食品風(fēng)味智能控釋技術(shù)
發(fā)布時(shí)間：2020-07-03 瀏覽次數(shù)：4576
吳克剛 顏偉強(qiáng) 唐彬婧廣(guǎng)州江大和風(fēng)香精香料有限公司，廣(guǎng)州510660
廣(guǎng)東工業(yè)大學(xué)－江大和風(fēng)食品風(fēng)味研發(fā)中心，廣(guǎng)州510000
廣(guǎng)東工業(yè)大學(xué)食品與生物工程系，廣(guǎng)州510000
摘 要：食品風(fēng)味智能控釋技術(shù)是指食品的風(fēng)味成分通過(guò)對(duì)其在食品加工以及攝取過(guò)程的環(huán)境響應(yīng)來(lái)控制其釋放與否、釋放速度以及釋放程度。智能控釋有利於食品風(fēng)味在食品加工、儲(chǔ)藏過(guò)程的穩(wěn)定，也能使其充分賦予食品的功能屬性。可應(yīng)用於食品風(fēng)味的智能控釋技術(shù)包括微膠囊化技術(shù)、微球技術(shù)、納米技術(shù)、脂質(zhì)體技術(shù)、超分子形成法等。
關(guān)鍵詞：智能化、控制釋放、食品風(fēng)味
Intelligent controlled release technology of food flavors
Kegang Wu Weiqiang Yan Binjing Tang
(Guangzhou ADD Flavour and Fragrance Co.,Ltd., Guangzhou 510660)
(Food Flavour Research Center of Guangdong University of Technology and Guangzhou ADD Flavour and Fragrance Co.,Ltd., Guangzhou 510000)
(Food Science and Bioengineering Department, Guangdong University of Technology，Guangzhou 510000)
Abstract: Intelligent Controlled release of food flavors is a technology that food flavors is released under control through the respondence to environment stimulation during production and intake of food. Intelligent controlled release is helpful to keeping the stability and functional nature of food flavors during the production and storage. Intelligent controlled releases suitable to food flavors include microencapsulation, microsphere, nanoparticle, liposome and supromolecule.
Key Words: Intelligent, Controlled release, Food flavors
0 前言
智能控釋技術(shù)（intelligent controlled release technology）最早源於高分子材料和藥物控釋科學(xué)，一些天然或合成的高分子材料能夠對(duì)外界環(huán)境的變化產(chǎn)生響應(yīng)，其結(jié)構(gòu )或性質(zhì)表現(xiàn)出突然的變化，這些材料被稱(chēng)為智能材料[1]。將智能材料作為控制藥物釋放的載體，使藥物在規(guī)定的時(shí)間、溫度、pH、位置以及特定的生理條件下按特定的速度釋放藥物，這就是藥物的智能控釋技術(shù)。隨著食品添加劑和配料行業(yè)的日益發(fā)達(dá)，食品中應(yīng)用添加劑越來(lái)越普遍，使用的品種越來(lái)越多，為了確保食品在色、香、味、型以及營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值等方面的質(zhì)量穩(wěn)定和食用安全，食品功能屬性成分的智能控釋技術(shù)已顯得十分必要。食品智能控釋技術(shù)是指食品的功能屬性成分通過(guò)對(duì)其在食品加工以及攝取過(guò)程的環(huán)境響應(yīng)來(lái)控制功能屬性成分的釋放與否、釋放速度以及釋放程度。應(yīng)用於食品的環(huán)境響應(yīng)智能釋放主要包括：溫度刺激響應(yīng)釋放、pH刺激響應(yīng)釋放、溶劑刺激響應(yīng)釋放、生理條件刺激響應(yīng)釋放。智能控釋技術(shù)能夠使食品功能屬性成分在加工和攝取時(shí)按需要根據(jù)環(huán)境的刺激產(chǎn)生響應(yīng)而釋放，其它情況下並不產(chǎn)生釋放，這同時(shí)也能避免外界不良因素如光、氧氣、溫度、溼度、pH的影響以及組分間的相互反應(yīng)，從而維持食品成分原有的特性，提高其在加工時(shí)的穩(wěn)定性並延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架壽命。另外，智能控釋技術(shù)由於能提高許多敏感性食品添加劑的穩(wěn)定性，並且可控制釋放，因此可以降低其添加量和毒副作用，也能掩蓋食品添加劑的不良風(fēng)味和色澤。
1. 食品常用智能控釋技術(shù)
1.1 微膠囊及微球智能控釋技術(shù)
