Технология микрокапсулирования

1.1 Концепция технологии микрокапсулирования

Микрокапсула - это вид включения или упаковки, обернутой с содержимым оболочкой из полимеризованного материала, причем вещество, загруженное внутрь, называется материалом сердцевины, а вещество, обернутое снаружи, называется материалом стенки. Технология микрокапсул относится к новому типу технологии полимера полимерных материалов в качестве материала стенки, так что он формируется на поверхности материала ядра, чтобы сформировать непрерывную пленку, изоляция содержимого, так чтобы сформировать новый тип технологии микрокапсул.

Технология микрокапсулирования может инкапсулировать твердые, жидкие или газообразные вещества, максимально сохраняя цвет, аромат, вкус, питание и активность основного материала, и в настоящее время она широко исследуется и применяется в области продуктов питания, медицины, товаров повседневного спроса, химических материалов и так далее.

1.2 Характеристика технологии микрокапсулирования

Специальные вещества основного материала после микрокапсулирования, его цвет, морфология, объем, качество, растворимость и хранимость и т.д. будут претерпевать определенные изменения, в определенных условиях вещества основного материала будут медленно высвобождаться, чтобы играть определенную роль.

Размер частиц микрокапсулированных продуктов обычно составляет от 1 нм до 1 000 нм. Микрокапсулы различной формы, в основном неправильной, простой, многоядерной, многостенной, с частицами наполнителя и т.д.; в соответствии с функциональными характеристиками дифференциации, включая медленно высвобождающийся тип, чувствительный к давлению, термочувствительный, светочувствительный, набухающий, pH-чувствительный тип.

1.3 Выбор материала сердцевины и стенок

Основной материал в основном представляет собой одно вещество, также может быть смесью нескольких веществ, обычно используемых в качестве основного материала можно широко разделить на эфирные масла, пигменты, масла, штаммы, ферменты, активные вещества, питательные вещества и другие категории, конкретные вещества основного материала представлены в таблице 1.

Таблица 1 Приготовление микрокапсул, широко используемая классификация материалов сердцевины

Вообще говоря, основной материал высвобождается только из стенки капсулы микрокапсулы, чтобы сыграть свою эффективность, скорость высвобождения делится на мгновенное высвобождение и медленное высвобождение двух видов, скорость высвобождения зависит от толщины материала стенки, размера отверстия, режима реакции и других факторов;

Растворимость и коэффициент диффузии самого основного материала также влияют на скорость высвобождения, и общий процесс высвобождения основного материала следует уравнению нулевой или одноуровневой скорости высвобождения. В производстве и переработке напитков, пигмент, активные вещества и питательные вещества класса основной материал выбор больше, микрокапсулированные вещества основного материала добавлены в напиток, повысить качество и ценность напитка, обогатить вкус и аромат напитка.

Выбор материала стенок оказывает большое влияние на эффект применения микрокапсул, таких как проницаемость, растворимость, текучесть и так далее. Используемый материал стенки должен соответствовать требованиям к пищевым добавкам в национальных стандартах, а также обладать хорошей пленкообразующей способностью, растворимостью, эмульгированием, сушкой, совместимостью и низкой вязкостью, быть нетоксичным, нераздражающим, биоразлагаемым, широко доступным, недорогим и не вступать в химическую реакцию с основным материалом.

Кроме того, материалы сердцевины и стенки также обладают взаимной селективностью, обычно маслорастворимые материалы стенки могут быть использованы для обертывания водорастворимых материалов сердцевины, водорастворимые материалы стенки обертывают маслорастворимые материалы сердцевины, поверхностное натяжение образуется между масляной фазой и водной фазой, чтобы раствор образовал стабильную систему вода-в-масле или вода-в-масле.

Обычно используемые стеновые материалы делятся на натуральные полимерные материалы и синтетические полимерные материалы.

Натуральные полимерные материалы менее токсичны, более вязкие и разлагаемые;

Синтетические полимерные материалы прочны и легко модифицируются, но менее биосовместимы.

Растительные камеди (например, камедь арабик, пектин) обладают высокой вязкостью, хорошими пленкообразующими свойствами и высокой стабильностью;

Сахара (такие как мальтоза, сахароза, хитозан) обладают хорошей растворимостью, но плохими пленкообразующими свойствами;

Крахмал и его производные класса (такие как карбоксиметилкрахмал, олигосахариды) из широкого спектра источников, не загрязняют окружающую среду;

Декстрины (например, мальтодекстрин, циклодекстрин) обладают хорошей термостойкостью;

Целлюлозные классы (например, карбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза) менее токсичны и более вязкие, но не термостойкие;

Белки (например, желатин, соевый изолят белка) и липиды (например, парафин, лецитин) обладают хорошими пленкообразующими и эмульгирующими свойствами.PETROVIC и др. приготовили микрокапсулы подсолнечного масла методом распылительной сушки с гидроксипропилметилцеллюлозой в качестве материала стенки и экспериментально исследовали влияние анионных ПАВ на процесс образования микрокапсул.

