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ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化的研究进展

2017-10-16戴智勇张岩春莫红卫潘丽娜刘成国卢向阳

农产品加工 2017年17期
关键词:壁材糊精鱼油

戴 逸,戴智勇,张岩春,莫红卫,潘丽娜,刘成国,卢向阳,周 辉

ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化的研究进展

戴 逸1,2,戴智勇1,张岩春1,莫红卫1,潘丽娜1,刘成国2,卢向阳2,⋆周 辉1,2

(1.澳优乳业(中国)有限公司,湖南长沙 410200;2.湖南农业大学食品科学技术学院,湖南长沙 410128)

研究证实摄入ω-3多不饱和脂肪酸可有效降低心血管疾病的发病率,对ω-3多不饱和脂肪酸进行微胶囊化有利于提高其氧化稳定性,掩盖鱼油的腥味。介绍微胶囊技术在ω-3多不饱和脂肪酸中的应用,指出了ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化未来的发展方向。

ω-3多不饱和脂肪酸;微胶囊化;喷雾干燥

ω-3多不饱和脂肪酸是指一条由碳、氢原子相互连结而成的长链(18个碳原子以上),其间带有3~6个不饱和键(即双键),第1个不饱和键位于甲基一端的第3个碳原子上。越来越多的研究证实,摄入ω-3多不饱和脂肪酸对人体生理功能发挥起着非常重要的作用,对疾病也具有一定的预防作用[1]。ω-3多不饱和脂肪酸主要由α-亚麻酸(ALA)、二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)等组成。

目前,获取ω-3多不饱和脂肪酸最主要的来源是鱼油、海藻油和亚麻籽油,其中鱼油所占比例最大。鱼油中富含ω-3多不饱和脂肪酸EPA可畅通血管,清除血液中堆积的脂肪,预防动脉硬化及阻止末梢血管阻塞的发生,显著预防心血管疾病的发生。DHA可维持脑部细胞的正常运行,增强集中力、记忆力和注意力[2]。虽然鱼油制品具有良好的保健功能,但由于鱼油本身具有的鱼腥味,同时其富含的EPA和DHA中多个双键极易被氧化,因此将鱼油进行微胶囊化,可提高EPA和DHA在加工过程及贮藏期的氧化稳定性,保持EPA和DHA的生理活性,掩盖鱼油的腥味[3]。

微胶囊化的方法有很多种,根据其原理可以分为物理法、化学法和物理化学法[4]。物理法是利用物理与机械原理制备微胶囊,物理法包括喷雾干燥法、喷雾冷却法、包合法、挤压法等。化学法是建立在化学反应基础上的微胶囊制备方法,利用单体小分子的聚合反应生成高分子成膜材料而将囊芯包裹,化学法包括聚合法、原位聚合法。物理化学法制备微胶囊的技术特点是通过改变条件降低问题、加入无机盐电解质或非溶剂等使溶解状态的成膜材料从溶液中凝聚出来,并将芯材包覆形成微胶囊,物理化学法包括干燥浴法、熔化分散凝聚法、粉末床法等。目前,已有多种微胶囊化方法应用在ω-3多不饱和脂肪酸上,并取得了较好的包埋效果。对ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化的研究进展进行综述,以期为ω-3多不饱和脂肪酸的广泛应用提供一定参考。

1 微胶囊化方法在ω-3多不饱和脂肪酸上的应用

1.1 喷雾干燥法

喷雾干燥法是目前食品工业中应用最广的微胶囊化方法,其原理是将芯材分散在壁材溶液中,然后在高温气流中将芯材、壁材的混合溶液雾化,使溶液中的溶剂迅速蒸发,最终使壁材固化而得到微胶囊产品[5]。