微膠囊（microencapsule）是一種能包埋和保護(hù)某些物質(zhì)的具有聚合物壁殼的半透性或密封的微型「容器」或「包裝物」。被包覆、保護(hù)或控制釋放的物質(zhì)通常稱(chēng)為微膠囊的囊芯或芯材（core）、核（nucleus）或填充物（fill）；用來(lái)包覆、保護(hù)或控制釋放芯材的成囊物質(zhì)稱(chēng)為微膠囊的囊壁或壁材（cell）、囊殼（shell）。微囊膜由於其薄膜結(jié)構(gòu )具有相對(duì)較快的環(huán)境感應(yīng)速度，被認(rèn)為更合適作為智能控釋載體。微球（microsphere）是指芯材溶解或者分散在高分子材料基質(zhì)中形成的微小球狀實(shí)體，通常粒徑為 l～250 μm。與微膠囊不同之處是沒有明顯的囊芯和囊壁界限，但微膠囊所用的壁材和製備方法往往也適用於微球的製備。食品工業(yè)中製備微膠囊和微球的方法包括；噴霧乾燥法、相分離法、流化床包塗法、糖玻璃化技術(shù)、銳孔－凝固浴法、復相乳液法、蔗糖共結(jié)晶法等[2]。最新發(fā)展的技術(shù)還包括：微生物微膠囊法、超臨界流體微膠囊化技術(shù)以及微凝膠技術(shù)[3,4]。雖然能用於食品微膠囊化的方法很多，但研究最多和商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用最多主要是噴霧乾燥微膠囊化。
1.2 脂質(zhì)體智能控釋技術(shù)
脂質(zhì)體（liposome）是磷脂分散在水中形成的一種定向排列的脂類(lèi)雙層膜結(jié)構(gòu )物質(zhì)。其中磷脂是含磷的脂類(lèi)物質(zhì)，主要有卵磷脂和腦磷脂兩(liǎng)類(lèi)。脂質(zhì)體的製備方法很多，但食品上應(yīng)用的主要是薄膜分散法和復乳化法。採用不同方法製備出的脂質(zhì)體主要有三種基本結(jié)構(gòu )，即多層大囊（MLV）、單層大囊（LUV）和單層小囊（SUV）。多層大囊是由多個(gè)雙分子磷脂鏈組成，其直徑可達(dá)幾個(gè)微米；單層大囊是由一個(gè)大的雙分子鏈脂鏈形成的圓形結(jié)構(gòu )組成，它的直徑在0.1~1um之間；而單層小囊由較短的一個(gè)雙分子磷脂鏈組成，其直徑只有20~50nm。脂質(zhì)體既可以作油溶性分子、也可作水溶性分子的包覆載體。智能控釋的脂質(zhì)體包括溫度感應(yīng)型脂質(zhì)體和pH感應(yīng)型脂質(zhì)體。食品工業(yè)中主要應(yīng)用脂質(zhì)體對(duì)香料、抗氧化劑、色素、維生素等添加劑進(jìn)行包覆，既可以起到保護(hù)作用，防止變質(zhì)，延長(zhǎng)食品添加劑的使用壽命，又可在適當(dāng)的情況下把食品添加劑釋放出來(lái)發(fā)揮作用。脂質(zhì)體還可作為多肽、蛋白質(zhì)類(lèi)生物活性物質(zhì)的包覆載體可以保護(hù)其生物活性，提高穩(wěn)定性，延長(zhǎng)半衰期，延緩釋放。
1.3 納米粒智能控釋技術(shù)
納米粒或毫微粒（nanoparticle），也稱(chēng)毫微膠囊或納米膠囊（nanocapsule），是20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是具有納米尺寸的新型微膠囊。納米微膠囊的概念是20世紀(jì)70年代末Narty等人首先提出來(lái)的，相對(duì)於普通微膠囊，其具有良好的靶向性和緩釋作用等獨(dú)特的性能而備受人們的重視[5]。它已經(jīng)應(yīng)用到醫(yī)藥、香料以及食品調(diào)味品等領(lǐng)域。納米微膠囊顆粒微小，易於分散和懸浮在水中，形成膠體溶液，外觀(guān)是清澈透明的液體。通常製備的微膠囊粒徑在5～2000μm之間，稱(chēng)為微米級(jí)的微膠囊。而納米膠囊的粒徑在10nm～1000nm，納米膠囊的粒徑對(duì)於納米膠囊來(lái)說(shuō)是很重要的指標(biāo)，這是區(qū)分一般微膠囊和納米膠囊的最重要因素，也與納米膠囊的被動(dòng)靶向性密切有關(guān)。納米微膠囊製備的方法主要包括乳液聚合法、界面聚合法、單凝聚法以及乾燥浴法等，但應(yīng)用於食品微膠囊化中的主要是單凝聚法以及乾燥浴法。採用的材料有明膠、白蛋白、澱粉等。納米微膠囊芯材負(fù)載量一般為10％～70％。
1.4 超分子智能控釋技術(shù)
超分子（Supramolecule）是指由兩(liǎng)種或兩(liǎng)種以上分子依靠分子間非共價(jià)相互作用結(jié)合在一起，組裝成複雜的、有組織的聚集體，並保持一定的完整性，使其具有明確的微觀(guān)結(jié)構(gòu )和宏觀(guān)特性[6]。兩(liǎng)種分子非共價(jià)相互作用時(shí)，若其中一分子的部分或全部被另一分子包含或包圍，即形成超分子包合物，被包含的分子稱(chēng)為客體分子，包含客體分子的分子稱(chēng)為主體分子。超分子包合物可以是一個(gè)主體分子包含一個(gè)或若干客體分子，也可以是若干主體分子包含一個(gè)客體分子。超分子包合物指的是分子水平上的包合行為，其特徵是主客體分子間存在非共價(jià)相互作用，這種相互作用是超分子包合物形成和穩(wěn)定的重要動(dòng)力。食品中應(yīng)用的超分子智能控釋方法主要有：環(huán)糊精包結(jié)法、蛋白質(zhì)結(jié)合法、尿素絡(luò)合法、直鏈澱粉絡(luò)合法[7~10]。
2、食品智能控釋技術(shù)在食品風(fēng)味中的應(yīng)用
2.1 智能控制食品風(fēng)味的釋放
