談?wù)撐⒛z囊在食品配料中應(yīng)用
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本文作者：費(fèi)國(guó)琴 李曉暉 寧喜斌 王允紹 陳嬋娟 張祁 單位：上海海洋大學(xué)
1．1天然香精香料傳統(tǒng)香精香料由于易揮發(fā)、濕熱敏感、相互反應(yīng)的活性等，易導(dǎo)致其在加工和儲(chǔ)存過程中揮發(fā)損失和香型改變，微膠囊技術(shù)可以很好地保護(hù)這些物質(zhì)，提高其穩(wěn)定性和加工性。如今薄荷油、蒜油、姜油、蔥油、花椒油、茴香油等天然香料已有微膠囊產(chǎn)品。據(jù)報(bào)道香精香料制成納米微膠囊，其性能更具獨(dú)特性［3］。許多微膠囊化香精香料已用于焙烤食品、膨化食品、湯粉食品、茶飲料、口香糖等食品的加工生產(chǎn)。1．2天然色素一些天然色素在應(yīng)用中存在溶解性和穩(wěn)定性差的問題，微膠囊化后可以改善這類特性。楊玉峰等［4］采用β－環(huán)糊精及其衍生物對(duì)姜黃色素進(jìn)行微膠囊化，所得微膠囊化姜黃色素水溶性大大提高，且對(duì)熱、酸、光、維生素C及山梨酸鉀等的穩(wěn)定性也有一定的改善。孫傳慶等［5］研究了噴霧干燥法制備微膠囊番茄紅素粉末的工藝，以質(zhì)量比為1∶1阿拉伯膠和糊精為壁材，高壓均質(zhì)法微膠囊化，有效地提高了天然番茄紅素的產(chǎn)率。段紅蓮［6］以桑椹紅色素作為微膠囊的芯材，海藻酸鈉作為壁材，用銳孔法制作桑椹紅色素的微膠囊，制得的微膠囊包埋率高達(dá)90％，而且經(jīng)微膠囊化后，其穩(wěn)定性有顯著提高。此外，β－胡蘿卜素、玉米色素、茶綠色素、花青素等多種色素的微膠囊化也均有相關(guān)研究。1．3酸味劑近年來，隨著各種方便食品的開發(fā)，酸味劑的品種也越來越豐富。如果把某些酸味劑直接添加到食品配料中，會(huì)使配料中某些敏感成分發(fā)生劣變，如許多酸味劑會(huì)與食品配料中的果膠、蛋白質(zhì)、淀粉、色素等成分作用而影響食品品質(zhì)，此外，酸味劑還會(huì)促進(jìn)食品氧化、改變配料系統(tǒng)的pH值等。為了克服這些缺點(diǎn)，可采用微膠囊技術(shù)，將酸味劑包埋，延長(zhǎng)酸味劑對(duì)敏感成分的接觸，而延長(zhǎng)儲(chǔ)存期。另一方面，通過對(duì)酸味劑的部分包埋，可以在飲用時(shí)感覺爽口，而實(shí)際pH可達(dá)到酸性食品的標(biāo)準(zhǔn)，從而少加防腐劑。目前，微膠囊化檸檬酸、乳酸、蘋果酸、抗壞血酸等產(chǎn)品已商品化，廣泛應(yīng)用在固體飲料、點(diǎn)心粉、布丁粉及肉類加工中。1．4甜味劑許多人造甜味劑如阿斯巴甜在食品工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛，與風(fēng)味物質(zhì)相似，其對(duì)濕、熱敏感，易與其它物質(zhì)反應(yīng)，而微膠囊技術(shù)能夠很好地保護(hù)這些物質(zhì)。在Zibell等人的專利中，敘述了將阿斯巴甜和一種膠凝劑（如HPMC）混合，用水濕潤(rùn)去塵，干燥后研碎過篩，使之成為最大粒徑小于0．43mm的微膠囊，該方法較噴霧干燥法和流化床法等更為經(jīng)濟(jì)。1．5膨松劑碳酸氫鈉等碳酸鹽類在復(fù)合膨松劑的生產(chǎn)中作為堿劑與酸性物質(zhì)發(fā)生中和反應(yīng)或復(fù)分解反應(yīng)而產(chǎn)生CO2氣體，但兩者在貯藏過程中容易因吸濕而過早接觸反應(yīng)，使膨松效率降低或失效。利用微膠囊技術(shù)也可將膨松劑進(jìn)行包埋，如采用在室溫下呈固態(tài)而在一定溫度可以融化的脂肪，如氫化植物油、單甘酯等包裹碳酸氫鈉，則可以避免其在焙烤之前和其他成分相互作用而失效，而只在高溫焙烤過程中釋放，從而賦予焙烤制品蓬松的體積和松脆的質(zhì)構(gòu)。