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超微细处理技术在功能性油脂加工中的应用

发布日期:2018-07-04 中国油脂网

 李加兴1,2,李忠海1 ,刘 飞3 ,李敏利3 ,陈双平3 ,王小勇3

(1.中南林业科技大学 食品科学与工程学院,长沙 410004;2.吉首大学 食品科学研究所,湖南 吉首 416000;

3.湖南省猕猴桃产业化工程技术研究中心,湖南 吉首 416000)

 

摘要:介绍了超微粉碎、微胶囊化、微乳化和超高压均质4种常用的超微细处理技术在功能性油脂加工中的应用情况,并对其实际应用效果进行了评述。分别采用不同的超微细处理方法,可在提高功能性油脂出油率、功能性成分的释放速度和释放量,改善功能性油脂的理化特性和氧化稳定性,增强保健功效等方面发挥显著作用,超微细处理技术在功能性油脂加工中应用前景广阔。

关键词:功能性油脂;超微粉碎;微胶囊化;微乳化;高压均质

中图分类号:   文献标志码:A   文章编号:1003-7969(2010)03-0000-05

 

Application of ultra-fine processing technology in

functional oils and fats processing

LI Jiaxing1,2 ,LI Zhonghai1,LIU Fei3,LI Minli3,

CHEN Shuangping3,WANG Xiaoyong3 

(1.College of Food Science and Engineering, Central South University of Forestry and Technology,

Changsha 410004,China;2.Institute of food Science, Jishou University, Jishou 416000,Hunan,China;3.Center 

of Kiwi Fruit Industrialization Engineering and Technology of Hunan Province, Jishou 416000,Hunan,China)

Abstract:The applications of the commonly used ultra-fine processing technology in the functional oils and fats,such as ultra-fine pulverization,micro-encapsulating,ultra-high pressure homogenization and micro-emulsifying were introduced,and their practical application effects were reviewed.The results showed that the different methods of ultra-fine processing could improve the yield of the functional oils and fats, increase the release rate and emissions of the functional components, improve the physical and chemical characteristics and anti oxidation stability, and enhance the health efficacy.The applications of the ultra-fine processing technology in the functional oils and fats were broad.

Key words:functional oils and fats;ultra-fine pulverization;micro-encapsulating;micro-emulsifying;high-pressure homogenization

超微细处理技术是指物料通过物理或化学方法处理,粒径达到微米级以下尺寸甚至纳米级的加工技术。近20年来,超微细处理技术已在医药、保健食品和许多新型食品中广泛应用,对改变物料特性、提高生物活性以及促进功效发挥等方面起着十分重要的作用。

    功能性油脂特指那些来源于人类膳食油脂,为人体营养、健康所需要,并对人体现已发现的一些相应缺乏症和内源性疾病,特别是当今社会文明病如高血压、心脏病、癌症、糖尿病等有积极防治作用的一类脂溶性物质。我国拥有茶籽油、橄榄油、亚麻籽油、葵花籽油、小麦胚芽油、核桃油、沙棘油、枸杞籽油、葡萄籽油、猕猴桃籽油等丰富的功能性油脂资源,主要包括亚油酸、α-亚麻酸、γ-亚麻酸、EPA、DHA、卵磷脂、脑磷脂、肌醇磷脂、结构油脂、维生素E及甾醇等成分[1,2]。

    通常采用超微细处理技术对功能性油脂或原料进行处理,可提高油脂提取率或出油率、改变贮藏与加工特性、提高功效成分代谢分解速度与保健功能,而作为日常生活食用的普通油脂则不需经此处理。目前采用的超微细处理技术主要有超微粉碎、微胶囊化、微乳化和超高压均质技术,它们在功能性油脂加工过程中的应用得到了广泛关注。