食品風(fēng)味是食品功能屬性的主要組成部分，食品風(fēng)味只有合理的釋放出來(lái)，才能賦予食品美妙的滋味。智能控釋技術(shù)就是確保食品風(fēng)味在需要的時(shí)間、溫度、溼度、pH等條件下按規(guī)定的速度和方式合理地釋放出來(lái)。如在焙烤業(yè)中，希望香精在面胚表面升溫到某一程度，澱粉糊化和蛋白質(zhì)變性已具備了保氣功能後再釋放，使生成的香精蒸氣被包圍固定起來(lái)，不至於在焙烤過(guò)程因為受熱隨水蒸氣揮發(fā)損失；口香糖中要求香精在嚼咀過(guò)程感受口腔的溫度、溼度以及牙齒的機(jī)械作用力而緩慢釋放。食品風(fēng)味的釋放可分為瞬間釋放和緩慢釋放兩(liǎng)種。瞬間釋放是用各種形式的外力如機(jī)械壓碎、摩擦、變形等方法使囊壁破裂，或在熱的作用下使囊壁熔化，或用化學(xué)方法如酶的攻擊、用溶劑的溶解或提取的方法、混入一些膨脹劑到囊芯或使用電磁方法等使膠囊破碎。緩慢釋放是芯材通過(guò)囊壁擴散以及壁材的融蝕或降解而釋放。
2.2 控制食品加工、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味的釋放
食品風(fēng)味的組成十分複雜，成分幾十種，甚至成百上千種，許多組分揮發(fā)性極高，各種組分的揮發(fā)性差異大，組分的揮發(fā)不僅造成風(fēng)味的揮發(fā)損失，而且由於某些組分的揮發(fā)損失改變了風(fēng)味的組成，從而使風(fēng)味失真。如果將這些揮發(fā)性的風(fēng)味物質(zhì)微膠囊化，由於囊壁的密封作用，揮發(fā)損失受到抑制，香氣保留完整，從而提高了儲(chǔ)藏和使用的穩(wěn)定性。香精油、調(diào)味油、脂溶性的香精香料，其風(fēng)味成分是由一些小分子的酯類(lèi)和萜類(lèi)所形成，這些小分子極易揮發(fā)，使其有效成分散失。微膠囊化使壁材包裹住芯材，由於壁材的阻隔作用，可以減少揮發(fā)損失。如香蘭素暴露於大氣中二個(gè)月後會(huì)揮發(fā)損失20%，但將其製成超分子包合物後，其損失率不到1%，即使120℃加熱15h，損失率也只有17.14%。
2.3 保護(hù)敏感性成分
智能控釋技術(shù)可使風(fēng)味物質(zhì)免受外界不良因素，如光、氧氣、溫度、溼度、pH的影響，大大提高了耐氧、耐光、耐熱的能力，增強(qiáng)穩(wěn)定性。如桔油中檸烯的含量約佔總揮發(fā)性組份含量的90%左右，在貯藏過(guò)程中，檸烯極易發(fā)生反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物，其中最早生成的氧化產(chǎn)物—1，2-環(huán)氧檸烯和香芹酮是影響桔油香氣的重要原因，微膠囊化可避免桔油中檸烯氧化導(dǎo )致的風(fēng)味變質(zhì)。苯甲醛、茴香醛、香蘭素（3－甲氧基4-羥基苯甲醛）是調(diào)配食品、日用化學(xué)品香精的常用香料，其中香蘭素是重要的食品添加劑香料，廣(guǎng)泛用作巧克力、冰淇淋、菸草、酒類(lèi)的增香劑，三種香料都具有共同的苯環(huán)結(jié)構(gòu )和醛基，在空氣中易氧化變質(zhì)，因而其使用和貯存受到限制，經(jīng)過(guò)β-CD包合形成超分子包合物後，三種香料的抗氧化能力得到明顯提高。檸檬醛和紫羅蘭酮是兩(liǎng)種極為重要的香料，它們在空氣中易揮發(fā)，易氧化變質(zhì)，遇熱很快分解，給使用帶來(lái)不便，經(jīng)β-CD包合形成超分子包合物後，熱穩(wěn)定性得到了一定程度的提高。
2.4 避免風(fēng)味成分與食品成分反應(yīng)
食品智能控釋技術(shù)能將具有反應(yīng)活性的風(fēng)味物質(zhì)隔離保護(hù)起來(lái)，避免在食品加工和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程釋放，而在攝取食品時(shí)才釋放出來(lái)，從而避免了活性風(fēng)味物質(zhì)與其他食品成分反應(yīng)。如可避免呈味胺基酸與還原糖的美拉德反應(yīng)、呈味胺基酸與香味醛類(lèi)反應(yīng)、香味醛類(lèi)與食品中蛋白反應(yīng)。在焙烤食品的麵團(tuán)中添加肉桂、大蒜、洋蔥等調(diào)味料會(huì)抑制酵母活力，如果將這些調(diào)味料微膠囊化後再添加就可避免這種情況。
2.5 增溶與改善乳化分散作用
對(duì)於油溶性香精香料，微膠囊化能使香精香料在水溶液中形成穩(wěn)定乳濁液。對(duì)於難溶性香精香料，經(jīng)特殊智能控釋技術(shù)處理，可提高其水中溶解度，起到增溶作用，如薄荷油的溶解度從0.02％提高0.5％，提高約25倍；丁香酚在水中的溶解度從14.17ug/ml提高到76.41ug/ml，提高了約5倍。
2.6 改變物理形態(tài)
精油和油樹脂是目前代替食用香料植物粉末的主要形式，但它們的缺點(diǎn)是溶解分散性差，在乾燥產(chǎn)品中的加香不能良好地得到分解。微膠囊化能將常溫為液體或半固體的香精香料轉(zhuǎn)變為自由流動(dòng)的粉末，使其易於與其他配料混合。
3 新型功能化食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)
3.1 糖玻璃化香精
糖玻璃化技術(shù)是一種低溫微膠囊化技術(shù)，是目前最受推崇的易揮發(fā)物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)微膠囊化的方法，特別適合於熱、氧敏性芯材的包埋[11]。如各種風(fēng)味劑、香料、維生素C和色素等，它不但因為低溫操作可保護(hù)風(fēng)味物質(zhì)，而且表面油易於被有機(jī)溶劑洗去而貨架期長(zhǎng)。目前國(guó)外約有100種風(fēng)味劑是通過(guò)這種方法包埋的，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，風(fēng)味滯留期可達(dá)2-3年。現(xiàn)在糖玻璃化香精正在越來(lái)越廣(guǎng)泛的應(yīng)用於各種食品生產(chǎn)中，特別是在袋泡茶、保健食（藥）品、口香糖、調(diào)味品以及固體飲料中，香氣可以在產(chǎn)品中保存數(shù)年也不會(huì)淡化與散失。這種香精不需要使用抗氧化劑來(lái)穩(wěn)定，這可以為顧客提供天然、健康、新鮮的產(chǎn)品。
