香精微胶囊壁材及微胶囊控制释放
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麦芽糊精是用酸或酶水解部分玉米粉而形成 的 , 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 。
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
化学方法 机械方法
表 1 不同包囊方法的特征
成囊方法
粒径大小 (μm )
单凝聚法
20 - 200
复合凝聚法
5 - 200
分子包埋法
5 - 50
喷雾干燥法
1 - 50
喷雾冷凝法
20 - 200
挤压法
200 - 2000
流化床法
> 100
最大载荷 ( % ) < 60
70 - 90 5 - 10
< 40 10 - 20 6 - 20 60 - 90
Abstract: M icrocap sules is a p rocess in which tiny particles are surround by a coating w ith a p rotection wall material and formed in a m icrosphere shape. It can p revent fragment from violating, interacting and transferring among the other substance in the food. The p reparation methods of the flavor m icrocap sules are lim ited and have been reviewed in a lot of literatures. However, the choices for the wall material are abundant, including p roteins, carbohydrates, lip ids, glial and cellulose. Each raw material has certain advantages and disadvantages. Therefore, comp lex wall materials are used in most cases. The controlled2release effect of m icro2cap sules is impacted by the type of wall material. The flavor m icro2 cap sule wall materials as well as the p rincip le of controlled2release of fragrance was introduced in detail in this paper. Key word: flavor; m icro2cap sules; m icrocap sule wall material; controlled2release of flavor
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 , 且在成囊源自文库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
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 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 。
75
中国食品添加剂 专论综述
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 其挥发 。微胶囊大小通常为 1μm 到几毫米 , 也有 小于微米的纳米囊 [ 1 ] 。微胶囊芯材可以由一种或 多种不同成分构成 , 而囊壁也可以有单层或多 层 。微胶囊通常在食品中作为添加剂应用 , 所以 必须符合食品卫生标准和要求 。
关键字 : 香精 ; 微胶囊 ; 微胶囊壁材 ; 控制释放 中图分类号 : TQ65711 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 2513 (2008) 06 - 0075 - 06
M icrocap sule wall material and the release control of flavor m icrocap sules
B angs 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 DE值的增加而增加 [ 10 ] 。A nandaram an 和 Reinec2 cius (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 微胶囊壁系统功能的影响 [ 11 ] 。D esobry等 ( 1997 年 ) 通过考察包埋在麦芽糊精基质体中的 β - 胡 萝卜素的氧化性证实了以上结论 [ 12 ] 。
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
高对香料的包封率 , 近年来 , 研发了新的微孔淀 粉 , 即一种由淀粉微粒结合成直径为 1 ～3μm 的 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 粉的羟基与香料化合物的亲水基的结合作用 。而 且 , 多糖分子与广谱型配体分子如香料化合物形 成包络复合物已被论证是可行的 [ 9 ] 。 21112 麦芽糊精
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 料微胶囊的两种形式 [ 2 ] 。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 等 , 延长食品中香料的货架期并控制释放 [ 3 ] 。表 1给出了用不同方法生产的香料微胶囊特征 。香 精微胶囊的释放特性是由芯材的化学性能 (分子 量 、化学功能 、极性和相对挥发性 ) 、壁材特性 和成囊方法等因素决定的 。微胶囊制备工艺的合 理设计需要对芯材的化学性质和微胶囊的释放机 制有深入的 了解 [ 4 ]. 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 且期望其芯材能够具有缓释和控释作用 [ 5 ] 。
Chronakis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 , 但目前还只能用于一些有限的研究 [ 13 ] 。 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
图 1 香精微胶囊示意图
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专论综述 中国食品添加剂 Ch ina Food A dd itives
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 ] 。表 2 列出 了香料微胶囊的主要壁材及其特性 。
专论综述 中国食品添加剂 Ch ina Food A dd itives
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 。每一种原料都有一定的优缺点 , 因此 , 许多被膜是由一种或多种原料复合而成 。不仅如此 , 香精微胶囊的控释效果很大程度上也受到壁材种 类的影响 。本文对香精微胶囊壁材作详细介绍 , 并对香精缓控释原理进行阐述 。
表 2 包裹香料胶囊的壁材特征
壁材
优点
麦芽糊精 (DE < 20)
成膜性
淀粉糖浆干粉 (DE > 20) 变性淀粉
成膜性 、还原性 很好的乳化性
阿拉伯胶
乳化性 、成膜性
变性纤维素
成膜性
凝胶
乳化性 、成膜性
环式糊精
密封性 、乳化性
卵磷脂
乳化性
乳清蛋白
较好的乳化性
硬化油脂
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
Ch ina Food A dd itives
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 。
W U Y ou2zh i, L I Bao2guo, FEN Q iong
