香精微胶囊壁材及微胶囊控制释放

专论综述

中国食品添加剂

China Food A dditives

香精微胶囊壁材及微胶囊控制释放

吴酉芝, 李保国, 冯琼

(上海理工大学食品科学与生物技术研究所, 上海　200093)

　　摘　要:香精微胶囊是通过用不同的加工方法, 用一种保护的壁材包裹活性物质香料, 制备成微球, 从而防止香料的挥发、相互作用或者在食物中的转移。香精微胶囊的制备方法有限, 且已有文献做了综述, 不过, 壁材原料选择范围相当广泛, 包括蛋白质、糖类、脂类、胶质和纤维素。, 因此, 许多被膜是由一种或多种原料复合而成。不仅如此, 类的影响。本文对香精微胶囊壁材作详细介绍, 关键字:香精; 微胶囊; 微胶囊壁材; 控制释放中图分类号:T Q65711

　文献标识码:-(2008) 06-0075-06

and the release contr ol

of flav or micr ocapsules

W U Y ou 2zh i , L I Bao 2guo, FEN Q i ong

(Food Science and B i otechnol ogy I nstitute, University of Shanghai f or Science

and Technol ogy, Shanghai 　200093)

Abstract:M icr ocap sules is a p r ocess in which tiny particles are surr ound by a coating with a p r otecti on wall material and f or med in a m icr os phere shape . It can p revent frag ment fr om vi olating, interacting and transferring a mong the other substance in the food . The p reparati on methods of the flavor m icr ocap sules are li m ited and have been revie wed in a l ot of literatures . However, the choices f or the wall material are abundant, including p r oteins, carbohydrates, li p ids, glial and cellul ose . Each ra w material has certain advantages and disadvantages . Theref ore, comp lex wall materials are used in most cases . The contr olled 2release effect of m icr o 2cap sules is i m pacted by the type of wall material . The flavor m icr o 2cap sule wall materials as well as the p rinci p le of contr olled 2release of fragrance was intr oduced in detail in this paper . Key word:flavor; m icr o 2cap sules; m icr ocap sule wall material; contr olled 2release of flavor

为了使食品味美诱人, 在食品加工过程中大多都要添加香料, 天然提取的香料价格较贵, 又因为香料含量少并且容易挥发, 所以, 在食品加工业中对香料的保存十分关注。香料微胶囊化技术是用壁材包裹香料使其得到保护, 防止香料在食品加工过程中挥发而损失。关于香料微胶囊技术近年来发展迅速, 已有商业化产品生产。对香

收稿日期:2008-07-25

料进行微囊化可用不同的方法来实现, 比如:喷雾干燥法、喷雾冷凝法、挤压法、冷冻干燥法、凝聚法和包结络合法等。微胶囊方法的选择要根据产品的最终用途生产条件来决定。关于微胶囊制备方法已有文献做过综述。但是, 香料微胶囊化的壁材原料选择范围相当广泛, 包括蛋白质、糖类、脂类、胶质和纤维素等。每一种壁材都有

基金项目:上海市重点学科建设项目(项目编号:T0503) ; 上海市自然科学基金项目(项目编号:05ZR140) 。作者简介:吴酉芝(1985-) , 男, 研究方向:食品、药品的微胶囊化。

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香料为易挥发的热敏感性物质, 其成囊过程通常由两步构成:第一步, 将香料芯材和壁材进行乳化, 例如:将多聚糖或蛋白质壁材与香料混合乳化, 形成“壁材-香料”乳化体系; 第二步, 对乳化溶液进行干燥或冷凝。图1所示为香

[2]

料微胶囊的两种形式。微胶囊化香料可在食品储存时长期保持香味, 能隔离香料与食品间的相互作用, 防止香料与空气接触氧化或光照变性

[3]

等, 延长食品中香料的货架期并控制释放。表1。香(分子

一定的优缺点, 因此, 大多被膜是由一种为主或多种壁材原料复合而成。选择合适的壁材需要考虑多种因素, 包括预想的产品需求、芯材性质、成囊过程、经济性等因素。同时, 香精微胶囊的释放效果也受到壁材种类的影响。本文综述了香料微囊化壁材的特性以及控制释放作用。

1　香精微胶囊体系

微胶囊技术是用一种物质或体系包埋另一种物质或混合物质。被包埋的物质称芯材, 包埋物称壁材、囊壁或包膜。香精微胶囊就是一个封闭的薄膜把香料复合物保护起来与外界隔绝, 防止