3.2 酵母微囊化風(fēng)味
Manchester附近的Newton-Le-Willows流體科技的生物科技公司認(rèn)為許多現(xiàn)存的微膠囊化技術(shù)存在弊端，水溶性使微膠囊在水環(huán)境不能保持原狀，而且沒有足夠強(qiáng)度耐受高溫和高壓。為此，研究了用釀造工業(yè)廣(guǎng)泛使用酵母（Saccharomyces cerivisiae）細(xì)胞來(lái)微膠囊化風(fēng)味物質(zhì)，這種技術(shù)被稱(chēng)為MICAP（Microencapsulated Ingredients to Create Amazing Products）的新型微膠囊技術(shù)，可以增加風(fēng)味物質(zhì)在焙烤食品、煎炸食品以及膨化食品中的留香效果。該技術(shù)將酵母細(xì)胞分散在風(fēng)味物質(zhì)預混溶液中，滲透達(dá)到平衡後，經(jīng)過(guò)分離、噴霧乾燥得到粒徑為30微米左右的乾燥、自由流動(dòng)的粉末。每一顆粒由無(wú)數(shù)包含風(fēng)味物質(zhì)的酵母細(xì)胞組成。這種微膠囊方法最適宜於精油等油性物質(zhì)。該公司已開(kāi)發(fā)一系列通用精油的這樣微膠囊，改善其加工過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)的保留，甚至可耐受高達(dá)200℃的溫度。產(chǎn)品具有耐受水分以及耐受劇烈剪切、高溫、蒸發(fā)、煮沸和擠壓膨化等苛刻的加工處理；可減少香料用量50％，依然能達(dá)到同樣的風(fēng)味效果；以將這種微膠囊直接加入底料膨化，而不用在膨化後撒粉調(diào)味。英國(guó)Wigan流體技術(shù)公司也開(kāi)發(fā)這種MICAP的微膠囊技術(shù)包埋風(fēng)味物質(zhì)，使其能包含70％的香料，而傳統(tǒng)僅30－40％，而且使得食品中的香料使用量可減少75％。世界最大的微膠囊香精生產(chǎn)公司—瑞士芬美意香料有限公司（Firmenich），已得到許可使用該公司的技術(shù)生產(chǎn)微膠囊香精，從而完善現(xiàn)有的Durarome和Flexarome微膠囊技術(shù)。
3.3斥水微膠囊香精
迄今為止，國(guó)內(nèi)外市售的微膠囊香精主要是水溶型，在應(yīng)用過(guò)程中遇到水分，囊壁溶解以「液態(tài)膜」形式包圍著香精，實(shí)際上是形成乳化液狀態(tài)，這種存在於乳化液中的香精，易受到食品中其他成分、加熱以及機(jī)械力作用出現(xiàn)破乳，失去保護(hù)作用。與目前普遍水溶性微膠囊香精不同的是，斥水性微膠囊技術(shù)是應(yīng)用於香精香料微膠囊化的新一代技術(shù)，與傳統(tǒng)的微膠囊化技術(shù)比較，其最大的區(qū)別是採用配方壁材將香精香料微膠囊化後，微膠囊壁變得水不溶性。斥水微膠囊香精的特性主要表現(xiàn)為：
（1）耐水性：微膠囊壁在冷、熱水中均不溶解，囊壁呈可塑性固態(tài)完整包覆香精。但可迅速分散、穩(wěn)定懸浮在水中。
（2）抗機(jī)械作用力：在水中，破裂的囊壁具有自閉合功能，不會(huì)導(dǎo )致香精遺漏，因此囊壁具有耐機(jī)械剪切力作用，通過(guò)高壓均質(zhì)後囊壁仍能完整包覆香精，微膠囊完好率≥98％。
（3）高溫爆破釋放：斥水微膠囊香精特別適用於餅乾、麵包等焙烤食品、油炸食品、膨化食品等高溫加工食品。由於加過(guò)過(guò)程的高溫加熱作用，使香精產(chǎn)生的蒸氣壓逐漸增大，直至將微膠囊爆破釋放出香精，但此時(shí)由於食品水分減少、食品中澱粉糊化以及蛋白變性已使得食品具有保留香精蒸氣的能力，而不至於揮發(fā)損失。
4 食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
智能化、功能化、專(zhuān)業(yè)化、定位明確化將成為食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外一些香精香料企業(yè)已經(jīng)在利用微膠囊控釋技術(shù)方面開(kāi)發(fā)系列產(chǎn)品。芬美意採用被認(rèn)為全球最先進(jìn)的Durarome技術(shù)開(kāi)發(fā)出具有超強(qiáng)氧化穩(wěn)定性的微膠囊香精以及應(yīng)用於焙烤食品的具有較強(qiáng)耐熱性能的Flexarome微膠囊香精；瑞士Givaudan（奇華頓）有限公司也推出具有熱穩(wěn)定性的Flavorburst和Bakestay微膠囊香精。在國(guó)內(nèi)，作為新興的香精香料企業(yè)，廣(guǎng)州江大和風(fēng)香精香料積極聯(lián)合高校、研究所開(kāi)發(fā)各種智能化、功能化的食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)，並取得了重大進(jìn)展。總之，食品風(fēng)味的控釋釋放已越來(lái)越受到世界各國(guó)香料工業(yè)企業(yè)以及食品生產(chǎn)企業(yè)的重視，市場(chǎng)也要求根據(jù)不同食品的應(yīng)用領(lǐng)域，研發(fā)特定功能的風(fēng)味釋放系統(tǒng)，滿(mǎn)足不同食品對(duì)風(fēng)味的要求，解決風(fēng)味料在食品中使用遇到的困難。
參 考 文 獻(xiàn)