1 超微粉碎技术

超微粉碎技术是粉体工程中的一项重要内容,包括对粉体原料的超微粉碎,高精度的分级和表面活性改变等内容。据成品颗粒的大小或粒度不同,超微粉碎技术可分为微米级粉碎(1~100 μm)、亚微米级粉碎(0.1~1 μm)、纳米级粉碎(1~100 nm)3类[3]。目前食品工业常用的方法有磨介式超微粉碎、气流式超微粉碎和机械剪切式超微粉碎[4]。常用的设备有气流粉碎机、高频振动粉碎机、旋转球磨机、胶体磨和均质机等[5]。

    翟文俊等[6]人在石榴籽油的提取中采用超微粉碎技术,得到不同粒径的粉体,用乙醇-石油醚溶剂浸提,结果表明超微粉碎有利于石榴籽油的提取;以料液颗粒平均直径为8.76 μm,粉体比表面积0.92 m2/mL 的石榴籽超微粉为原料,在物料比1∶ 8,浸提温度90  ℃,浸提时间60 min时,石榴籽油的提取率最大,达34.86%。潘年松等[7]人采用超临界CO2萃取法分别提取通过50目、325目筛的温莪术粉体,结果表明通过325目筛的温莪术的挥发油平均收率为4.05%,比通过50目筛的收率3.69%高出0.36%。陈体强等[8]人对经超微粉碎的原木灵芝孢子进行超临界CO2萃取,并对提取分离的孢子挥发油进行气相色谱-质谱联用分析,共鉴定出4类 25种成分,其中脂肪类17种,萜类3种,芳香类2种,杂环类3种;有些成分如α-愈创烯(倍半萜)、τ-杜松烯(单萜)、1,3,5-环庚三烯、1α,2β,4α,5β-四氢-3-氧杂三环辛烷及2-氯-乙基岩芹酸酯等化合物首次从灵芝孢子中检出。

    从以上研究结果可知,经超微粉碎后更有利于原料中的油脂和其他有效成分的溶出。由于超微粉碎使原料比表面积和孔隙率增加,并使其细胞壁被破碎,胞内有效成分暴露出来,提高了释放速度和释放量,因而可缩短提取时间,提高生产效率[9]。但是,超微粉碎技术也存在着处理过程中物料升温、粘壁、有效成分损失等问题[10]。因此,在生产过程中应注意根据原料特性选择合适的超微粉碎方法。

2 微胶囊技术

微胶囊技术又称微胶囊化,是指将固体、液体或气体(芯材)包裹在高分子成膜材料(壁材)中形成微小密闭的微胶囊,在特定条件下以可控制的速度释放其中芯材的技术。微胶囊的直径一般为1~1 000 μm,囊壁厚一般0.2~10 μm[11]。此外,还可制备粒径在1~1 000 nm之间的纳米胶囊[12]。目前使用的微胶囊壁材主要有天然、半合成、合成的高分子材料及无机材料[13],常用的微胶囊制备方法有喷雾干燥法、喷雾冷却法、空气悬浮法、挤压法、静电结合法、包络接合法及锐孔法等[14]。由于食品工业受原料、成本等因素的限制,目前仍以喷雾干燥法为主。

    董志俭等[15]人通过复合凝聚法制备球状多核薄荷油微胶囊,并研究不同工艺参数对微胶囊耐热性能的影响,实验结果表明,在芯壁比低于2∶ 1、壁材含量1%、pH 4.0的条件下,能够制备耐热性能较好的球状多核微胶囊,此种微胶囊的耐热性随固化剂甲醛用量的增加而增加;转谷氨酰胺酶能够很好地替代甲醛,且能制备出耐热性更好的、可食用的复合凝聚微胶囊。麻成金等[16]人选用阿拉伯胶和麦芽糊精作微胶囊壁材,对喷雾干燥法制备杜仲籽油微胶囊的技术进行研究,结果表明,杜仲籽油微胶囊的优化配方为阿拉伯胶与麦芽糊精配比1∶ 1、芯材与壁材配比2∶ 3、乳化液质量浓度250 g/L,喷雾干燥最佳工艺条件为进风温度180 ℃、出风温度80 ℃,均质压力35 MPa,杜仲籽油微胶囊的包埋效率可稳定在84%~86%;经微胶囊化处理的杜仲籽油,氧化稳定性显著增强,微胶囊产品的颗粒外形较圆整,表面光滑,大小分布较均匀。赵斌等[17]人研究磷脂微胶囊化过程中乳化液稳定性的影响因素、乳化液稳定性表征及磷脂微胶囊化乳化液制备条件,实验结果表明,乳化液微粒大小、黏度、电导率、吸光度能有效表征磷脂微胶囊化乳化液的稳定性;磷脂微胶囊化稳定乳化液的制备条件为:干物质含量30%,乳化温度40  ℃,芯材(磷脂)含量60%,乳化温度40  ℃,乳化剂为吐温与司班的混合物(HLB值8),乳化剂添加量0.1%,均质压力45 MPa,均质时间10 min。Drusch等[18]人比较了在不同贮存温度和湿度下,以改性淀粉、海藻糖和玉米糖浆作为壁材对鱼油微胶囊品质的影响,发现改性淀粉更适合作为微胶囊壁材,鱼油载量为10%的微胶囊产品具有较好的抗氧化性。

