微胶囊技术应用于食品工业是从20世纪50年代末期开始的,但由于微胶囊产品的成本较高,在相当长的一段时间内微胶囊技术在食品中的应用受到限制。随着生活水平的提高,人们更多的追求食品的营养、风味和功能,希望在食品中采用纯天然的风味配料或活性物质并且具有良好的贮存性能。传统的食品加工技术已不能满足这些要求,而微胶囊技术的独特功能可以使许多传统工艺无法解决的难题得以解决。这极大地促进了微胶囊技术的研究和开发工作,使得微胶囊技术成为当前食品工业重点开发的高新技术之一,其在食品工业中的应用越来越广泛,主要有以下领域:

1.食品及原料的微胶囊

(1)粉末油脂

油脂是组成人类膳食结构的必需成分,也是食品工业生产中应用最广泛的原材料之一,其需求量与使用量都非常大。但传统生产和使用的油脂,因其本身不易保存,易氧化变质,影响产品质量及货架期,而且使用也不方便,极大地限制了油脂在食品工业中的应用。而采用微胶囊技术生产制造的粉末油脂,不仅克服了传统油脂的上述弊病,而且具有入水即溶,稳定性高,便于运输、生产、保存等优点,极大地拓宽了油脂的使用范围。所以,粉末油脂的生产将成为油脂行业新的开发生产方向。

近些年来,由于将微胶囊化技术应用到固体粉末油生产上,极大地提高了粉末油脂产品的质量,同时拓宽了应用范围。几乎所有的油脂,包括花生油、大豆油、小麦胚芽油、米糠油、玉米油、猪油、椰子油和棉籽油等,均可转化成粉末油脂。可用来包囊油脂的壁材,包括明胶、阿拉伯胶、海藻酸钠、卡拉胶、淀粉、改性淀粉、糊精、植物蛋白和微晶纤维素等。配合使用的乳化剂诸如卵磷脂、单甘酯和蔗糖酯等,有时还添加一些磷酸钙和食盐等作为稳定剂。

(2)固体饮料

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。如芦荟中含有多种游离氨基酸和生物活性物质,其营养价值和有效成分都很高。但新鲜的芦荟液汁中有效成分的性质不稳定,易挥发,而且芦荟汁中有一种令人难以接受的青草味和苦涩味,直接应用于食品不宜被人们接受。采用微胶囊技术将其包埋处理,可减少或消除异味,提高其稳定性,并能延长保存期。

(3)风味乳

在乳品生产中,应用微胶囊技术,可生产各种风味奶制品,如可乐奶粉、果味奶粉、姜汁奶粉、发泡奶粉、啤酒奶粉、粉末乳酒及膨化乳制品等。乳制品中添加的营养物质具有不愉快的气味,其性质不稳定易分解,影响产品质量。将这些添加物利用微胶囊技术包埋,可增强产品的稳定性,使产品具有独特的风味,无异味、无结块、泡沫均匀细腻、冲调性好、保质期长。

2.食品添加剂的微胶囊

(1)香料香精

食品风味是衡量食品质量的重要因素之一。由于风味物质挥发性强,在食品加工与贮藏过程中,各种条件(包括温度、pH值、压力、密闭或开放式、时间和投料顺序等)均会对产品的风味造成影响。如条件没控制好,会导致风味成分的大量损失或劣变,引起食品品质的恶化。

(2)甜味剂

食品工业中使用的甜味剂通常是各种天然产物的糖类,湿度、温度对这些甜味剂的性能有很大影响。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。

β-CD包囊并经喷雾干燥生产粉末化香料的工艺流程:

(3)酸味剂

常见的食用酸味剂包括醋酸、柠檬酸、乳酸、磷酸、酒石酸和苹果酸等。由于酸味剂的酸味刺激性强,会导致配料系统pH值的下降,当与某些敏感成分(如不耐酸或对酸不稳定)混合时会对之产生某些不良影响。另外,某些酸味剂(如柠檬酸)的吸湿性强,易使产品发生吸水结块霉变现象。为了克服酸味剂可能带来的这些缺点,出现了微胶囊化酸味剂。而且,这种胶囊化酸味剂在生产的初始阶段就可直接加入,不必担心出现酸味剂与肉类蛋白质直接接触而引起蛋白质变性的这种不利影响。因此,目前美国常在肉禽加工中使用微胶囊化的乳酸或柠檬酸等,以改善产品风味同时简化加工工艺。除此之外,微囊化酸味剂已广泛使用于布丁粉、馅饼、点心粉及固体饮料等多种方便食品。(www.daowen.com)