μm 到几毫米, 其挥发。微胶囊大小通常为1

小于微米的纳米囊多种不同成分构成, 层。, 所以[1]

) 、壁材特性。微胶囊制备工艺的合制有深入的了解. 食品业正处在蓬勃发展时期, 对于香精微胶囊的实际应用有更高要求, 并

[5]

且期望其芯材能够具有缓释和控释作用。

[4]

表1　不同包囊方法的特征

成囊方法单凝聚法

化学方法

分子包埋法喷雾干燥法喷雾冷凝法

机械方法

挤压法流化床法

5-501-5020-200200-2000>100

5-10

90

粒径大小(μm )

20-2005-200

最大载荷(%)

复合凝聚法

图1　香精微胶囊示意图

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2　香精微胶囊壁材

对香料微胶囊壁材的要求:壁材不和芯材发生反应; 壁材应具有高浓度低粘性; 壁材在干燥过程中, 溶剂能完全地被脱去; 壁材能保护活性物质; 壁材应保证良好的乳液稳定性和有效分散性, 使香料能在合适的时间和部位释放。要对食品中香料释放进行控制, 就需要对香料化合物和食品主要成分(如油脂、多聚糖、蛋白质等) 发生的物理化学反应有很好的了解

[6-8]

高对香料的包封率, 近年来, 研发了新的微孔淀

μm 的粉, 即一种由淀粉微粒结合成直径为1～3

表面细孔。Zhao 和W histler (1994年) 提出在喷雾干燥时使用少量胶粘剂如蛋白质或水溶性多聚糖能使小颗粒淀粉结合成为有潜在作用的多孔渗水粒。因此, 用淀粉酶处理淀粉微粒能产生出更好的多孔渗水结构。淀粉和挥发性化合物的结合作用有两类:一类是通过疏水结合使淀粉酶的螺旋结构包埋香料化合物的包络作用, 另一类是淀。而且, [9]

。11, 它可以根据葡萄糖当量(DEs ) 来分类。DE 值可作为衡量淀粉聚合物的水解程度, 它表明了构成囊壁系统的重要基质的能力。在选择微胶囊壁材时, 麦芽糊精是一个性价较高的壁材物质, 它能与香料混合, 不反应, 在相对高浓缩态下有较低的粘稠度, 不同分子量下的麦芽糊精均可用。主要缺点是乳化能力较差, 所包埋的挥发性物质包封率较低。

Bangs 和Reineccius (1981年) 研究指出:对香料的包封率取决于麦芽糊精的DE 值。DE 为10的麦芽糊精包封率最好, 随着DE 的增加(当量为15、20、25、3615时) , 香料包封率逐渐下降。另外, 在储藏时, 香料包封率随着麦芽糊精

[10]

DE 值的增加而增加。Anandara man 和Reinec 2cius (1986年) 发现高DE 值的麦芽糊精能够防止包裹橘皮油被氧化, 从而, 阐明了DE 值对于

[11]

微胶囊壁系统功能的影响。Des obry 等(1997年) 通过考察包埋在麦芽糊精基质体中的β-胡

[12]

萝卜素的氧化性证实了以上结论。

Chr onakis 在1998年提出用DE 值不能充分预测各种产品的性能。近来, 多项研究表明:根据分子量预测麦芽糊精的性能是一种可行的方法,

[13]

但目前还只能用于一些有限的研究。Jouquand 等(2004年) 运用相比率变分法, 研究了3种不同温度(60、70和80℃) 的麦芽糊精制备的香精微胶囊的香料保留率。实验表明在DE 为5, 质量百分比为10%的麦芽糊精溶液中, 保留率高低取决于香料的疏水性, 并随着温度的增加(从60

。表2列出

了香料微胶囊的主要壁材及其特性。

表2　包裹香料胶囊的壁材特征

壁材

麦芽糊精(DE 20) 变性淀粉阿拉伯胶变性纤维素凝胶环式糊精卵磷脂乳清蛋白硬化油脂

优点乳化性、成膜性成膜性乳化性、成膜性密封性、乳化性乳化性较好的乳化性屏蔽水和氧

211　糖类微胶囊壁材

在运用喷雾干燥法制备微胶囊时, 糖类被广泛地用作微胶囊的壁材。如常用的淀粉、麦芽糊精、淀粉糖浆干粉、阿拉伯胶等糖类物质, 用于包埋香料, 具有品种多样、低成本、在食品加工

