Mikroindkapslingsteknologi

1.1 Begrebet mikroindkapslingsteknologi

Mikrokapsel er en slags inklusion eller pakke indpakket med indhold af skallen af polymeriseret materiale, og det stof, der er fyldt indeni, kaldes kernemateriale, og det stof, der er indpakket udenfor, kaldes vægmateriale. Mikrokapselteknologi refererer til en ny type teknologi ved hjælp af polymeren af polymermaterialer som vægmateriale, så den dannes på overfladen af kernematerialet for at danne en kontinuerlig film, isolering af indholdet, så der dannes en ny type teknologi til mikrokapsler.

Mikroindkapslingsteknologi kan indkapsle faste, flydende eller gasformige stoffer for så vidt muligt at bevare kernematerialets farve, aroma, smag, ernæring og aktivitet, og i dag er det blevet undersøgt og anvendt i vid udstrækning inden for fødevarer, medicin, daglige fornødenheder, kemiske materialer og så videre.

1.2 Karakteristik af mikroindkapslingsteknologi

Særlige kernematerialestoffer efter mikroindkapsling, dets farve, morfologi, volumen, kvalitet, opløselighed og lagerbarhed osv. vil være visse ændringer, under specifikke forhold vil kernematerialestofferne langsomt blive frigivet for at spille en rolle.

Partikelstørrelsen på mikroindkapslede produkter varierer generelt fra 1 nm til 1.000 nm. Mikrokapsler af forskellige former, hovedsageligt uregelmæssige, enkle, multi-core type, multi-wall type, fyldstofpartikler osv.; i henhold til de funktionelle egenskaber ved differentiering, herunder langsom frigivelse type, trykfølsom, varmefølsom, lysfølsom, hævelse, pH-følsom type.

1.3 Valg af kernemateriale og vægmateriale

Kernemateriale er for det meste et enkelt stof, kan også være en blanding af flere stoffer, der almindeligvis bruges som kernemateriale, kan bredt inddeles i æteriske olier, pigmenter, olier, stammer, enzymer, aktive stoffer, næringsstoffer og andre kategorier, de specifikke kernematerialestoffer vist i tabel 1.

Tabel 1 Fremstilling af mikrokapsler, der ofte anvendes til klassificering af kernemateriale

Generelt frigives kernematerialet kun fra mikrokapslens kapselvæg for at spille sin effekt, frigivelseshastigheden er opdelt i øjeblikkelig frigivelse og langsom frigivelse af to slags, frigivelseshastigheden er modtagelig for tykkelsen af vægmaterialet, hullets størrelse, reaktionstilstanden og andre faktorer;

Opløseligheden og diffusionskoefficienten for selve kernematerialet vil også have en effekt på frigivelseshastigheden, og den generelle frigivelsesproces for kernematerialet følger ligningen for frigivelseshastighed på nulniveau eller et niveau. I produktionen og forarbejdningen af drikkevareindustrien er pigment, aktive stoffer og næringsstoffer klasse af kernematerialevalg mere, mikroindkapslede kernematerialestoffer tilsat til drikkevaren, forbedrer drikkevarens kvalitet og værdi, beriger drikkevarens smag og smag.

Valget af vægmaterialer har stor indflydelse på effekten af mikroindkapslingsanvendelse, såsom permeabilitet, opløselighed, fluiditet og så videre. Det anvendte vægmateriale skal opfylde kravene til fødevaretilsætningsstoffer i nationale standarder samt have god filmdannelse, opløselighed, emulgering, tørring, kompatibilitet og lav viskositet, ikke-toksisk, ikke-irriterende, biologisk nedbrydeligt, bredt tilgængeligt, billigt og ikke reagere kemisk med kernematerialet.

Derudover har kerne- og vægmaterialerne også gensidig selektivitet, normalt kan olieopløselige vægmaterialer bruges til at indpakke de vandopløselige kernematerialer, vandopløselige vægmaterialer indpakker de olieopløselige kernematerialer, overfladespændingen dannet mellem oliefasen og vandfasen for at gøre opløsningen til et stabilt vand-i-olie eller vand-i-olie-system.