喷雾干燥法在ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化中的应用见表1。

表1 喷雾干燥法在ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化中的应用

进行脂肪酸的包埋时,在喷雾干燥前需要将脂肪酸进行乳化,形成水包油的乳化体系[21]。甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素是食品工业中常用的乳化剂和增稠剂,在由加热到冷却时,可发生由溶胶到凝胶的可逆性转变。Kolanowski W等人[6]研究证实,甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素具有良好的乳化效果,将两者复配作为乳化剂,以麦芽糊精为壁材,将鱼油进行微胶囊化,鱼油的包埋率可达到98.5%以上。阿拉伯胶是一种含有钙、镁、钾等多种阳离子的弱酸性多糖大分子,具有良好的乳化特性,特别适合于水包油型乳化体系,被广泛应用于香精的乳化体系中。将阿拉伯胶作为乳化剂,应用于鱼油及亚麻籽油的乳化及微胶囊化中,取得了较好的乳化及包埋效果,提高了亚油酸的氧化稳定性,延缓了亚油酸的氧化[10,18]。麦芽糊精是一种淀粉水解物,常作为食品配料的一种微胶囊化壁材被广泛使用[22]。Tirgar M等人[11]考查了麦芽糊精、阿拉伯胶、甲基纤维素之间比例对乳化体系及包埋效果的影响,发现麦芽糊精对乳化体系离心稳定性具有显著的影响,阿拉伯胶(5%W/W)对乳化液滴表面平均直径具有显著影响。Helena C F等人[19]将麦芽糊精分别与阿拉伯胶、乳清蛋白浓缩物、改性木薯淀粉、改性糯玉米淀粉作为壁材,对亚麻籽油进行微胶囊化,结果证实,麦芽糊精与改性木薯淀粉作为壁材具有更高的包埋效率,而与乳清蛋白浓缩物作为壁材的包埋效率则最低。刘斯博等人[17]采用麦芽糊精、大豆蛋白作为壁材,亚麻籽胶为乳化剂,利用喷雾干燥技术对亚麻籽油进行微胶囊化,亚麻籽油的包埋率可达87.5%,微胶囊产品流动性好,颗粒分布均匀。但是该微胶囊化产品易在潮湿环境中吸水,导致壁材通透性加强,亚麻籽油被释放出来。

随着微胶囊技术的不断发展,新型抗氧化微胶囊壁材陆续出现。美拉德反应产物具有一定的抗氧化性能,可用来作为微胶囊的壁材,提高芯材的氧化稳定性。项惠丹[13]分别以大豆分离蛋白和酪蛋白与还原糖美拉德反应产物作为壁材,通过添加0.12%果胶,可明显改善美拉德反应壁基质的通透性,有效保护了芯材,提高了微胶囊化鱼油产品的稳定性。

静电层层自组装技术是近年来发展起来的新型成膜技术,其原理是基于静电吸附作用力,再经活化带电荷的基材表面,逐层吸附上带相反电荷的聚合电解质,从而形成多层膜。林传舟等人[15]采用静电层层自组装技术制备亚麻籽油的多层乳液,以果胶、壳聚糖等聚合电解质为壁材,添加玉米糖浆作为壁材填充剂,喷雾干燥法制得亚麻籽油微胶囊。由多层乳液制备得到的亚麻籽油微胶囊比单层包埋要好,可明显提高亚麻籽油的氧化稳定性。

1.2 冷冻干燥法

冷冻干燥法是通过升华从冻结的乳化液中去除水分形成微胶囊的过程,将配好的乳化液在低温下冻结以后,置于冷冻干燥装置中,通入氮气冷冻干燥后,得到微胶囊产品。Heinzelmann K等人[23]将冷冻干燥技术应用于鱼油的微胶囊化中,得到的鱼油微胶囊具有较好的热稳定性,而这种稳定性的影响因素主要是冷冻速率和微胶囊所用的壁材。而乳化体系所产生的脂肪球直径与微胶囊化效率和稳定性没有明显的关系[24]。Klaypradit W等[25]将超声波技术引入到微胶囊的乳化工艺中,系统研究了乳化体系中壁材壳聚糖、麦芽糊精、乳清分离蛋白、金枪鱼油比例对乳化效果及脂肪球直径的影响,研究结果表明,壳聚糖和麦芽糊精的联合使用可得到最稳定的乳化体系,干燥后的微胶囊产品含水量低、包埋效率高。