    综上所述,采用微胶囊技术对功能性油脂进行处理的的优越性在于[19]:①改变物态,能将液体或半固体物料转变为固态粉末;②消除光、氧气、温度、pH等不良环境因素对产品质量的影响,显著提高了氧化稳定性;③降低挥发性,延长挥发成分的滞留期;④控制功能成分的释放速度;⑤掩蔽不良风味;⑥提高生物利用率等。

3 微乳化技术

两种互不相溶液体在表面活性剂作用下,形成的热力学稳定、各向同性、外观透明或半透明、粒径1~100 nm的分散体系称为微乳液。相应地,把制备微乳液的技术称之为微乳化技术(MET)[20]。依照油水比例的不同,可将微乳液分为水包油(O/W)型微乳、油包水(W/O)型微乳和双连续型微乳。制备微乳液的设备主要有均质机、胶体磨、自动高速混合器、超声波均化器。目前比较先进、有效的乳化设备是高压均化器和微射流乳化器[21]。

    刘玮琳等[22]人以中链脂肪酸(MCFA)为原料,采用自微乳化法(HLB值法)制备O/W型中链脂肪酸微乳,通过测定和评价微乳样品的各种性质,优化出最佳配方为:MCFA、吐温-80、异戊醇、蒸馏水配比为3∶ 2∶ 1∶ 0.68,表面张力可达到26.714 2 mN/cm,黏度65.22 kPa·s,电导率1.87 μS/cm,平均粒径17.3 nm,Zeta电位-7.14 mV,初步稳定性良好。钱伟等[23]人采用O/W型微乳法制备纳米植物甾醇酯纳米乳液,结果表明,选择2种蔗糖脂肪酸酯(HLB值为11、16)和三聚甘油单硬脂酸酯(HLB值7.5)进行复配,体系的HLB值大于13.0,复配的3种表面活性剂可以完全溶解于水性材料中,在水与丙三醇配比为1∶ 1、乳化温度为60 ℃和pH为6.0的条件下,形成的乳液最稳定,其颗粒粒径分布在200~300 nm,且分布均匀。吴旭锦等[24]人探讨纳米乳对紫苏籽油稳定性的影响,采用滴定法制备紫苏籽油纳米乳,高速离心破乳后测定其在储存期内过氧化值(POV)的变化情况,并与原料油的POV变化情况进行比较,结果表明,紫苏籽油纳米乳在考察的90 d储存期内POV从9.38 meq/kg升高到41.20 meq/kg,而紫苏籽油在10 d考察期内POV从9.32 meq/kg升高到148.52 meq/kg,随后缓慢下降,说明纳米乳载体能显著提高紫苏籽油的稳定性。Ceschel等[25]人将具有抗炎、杀菌、抑制痛觉过敏症的香精油制成口腔黏膜纳米乳,离体实验表明,该制剂比水凝胶具有更强的黏膜穿透力。