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3. 劉芳, 鄧修. 超臨界狀態(tài)下微膠囊化綜述. 化學(xué)世界. 2005,2:118~121
4. 周秀琴. 酵母微膠囊包埋油脂新技術(shù). 糧食與油脂. 2004, 2:12
5. 郭慧林, 趙曉鵬. 納米膠囊的製備及其應(yīng)用. 功能材料. 2003, 34(6):609~611
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10.Scott Hegenbart. Emulsifier Applications. Food Product. l995, 32(10):56~58
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摘 要：食品風(fēng)味智能控釋技術(shù)是指食品的風(fēng)味成分通過(guò)對(duì)其在食品加工以及攝取過(guò)程的環(huán)境響應(yīng)來(lái)控制其釋放與否、釋放速度以及釋放程度。智能控釋有利於食品風(fēng)味在食品加工、儲(chǔ)藏過(guò)程的穩(wěn)定，也能使其充分賦予食品的功能屬性。可應(yīng)用於食品風(fēng)味的智能控釋技術(shù)包括微膠囊化技術(shù)、微球技術(shù)、納米技術(shù)、脂質(zhì)體技術(shù)、超分子形成法等。
關(guān)鍵詞：智能化、控制釋放、食品風(fēng)味
Intelligent controlled release technology of food flavors
Kegang Wu Weiqiang Yan Binjing Tang
(Guangzhou ADD Flavour and Fragrance Co.,Ltd., Guangzhou 510660)
(Food Flavour Research Center of Guangdong University of Technology and Guangzhou ADD Flavour and Fragrance Co.,Ltd., Guangzhou 510000)
(Food Science and Bioengineering Department, Guangdong University of Technology，Guangzhou 510000)
Abstract: Intelligent Controlled release of food flavors is a technology that food flavors is released under control through the respondence to environment stimulation during production and intake of food. Intelligent controlled release is helpful to keeping the stability and functional nature of food flavors during the production and storage. Intelligent controlled releases suitable to food flavors include microencapsulation, microsphere, nanoparticle, liposome and supromolecule.
Key Words: Intelligent, Controlled release, Food flavors
0 前言
智能控釋技術(shù)（intelligent controlled release technology）最早源於高分子材料和藥物控釋科學(xué)，一些天然或合成的高分子材料能夠對(duì)外界環(huán)境的變化產(chǎn)生響應(yīng)，其結(jié)構(gòu )或性質(zhì)表現(xiàn)出突然的變化，這些材料被稱(chēng)為智能材料[1]。將智能材料作為控制藥物釋放的載體，使藥物在規(guī)定的時(shí)間、溫度、pH、位置以及特定的生理條件下按特定的速度釋放藥物，這就是藥物的智能控釋技術(shù)。隨著食品添加劑和配料行業(yè)的日益發(fā)達(dá)，食品中應(yīng)用添加劑越來(lái)越普遍，使用的品種越來(lái)越多，為了確保食品在色、香、味、型以及營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值等方面的質(zhì)量穩(wěn)定和食用安全，食品功能屬性成分的智能控釋技術(shù)已顯得十分必要。食品智能控釋技術(shù)是指食品的功能屬性成分通過(guò)對(duì)其在食品加工以及攝取過(guò)程的環(huán)境響應(yīng)來(lái)控制功能屬性成分的釋放與否、釋放速度以及釋放程度。應(yīng)用於食品的環(huán)境響應(yīng)智能釋放主要包括：溫度刺激響應(yīng)釋放、pH刺激響應(yīng)釋放、溶劑刺激響應(yīng)釋放、生理條件刺激響應(yīng)釋放。智能控釋技術(shù)能夠使食品功能屬性成分在加工和攝取時(shí)按需要根據(jù)環(huán)境的刺激產(chǎn)生響應(yīng)而釋放，其它情況下並不產(chǎn)生釋放，這同時(shí)也能避免外界不良因素如光、氧氣、溫度、溼度、pH的影響以及組分間的相互反應(yīng)，從而維持食品成分原有的特性，提高其在加工時(shí)的穩(wěn)定性並延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架壽命。另外，智能控釋技術(shù)由於能提高許多敏感性食品添加劑的穩(wěn)定性，並且可控制釋放，因此可以降低其添加量和毒副作用，也能掩蓋食品添加劑的不良風(fēng)味和色澤。