1.3 凝聚法

根据加入微胶囊壁材的种类及性质,凝聚法可分为单凝聚法和复合凝聚法。单凝聚法是指在高分子囊材溶液中加入凝聚剂以降低高分子溶解度,进而凝聚成囊的方法。Wu K等人[26]采用羟丙基甲基纤维素作为乳化剂,通过添加麦芽糊精作为壁材,利用单凝聚法将鱼油进行微胶囊化。结果证实,当麦芽糊精的DE值(Dextrose equivalent value)、羟丙基甲基纤维素的添加量、鱼油所占比例分别为20%,5%,40%时,可观测到凝聚的发生。复合凝聚法是由一种或多种亲水胶体首先在溶液中形成复合凝聚相,随后沉积在分散的乳状液滴表面形成微胶囊,通过添加固化剂使囊壁形成稳定的网状结构,能够承受高温、高湿的环境。最常见的有明胶-阿拉伯胶、明胶-海藻酸钠、明胶-聚磷酸钠体系等。刘盛楠[27]利用阿拉伯胶和明胶为壁材,采用复合凝聚法对鱼油进行微胶囊化,EPA和DHA在微胶囊包埋后的保留率分别达到97%和96%以上。Zhang K等人[28]利用明胶-阿拉伯胶作为壁材,以转谷氨酰胺酶为交联剂,对微藻油进行微胶囊化取得了良好的效果。亚麻籽油采用复合凝聚法进行微胶囊化,可有效抑制亚麻籽油的氧化[29]。Cho Y H等人[30]利用转谷氨酰胺酶作为固化剂,以大豆分离蛋白作为壁材,采用复合凝聚法对鱼油进行微胶囊化,得到的微胶囊具有较好氧化稳定性。

1.4 其他微胶囊化方法

1.4.1 静电喷雾

静电喷雾为通过高压静电发生装置使喷出雾滴带电的喷雾方法。用这种方法制备微胶囊的原理是在直流高压发生器的正负电场中,喷枪悬于盛有固化液容器的液面上方,使具有一定导电率的芯材溶液克服黏滞力和表面张力喷射形成细小液滴喷雾,并在收集装置中固化成囊[31]。采用静电喷雾法制备的微胶囊具有成囊性好、粒径均匀和易无菌操作的优点,并且可通过调节电压控制微囊的粒径达到微米级。以往高压静电喷雾法主要用于多肽、蛋白等水溶性药物的制备,现在静电喷雾技术在食品中的应用越来越广,成为最具应用前景的食品功能成分载体之一[32]。Sergio T G等人[33]以玉米蛋白作为壁材,利用静电喷雾法将DHA进行微胶囊化,傅里叶变换衰减全反射红外光谱法对微胶囊表征的研究表明,微胶囊具有较好的稳定性,能有效抑制环境条件下微胶囊中DHA的降解,提示静电喷雾法可作为ω-3不饱和脂肪酸一种新的微胶囊化方法。

1.4.2 喷雾造粒

喷雾造粒法是将液体物料向逆流或并流的气流中喷雾,在液滴与气流间进行热量和物质传递而制得球状粒子的方法。Anwar S H等人[34]分别采用喷雾造粒、喷雾干燥、冷冻干燥法对鱼油进行包埋,发现喷雾造粒法得到的鱼油微胶囊开始时形成的是容易成团结块的颗粒,而后可能进一步被包埋,所形成的微胶囊具有较强氧化稳定性。而如果采用羟丙基β-环糊精对这种微胶囊再进行包埋,则可能诱导脂肪酸的氧化,降低鱼油的氧化稳定性。

2 展望

由于ω-3多不饱和脂肪酸对人体健康的促进作用,越来越多的研究集中在对多不饱和脂肪酸的生产及提取上,如利用微藻进行ω-3多不饱和脂肪酸的生产等。基于鱼油中ω-3多不饱和脂肪酸的特殊气味和易氧化性,对ω-3多不饱和脂肪酸进行微胶囊化处理,有利于提高ω-3多不饱和脂肪酸的稳定性,作为功能食品、药品载体,扩大ω-3多不饱和脂肪酸的应用范围。对于ω-3多不饱和脂肪酸进行微胶囊化多采用喷雾干燥法、冷冻干燥法、凝聚法等,喷雾干燥法较容易实现工业化。

ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化考查的重要指标就是在货架期的氧化稳定性,未来在进行微胶囊化研究时,可考虑加入一定的抗氧化剂进行乳化包埋,如VE等。一些先进的微胶囊化方法,如高压静电喷雾、喷雾造粒等,已经显示出在ω-3多不饱和脂肪酸微胶囊化方面的潜力,在进一步加大微胶囊化方法的应用范围同时,还要继续加强对微胶囊化工艺实现工业化生产的探讨。

[1]Mc Manus A,Merga M,Newton W.Omega-3 fatty acids.What consumers need to know[J].Appetite,2011 (7):80-83.

