋白 质 作 壁 材 时 , 适 当 添 加 含 有 酚 基 、 羟 基 的 没 食 子 酸 , 对蛋白质有交联固化作用 , 并可提高包埋率 。 对亚麻 油的微胶囊化而言 , 固形物总量 0.7%的没食子酸即可 达到固化和提高包埋率的效果 。5微胶囊化工艺在微胶囊化工艺中 , 关键的技术步骤包括溶解 分 散 、 乳化均质和干燥 。 溶解和分散中重点考察的指标 为乳化稳定性 , 或称乳化系数 。 选定芯材 , 确定了微 胶囊化的目标后 , 首先需要确定壁材的种类和比例 。 5.1溶解和分散液体油脂

17、乳化是为了形成 O/W型乳化液 , 影响溶 解和分散的因素主要有水溶性 、 黏度 、 成膜性 、 形成 囊壁的致密性等理化性质 。 首先要求壁材能充分溶解 于水中形成连续水相 , 并以网状结构的形式存在 , 随 干燥过程的进行使网状结构固化 , 同时利用小分子填 充物使网状结构致密 ; 另一方面 , 在亲水性乳化剂的 作用下能与经疏水性乳化剂作用的油脂形成均匀乳化 液 , 使 O/W型结构粒子得到充分分散 。5.2乳化及乳化剂用量分散过程和乳化过程密不可分 。 乳化程度的 好坏 决定于乳化剂种类的选择 、 乳化剂 HLB 值 、 乳化剂用 量 、 乳化时间等因素 。 各种油脂的性质不同 , 所

18、适应 的 HLB 值不同 , 乳化所需要的乳化剂性质也不同 , 故 针 对 具 体 油 脂 都 需 要 特 定 的 乳 化 剂 组 合 达 到 特 定 的 HLB 值 。 根据目前油脂微胶囊化实现的工艺 , 乳化剂 通常都选择一种亲水性乳化剂和一种疏水性乳化剂进 行复配 , 调整二者的比例得到不同的 HLB 值 。 油脂适 宜 HLB 值的选择通过单因子试验 、 正交试验确定 。 乳化剂用量在 0.5%4%范围内 , 乳化剂含量越多 , 乳化效果越好 。 采用乳化剂时 , 可将乳化液中总固 形 物的含量提高 10%, 从而提高微胶囊的产率 。 随乳化 剂含量的提高 , 乳化液的黏度也随之提高

19、, 但乳化稳 定性并无较大提高 , 而且影响喷雾干燥效果 。 制备乳 化液时 , 壁材本身具有一定的乳化稳定效果 。 实践证 明 , 各种油脂微胶囊化时较合适的乳化剂添加量均为 2%。5.3乳化时间乳化时间取决于特定油脂适宜的 HLB 值 。 通常复 配后亲水性的乳化剂 , 其 HLB 值较高 , 所需乳化时间 相对较短 , 而亲油性的乳化剂其 HLB 值较低 , 乳化时 间相对较长 。 使用单甘酯和蔗糖酯复配的乳化剂条件 下 , 大豆油微胶囊化适宜的乳化剂 HLB 值为 12.8, 所 需乳化时间为 35min , 而玉米胚芽油的微胶囊化适宜 乳化剂的 HLB 值为 5.58, 其乳化需 2

20、0min 才能 达到 工艺要求 。5.4均质次数均质是实现乳化的关键过程 , 均质不足 , 乳化 难 以充分和均匀 , 乳化稳定性较低 , 产品的效率和产率 也较低 。 随着均质次数增加 , 微胶囊化效率和产率均 提 高 。 实 际 上 , 均 质 次 数 和 乳 化 时 间 是 相 辅 相 成 的 。 各种油脂采用 1525MPa或 3040MPa的压力下均质 2次 , 即可达到乳化充分均匀和乳化液的稳定性较高的10<<<油脂工程 ·技术 EREALS AND OILS PROCESSING目的 。5.5加水量在大豆色拉油的微胶囊化中 , 乳化液的总固 形物 质量

21、分数为 25%时 , 微胶囊化效果最好 , 总固形物质 量分数太低 , 乳状液的稳定性差 , 而固形物质量分数 稍 高 一 些 可 以 阻 止 油 滴 上 浮 , 保 持 乳 状 液 的 稳 定 性 , 提高微胶囊化的效率 。对红松仁油的微胶囊化中 , 乳化液的总固形 物质 量分数为 37.5%, 而玉米胚芽油的微胶囊化中 , 1015倍于基料的加水量乳化液的黏度较适合于均质和喷雾 干燥的负荷 。 可见不同的油脂 、 壁材和乳化剂作用形 成相同乳化液黏度 , 其总固形物的含量有较大差异 。6制备工艺概要壁材与亲水 性 乳 化 剂 (蔗 糖 酯 混 合 (加 热 65 75 溶解 ; 油脂与亲脂

22、性乳化剂 (单甘酯 混合 (加 热 6575 溶解 (也可将蔗糖酯一并加入油脂 ; 将 两种液体搅拌混合后 , 均质 2次 , 喷雾干燥 , 筛分即 为成品 。 均质前也可先通过胶体磨研磨 23次再进行 喷雾干燥 。 关键的技术步骤主要为溶解分散 、 搅拌乳 化 、 均质和干燥四个过程 。7微胶囊油脂粉末质量指标粉末油脂的质量指标主要包括外观 、 风味 、 表面 油含量 、 油脂包埋率 、 流动性 、 溶解性 、 稳定性和 水 分等 , 其中表面油含量和油脂包埋率是衡量粉末油脂 质量的重要指标 。 表面油含量是指能被石油醚在 1min 内提取出的粉末油脂表面的油脂量 。 油脂包埋率 =(总 加

23、油量 -表面油 /总加油量 ×100%, 通常要求 85%以上 。 另外 , 含水量一般要求 3%以内 。总之 , 理想的粉末油脂产品需具备溶解性 、 流动 性 、 复原乳状液稳定性等良好 , 表面油含量低 , 油脂 包 埋 率 高 , 在 常 温 下 贮 存 10d , 过 氧 化 值 上 升 0.25 0.29Meg/kg。参 考 文 献1何东平 , 张世宏 , 方立中 , 等 . 玉米胚芽油微胶囊化研究 J. 粮食与油脂 , 2003(11:2223.2王俊强 , 顾震 , 马天贵 , 等 . 微胶囊壁材的选择及其在食品工业 中的应用 J. 江西科学 , 2008, 26(2:

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