( Food Science and B iotechnology Institute, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093)
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
化学方法 机械方法
表 1 不同包囊方法的特征
成囊方法
粒径大小 (μm )
单凝聚法
20 - 200
复合凝聚法
5 - 200
分子包埋法
5 - 50
喷雾干燥法
1 - 50
喷雾冷凝法
20 - 200
挤压法
200 - 2000
流化床法
> 100
最大载荷 ( % ) < 60
70 - 90 5 - 10
< 40 10 - 20 6 - 20 60 - 90
Abstract: M icrocap sules is a p rocess in which tiny particles are surround by a coating w ith a p rotection wall material and formed in a m icrosphere shape. It can p revent fragment from violating, interacting and transferring among the other substance in the food. The p reparation methods of the flavor m icrocap sules are lim ited and have been reviewed in a lot of literatures. However, the choices for the wall material are abundant, including p roteins, carbohydrates, lip ids, glial and cellulose. Each raw material has certain advantages and disadvantages. Therefore, comp lex wall materials are used in most cases. The controlled2release effect of m icro2cap sules is impacted by the type of wall material. The flavor m icro2 cap sule wall materials as well as the p rincip le of controlled2release of fragrance was introduced in detail in this paper. Key word: flavor; m icro2cap sules; m icrocap sule wall material; controlled2release of flavor
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 , 且在成囊源自文库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
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 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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中国食品添加剂 专论综述
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 其挥发 。微胶囊大小通常为 1μm 到几毫米 , 也有 小于微米的纳米囊 [ 1 ] 。微胶囊芯材可以由一种或 多种不同成分构成 , 而囊壁也可以有单层或多 层 。微胶囊通常在食品中作为添加剂应用 , 所以 必须符合食品卫生标准和要求 。
关键字 : 香精 ; 微胶囊 ; 微胶囊壁材 ; 控制释放 中图分类号 : TQ65711 文献标识码 : A 文章编号 : 1006 - 2513 (2008) 06 - 0075 - 06
M icrocap sule wall material and the release control of flavor m icrocap sules
B angs 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 DE值的增加而增加 [ 10 ] 。A nandaram an 和 Reinec2 cius (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 微胶囊壁系统功能的影响 [ 11 ] 。D esobry等 ( 1997 年 ) 通过考察包埋在麦芽糊精基质体中的 β - 胡 萝卜素的氧化性证实了以上结论 [ 12 ] 。
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
高对香料的包封率 , 近年来 , 研发了新的微孔淀 粉 , 即一种由淀粉微粒结合成直径为 1 ～3μm 的 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 粉的羟基与香料化合物的亲水基的结合作用 。而 且 , 多糖分子与广谱型配体分子如香料化合物形 成包络复合物已被论证是可行的 [ 9 ] 。 21112 麦芽糊精
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 料微胶囊的两种形式 [ 2 ] 。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 等 , 延长食品中香料的货架期并控制释放 [ 3 ] 。表 1给出了用不同方法生产的香料微胶囊特征 。香 精微胶囊的释放特性是由芯材的化学性能 (分子 量 、化学功能 、极性和相对挥发性 ) 、壁材特性 和成囊方法等因素决定的 。微胶囊制备工艺的合 理设计需要对芯材的化学性质和微胶囊的释放机 制有深入的 了解 [ 4 ]. 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 且期望其芯材能够具有缓释和控释作用 [ 5 ] 。
Chronakis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 , 但目前还只能用于一些有限的研究 [ 13 ] 。 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
图 1 香精微胶囊示意图
76
专论综述 中国食品添加剂 Ch ina Food A dd itives
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 ] 。表 2 列出 了香料微胶囊的主要壁材及其特性 。
专论综述 中国食品添加剂 Ch ina Food A dd itives
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 。每一种原料都有一定的优缺点 , 因此 , 许多被膜是由一种或多种原料复合而成 。不仅如此 , 香精微胶囊的控释效果很大程度上也受到壁材种 类的影响 。本文对香精微胶囊壁材作详细介绍 , 并对香精缓控释原理进行阐述 。
表 2 包裹香料胶囊的壁材特征
壁材
优点
麦芽糊精 (DE < 20)
成膜性
淀粉糖浆干粉 (DE > 20) 变性淀粉
成膜性 、还原性 很好的乳化性
阿拉伯胶
乳化性 、成膜性
变性纤维素
成膜性
凝胶
乳化性 、成膜性
环式糊精
密封性 、乳化性
卵磷脂
乳化性
乳清蛋白
较好的乳化性
硬化油脂
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
Ch ina Food A dd itives
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 。
W U Y ou2zh i, L I Bao2guo, FEN Q iong
( Food Science and B iotechnology Institute, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093)