中使用广泛等优良性能, 使它们成为香料微囊化的首选壁材。另外, 这些物质在高浓度下具有较低的粘稠度, 且在成囊过程中具有较好的溶解性, 如麦芽糊精、β-环糊精等人们熟知的香料复合物微胶囊的淀粉产品就是如此。不过, 香料与这些多聚糖的相互作用较复杂, 是人们关注的研究课题。21111　淀粉

淀粉和淀粉基成分(改性淀粉、麦芽糊精、β-环糊精) 作为保护挥发性化合物的微胶囊壁材已被广泛用于食品加工中。它们可作为香料微胶囊的包膜、脂肪替代品和乳液稳定剂。为了提

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[14]

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白分子快速吸附在新形成的油水界面上, 由此形成的空间稳定层即时地阻止了油滴的再次结合, 进而促进了乳状液的稳定性。21311　乳清蛋白乳清蛋白具有壁材所需的功能。乳清蛋白常被用于微胶囊药剂壁材。在国际市场上, 含95～96%蛋白的分离乳清蛋白和浓度为50%或70%的浓缩乳清蛋白粉的乳清蛋白是可用的。Ki m 和Morr (1996年) 研究指出, 分离的乳清蛋白为橘, 并为喷雾。浓度为[]

F ldt 和Bergenstahl (1996年) 。Heelan 和Corrigan 研究了用乳清蛋白为壁材, 含水戊二醛为交联剂, 包裹不同

[21]

的水溶性芯材的微胶囊特性。Lee 和Rosenberg 报导, 制备了一些疏水性乳清蛋白包裹类血脂物

[22]

质微胶囊产品。

还有把乳清蛋白和糖类结合使用作为包裹挥发性物质的壁材。在这种体系下, 在糖类(麦芽糊精或淀粉糖浆干粉) 作为基质组成壁材时, 乳清蛋白则充当乳化剂和成膜剂的作用。β-乳球蛋白是最重要的乳清蛋白, 它拥有优良的乳化性和泡沫性, 在食品工业中被广泛应用。21312　其它蛋白质

诸如多聚蛋白胨、土豆蛋白、凝胶衍生物等蛋白基原料能与挥发性化合物形成稳定的乳状液, 但是它们在冷水中的溶解性差、易与羰基发生反应且价格较贵, 这些因素限制了它们的潜在应用。

亲水性胶原产物凝胶被广泛用作凝聚复合物。当挥发性香料化合物、水和壁材的混合物被喷雾干燥时, 水溶性物质能形成一个屏蔽膜。这些凝胶还能包裹调味料或用于多种其它食品香料的微胶囊。由凝胶和羧甲基纤维素制备的微胶囊能够阻止挥发性化合物的传递。在用喷雾干燥法制备丁酸乙酯微胶囊时, 向麦芽糊精和阿拉伯胶混合物中添加1%凝胶, 能够提高丁酸乙酯的保留率和更好的控制释放。

酪蛋白酸钠的两性特征和乳化性质展现了用于包裹油性物质所需的物理性和功能性特征。研

[20]

～80℃) 而提高。212　胶质

胶体和增稠剂本身无味, 但对食品的味道和香气具有显著的作用。一般亲水胶质会降低甜味, 这是由于亲水胶质的粘度阻碍了甜味扩[15]

散。阿拉伯胶是香料胶囊中最常用的壁材。它的溶解性、低黏度、乳化特征和较高包封率使它适用于多种成囊方法。另外, 这种壁材非常适合包裹液体芯材, 它既能充当表面活性剂又能充当包埋剂的作用, 因此在与外界空气接触时它能防止挥发性物质的散失。但是, 阿拉伯胶在食品工业中的应用有限, 因为其价格比麦芽糊精贵。

Sankarikutty 等在1988年用喷雾干燥法包裹小豆蔻油微胶囊研究时发现:酯、橘皮油、, 保。阿拉伯胶和麦芽糊精的混合物形成的喷雾干燥微粒的粒径

μm , 保留率通常大于80%, 其保留率为10～200

高低是由喷雾干燥过程中的进风温度、乳化剂浓

度和粘性、阿拉伯胶和麦芽糊精的比例等因素决定的[16]。

Yoshii 等人为了研究香精微胶囊在相对湿度下的储存性能, 实验分析了喷雾干燥法制得的麦芽糊精/阿拉伯胶微胶囊、麦芽糊精/大豆基质微胶囊的释放特性, 结果表明随着混合液中麦芽糊精浓度的增加丁酸乙酯的释放减少[17]。Ap in 2tanapong 和Noo mhor m (2003年) 用不同比例的阿拉伯胶和麦芽糊精通过喷雾干燥法包裹2-乙酰基-1-吡咯啉, 期望找到合适的壁材, 结果发现当阿拉伯胶和麦芽糊精比例为70∶30时, 微胶囊品质最优[18]。213　蛋白质