微膠囊化膨松劑還可有效地控制氣體產(chǎn)生速度，林家蓮等［7］用淀粉和固體奶油并且加入適當(dāng)?shù)娜榛瘎聹兀?0采用復(fù)相乳化法對(duì)Ca（H2P04）•2H2O進(jìn)行包埋，并在饅頭中應(yīng)用，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)可改善膨松劑的產(chǎn)氣性能，效果良好。1．6防腐劑食品中防腐劑的過量攝入對(duì)人體健康不利，因此人們研制開發(fā)出防腐劑微膠囊，對(duì)現(xiàn)有食品防腐劑進(jìn)行包埋，利用其在食品中緩慢釋放的特點(diǎn)而制成長(zhǎng)效制劑，達(dá)到減少添加量的目的。這類微膠囊化產(chǎn)品主要有山梨酸、苯甲酸、乳酸、肉桂醛、山蒼子油等。此外，目前也出現(xiàn)另一類微膠囊化的低醇類殺菌防腐劑，是將乙醇制成微膠囊粉末制品，應(yīng)用于食品、水果的包裝袋中，緩慢氣化放出的乙醇蒸氣起到殺菌的目的。1．7抗氧化劑從20世紀(jì)70年代開始有研究者進(jìn)行抗氧化劑微膠囊的探索，由于該技術(shù)具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，多數(shù)研究結(jié)果已申請(qǐng)了專利。如黃酮類、酚類等天然抗氧化劑的微膠囊化技術(shù)在國(guó)內(nèi)外也已有不少報(bào)道。而食品工業(yè)中普遍使用的人工抗氧化劑如BHA（丁基羥基茴香醚）和BHT（2，6－二叔丁基對(duì)甲酚）等因其耐熱性較差，給加工和保藏帶來了困難，而將其進(jìn)行微膠囊包埋，不僅可提高其耐熱性，而且也減少了在食品中的添加量，從而進(jìn)一步提高食品穩(wěn)定性和安全性并延長(zhǎng)食品貯存期。例如，陳梅香等［8］用分子包埋法對(duì)BHT進(jìn)行微膠囊化，對(duì)阻止或減緩油脂的氧化，BHT微膠囊化產(chǎn)品的效果顯著，且BHT用量明顯降低。據(jù)資料報(bào)道，對(duì)抗氧化劑進(jìn)行微膠囊化主要應(yīng)用3種方法：噴霧干燥、分子包埋法和銳孔法。1．8粉末油脂油脂是人們?nèi)粘Ｉ詈褪称芳庸さ闹匾镔|(zhì)，但油脂易氧化變質(zhì)，氧化后的油脂會(huì)產(chǎn)生不良風(fēng)味，并引起機(jī)體的氧化，從而引發(fā)癌癥和人體衰老；另外，油脂的流動(dòng)性差，給調(diào)料和湯料在包裝和食用時(shí)帶來很大的不便。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、流動(dòng)性好且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的優(yōu)質(zhì)原料。張海玲等［9］制備了微膠囊型低脂植物奶油粉，油脂包埋率達(dá)到了93．68％，加水復(fù)原后的乳濁液性質(zhì)穩(wěn)定，且具有良好的攪打性能。李春莉等［10］應(yīng)用變性淀粉和阿拉伯膠復(fù)配作為乳化劑，應(yīng)用噴霧干燥方法制備了耐酸型微膠囊粉末油脂，油脂包埋率達(dá)到97．5％，該粉末油脂耐酸性能優(yōu)越，且其復(fù)原乳狀液乳化穩(wěn)定性好，可以滿足在酸性飲料中的應(yīng)用。此外，也可將粉末油脂代替脂肪油用于烘焙食物的加工。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、葵花籽油、葡萄籽油、花生油、亞麻油、蘇子油、榛仁油、松籽油等微膠囊化都有相關(guān)報(bào)道，固體油脂因其優(yōu)良的特性而開發(fā)前景廣闊。
微膠囊技術(shù)在營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑中的應(yīng)用