Almindeligt anvendte vægmaterialer inddeles i naturlige polymermaterialer og syntetiske polymermaterialer.

Naturlige polymermaterialer er mindre giftige, mere tyktflydende og nedbrydelige;

Syntetiske polymermaterialer er stærke og nemme at modificere, men mindre biokompatible.

Plantegummier (f.eks. arabisk gummi, pektin) har høj viskositet, gode filmdannende egenskaber og høj stabilitet;

Sukkerarter (som maltose, saccharose og chitosan) har god opløselighed, men dårlige filmdannende egenskaber;

Stivelse og dens derivater (f.eks. carboxymethylstivelse, oligosakkarider) fra en lang række kilder, ingen forurening;

Dextriner (f.eks. maltodextrin, cyclodextrin) har god varmebestandighed;

Celluloseklasser (f.eks. carboxymethylcellulose, ethylcellulose) er mindre giftige og mere tyktflydende, men ikke varmebestandige;

Proteiner (f.eks. gelatine, sojabønneisolatprotein) og lipider (f.eks. paraffin, lecithin) har gode filmdannende og emulgerende egenskaber. PETROVIC et al. fremstillede mikrokapsler af solsikkeolie ved hjælp af spraytørring med hydroxypropylmethylcellulose som vægmateriale og undersøgte eksperimentelt effekten af anioniske overfladeaktive stoffer på processen med dannelse af mikrokapsler.

CAI Xuran et al. undersøgte stabiliteten af fem proportioner af carboxymethylstivelse og xanthangummikomposit-indlejrede blåbær-antocyanin-mikrokapsler og bekræftede, at mikrokapslerne hovedsageligt blev tilbageholdt i maven og frigivet i tarmen ved in vitro-frigivelsesanalysen.LOLENY TAVARES et al. brugte valleprotein og chitosankompleks til at mikroindkapsle hvidløgsekstrakt, hvilket resulterede i 50 % til 60 % tilbageholdelseseffektivitet af phenolforbindelser i hvidløg.

1.4 Fremstillingsmetoder for mikrokapsler

Der er mange metoder til fremstilling af mikrokapsler, som kan kategoriseres i fysiske, kemiske og fysisk-kemiske metoder alt efter princippet. De specifikke metoder og deres fordele er vist i tabel 2.

Tabel 2 Fremstillingsmetoder for mikrokapsler

I drikkevareindustrien bruges spraytørringsmetoden ofte til at producere faste drikkevarer for at opnå industriel produktion i stor skala. Chai Wisdom et al. brugte rørsaft og kanel som råmaterialer, tilsatte maltodextrin og spraytørrede derefter for at forberede rørsaft og kanel fast drik, og rørsaft og kaneldrik opnået under de optimale betingelser for processen har hurtig opløsningshastighed, god kvalitet, sød og velsmagende og har den unikke smag af rørsaft og kanel.

I den faktiske produktion af mere kernemateriale i vægmaterialeopløsningen blandes homogent for at danne en stabil opløsning, foder til spraytørreren efter forstøvning og højtemperaturtørringsproces, så opløsningsmidlet fordamper hurtigt, den opløste udfældning for at få mikrokapslerne og derefter tilsættes til juicedrikke, faste drikkevarer og så videre. Mikrokapslerne fremstillet ved spraytørring har god indlejringseffekt, fine og ensartede partikler og god opløselighed.

1.5 Karakterisering af mikrokapsler

Der findes mange specifikke metoder til karakterisering af mikroindkapslede produkter: brug af Fourier transform infrarød spektroskopi, røntgendiffraktion og andre teknikker til at bestemme graden af mikrokapselindlejring, verifikation af den indlejrede struktur; brug af scanning elektronmikroskopi til at observere overfladestrukturen af mikrokapsler, effekten af indlejringen; brug af partikelstørrelsesanalysator til at analysere partikelstørrelsesfordelingen af mikroindkapslede produkter; brug af termogravimetriske analysatorer til at detektere den termiske stabilitet af mikroindkapslede produkter; brug af plotting af mikrokapslens indlejringshastighed Mikrokapslens indlejringshastighed blev opnået ved kortlægning; mikrokapslernes egenskab med langsom frigivelse blev påvist ved kromatografi og så videre. Storm Sasha et al. etablerede en lavfelts kernemagnetisk resonansteknologi kombineret med partiel mindste kvadraters regressionsanalysemetode, hurtig, ikke-destruktiv og nøjagtig påvisning af antarktisk krillolie-mikrokapslers indlejringshastighed.