[2]Rubio-Rodríguez N,Beltrán S,Jaime I,et al.Production of omega-3 polyunsaturated fatty acid concentrates:A review[J].Innovative Food Science and Emerging Technologies,2010 (11):1-12.

[3]Encina C,Vergara C,Giménez B,et al.Conventional spray-drying and future trends for the microencapsulation of fishoil[J].TrendsinFoodScience&Technology,2016 (7):46-60.

[4]Chatterjee S,Judeh Z.Microencapsulation of fish oil[J].Lipid Technology,2016(2):13-15.

[5]包姗姗,胡未人,胡学超,等.多不饱和脂肪酸微胶囊化的研究进展 [J].食品工业科技,2010(7):386-390.

[6]Kolanowski W,Laufenberg G,Kunz B.Fish oil stabilisation by microencapsulation with modified cellulose[J].International Journal of Food Sciences and Nutrition,2004,55 (4):333-343.

[7]Drusch S,Serfert Y,Schwarz K.Microencapsulation of fish oil with n-octenylsuccinate-derivatised starch:Folw properties and oxidative stability[J].European Food Research and Technology,2006 (6):501-512.

[8]Kolanowski W,Ziolkowski M,Weißbrodt,et al.Microencapsulation of fish oil by spray drying-impact on oxidative stability.Part 1[J].European Food Research and Technology,2006,22(2):336-343.

[9]Drusch S.Sugar beet pectin:A novel emulsifying wall component for microencapsulation of lipophilic food ingredients by spray drying[J].Food Hydrocolloids,2007 (8):1 223-1 228

[10]Fang X,Shima M,Adachi S.Effects of drying conditions on the oxidation of linoleic acid encapsulated with gum arabic by spray-drying[J].Food Science Technology and Research,2005 (11):380-384.

[11]Tirgar M,Jinap S,Zaidul I S,et al.Suitable coating material for microencapsulation of spray-dried fish oil[J].Journal of Food Science and Technolgy,2015,52 (7):4 441-4 449.

[12]Shaw L A,Mc Clements D J,Decker E A.Spray-dried multilayered emulsions as a delivery method for ω-3 fatty acids into food systems[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2007 (5):3 112-3 119.

[13]项惠丹.抗氧化微胶囊壁材的制备及其在微胶囊化鱼油中的应用 [D].无锡:江南大学,2008.

[14]Klinkesorn U,Sophanodora P,Chinachoti P,et al.Charcterization of spray-dried tunaoil emulsified in two-layered interfacial membranes prepared using electrostatic layer-bylayerdeposition[J].FoodResearchInternational,2006 (9):449-457.

[15]林传舟,李进伟,蒋将,等.亚麻籽油多层微胶囊的制备及性质研究 [J].中国油脂,2016,41(1):17-21.

[16]Partanen R,Raula J,Seppänen R,et al.Effect of relative humidity on oxidation of flaxseed oil in spray dried whey protein emulsions[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry,2008,56 (14):5 717-5 722.

[17]刘斯博,田少君,夏克东.亚麻籽油微胶囊的制备及理化性质研究 [J].粮食与油脂,2015,28(8):17-20.

[18]Omar K A,Shan L,Zou X,et al.Effects of two emulsifiers on yield and storage of flaxseed oil powder by response surface methodology[J].Pakistan Journal of Nutrition,2009,8 (9):1 316-1 324.

[19]Helena C F,Renata V T,Carloss R F,et al.Encapsulation efficiency and oxidative stability of flaxseed oil microencapsulated by spray drying using different combinations of wall materials[J].Journal of Food Engineering,2013 (4):443-451.

[20]解秀娟.藻油DHA微胶囊的乳化喷雾干燥法制备及在乳品中的应用 [D].武汉:华中农业大学,2009.

