噴霧干燥技術(shù)在油脂粉末中應(yīng)用的研究進(jìn)展

肖志剛, 邱天昊, 王 鵬, 楊 舒, 張雪萍, 段玉敏

(1. 沈陽師范大學(xué) 糧食學(xué)院, 沈陽 110034; 2. 沈陽大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院, 沈陽 110044)

0 引 言

油脂粉末是由一種或幾種食品級壁材通過物理或化學(xué)方法,將液態(tài)油脂包埋而形成的粉末狀固態(tài)油脂。油脂粉末可以延緩油脂氧化,避免由于油脂的酸敗帶來的經(jīng)濟(jì)損失,油脂粉末還具有遮光功能,避免光照引起的光敏氧化。如富含omega-3脂肪酸的功能性油脂,在氧化過程中,不飽和脂肪酸會因光照強(qiáng)度、加工工藝、儲藏溫度、氧氣濃度等因素加速酸敗,產(chǎn)生次級氧化產(chǎn)物,危害人體健康,嚴(yán)重影響食品的安全與感官品質(zhì)[1]。通過油脂粉末技術(shù),可以成功避免酸敗所帶來的危害。

油脂粉末技術(shù)又稱微膠囊技術(shù),根據(jù)聚合方式可以歸分為3類:物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法。不同壁材、不同壁材比例、不同的壁芯比、不同的制備方法都會影響油脂粉末的氧化穩(wěn)定性和微觀結(jié)構(gòu),從而根據(jù)油脂粉末的不同性質(zhì)在不同食品中進(jìn)行應(yīng)用[2-4]。該技術(shù)通過有機(jī)或無機(jī)高分子材料聚合形成保護(hù)殼將油相包埋形成微小顆粒,隔絕空氣,避免油相和氧氣接觸,消除氧化條件,從而抑制油脂的變質(zhì),達(dá)到提高油脂穩(wěn)定性的作用[5]。微膠囊技術(shù)包埋形成的油脂粉末使油脂發(fā)生從液態(tài)到固態(tài)的轉(zhuǎn)變,提升了油脂的抗氧化能力和儲藏能力,同時遮掩了油脂的不良風(fēng)味。微膠囊技術(shù)還具有防腐殺菌的效果,可提高產(chǎn)品的保質(zhì)期[6]。微膠囊技術(shù)在肉制品行業(yè)中有改善肉制品脂質(zhì)配置的作用,重新配置的肉制品脂質(zhì)具有高的SFAs水平,從而減少對人體產(chǎn)生的負(fù)面影響[7]。微膠囊技術(shù)可以根據(jù)壁材對pH值敏感度制成響應(yīng)型微膠囊,應(yīng)用在人體部位定點擴(kuò)散或侵蝕釋放芯材,增加機(jī)體對芯材的吸收率和生命活性物質(zhì)的保護(hù)作用[8-11]。微膠囊技術(shù)拓展了油脂在市場的應(yīng)用,具有高效、安全、營養(yǎng)、方便等特點。

目前,噴霧干燥技術(shù)在油脂粉末生產(chǎn)工藝中起主導(dǎo)地位,具有生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)成本低、操作流程簡單等特點,被廣泛用于國內(nèi)外油脂粉末制備之中。近年來,噴霧干燥技術(shù)主要用于包覆小眾油脂、功能性油脂、保健級油脂等高成本油脂產(chǎn)品。本文綜述了噴霧干燥技術(shù)在油脂粉末中的應(yīng)用與研究進(jìn)展,參考國內(nèi)外微膠囊制備工藝,介紹了噴霧干燥技術(shù)對油脂粉末結(jié)構(gòu)和抑制油脂氧化方面的影響,為后續(xù)的微膠囊制備及應(yīng)用提供參考。

1 噴霧干燥技術(shù)

噴霧干燥技術(shù)是包埋方法最為經(jīng)典的方法,已有百年的歷史,最早用于奶制品行業(yè),隨著工藝的不斷成熟和發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)成為粉末制造的主要技術(shù)手段,具有完整的工業(yè)體系和遠(yuǎn)大前景。