Anvendelsen af mikroindkapslingsteknologi i drikkevareforarbejdning

2.1 Mikroindkapslingsteknologiens rolle i forbindelse med forarbejdning af drikkevarer

(1) Flydende drikkevarer kan omdannes til pulver eller faste partikler efter mikroindkapsling, hvilket er praktisk til forarbejdning, transport, opbevaring og forbrug.

(2) Beskyt det flygtige, ustabile kernemateriale mod påvirkning fra det ydre miljø (lys, temperatur, fugtighed, pH-værdi osv.) for at forhindre oxidation og forringelse af kernematerialet eller sænke oxidationshastigheden og samtidig undgå at interagere med andre komponenter i drikkevarens bivirkninger, hvilket resulterer i skade på menneskers sundhed.

3) Forbedre produktets kemiske stabilitet og forlæng opbevaringsperioden.

4) Kontroller frigivelsesstedet, frigivelsestiden og frigivelseshastigheden for kernematerialet i menneskekroppen, så de aktive ingredienser med terapeutiske funktioner og så videre kan frigives effektivt og præcist og fremme absorptionen og udnyttelsen af den menneskelige tarmkanal.

(5) Maskerer den dårlige lugt af selve kernematerialet, såsom fiskeagtig, krydret, bitter osv. for at forbedre drikkevarens smag og aroma.

6) Maksimerer den oprindelige farve, aroma, smag samt biologiske aktivitet i drikken, bevarer næringsværdien eller forbedrer endda næringsværdien.

(7) Reducere mængden af tilsatte fødevaretilsætningsstoffer for at mindske skaderne på menneskers sundhed.

2.2 Anvendelse af mikroindkapslingsteknologi i tedrikke

Te, fordi det indeholder te-polyfenoler og andre stoffer, der er gavnlige for menneskers sundhed og elsket af forbrugerne, men te-polyfenoler er lette at oxidere under alkaliske forhold, lette at reagere med koffein, proteiner og andre stoffer for at generere te-ost; vitaminer i te beskadiges let af varme; aromatiske stoffer er lette at fordampe eller frigive uønsket smag; pigmenter er lette at nedbryde under lysforholdene, og nogle af dem vil også virke uklare og udfældede, brune suppefarve, aromaforringelse Nogle af dem vil også have uklarhed og udfældning, bruning af suppefarve og forringelse af aroma.

Anvendelsen af mikroindkapslingsteknologi i produktionen og forarbejdningen af tedrikke kan effektivt løse ovenstående problemer. Anvendelsen af mikroindkapslingsteknologi kan beskytte te-polyphenoler, vitaminer, aromatiske stoffer og pigmenter i tedrikke, forhindre fordampning af ingredienserne, opretholde teens farve og smag, forbedre stabiliteten og modstandsdygtigheden over for lys, varme, syre og alkali og forlænge holdbarheden. Ning Enchuang et al. fremstillede mikrokapsler ved spraytørring af den oprindelige væske af Camellia sinensis-polyphenoler, og te-polyphenolerne var i stand til at bevare 81,23 %. Chen Xin påpegede, at tilsætning af en slags mælkefedtmikrokapsler til tedrikke kan forbedre smagen og øge næringsværdien.

Ved produktion af øjeblikkelig te er det vigtigt at opretholde den oprindelige smag, farve og aroma af te, idet tilsætning af thrive-cyclodextrin ikke kun kan indlejres i smagskomponenterne for at undgå tab, men også forhindre produktion af teost, produktion af tedrikke med stærk aroma og god farve.