1. 食品常用智能控釋技術(shù)
1.1 微膠囊及微球智能控釋技術(shù)
微膠囊（microencapsule）是一種能包埋和保護(hù)某些物質(zhì)的具有聚合物壁殼的半透性或密封的微型「容器」或「包裝物」。被包覆、保護(hù)或控制釋放的物質(zhì)通常稱(chēng)為微膠囊的囊芯或芯材（core）、核（nucleus）或填充物（fill）；用來(lái)包覆、保護(hù)或控制釋放芯材的成囊物質(zhì)稱(chēng)為微膠囊的囊壁或壁材（cell）、囊殼（shell）。微囊膜由於其薄膜結(jié)構(gòu )具有相對(duì)較快的環(huán)境感應(yīng)速度，被認(rèn)為更合適作為智能控釋載體。微球（microsphere）是指芯材溶解或者分散在高分子材料基質(zhì)中形成的微小球狀實(shí)體，通常粒徑為 l～250 μm。與微膠囊不同之處是沒有明顯的囊芯和囊壁界限，但微膠囊所用的壁材和製備方法往往也適用於微球的製備。食品工業(yè)中製備微膠囊和微球的方法包括；噴霧乾燥法、相分離法、流化床包塗法、糖玻璃化技術(shù)、銳孔－凝固浴法、復相乳液法、蔗糖共結(jié)晶法等[2]。最新發(fā)展的技術(shù)還包括：微生物微膠囊法、超臨界流體微膠囊化技術(shù)以及微凝膠技術(shù)[3,4]。雖然能用於食品微膠囊化的方法很多，但研究最多和商業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用最多主要是噴霧乾燥微膠囊化。
1.2 脂質(zhì)體智能控釋技術(shù)
脂質(zhì)體（liposome）是磷脂分散在水中形成的一種定向排列的脂類(lèi)雙層膜結(jié)構(gòu )物質(zhì)。其中磷脂是含磷的脂類(lèi)物質(zhì)，主要有卵磷脂和腦磷脂兩(liǎng)類(lèi)。脂質(zhì)體的製備方法很多，但食品上應(yīng)用的主要是薄膜分散法和復乳化法。採用不同方法製備出的脂質(zhì)體主要有三種基本結(jié)構(gòu )，即多層大囊（MLV）、單層大囊（LUV）和單層小囊（SUV）。多層大囊是由多個(gè)雙分子磷脂鏈組成，其直徑可達(dá)幾個(gè)微米；單層大囊是由一個(gè)大的雙分子鏈脂鏈形成的圓形結(jié)構(gòu )組成，它的直徑在0.1~1um之間；而單層小囊由較短的一個(gè)雙分子磷脂鏈組成，其直徑只有20~50nm。脂質(zhì)體既可以作油溶性分子、也可作水溶性分子的包覆載體。智能控釋的脂質(zhì)體包括溫度感應(yīng)型脂質(zhì)體和pH感應(yīng)型脂質(zhì)體。食品工業(yè)中主要應(yīng)用脂質(zhì)體對(duì)香料、抗氧化劑、色素、維生素等添加劑進(jìn)行包覆，既可以起到保護(hù)作用，防止變質(zhì)，延長(zhǎng)食品添加劑的使用壽命，又可在適當(dāng)的情況下把食品添加劑釋放出來(lái)發(fā)揮作用。脂質(zhì)體還可作為多肽、蛋白質(zhì)類(lèi)生物活性物質(zhì)的包覆載體可以保護(hù)其生物活性，提高穩(wěn)定性，延長(zhǎng)半衰期，延緩釋放。
1.3 納米粒智能控釋技術(shù)
納米粒或毫微粒（nanoparticle），也稱(chēng)毫微膠囊或納米膠囊（nanocapsule），是20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，是具有納米尺寸的新型微膠囊。納米微膠囊的概念是20世紀(jì)70年代末Narty等人首先提出來(lái)的，相對(duì)於普通微膠囊，其具有良好的靶向性和緩釋作用等獨(dú)特的性能而備受人們的重視[5]。它已經(jīng)應(yīng)用到醫(yī)藥、香料以及食品調(diào)味品等領(lǐng)域。納米微膠囊顆粒微小，易於分散和懸浮在水中，形成膠體溶液，外觀(guān)是清澈透明的液體。通常製備的微膠囊粒徑在5～2000μm之間，稱(chēng)為微米級(jí)的微膠囊。而納米膠囊的粒徑在10nm～1000nm，納米膠囊的粒徑對(duì)於納米膠囊來(lái)說(shuō)是很重要的指標(biāo)，這是區(qū)分一般微膠囊和納米膠囊的最重要因素，也與納米膠囊的被動(dòng)靶向性密切有關(guān)。納米微膠囊製備的方法主要包括乳液聚合法、界面聚合法、單凝聚法以及乾燥浴法等，但應(yīng)用於食品微膠囊化中的主要是單凝聚法以及乾燥浴法。採用的材料有明膠、白蛋白、澱粉等。納米微膠囊芯材負(fù)載量一般為10％～70％。
1.4 超分子智能控釋技術(shù)
超分子（Supramolecule）是指由兩(liǎng)種或兩(liǎng)種以上分子依靠分子間非共價(jià)相互作用結(jié)合在一起，組裝成複雜的、有組織的聚集體，並保持一定的完整性，使其具有明確的微觀(guān)結(jié)構(gòu )和宏觀(guān)特性[6]。兩(liǎng)種分子非共價(jià)相互作用時(shí)，若其中一分子的部分或全部被另一分子包含或包圍，即形成超分子包合物，被包含的分子稱(chēng)為客體分子，包含客體分子的分子稱(chēng)為主體分子。超分子包合物可以是一個(gè)主體分子包含一個(gè)或若干客體分子，也可以是若干主體分子包含一個(gè)客體分子。超分子包合物指的是分子水平上的包合行為，其特徵是主客體分子間存在非共價(jià)相互作用，這種相互作用是超分子包合物形成和穩(wěn)定的重要動(dòng)力。食品中應(yīng)用的超分子智能控釋方法主要有：環(huán)糊精包結(jié)法、蛋白質(zhì)結(jié)合法、尿素絡(luò)合法、直鏈澱粉絡(luò)合法[7~10]。
2、食品智能控釋技術(shù)在食品風(fēng)味中的應(yīng)用
2.1 智能控制食品風(fēng)味的釋放