隨著公眾對(duì)營(yíng)養(yǎng)和健康的要求日益提高，各種類型的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品不斷涌現(xiàn)，但是強(qiáng)化劑往往具有本身色、香、味欠佳以及化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的缺陷，如魚肝油有腥味，維生素C酸味較強(qiáng)，硫酸亞鐵有鐵澀味，因此部分營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品的綜合品質(zhì)難以令人滿意。而微膠囊技術(shù)應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品生產(chǎn)中，可以有效解決存在的不足，使食品獲得良好感官性狀并避免外界環(huán)境中水分、氧氣和陽光等對(duì)營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑的影響，還可控制營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑的釋放速率，達(dá)到定向釋放的效果。此外，保證營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑混合均勻度并防止?fàn)I養(yǎng)素之間及其和食品配料之間的相互作用。目前微膠囊技術(shù)被廣泛應(yīng)用的功能性食品主要包括嬰幼兒食品、孕婦營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品、軍用強(qiáng)化食品。2．1活性肽和功能性蛋白Chang于1957年首次報(bào)道了生物活性物質(zhì)的微囊化研究。如今活性肽和功能性蛋白作為保健食品備受青睞，然而這些蛋白類物質(zhì)通常半衰期短，生物活性強(qiáng)，不能耐受胃酸以及胃腸道內(nèi)酶的降解作用等，其口服利用率極低，而通過微膠囊技術(shù)可以改善以上不足，達(dá)到性能穩(wěn)定的目的。金鋒［11］采用噴霧干燥法制備免疫球蛋白微膠囊，當(dāng)出風(fēng)溫度在80℃時(shí)，包埋率可達(dá)到70％左右。楊柳等［12］采用流化床空氣懸浮法對(duì)牛初乳免疫球蛋白進(jìn)行了微膠囊化，在最佳工藝條件下包埋率達(dá)到了85％，所得產(chǎn)品呈圓形顆粒狀﹑流動(dòng)性好，粒徑大小基本均勻，是一種較為理想的制備牛初乳免疫球蛋白微膠囊的方法。采用微膠囊技術(shù)包裹活性肽和功能性蛋白，能增強(qiáng)其對(duì)外界環(huán)境的抵抗力，提高到達(dá)腸道的生理活性，使其更好的發(fā)揮益生作用。2．2多不飽和脂肪酸多不飽和脂肪酸由于高不飽和度而在空氣中極易氧化，通過對(duì)不飽和脂肪酸進(jìn)行微膠囊化，不僅可以防止其氧化，而且掩蓋了脂肪酸的氣味，擴(kuò)大了應(yīng)用范圍，其中以二十二碳六烯酸（DHA）、二十碳五烯酸（EPA）和花生四烯酸（ARA）的包埋應(yīng)用最多。Wjciech［13］等采用甲基纖維素、丙基甲基纖維素和麥芽糊精經(jīng)噴霧干燥所得的微膠囊魚油保留率相當(dāng)高，達(dá)到98．5％，近年也出現(xiàn)了一些新的壁材用于制備微膠囊，如Augustin等［14］提出利用高溫下蛋白質(zhì)與碳水化合物發(fā)生麥拉德產(chǎn)物（MRPs）包埋魚油，利用噴霧干燥法進(jìn)行干燥，研究發(fā)現(xiàn)MRPs在油相表面形成致密的壁殼，呈現(xiàn)出良好的抗氧化特性。此外日本已發(fā)展一種全新的酵母微膠囊化技術(shù)，即把干酵母細(xì)胞放在由油溶性囊芯材料、酒精、水組成的溶液中浸泡、溶脹，當(dāng)滲透達(dá)平衡后干燥去除酒精和水，得到干燥的油溶性微膠囊固體粉末，制備的酵母微膠囊直徑大小為5～8μm，由于細(xì)胞壁有很強(qiáng)的韌度與柔軟度，高壓鍋加壓、加熱處理或冷凍、解凍處理，囊芯物質(zhì)都十分穩(wěn)定，不會(huì)泄漏，加工耐性良好［15］。