2.3 Anvendelse af mikroindkapslingsteknologi i mejeridrikke

For at sikre, at næringsstofferne i mejeriprodukter ikke nedbrydes, bruges mikroindkapslingsteknologi til at behandle næringsstofferne, så det producerede mælkepulver har en ensartet tekstur, god smag og delikat smag. Dai Yi et al. påpegede, at mikroindkapsling af fedtsyrer tilsat modermælkspulver kan sikre modermælkserstatningens ernæringsmæssige kvalitet og sikkerhed, forbedre fedtsyrernes stabilitet og bremse oxidationen. Docosahexaensyre (DHA) er en umættet fedtsyre, som er afgørende for spædbørns og småbørns vækst og udvikling, men den er tilbøjelig til at blive oxideret og misfarvet, hvilket resulterer i dårlig smag.

Mikroindkapslet DHA tilsat mælkepulver kan undgå den fiskeagtige lugt og også forbedre mælkepulverets opløselighed. Brugen af mikroindkapsling kan også producere mange forskellige smagsvarianter af mejeriprodukter, såsom aromatiseret mælkepulver, ølmælkspulver, skummende mælkepulver, ingefærmælkspulver og så videre. Mikroindkapsling af Lactobacillus acidophilus i yoghurt kan forbedre yoghurtens vandbindingsevne og øge proteinindholdet, og det er eksperimentelt blevet bekræftet, at egenskaberne ved denne mikroindkapslede Lactobacillus acidophilus kan forblive stabile i 10 uger.

Sung Ahn et al. undersøgte processen med enteriske laktasemikrokapsler og bekræftede, at in vitro-frigivelseshastigheden for hydroxypropylmethylcellulosephthalat-mikrokapsler er bedre end for mikrokapsler indlejret i zeinolysin, og at denne form for mikroindkapslet laktase kan anvendes til mælk og yoghurt for at løse problemet med utilstrækkelig udskillelse af laktase i menneskekroppen og lindre symptomerne på grund af laktoseintolerance for at sikre menneskers sundhed.

2.4 Anvendelse af mikroindkapslingsteknologi i funktionelle drikkevarer

Mikroindkapslingsteknologi har mange anvendelser i produktionen af funktionelle drikkevarer, de mest lovende anvendelser, probiotika for at opretholde balancen i den menneskelige tarmflora, overlevelsen af betingelserne kræver høj, lavet af probiotiske mikrokapsler, kan forbedre aktiviteten og stabiliteten af probiotika i tarmkanalen, tilføje probiotisk mikroindkapslingsproduktion af juicedrikke, mælkedrikke har et bredt marked.

MAS Hara SOUNGA B A F et al. brugte valleisolatprotein-oligofruktosekompleks som vægmateriale, Lactobacillus acidophilus og Lactobacillus casei som kernemateriale til at fremstille probiotiske mikrokapsler, som blev tilsat mosede bananer for at frysetørre til pulver og simulere behandlingen af humane mave- og tarmvæsker, og testen viste, at bananpulveret med tilsætning af den indlejrede probiotiske mikrokapsel opretholdt høj bakteriel levedygtighed og god opbevaringsstabilitet.

Ding Ke et al. mikroindkapslede Ganoderma lucidum-stammer, filtratet fra fermentering og citronsyre, saccharose, honning i overensstemmelse med en vis andel af blandingen, efter homogenisering, påfyldning, sterilisering lavet af fermenterede drikkevarer, næringsrige, bedre smag.

Cai Xiangyang og andre mikrokapsler tilberedt med saflorfrøolie for at udvikle en funktionel sammensat drik, gennem menneskelig eksperimentel forskning viser, at denne drik på atletens krops metaboliske evne til at fremme, langvarig drikke kan også forbedre sportspræstationerne.

2.5 Anvendelse af mikroindkapslingsteknologi i frugtsaftdrikke

Brugen af mikroindkapslingsteknologi til at producere frugtsaftdrikke, normalt med natriumalginat, naturlig frugtsaft eller kompositjuice som råmaterialer, forskellige varianter af mikroindkapslede juicedrikke med en bred vifte af råvarekilder, enkel proces, i produktionsprocessen er det ikke let at gøre for meget tab af næringsstoffer, forbrugerne kan opleve en rig smag, når de drikker.

Liu Chunju et al. anvendte mikrokapsler med æterisk citronolie i frugtsaft, som bevarede en række gavnlige aromakomponenter i den æteriske olie med karakteristisk smag og høj accept, og anvendelsen af denne æteriske olie i frugtsaft har en stor værdi for udvikling og udnyttelse.