1.1 噴霧干燥技術(shù)特點

噴霧干燥技術(shù)操作簡單、工藝時間短,液態(tài)芯材只需要幾秒就可以變成固態(tài)粉末,從而降低成本,比常用的冷凍干燥技術(shù)的經(jīng)濟(jì)成本要低很多,有較強(qiáng)的操作性,主要應(yīng)用在食品、化工、陶瓷材料、催化劑、制糖、制鹽、微生物、中藥等多方面[12-22]。目前,國內(nèi)噴霧干燥技術(shù)在粉末油脂領(lǐng)域中的主要研究方向是工藝優(yōu)化、抗氧化性研究、代替?zhèn)鹘y(tǒng)的油脂應(yīng)用在食品加工、微波輔助對微膠囊包埋和性質(zhì)的影響,在新型壁材的開發(fā)方面研究較少[23-25]。國外的主要研究方向是噴霧干燥對生物活性物質(zhì)的保存、納米噴霧技術(shù)、新型壁材開發(fā)營養(yǎng)型微膠囊、益生菌的保護(hù)和緩釋作用[26-30]。

1.2 噴霧干燥技術(shù)原理

噴霧干燥技術(shù)通過芯材與壁材按一定的比例溶解均質(zhì)形成穩(wěn)定乳液,經(jīng)噴霧干燥裝置,控制進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)樣量等參數(shù),使乳液中的水分處于溫度較高的干燥氣流中(140～200 ℃),在極短時間里(4～6 s)霧化,霧滴越小則比表面積和表面自由能越大,表面水分的蒸汽壓越大,利用霧滴運(yùn)動時與熱氣流的速度差,高溫加速霧滴傳熱傳質(zhì),使其失去水分聚合成粉末。噴霧干燥技術(shù)缺點在于霧滴粘壁嚴(yán)重,出粉率較低,成本浪費嚴(yán)重,不適用于對高溫極為敏感的芯材。

2 噴霧干燥技術(shù)中不同條件對油脂粉末的影響

2.1 噴霧干燥技術(shù)中不同壁材組合對油脂粉末的影響

不同壁材的組合是影響微膠囊結(jié)構(gòu)表征的主要因素,復(fù)合壁材微膠囊的結(jié)構(gòu)和性能要優(yōu)于單一壁材包埋而形成的油脂粉末,Huang等[31]研究了蛋白-多糖凝聚微膠囊中美拉德反應(yīng)對微膠囊性能的影響,發(fā)現(xiàn)美拉德反應(yīng)會使蛋白-多糖凝聚微膠囊的穩(wěn)定性有顯著提升,包埋效果更好。目前,市場中微膠囊壁材主要分為碳水化合物類、蛋白類和脂質(zhì)類[32]。碳水化合物類壁材具有較強(qiáng)的溶解性,低黏度,但缺少界面特性,成膜性和乳化性較差,單獨使用其包埋油脂效果不佳,芯材滲出不易包埋。蛋白類的壁材能夠促進(jìn)乳狀液的形成,減少界面張力,形成保護(hù)膜,將二者結(jié)合,所得的乳液顆粒均勻散布在液相中,不易凝聚,穩(wěn)定、粘度適中。唐東[26]將不同壁材組合,通過相同工藝參數(shù),包埋芯材,制得的油脂粉末具有不同包埋率,微膠囊結(jié)構(gòu)也有所不同。大豆分離蛋白+麥芽糊精包埋而成的粉末細(xì)膩,易吸潮,淡黃色,包埋率為73.85%;大豆分離蛋白+阿拉伯膠+麥芽糊精(25%)制備的油脂粉末顆粒細(xì)膩,白色,包埋率為84.33%;大豆分離蛋白+辛烯基琥珀酸酯化淀粉+麥芽糊精(25%)組合形成的顆粒易吸潮,形成塊狀,包埋率為75.92%。

2.2 噴霧干燥技術(shù)中不同進(jìn)風(fēng)溫度對油脂粉末的影響研究

進(jìn)風(fēng)溫度的升高會導(dǎo)致微膠囊的水分含量顯著下降,高溫使水分快速蒸發(fā),促進(jìn)水包油乳液的液滴表面迅速形成完整致密的膜,減少了油滴的暴露,提高了包埋率和干燥速率,但溫度過高會阻礙內(nèi)部水分蒸發(fā),使液滴內(nèi)壓力較高,導(dǎo)致粉末顆粒表面褶皺現(xiàn)象發(fā)生,且高溫會使芯材加速氧化。