2．3維生素大多數(shù)維生素自身不穩(wěn)定，容易受到外界環(huán)境的影響而被氧化或分解，有些還具有令人不悅的氣味，因此將它們制成微膠囊，可以克服自身的缺點(diǎn)，大大提高其穩(wěn)定性。如維生素C遇潮易氧化，則可將其細(xì)粉分散在乙基纖維素的異丙醇溶液中，經(jīng)噴霧干燥后得乙基纖維素包埋的維生素C膠囊，制成的孕婦營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化食品在貯存期內(nèi)質(zhì)量較穩(wěn)定［16］。Semo等［17］采用酪蛋白膠術(shù)自組裝系統(tǒng)制作納米微膠囊包埋維生素D2，平均粒徑直徑為152nm，可用于嬰兒奶粉的強(qiáng)化。美國(guó)專利US6444227［18］采用改進(jìn)的交聯(lián)法，即交聯(lián)過程系用輻射交聯(lián)或酶法交聯(lián)，克服加熱交聯(lián)法缺點(diǎn)，將不易分散的液態(tài)脂溶性維生素制成固體粉末，克服了脂溶性維生素本身的缺點(diǎn)，使其成為性質(zhì)穩(wěn)定、取用方便、流動(dòng)性好的適用于向嬰幼兒食品中進(jìn)行強(qiáng)化的優(yōu)質(zhì)原料。2．4礦物質(zhì)以某些無機(jī)鹽類強(qiáng)化某些食品時(shí)，常常會(huì)引起食物中香味的改變或產(chǎn)生其他形式的劣變，如在面粉或焙烤制品用粉中添加鐵鹽以達(dá)到其營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化目的，但鐵鹽卻具有改變食品色澤、產(chǎn)生金屬臭味及催化自身氧化等特性，但把鐵鹽制成微膠囊后，即可防止其對(duì)氧敏感成分的接觸，又可掩蔽其鐵腥味［19］。又如硒是人體所需的微量元素，每人每日供應(yīng)量為50μg，但硒的攝入量過多會(huì)產(chǎn)生一些毒副作用（神經(jīng)中毒），所以硒強(qiáng)化時(shí)，要保證硒混合均勻，防止攝入過多的硒而產(chǎn)生副作用，因此將面粉中的有機(jī)硒強(qiáng)化劑（硒酸酯多糖）經(jīng)過微膠囊化，可達(dá)到均勻分布的目的。微膠囊碘制劑同樣具有穩(wěn)定性好、成本低、使用效率高等優(yōu)點(diǎn)，既可用于加碘鹽、碘片中，又可用于其他食品、保健品和飼料中，顯示了極好的實(shí)用性［20］。2．5益生菌近年來含有益生菌的微生態(tài)制劑已成為開發(fā)和研究的熱點(diǎn)，但由于市售活性益生菌產(chǎn)品存在貨架期短、活菌濃度不達(dá)標(biāo)，菌體被攝入人體胃腸道系統(tǒng)后，由于pH值環(huán)境影響造成菌體大量死亡的問題，影響益生菌加工儲(chǔ)存過程中的穩(wěn)定性及產(chǎn)品效益。陳金子等［21］以海藻酸鈉、明膠為壁材，含有降膽固醇乳酸菌Lactobacilluscasei為芯材，采用W／O／W復(fù)相乳化法制備微膠囊，制備得的乳酸菌微膠囊具有較好的耐酸性和腸溶性，產(chǎn)率在86．62％左右，10℃下儲(chǔ)存30d，產(chǎn)品中活菌數(shù)仍可達(dá)到108mL－1，體外膽固醇降解率可達(dá)到36．07％。Capela等［22］用海藻酸鈉微膠囊化酸奶中的雙歧桿菌，避免了雙歧桿菌不耐氧、不耐酸、活性保持困難等問題。此外，轉(zhuǎn)谷酰胺酶引導(dǎo)酪蛋白凝膠作為壁材包裹益生菌Lactobacillusparacaseissp。Paraca－seiF19和BifidobacteriumLactisBb12，也提高了其對(duì)胃酸的耐受性［23］。經(jīng)過微膠囊化處理后的益生菌可以幫助病人防止腹瀉和便秘等，可廣泛應(yīng)用于各種功能性乳制品的開發(fā)。