Chen Jianbing et al. brugte mikroindkapslingsteknologien af hesperidin indlejret, tilsat til appelsinsaftdrikken, gennem undersøgelsen af indvirkningen på saftens kvalitet, for at bestemme den optimale formel for: den oprindelige saftkoncentration på 30 %, hesperidin mikroindkapsling 0,8 %, stabilisatorer 0,2%, appelsinsaftdrikken produceret under disse procesbetingelser har en god smag, hesperidinindhold på op til 0,82 g/L, og samtidig for at forbedre saftens ernæringsmæssige værdi.

Der er også undersøgelser af æblejuice med lipider indlejret i mikrokapsler og derefter tilsat vand for at lave mikroindkapslet æblejuice, som er gavnlig for menneskers optagelse, længere opholdstid end almindelig æblejuice i kroppen og høj biotilgængelighed.

NAMBIAR et al. fremstillede mikroindkapslet kokosnøddesaft ved hjælp af spraytørring og viste eksperimentelt, at mikroindkapsling beskytter phenolforbindelser mod effektiv kontrolleret frigivelse under specifikke forhold. Derudover er effekten af gelatine på klaring af frugt- og grøntsagssaft også relateret til anvendelsen af mikroindkapslingsteknologi.

2.6 Anvendelse af mikroindkapslingsteknologi i faste drikkevarer

I USA anvendes mikroindkapslingsteknologi i mere end halvdelen af produktionsprocesserne for faste drikkevarer. Wang Yutong et al. blandede kornpulver som vægmateriale indlejret i karoten, spraytørring forberedte en mikroindkapslet fast drik, så den faste drik har en bedre opløselighed og fluiditet, og næringsværdien er blevet forbedret.

I produktionen og forarbejdningen af instant kaffe kan mikroindkapsling beskytte ustabile alkoholer, aldehyder og ketoner mod nedbrydning, hvilket er afgørende for at give kaffen dens unikke smagskarakteristika.

Skummende pulver fremstillet ved mikroindkapsling kan få drikkevarerne til at skumme kraftigt. Fytomasse produceret ved hjælp af mikroindkapslingsteknologi kan bruges i ingredienserne i kaffe og mælkete for at øge den mælkeagtige og glatte tekstur og forbedre den hurtige opløselighed. Mikroindkapslede partikler, der indkapsler naturlig frugtsaft, blev tilsat faste drikkevarer, som er naturlige og nærende med en frugtagtig lugt. Wu Shudong et al. ekstraherede flavonoider fra rester af citrusskaller og tilsatte dem til faste drikkevarer efter at have indlejret dem med thrive-cyclodextrin, hvilket resulterede i en delikat bryggesmag og moderat sød og sur smag.

Udsigter og fremtidsudsigter

Anvendelsen af mikroindkapslingsteknologi forenkler den traditionelle drikkevareproduktionsproces, fremmer udviklingen af drikkevareindustrien fra lavt niveau til høj dybderetning og skaber mange værdifulde produkter. Med teknologiens modenhed anvendes mikroindkapslingsteknologi også gradvist til brug af syrningsmidler, konserveringsmidler og andre drikkevaretilsætningsstoffer, og mikroindkapslingsteknologi er blevet et vigtigt middel til at fremme den kontinuerlige udvikling af drikkevareindustrien.

I øjeblikket er Kinas mikroindkapslingsteknologi i en hurtig udviklingsfase, i henhold til markedets efterspørgsel og den aktuelle situation, yderligere teoretisk forskning og bred anvendelse til udvikling af nye miljøvenlige og ikke-giftige vægmaterialer og udgravning af kernemateriale samt at udvide midlerne til funktionel evaluering og så videre er af stor betydning. I dag udvikler mikroindkapslingsteknologien sig i retning af mikronisering, høj kvalitet og miljøbeskyttelse, og i fremtiden vil mikroindkapslingsteknologien spille en større rolle i drikkevareindustrien og løbende udvikle nye produkter, der er gavnlige for menneskers sundhed, gøre større gennembrud og bringe flere fordele for mennesker og samfund.