虽然水状胶体物质被广泛的用作香料微胶囊的壁材, 但如酪蛋白酸钠、乳清蛋白、分离大豆蛋白等食物蛋白很显然没有广泛的用于此用途。这些蛋白含有不同的化学基团, 具有两性分子的性质, 且分子链灵活多变, 能自身组装或与各种不同物质相互作用, 因此它们具有极佳的溶解性、粘质性、乳化性和成膜性, 这些功能性使它们适合于做为微胶囊壁材。在形成乳状液时, 蛋

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究表明酪蛋白酸钠是提高橘皮油微胶囊保留率的有效壁材。Edris 和Berg m tahl (2001年) 用酪蛋白酸钠作壁材, 喷雾干燥法制备橘皮油微胶囊时, 先制备一个三倍的乳液层o /w/o/w,然后蒸发掉外层的连续水相层。结果表明, 在包裹液态油方面, 酪蛋白酸钠比乳清蛋白更有效。糖类如麦芽糊精或淀粉糖浆干粉等与酪蛋白酸钠的混合物能成为潜在的廉价且富含功能性的芯材包裹

[23]

原料。

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-1

性混合物的λP 值(P 为香料渗透性(mol ・m

-1[27]

・s /bar ) ) 在零附近或低于零时例外。加盐

能增加香料化合物的挥发性, 但这与在其它小分子(如咖啡因或柚) 中加盐促进溶解的效果不同

[28]

。Boland et al . (2004) 研究了11种香料化

合物分别在明胶、淀粉和果胶中的释放, 他们发现香料释放主要受胶体的质地影响。明胶使香料在唾液中的释放增大, 而淀粉和果胶在同等条件

[29]

下使香料的释放减少。Lubbers et al . , (1998) 点, [30]

4　香精的控制释放

控制释放可以被定义成一种或多种活性成分应

[24]

。

活性成分可以经过一; 在加工和烹饪; 使起反应和不相容的物质分离开来

[31]

。对于这种效应, [释, or 。对于基质体, 释放取决于一些相互依赖的过程, 如挥发性物质在基质中的扩散、微粒的类型和几何形态、基质与外界的传递、基质原料的分解等

[24]

。

5　结束语

511　将香精香料微胶囊化, 可在食品储存时保

持香味, 可防止香料与食品进行不必要的相互作用, 使香料之间的相互作用达到最小化, 阻止抗氧化或光诱导作用, 延长香料的货架期并控制释放。

512　微孔淀粉的发明及应用; 不同DE 值麦芽糊

。

De Roos 在2000年指出有两个要素控制香料

在产品中的释放率:一个是热力学要素, 即在平

衡条件下香料在食品基质和空气状态下相对挥发性; 二是动力学要素, 即香气从产品传送到空气所受的阻力。微胶囊的释放机制以溶剂的效能为基础, 如溶解、扩散、降解、微粒的破碎等表5所示。

表5　香料控制释放机制

成囊方法单凝聚法复合凝聚法喷雾干燥法流化床法挤压法

控制释放机制延长释放

延长释放(扩散) 和启动释放(通过改变

pH 、脱水、分解、机械效应、酶效应来实现)

[26]

精特性的阐述; 酪蛋白酸钠、乳清蛋白、分离大豆蛋白等新型微胶囊壁材等, 这些会给制备香料

微胶囊工艺研究带来启示。

513　每种原料都有优缺点, 因此, 大多壁材是

如

由多种原料复合而成。复配中各原料的选用, 要根据微胶囊所要达到的要求及芯材性质来确定。514　香精控制释放是指即要保证香精的保质期,

同时让香精能够在适当的时间或条件下, 释放出来发挥作用。香料在基质中的保留率主要依赖于食品成分的类型和香料化合物的物理化学特性, 微胶囊香精的释放机理有不同的解释, 如:扩散释放、降解释放、膨胀释放、溶解释放等, 这些都能部分地解释实验产生的释放现象。

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延长释放和启动释放

启动释放(通过改变pH 或加热来实现) 延长释放

香料在基质中的保留率主要依赖于食品成分的类型和香料化合物的物理化学特性, 滞留量与香料香气的显著下降相关。香料释放量通常随着

食品基质中的油脂含量的增加而减少, 但当亲水

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