微膠囊技術(shù)在食品酶制劑中的運(yùn)用
酶是復(fù)雜的生物大分子，它在食品體系中極易受到周圍環(huán)境的影響。微膠囊化酶可以提高其穩(wěn)定性，延長(zhǎng)保存期，還具有控制釋放的功能，此外微膠囊技術(shù)是酶固定化技術(shù)的一個(gè)分支，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化酶促生產(chǎn)或發(fā)酵。酶制劑微膠囊芯材以酶制劑為主體，同時(shí)，在芯材中還可加入某些金屬離子、多糖和表面活性劑等附加劑，以進(jìn)一步提高酶的抗高溫、抗脫水、抗冷凍等能力，大幅提高酶穩(wěn)定性。研究較多的微膠囊化酶有半乳糖醛酸酶、促干酪體系成熟的酶系以及脂肪酶等。常用的控制酶釋放的壁材有殼聚糖、乙基纖維素、海藻酸鈉、脂質(zhì)體等。梁榮蓉等［24］添加不同劑量脂質(zhì)體微膠囊化中性蛋白酶加快干酪成熟，通過測(cè)定不同成熟期內(nèi)干酪pH值、可溶性氮含量、質(zhì)構(gòu)變化等指標(biāo)，并進(jìn)行感官評(píng)定，綜合分析得出，在成熟期30天內(nèi)其既加快干酪成熟，又未引起其他指標(biāo)不良變化。溶菌酶作為一種天然防腐劑，應(yīng)用于奶酪中易與酪蛋白結(jié)合，從而降低殺菌作用；采用脂質(zhì)體包埋后，不僅能阻止溶菌酶與奶酪中酪蛋白結(jié)合，且可使其定向到有腐敗微生物處，從而極大提高殺菌作用。Jose等［25］采用脂質(zhì)體將乳糖酶包埋后，克服了由于添加游離乳糖酶而對(duì)產(chǎn)品帶來不良風(fēng)味的缺陷，使乳糖酶更好地運(yùn)用于乳制品等，減少“乳糖不耐癥”的發(fā)生。葡萄糖異構(gòu)酶用于果葡糖漿的生產(chǎn)，但該酶在溫度超過70℃時(shí)容易變性失活，為提高其耐熱性，Novo公司將其微囊化后成功用于果葡萄糖漿生產(chǎn)。吳定等［26］通過微球截留包膜法，分別制備α－葡萄糖轉(zhuǎn)苷酶、α－淀粉酶、β－淀粉酶、切枝普魯蘭酶微膠囊酶，并將4種不同微膠囊酶重組構(gòu)成酶催化反應(yīng)器，用于生產(chǎn)低聚異麥芽糖。李平等［27］將絲素蛋白膜固定β－葡萄糖苷酶用于果汁、果酒、茶汁等食品增香，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，原有香氣物質(zhì)有不同程度增加，并增有新風(fēng)味物質(zhì)，顯示良好增香效果。
展望
微膠囊技術(shù)已被國(guó)際上列為21世紀(jì)重點(diǎn)研究開發(fā)的高新技術(shù)，作為食品加工中的一種方法，在歐美已十分普遍，但我國(guó)食品工業(yè)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用研究起步較晚，尚處于落后位置。然而微膠囊技術(shù)發(fā)展歷史雖短，但給食品工業(yè)帶來了極大的革新和進(jìn)步，許多食品方面的難題都因該技術(shù)的出現(xiàn)而得到解決，鑒于微膠囊技術(shù)帶來的巨大優(yōu)越性，目前越來越多的科學(xué)工作者正把微膠囊技術(shù)應(yīng)用于更為廣泛的領(lǐng)域中，但如何縮小微膠囊粒徑、提高包埋率、延長(zhǎng)儲(chǔ)存期、控制釋放率以及芯材物質(zhì)檢測(cè)方法的靈敏性依然是微膠囊制備中需要不斷完善的難點(diǎn)，因此還需加強(qiáng)微膠囊技術(shù)的基礎(chǔ)研究，如該技術(shù)中的物理化學(xué)、膠體化學(xué)等方面的研究是極其必要的。隨著人們對(duì)微膠囊認(rèn)識(shí)的不斷深人，以及新材料、新設(shè)備的不斷出現(xiàn)，微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中必將日趨成熟并推動(dòng)我國(guó)食品工業(yè)的發(fā)展。