    采用微乳体系作为载体对功能性油脂进行处理的优越性在于[26]:①增大疏水性或亲水性物质在连续相中的溶解性;②保护所包埋的物质;③作为一种输送系统,进入体内后可改变药代动力学和组织分布,使包埋物质被动靶向于特定组织;④生物利用性很高。此外,微乳化处理后还可以减少功能成分的挥发,防止酸败,提高稳定性等。但是,微乳化技术往往需要高速搅拌剪切条件,而且由于乳化剂的加入而改变了油脂的色泽、气味等物理性状。

4 超高压均质技术

超高压均质技术是指利用超高压均质机对液态物料或以液体为载体的固体颗粒进行超微细化和均质混合的处理技术。其作用原理是在高压下产生强烈的剪切、撞击、空穴和湍流涡旋作用,从而使液态物料或以液体为载体的固体颗粒超微细化。目前,均质机已广泛应用于食品、药品、精细化工和生物技术等领域。随着应用领域的不断扩大,均质机的性能和处理规模有了很大提高,均质压力从25 MPa提高到100 MPa以上,国内现已有可达350 MPa的超高压均质机,生产能力也达到每小时数吨,可满足不同行业的需要[27-29]。

湖南某公司以猕猴桃籽油为原料,采用100~120 MPa超高压均质处理,处理前后粒径分布见表1[30,31]。

表1 超高压均质处理前后猕猴桃籽油粒径分布

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由表1可知,猕猴桃籽油经超高压均质处理之后,油滴中位粒径由2 208.8 nm减小至71.7 nm,90%左右的油滴粒径处于100 nm以下,处理效果较为理想。

    在采用超微细猕猴桃籽油与未经处理的猕猴桃籽油为原料进行的保健功能动物实验研究中[32]发现,未超微细处理和超微细处理的猕猴桃籽油均具有调节血脂的保健作用,其中低剂量超微细猕猴桃籽油对大鼠的TC和TG水平的降幅(分别为48.6%、53.25%)和HDL-C水平的增幅(201.41%)最大;未超微细处理和超微细处理的猕猴桃籽油都能降低小鼠肝组织MDA含量和增强血清SOD活力,其中低剂量超微细猕猴桃籽油对小鼠MDA含量的降幅(42.76%)和对血清SOD活力的增幅(190.05%)最大。动物实验结果表明,超微细猕猴桃籽油调节血脂、延缓衰老的作用更显著。

    采用超高压均质处理技术制备的油滴粒径小,生产能力大,效率高。由于处理过程为纯物理过程,还可保持原料成分的完整性,不会造成油脂色泽、气味等理化指标发生改变。功能性油脂经超微细处理后,在人体内的吸收与分解速度更快,保健功能得以显著增强。但以超高压均质技术制备的产品稳定性较差,易随着贮藏时间的延长而逐渐发生聚合[32]。

5 结论与展望

(1)分别采用不同的超微细处理方法,可在提高功能性油脂的提取率、功能成分的释放速度和释放量,解决功能性油脂易受氧气、光照、温度、湿度等因素的影响而发生氧化分解等品质劣变问题,显著增强其保健功效等方面发挥作用。

    (2)超微粉碎主要用于功能性油脂提取的前处理,可提高出油率;微胶囊化可提高生物利用率和氧化稳定性,且有利于掩蔽不良风味,但改变了油脂性状;微乳化可制备纳米油滴,促进功能性油脂的吸收,提高生物利用度,但由于乳化剂的加入而易改变油脂的色泽、气味等物理性状;超高压均质技术处理功能性油脂,油滴粒径小,可显著提高保健功效,较适合规模化生产,但易发生粒子聚合而不稳定。

    (3)超微细处理技术在功能性油脂中的应用目前尚处于实验研究阶段,生产实例较少,这主要是因为超微细处理技术工艺要求和生产成本较高,适用于工业化生产的超微细处理技术还需进一步研究。

    (4)功能性油脂经超微细处理后,吸收分解速度和渗透性大大增强,在功能性产品开发与生产领域具有广阔的应用前景。

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