2.3 噴霧干燥技術(shù)中不同芯壁比對油脂粉末的影響研究

芯壁比對微膠囊結(jié)構(gòu)具有一定的影響,隨著壁材的增加,乳液黏度不斷增大,微膠囊包埋率隨著壁材比重的增加呈現(xiàn)先增大后逐漸減小的趨勢。這是由于乳液中芯材含量過高時,囊壁含量較少,導(dǎo)致微膠囊外殼較薄因而無法保護(hù)好芯材或者無法把芯材完全包埋,從而使表面油含量增加,在蒸發(fā)成膜過程中芯材氧化變質(zhì)損失較大,因此包埋率呈現(xiàn)下降趨勢。當(dāng)壁材占比達(dá)到一定程度時,乳液粘度較大,噴霧干燥過程中,由高溫形成的氣態(tài)乳液噴霧容易粘壁,從而使得微膠囊的產(chǎn)率下降。Zhuang等[33]使用乳滴分散且較大的乳液通過噴霧制備油脂粉末,發(fā)現(xiàn)微膠囊內(nèi)表面聚集油滴且形成多孔壁,包封率較低。

研究表明,油脂粉末品質(zhì)和結(jié)構(gòu)特性受多種因素影響,如壁材種類、壁芯比等(表1)。

表1 噴霧干燥技術(shù)中不同條件影響油脂粉末結(jié)構(gòu)特性的研究進(jìn)展

目前對微膠囊結(jié)構(gòu)的影響因素還需要進(jìn)一步的研究,乳液粒徑大小、狀態(tài)、分布也會對微膠囊的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接影響,所以乳化劑的添加量、乳化劑種類、均質(zhì)壓力、均質(zhì)時間、乳液的微波輔助等都可能引起微膠囊結(jié)構(gòu)的改變[41-42]。

3 噴霧干燥技術(shù)對油脂粉末品質(zhì)研究進(jìn)展

Zhou等[43]發(fā)現(xiàn),以大豆分離蛋白(SPI)和麥芽糊精(MD)為壁材通過噴霧干燥技術(shù)得到的油脂粉末相比于未包埋的核桃油具有較低的過氧化值和氧化速率,微膠囊化能顯著提高油脂的氧化穩(wěn)定性。劉義鳳[44]通過對紫蘇籽油微膠囊加速貯藏的研究發(fā)現(xiàn)玉米低聚肽與茶多酚棕櫚酸酯復(fù)配,能提高油脂粉末的抗氧化性。雷雨晴等[45]將卵白蛋白、卵白蛋白-茶多酚、卵白蛋白-菊糖和卵白蛋白-茶多酚-菊糖 4種壁材包埋石榴籽油,發(fā)現(xiàn)壁材的選擇和復(fù)配也會影響油脂粉末的抗氧化能力,卵白蛋白-茶多酚-菊糖的壁材氧化穩(wěn)定性最佳。Ma等[46]研究發(fā)現(xiàn),壁芯比過高時,芯壁的厚度會影響芯材的氧化穩(wěn)定性,但不會對微膠囊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。Linke等[47]研究了油負(fù)載量對微囊化魚油粉氧化性能的影響,當(dāng)油質(zhì)量為5%時,粉末氧化速度較快。噴霧造粒對油脂的保護(hù)效果較好,噴霧干燥方法具有較高的應(yīng)用潛力[48]。有文獻(xiàn)報道脂質(zhì)類壁材可以有效抑制芯材的氧化,目前有關(guān)噴霧干燥技術(shù)對油脂氧化穩(wěn)定性影響的文獻(xiàn)還不夠全面,有待微膠囊行業(yè)進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 語

隨著油脂微膠囊化技術(shù)的研究趨于成熟,對其研究的方向逐漸從傳統(tǒng)工藝優(yōu)化和傳統(tǒng)壁材最優(yōu)組合向微膠囊新型壁材、新方法、新技術(shù)、新設(shè)備轉(zhuǎn)變,如何讓更多不飽和脂肪酸油脂具有更好的氧化穩(wěn)定性,抑制油脂的酸敗,掩蓋油脂中不良?xì)馕兜膿]發(fā),從而使油脂具有更好的環(huán)境抗性,適合的緩釋性能及如何繼續(xù)擴(kuò)大油脂粉末應(yīng)用市場依舊是油脂粉末技術(shù)所需要解決的問題。目前微膠囊技術(shù)對油脂中脂肪酸組成的影響,新型微膠囊技術(shù)如凝聚法、包合法、銳孔—凝固浴法、層層自組裝、超臨界流體技術(shù)、多流體復(fù)合電噴技術(shù)、擠壓法等對微膠囊結(jié)構(gòu)和抗氧化能力的影響還需要更多的研究。