[21]Aghbashlo M,Mobli H,Madadlou A,et al.Influence of wall material and inlet drying air temperature on the microencapsulation of fish oil by spray-drying[J].Food and Bioprocess Technology,2013 (6):1 561-1 569.

[22]Gharsallaoui A,Roudaut G,Chambin O,et al.Applications of spray drying in microencapsulation of food ingredients:an overview[J].Food Research International,2007,40 (9):1 107-1 121.

[23]Heinzelmann K,Franke K.Using freezing and drying techniques of emulsions for the microencapsulation of fish oil to improve oxidation stability[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,1999,12 (3):223-229.

[24]Heinzelmann K,Franke K,Valesco J,et al.Protection of fish oil from oxidation by microencapsulation using freezedrying techniques[J].European Food Research Technology,2000 (2):234-239.

[25]Klaypradit W,Huang Y W.Fish oil encapsulation with chitosan using ultrasonic atomizer[J].LWT-Food Science Technology,2008(6):1 133-1 139.

[26]Wu K,Chai X,Chen Y.Microencapsulation of fish oil by simple coacervation of hydroxypropyl methylcellulose[J].Chinese Journal of Chemistry,2005 (11):1 569-1 572.

[27]刘盛楠.鱼油的微胶囊化及氧化控制技术研究 [D].杭州:浙江工业大学,2012.

[28]Zhang K,Zhang H,Hu X,et al.Synthesis and release studies of microalgal oil-containing microcapsules prepared by complex coacervation[J].Colloids and Surfaces B:Biointerfaces,2012 (6):61-66.

[29]Liu S,Low N H,Nickerson M T.Entrapment of flaxseed oil within gelatin-gum Arabic capsules[J].Journal of the American Oil Chemists'Society,2010 (10):809-815.

[30]Cho Y H,Shim H K,Park J.Encapsulation of fish oil by an enzymatic gelation process using transglutaminase crosslinked proteins[J].Journal of Food Science,2003 (9):2 717-2 723.

[31]徐敬宜.IgY海藻酸钠-壳聚糖微囊的制备及其性能研究 [D].大连:大连理工大学,2006.

[32]Alehosseini A,Ghorani B,Sarabi-Jamab M,et al.Principles of electrospraying:A new approach in protection of bioactive compounds in foods[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition,2017 (13):237-239.

[33]Sergio T G,Antonio M A,Maria J O,et al.Stabilization of a nutraceutical omega-3 fatty acid by encapsulation in ultrathin electrosprayed zein prolamine[J].Journal of Food Science,2010 (6):69-79.

[34]Anwar S H,Kunz B.The influence of drying methods on the stabilization of fish oil microcapsules:Comparison of spray granulation,spray drying,and freeze drying[J].Journal of Food Engineering,2011(2):367-378.◇

Progress in Microencapsulation of Omega-3 Polyunsaturated Fatty Acids

DAI Yi1,2,DAI Zhiyong1,ZHANG Yanchun1,MOHongwei1,PANLi'na1,LIU Chengguo2,LU Xiangyang2,⋆ZHOU Hui1,2
(1.Ausnutria Dairy (China) Co.,Ltd.,Changsha,Hu'nan 410200,China;2.College of Food Science and Technology,Hu'nan Agricultural University,Changsha,Hu'nan 410128,China)

Studies show that intake of omega-3 polyunsaturated fatty acids can effectively reduce the incidence of cardiovascular disease,and the microencapsulation of omega-3 polyunsaturated fatty acids is beneficial to improve its oxidation stability and hide the fishy smell of fish oil.This paper introduces the application of microencapsulation in the omega-3 polyunsaturated fatty acids,and the future development direction of microencapsulation of omega-3 polyunsaturated fatty acids is also pointed out.

omega-3 polyunsaturated fatty acids;microencapsulation;spray drying

TS201.1

A

10.16693/j.cnki.1671-9646(X).2017.09.012

1671-9646(2017) 09a-0044-04

2017-06-21

长沙市科技计划项目(KQ1602237)。

戴 逸(1994— ),女,在读硕士,研究方向为食品生物技术。

⋆通讯作者:周 辉(1980— ),男,博士,副教授,研究方向为食品生物技术。

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