(4)抗氧化剂

不饱和脂肪酸易于氧化变质,在食品工业中常用油溶性天然维生素E作为抗氧化剂,其氧化产物可以与抗坏血酸反应重新生成维生素E。但其氧化产物存在于油相中很难与水相中的抗坏血酸盐反应。最近研究用脂质体包埋抗氧化剂,如维生素E形成稳定的微囊系统,维生素E被包裹在脂质体壁内,而抗坏血酸盐被亲水相捕获。微胶囊加到亲水相中,并聚集在水油界面,因此,抗氧化剂就集中在氧化反应发生的地方,也避免了与其他食品组分的反应。

(5)防腐剂

食品中添加大量的防腐剂不仅影响产品的感官,而且对人类的健康也不利,为了解决这些矛盾,开发研制出了微胶囊化防腐剂,在实际应用中主要利用了微胶囊的控制释放和缓释性能。日本有微胶囊化的乙醇保鲜剂,在密封包装中缓慢释放乙醇蒸气以防止霉菌的生长繁殖,日本开发的质量分数为6%的乙醇微胶囊,杀菌能力相当于70%的乙醇,将微胶囊化的乙醇置入乙醇蒸气不易透过的密封包装中,利用胶囊缓慢释放的乙醇气体达到杀菌防腐的目的。

(6)膨松剂

利用微胶囊技术对膨松剂进行包埋,可有效地控制气体的产生速度,林家莲等用淀粉和固体奶油采用复相乳化法对Ca(H2PO4)·H2O进行包埋,并在馒头中应用,试验发现可改善膨松剂的产气性能,效果较佳。

(7)天然色素

一些天然色素在应用中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。赵晓燕等研究了番茄红素微胶囊在不同时间、光、热及微波条件的稳定性。结果表明,番茄红素经微胶囊化后,在低温(4℃)、避光条件下贮藏,其色素保存率受温度影响较小,保存期明显延长,增加了产品的贮存稳定性,为番茄制品的护色与安全贮藏提供了参考和依据。

3.营养强化剂的微胶囊

食品中需要强化的营养素主要有氨基酸、维生素和矿物质等,这些物质在加工或贮藏过程中,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,给实际生产带来某些不便。例如,氨基酸在高温条件下易与可溶性羰基化合物(还原糖类)发生美拉德反应引起失效,部分氨基酸产品本身不稳定,且带有明显的异味。维生素大多不稳定,易受光、热、酸或碱的影响而破坏;有的维生素色泽较深;且各种维生素相互之间还存在不相配伍的问题。矿物元素也有这方面问题,如硫酸亚铁易被氧化而加深色泽,钙盐带有苦涩味,很多矿物元素带有明显的金属味。通过微胶囊技术,给这些不甚满意的添加剂粉末外包以一层保护薄膜,隔断了与外界环境的联系,就能完美地解决上述困难。

4.微生物的微胶囊化

双歧杆菌必须到达人体肠道才能发挥生理功能,而其对营养条件要求高,对氧极为敏感,对低pH值的抵抗力差,以及在胃酸的杀菌作用下产品中绝大多数活菌被杀死。采用微胶囊技术可以保护双歧杆菌以抵抗不利的环境,有报道采用双层包裹法,用棕榈油作内层壁材将双歧杆菌包裹起来,再用大分子明胶溶液包裹制成双层微囊,活菌数高、保存性好,可到达人体肠道,发挥相应的生理功能,真正起到有益于健康的作用。

微胶囊在食品中还有很多其他应用。例如微胶囊技术在饮料方面的应用主要表现在:

①应用微胶囊技术对饮料中的敏感物质进行包埋,防止敏感物质在饮料加工过程中的损失和破坏,如茶叶中含有维生素C、维生素B、茶多酚以及茶中的芳香物质和色素物质等多种对外界因素(光、热、氧气、酸、碱等)敏感的物质,因此在茶饮料生产中,要对茶叶的敏感物质进行有选择地包埋,避免茶饮料在萃取、杀菌和贮藏中发生不利的反应,最大限度地保持茶饮料原有的色泽和风味。梅丛笑等的研究表明,β-CD对绿茶茶汤中的茶多酚和叶绿素皆有显著的包埋作用,可使沉淀量分别减少58.61%和11.59%。

②β-CD具有无味、无毒、化学稳定性好、吸附能力强和在体内易水解等优点,对茶饮料中的组分进行包埋处理以后,可大大提高茶叶敏感物质对外界环境的抵抗力,因而在茶饮料生产中得到广泛的应用。