食品風(fēng)味是食品功能屬性的主要組成部分，食品風(fēng)味只有合理的釋放出來(lái)，才能賦予食品美妙的滋味。智能控釋技術(shù)就是確保食品風(fēng)味在需要的時(shí)間、溫度、溼度、pH等條件下按規(guī)定的速度和方式合理地釋放出來(lái)。如在焙烤業(yè)中，希望香精在面胚表面升溫到某一程度，澱粉糊化和蛋白質(zhì)變性已具備了保氣功能後再釋放，使生成的香精蒸氣被包圍固定起來(lái)，不至於在焙烤過(guò)程因為受熱隨水蒸氣揮發(fā)損失；口香糖中要求香精在嚼咀過(guò)程感受口腔的溫度、溼度以及牙齒的機(jī)械作用力而緩慢釋放。食品風(fēng)味的釋放可分為瞬間釋放和緩慢釋放兩(liǎng)種。瞬間釋放是用各種形式的外力如機(jī)械壓碎、摩擦、變形等方法使囊壁破裂，或在熱的作用下使囊壁熔化，或用化學(xué)方法如酶的攻擊、用溶劑的溶解或提取的方法、混入一些膨脹劑到囊芯或使用電磁方法等使膠囊破碎。緩慢釋放是芯材通過(guò)囊壁擴散以及壁材的融蝕或降解而釋放。
2.2 控制食品加工、儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中揮發(fā)性風(fēng)味的釋放
食品風(fēng)味的組成十分複雜，成分幾十種，甚至成百上千種，許多組分揮發(fā)性極高，各種組分的揮發(fā)性差異大，組分的揮發(fā)不僅造成風(fēng)味的揮發(fā)損失，而且由於某些組分的揮發(fā)損失改變了風(fēng)味的組成，從而使風(fēng)味失真。如果將這些揮發(fā)性的風(fēng)味物質(zhì)微膠囊化，由於囊壁的密封作用，揮發(fā)損失受到抑制，香氣保留完整，從而提高了儲(chǔ)藏和使用的穩(wěn)定性。香精油、調(diào)味油、脂溶性的香精香料，其風(fēng)味成分是由一些小分子的酯類(lèi)和萜類(lèi)所形成，這些小分子極易揮發(fā)，使其有效成分散失。微膠囊化使壁材包裹住芯材，由於壁材的阻隔作用，可以減少揮發(fā)損失。如香蘭素暴露於大氣中二個(gè)月後會(huì)揮發(fā)損失20%，但將其製成超分子包合物後，其損失率不到1%，即使120℃加熱15h，損失率也只有17.14%。
2.3 保護(hù)敏感性成分
智能控釋技術(shù)可使風(fēng)味物質(zhì)免受外界不良因素，如光、氧氣、溫度、溼度、pH的影響，大大提高了耐氧、耐光、耐熱的能力，增強(qiáng)穩(wěn)定性。如桔油中檸烯的含量約佔總揮發(fā)性組份含量的90%左右，在貯藏過(guò)程中，檸烯極易發(fā)生反應(yīng)生成氧化產(chǎn)物，其中最早生成的氧化產(chǎn)物—1，2-環(huán)氧檸烯和香芹酮是影響桔油香氣的重要原因，微膠囊化可避免桔油中檸烯氧化導(dǎo )致的風(fēng)味變質(zhì)。苯甲醛、茴香醛、香蘭素（3－甲氧基4-羥基苯甲醛）是調(diào)配食品、日用化學(xué)品香精的常用香料，其中香蘭素是重要的食品添加劑香料，廣(guǎng)泛用作巧克力、冰淇淋、菸草、酒類(lèi)的增香劑，三種香料都具有共同的苯環(huán)結(jié)構(gòu )和醛基，在空氣中易氧化變質(zhì)，因而其使用和貯存受到限制，經(jīng)過(guò)β-CD包合形成超分子包合物後，三種香料的抗氧化能力得到明顯提高。檸檬醛和紫羅蘭酮是兩(liǎng)種極為重要的香料，它們在空氣中易揮發(fā)，易氧化變質(zhì)，遇熱很快分解，給使用帶來(lái)不便，經(jīng)β-CD包合形成超分子包合物後，熱穩(wěn)定性得到了一定程度的提高。
2.4 避免風(fēng)味成分與食品成分反應(yīng)
食品智能控釋技術(shù)能將具有反應(yīng)活性的風(fēng)味物質(zhì)隔離保護(hù)起來(lái)，避免在食品加工和儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程釋放，而在攝取食品時(shí)才釋放出來(lái)，從而避免了活性風(fēng)味物質(zhì)與其他食品成分反應(yīng)。如可避免呈味胺基酸與還原糖的美拉德反應(yīng)、呈味胺基酸與香味醛類(lèi)反應(yīng)、香味醛類(lèi)與食品中蛋白反應(yīng)。在焙烤食品的麵團(tuán)中添加肉桂、大蒜、洋蔥等調(diào)味料會(huì)抑制酵母活力，如果將這些調(diào)味料微膠囊化後再添加就可避免這種情況。
2.5 增溶與改善乳化分散作用
對(duì)於油溶性香精香料，微膠囊化能使香精香料在水溶液中形成穩(wěn)定乳濁液。對(duì)於難溶性香精香料，經(jīng)特殊智能控釋技術(shù)處理，可提高其水中溶解度，起到增溶作用，如薄荷油的溶解度從0.02％提高0.5％，提高約25倍；丁香酚在水中的溶解度從14.17ug/ml提高到76.41ug/ml，提高了約5倍。
2.6 改變物理形態(tài)
精油和油樹脂是目前代替食用香料植物粉末的主要形式，但它們的缺點(diǎn)是溶解分散性差，在乾燥產(chǎn)品中的加香不能良好地得到分解。微膠囊化能將常溫為液體或半固體的香精香料轉(zhuǎn)變為自由流動(dòng)的粉末，使其易於與其他配料混合。
3 新型功能化食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)
3.1 糖玻璃化香精
糖玻璃化技術(shù)是一種低溫微膠囊化技術(shù)，是目前最受推崇的易揮發(fā)物質(zhì)和熱敏性物質(zhì)微膠囊化的方法，特別適合於熱、氧敏性芯材的包埋[11]。如各種風(fēng)味劑、香料、維生素C和色素等，它不但因為低溫操作可保護(hù)風(fēng)味物質(zhì)，而且表面油易於被有機(jī)溶劑洗去而貨架期長(zhǎng)。目前國(guó)外約有100種風(fēng)味劑是通過(guò)這種方法包埋的，產(chǎn)品穩(wěn)定性好，風(fēng)味滯留期可達(dá)2-3年。現(xiàn)在糖玻璃化香精正在越來(lái)越廣(guǎng)泛的應(yīng)用於各種食品生產(chǎn)中，特別是在袋泡茶、保健食（藥）品、口香糖、調(diào)味品以及固體飲料中，香氣可以在產(chǎn)品中保存數(shù)年也不會(huì)淡化與散失。這種香精不需要使用抗氧化劑來(lái)穩(wěn)定，這可以為顧客提供天然、健康、新鮮的產(chǎn)品。