В практическом применении, для экономии средств и достижения лучшего эффекта встраивания, два или более материалов стенок часто выбираются в качестве композита для встраивания.CAI Xuran et al. исследовали стабильность пяти пропорций карбоксиметилкрахмала и ксантановой камеди, вложенных в микрокапсулы антоциана черники, и подтвердили, что микрокапсулы в основном удерживались в желудке и высвобождались в кишечнике с помощью анализа высвобождения in vitro.LOLENY TAVARES и др. использовали комплекс сывороточного белка и хитозана для микрокапсулирования экстракта чеснока, что привело к эффективности удержания фенольных соединений в чесноке от 50 % до 60 %.

1.4 Методы приготовления микрокапсул

Существует множество методов приготовления микрокапсул, которые по принципу действия можно разделить на физические, химические и физико-химические. Конкретные методы и их преимущества приведены в таблице 2.

Таблица 2 Методы приготовления микрокапсул

В индустрии напитков для получения твердых напитков часто используется метод распылительной сушки, позволяющий наладить крупномасштабное промышленное производство. Chai Wisdom и др. использовали тростниковый сок и корицу в качестве сырья, добавили мальтодекстрин и затем высушили распылением для приготовления твердого напитка из тростникового сока и корицы. Напиток из тростникового сока и корицы, полученный при оптимальных условиях процесса, обладает быстрой скоростью растворения, хорошим качеством, сладкий и вкусный, а также имеет уникальный аромат тростникового сока и корицы.

В реальном производстве больше основного материала в растворе материала стенки смешиваются однородно, чтобы сформировать стабильный раствор, подача в распылительную сушилку после распыления и высокотемпературной сушки, так что растворитель быстро испаряется, растворитель осаждается, чтобы получить микрокапсулы, а затем добавляется в соковые напитки, твердые напитки и так далее. Микрокапсулы, приготовленные методом распылительной сушки, имеют хороший эффект встраивания, мелкие и однородные частицы, а также хорошую растворимость.

1.5 Характеристика микрокапсул

Существует множество специфических методов для определения характеристик микрокапсулированных продуктов: использование инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье, рентгеновской дифракции и других методов для определения степени встраивания микрокапсул, проверки структуры встраивания; использование сканирующей электронной микроскопии для наблюдения структуры поверхности микрокапсул, эффекта встраивания; использование анализатора размера частиц для анализа распределения частиц по размерам микрокапсулированных продуктов; использование термогравиметрического анализатора для определения термической стабильности микрокапсулированных продуктов; использование построения графика скорости встраивания микрокапсулы Скорость встраивания микрокапсулы была получена путем картирования; медленно высвобождаемое свойство микрокапсул было определено с помощью хроматографии и т.д. Шторм Саша и др. разработали технологию низкопольного ядерного магнитного резонанса в сочетании с методом регрессионного анализа по методу частичных наименьших квадратов, позволяющую быстро, неразрушающе и точно определять скорость встраивания микрокапсул антарктического крилевого масла.

Применение технологии микрокапсулирования в производстве напитков

2.1 Роль технологии микрокапсулирования в переработке напитков

(1) Жидкие напитки после микрокапсулирования можно превратить в порошок или твердые частицы, что удобно для обработки, транспортировки, хранения и употребления.

(2) Защитить летучий, нестабильный основной материал от воздействия внешней среды (свет, температура, влажность, значение pH и т.д.), предотвратить окисление и порчу основного материала или замедлить скорость окисления, и в то же время избежать взаимодействия с другими компонентами напитка, вызывающего неблагоприятные реакции, приводящие к нанесению вреда здоровью человека.

3） Повышает химическую стабильность продукта и продлевает срок его хранения.

4） Контролируйте место высвобождения, время высвобождения и скорость высвобождения основного материала в организме человека, чтобы активные ингредиенты с терапевтическими функциями и так далее могли эффективно и точно высвобождаться, а также способствовать всасыванию и утилизации в кишечном тракте человека.

(5) Маскировка неприятного запаха самого материала сердцевины, такого как рыбный, пряный, горький и т.д., для улучшения вкуса и аромата напитка.

6） Максимально сохраняет первоначальный цвет, аромат, вкус, а также биологическую активность напитка, сохраняет пищевую ценность или даже улучшает ее.

(7) Уменьшить количество пищевых добавок, чтобы снизить вред, наносимый здоровью человека.