3.2 酵母微囊化風(fēng)味
Manchester附近的Newton-Le-Willows流體科技的生物科技公司認(rèn)為許多現(xiàn)存的微膠囊化技術(shù)存在弊端，水溶性使微膠囊在水環(huán)境不能保持原狀，而且沒有足夠強(qiáng)度耐受高溫和高壓。為此，研究了用釀造工業(yè)廣(guǎng)泛使用酵母（Saccharomyces cerivisiae）細(xì)胞來(lái)微膠囊化風(fēng)味物質(zhì)，這種技術(shù)被稱(chēng)為MICAP（Microencapsulated Ingredients to Create Amazing Products）的新型微膠囊技術(shù)，可以增加風(fēng)味物質(zhì)在焙烤食品、煎炸食品以及膨化食品中的留香效果。該技術(shù)將酵母細(xì)胞分散在風(fēng)味物質(zhì)預混溶液中，滲透達(dá)到平衡後，經(jīng)過(guò)分離、噴霧乾燥得到粒徑為30微米左右的乾燥、自由流動(dòng)的粉末。每一顆粒由無(wú)數(shù)包含風(fēng)味物質(zhì)的酵母細(xì)胞組成。這種微膠囊方法最適宜於精油等油性物質(zhì)。該公司已開(kāi)發(fā)一系列通用精油的這樣微膠囊，改善其加工過(guò)程中風(fēng)味物質(zhì)的保留，甚至可耐受高達(dá)200℃的溫度。產(chǎn)品具有耐受水分以及耐受劇烈剪切、高溫、蒸發(fā)、煮沸和擠壓膨化等苛刻的加工處理；可減少香料用量50％，依然能達(dá)到同樣的風(fēng)味效果；以將這種微膠囊直接加入底料膨化，而不用在膨化後撒粉調(diào)味。英國(guó)Wigan流體技術(shù)公司也開(kāi)發(fā)這種MICAP的微膠囊技術(shù)包埋風(fēng)味物質(zhì)，使其能包含70％的香料，而傳統(tǒng)僅30－40％，而且使得食品中的香料使用量可減少75％。世界最大的微膠囊香精生產(chǎn)公司—瑞士芬美意香料有限公司（Firmenich），已得到許可使用該公司的技術(shù)生產(chǎn)微膠囊香精，從而完善現(xiàn)有的Durarome和Flexarome微膠囊技術(shù)。
3.3斥水微膠囊香精
迄今為止，國(guó)內(nèi)外市售的微膠囊香精主要是水溶型，在應(yīng)用過(guò)程中遇到水分，囊壁溶解以「液態(tài)膜」形式包圍著香精，實(shí)際上是形成乳化液狀態(tài)，這種存在於乳化液中的香精，易受到食品中其他成分、加熱以及機(jī)械力作用出現(xiàn)破乳，失去保護(hù)作用。與目前普遍水溶性微膠囊香精不同的是，斥水性微膠囊技術(shù)是應(yīng)用於香精香料微膠囊化的新一代技術(shù)，與傳統(tǒng)的微膠囊化技術(shù)比較，其最大的區(qū)別是採用配方壁材將香精香料微膠囊化後，微膠囊壁變得水不溶性。斥水微膠囊香精的特性主要表現(xiàn)為：
（1）耐水性：微膠囊壁在冷、熱水中均不溶解，囊壁呈可塑性固態(tài)完整包覆香精。但可迅速分散、穩(wěn)定懸浮在水中。
（2）抗機(jī)械作用力：在水中，破裂的囊壁具有自閉合功能，不會(huì)導(dǎo )致香精遺漏，因此囊壁具有耐機(jī)械剪切力作用，通過(guò)高壓均質(zhì)後囊壁仍能完整包覆香精，微膠囊完好率≥98％。
（3）高溫爆破釋放：斥水微膠囊香精特別適用於餅乾、麵包等焙烤食品、油炸食品、膨化食品等高溫加工食品。由於加過(guò)過(guò)程的高溫加熱作用，使香精產(chǎn)生的蒸氣壓逐漸增大，直至將微膠囊爆破釋放出香精，但此時(shí)由於食品水分減少、食品中澱粉糊化以及蛋白變性已使得食品具有保留香精蒸氣的能力，而不至於揮發(fā)損失。
4 食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)
智能化、功能化、專(zhuān)業(yè)化、定位明確化將成為食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外一些香精香料企業(yè)已經(jīng)在利用微膠囊控釋技術(shù)方面開(kāi)發(fā)系列產(chǎn)品。芬美意採用被認(rèn)為全球最先進(jìn)的Durarome技術(shù)開(kāi)發(fā)出具有超強(qiáng)氧化穩(wěn)定性的微膠囊香精以及應(yīng)用於焙烤食品的具有較強(qiáng)耐熱性能的Flexarome微膠囊香精；瑞士Givaudan（奇華頓）有限公司也推出具有熱穩(wěn)定性的Flavorburst和Bakestay微膠囊香精。在國(guó)內(nèi)，作為新興的香精香料企業(yè)，廣(guǎng)州江大和風(fēng)香精香料積極聯(lián)合高校、研究所開(kāi)發(fā)各種智能化、功能化的食品風(fēng)味釋放系統(tǒng)，並取得了重大進(jìn)展。總之，食品風(fēng)味的控釋釋放已越來(lái)越受到世界各國(guó)香料工業(yè)企業(yè)以及食品生產(chǎn)企業(yè)的重視，市場(chǎng)也要求根據(jù)不同食品的應(yīng)用領(lǐng)域，研發(fā)特定功能的風(fēng)味釋放系統(tǒng)，滿(mǎn)足不同食品對(duì)風(fēng)味的要求，解決風(fēng)味料在食品中使用遇到的困難。
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