2.2 Применение технологии микрокапсулирования в чайных напитках

Чай содержит чайные полифенолы и другие вещества, полезные для здоровья человека и любимые потребителями, но чайные полифенолы легко окисляются в щелочных условиях, легко вступают в реакцию с кофеином, белками и другими веществами, образуя чайный сыр; витамины в чае легко разрушаются под воздействием тепла; ароматические вещества легко улетучиваются или выделяют нежелательный аромат; пигменты легко разлагаются на свету, а некоторые из них также появляются мутными и выпадают в осадок, коричневеют цвет супа, ухудшают аромат Некоторые из них также мутнеют и выпадают в осадок, коричневеют цвет супа и ухудшают аромат.

Применение технологии микрокапсулирования при производстве и переработке чайных напитков может эффективно решить вышеперечисленные проблемы. Применение технологии микрокапсулирования позволяет защитить чайные полифенолы, витамины, ароматические вещества и пигменты в чайных напитках, предотвратить улетучивание ингредиентов, сохранить цвет и аромат чая, улучшить стабильность и устойчивость к свету, теплу, кислоте и щелочи, а также продлить срок хранения. Нинг Энчуанг и др. приготовили микрокапсулы из распылительной сушки исходной жидкости полифенолов Camellia sinensis, и чайные полифенолы смогли сохранить 81,23 %. Чэнь Синь отметил, что добавление микрокапсул с молочным жиром в чайный напиток может улучшить вкус и повысить питательную ценность.

При производстве растворимого чая сохранение оригинального вкуса, цвета и аромата чая является ключевым моментом, добавление процветающего циклодекстрина позволяет не только внедриться в компоненты вкуса, чтобы избежать его потери, но и предотвратить образование чайного сыра, производство чайного напитка с сильным ароматом и хорошим цветом.

2.3 Применение технологии микрокапсулирования в молочных напитках

Чтобы питательные вещества в молочных продуктах не разрушались, для их обработки используется технология микрокапсулирования, благодаря чему полученное сухое молоко обладает однородной текстурой, хорошим ароматом и нежным вкусом. Дай И и др. отметили, что микрокапсулирование жирных кислот, добавленных в сухое молоко для младенцев, может обеспечить питательное качество и безопасность молочной смеси, улучшить стабильность жирных кислот и замедлить их окисление. Докозагексаеновая кислота (DHA) - это ненасыщенная жирная кислота, которая необходима для роста и развития младенцев и детей младшего возраста, но она склонна к окислению и изменению цвета, что приводит к появлению неприятного привкуса.

Микрокапсулированный DHA, добавленный в сухое молоко, позволяет избежать рыбного запаха, а также улучшить растворимость сухого молока. Использование микрокапсулирования также позволяет получить множество различных вкусов молочных продуктов, таких как ароматизированное сухое молоко, пивное сухое молоко, пенящееся сухое молоко, имбирное сухое молоко и так далее. Микрокапсулирование Lactobacillus acidophilus в йогурт может повысить водоудерживающую способность йогурта и увеличить содержание белка, и было экспериментально подтверждено, что свойства этого микрокапсулированного Lactobacillus acidophilus могут оставаться стабильными в течение 10 недель.

Сунг Ан и др. изучили процесс производства микрокапсул энтеральной лактазы и убедились, что скорость высвобождения in vitro микрокапсул из гидроксипропилметилцеллюлозы фталата лучше, чем у микрокапсул, содержащих зеинолизин, и что этот вид микрокапсулированной лактазы может быть использован в молоке и йогурте для решения проблемы недостаточной секреции лактазы в организме человека и облегчения симптомов, вызванных непереносимостью лактозы, чтобы обеспечить здоровье людей.

2.4 Применение технологии микрокапсулирования в функциональных напитках

Технология микрокапсулирования имеет множество применений в производстве функциональных напитков, наиболее перспективные приложения, пробиотики для поддержания баланса кишечной флоры человека, выживания в условиях, требующих высоких, изготовленных из пробиотических микрокапсул, могут улучшить активность и стабильность пробиотиков в кишечном тракте, добавить пробиотические микрокапсулы в производство соковых напитков, молочные напитки имеют широкий рынок.

MAS Hara SOUNGA B A F и др. использовали сывороточный изолят белково-олигофруктозного комплекса в качестве материала стенки, Lactobacillus acidophilus и Lactobacillus casei в качестве основного материала для приготовления пробиотических микрокапсул, которые были добавлены в банановое пюре для лиофилизации в порошок и имитации обработки желудочной и кишечной жидкостей человека, и тест показал, что банановый порошок с добавлением встроенной пробиотической микрокапсулы сохранял высокую жизнеспособность бактерий и хорошую стабильность при хранении.

Динг Ке и др. микрокапсулировали штаммы Ganoderma lucidum, фильтрат ферментации и лимонную кислоту, сахарозу, мед в соответствии с определенной пропорцией смеси, после гомогенизации, розлива, стерилизации сделали ферментированные напитки, богатые питательными веществами, с лучшим вкусом.

Цай Сянъян и другие микрокапсулы, приготовленные на основе масла семян сафлора, разработали функциональный композитный напиток. Экспериментальные исследования на людях показали, что этот напиток способствует улучшению метаболизма в организме спортсмена, а длительное употребление может также улучшить спортивные результаты.

2.5 Применение технологии микрокапсулирования в напитках из фруктовых соков

Использование технологии микрокапсулирования для производства фруктовых соковых напитков, как правило, с альгинатом натрия, натуральным фруктовым соком или композитным соком в качестве сырья, различные вкусы микрокапсулированных соковых напитков с широким спектром источников сырья, простой процесс, в процессе производства не так легко сделать слишком много потери питательных веществ, потребители могут испытать богатый вкус при питье.

Лю Чуньчжу и др. применили микрокапсулы эфирного масла цитрона для фруктового сока, в котором сохранились различные полезные ароматические компоненты эфирного масла, с характерным вкусом и высокой приемлемостью, и применение этого эфирного масла во фруктовом соке имеет большое значение для развития и использования.

Чэнь Цзяньбин и др. использовали технологию микрокапсулирования гесперидина, добавленного в апельсиновый соковый напиток, путем изучения влияния на качество сока, для определения оптимальной формулы: концентрация исходного сока 30 %, микрокапсулирование гесперидина 0,8 %, стабилизаторы 0,2%, апельсиновый соковый напиток, полученный при таких условиях процесса, имеет хороший вкус, содержание гесперидина до 0,82 г/л, и в то же время улучшает питательную ценность сокового напитка.

Также проводятся исследования яблочного сока с липидами, заключенными в микрокапсулы, а затем добавленными в воду для получения микрокапсулированного яблочного сока, который благоприятно усваивается человеком, дольше задерживается в организме, чем обычный яблочный сок, и обладает высокой биодоступностью.

NAMBIAR и др. получили микрокапсулированный кокосовый сок методом распылительной сушки и экспериментально продемонстрировали, что микрокапсулирование защищает фенольные соединения от эффективного контролируемого высвобождения при определенных условиях. Кроме того, влияние желатина на осветление фруктовых и овощных соков также связано с применением технологии микрокапсулирования.

2.6 Применение технологии микрокапсулирования в твердых напитках

В Соединенных Штатах технология микрокапсулирования используется более чем в половине процессов производства твердых напитков. Ван Ютонг и др. смешали зерновой слоеный порошок в качестве материала стенки, в который встроен каротин, распылительной сушкой приготовили микрокапсулированный твердый напиток, благодаря чему твердый напиток обладает лучшей растворимостью и текучестью, а пищевая ценность была улучшена.

При производстве и переработке растворимого кофе микрокапсулирование позволяет защитить нестабильные спирты, альдегиды и кетоны от разложения, что необходимо для придания кофе уникальных вкусовых характеристик.

Аэрированный пенообразующий порошок, полученный с помощью микрокапсулирования, может придать напитку обильную пену. Фитомасса, полученная с помощью технологии микрокапсулирования, может быть использована в ингредиентах кофе и чая с молоком для придания молочной и гладкой текстуры и улучшения быстрой растворимости. Микрокапсулированные частицы, содержащие натуральные фруктовые соки, были добавлены в твердые напитки, которые получились натуральными и питательными с фруктовым запахом. Ву Шудун и др. извлекли флавоноиды из остатков кожуры цитрусовых и добавили их в твердые напитки после инкапсулирования с процветающим циклодекстрином, в результате чего получился нежный аромат пива и умеренный кисло-сладкий вкус.

Перспективы и перспективы

Применение технологии микрокапсулирования упрощает традиционный процесс производства напитков, способствует развитию индустрии напитков от низкого уровня до высокой глубины и создает множество ценных продуктов. С развитием технологии, технология микрокапсулирования также постепенно применяется для использования подкислителей, консервантов и других добавок к напиткам, технология микрокапсулирования стала важным средством для содействия непрерывному прогрессу индустрии напитков.

В настоящее время китайская технология микрокапсулирования находится на стадии быстрого развития, в соответствии с рыночным спросом и текущей ситуацией, дальнейшие теоретические исследования и широкое применение, для разработки новых экологически чистых и нетоксичных стеновых материалов и выемки основного материала, а также для расширения средств функциональной оценки и так далее имеют большое значение. В настоящее время технология микрокапсулирования развивается в направлении микронизации, высокого качества и защиты окружающей среды, и в будущем технология микрокапсулирования будет играть все большую роль в индустрии напитков, и постоянно разрабатывать новые продукты, полезные для здоровья человека, совершать все большие прорывы и приносить больше пользы человеку и обществу.