一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及食品添加剂技术领域，特别是涉及一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂及其制备方法。

背景技术

在食品加工过程中，往往需要添加某些功能性的食品添加剂来达到特定的效果，其中某些具有单一释放特性的食品添加剂有时不可避免的会对同一食品体系中的其他的组分造成负面影响。这种负面影响，有时需要过量的添加其他食品添加剂来弥补，有时会严重影响目标食品的质构、感官或者风味。

现有技术中已知用于防止这类具有单一释放特性的功能性食品添加剂过早释放的方法为脂质或乳化剂微胶囊。

US20070065547A1公开了一种微胶囊包埋乳酸链球菌素的制备方法及其在热狗产品中的应用。该方法使用全氢化的甘油三酯为壁材，在85℃的条件下，混入乳酸链球菌素，乳化均质后通过冷凝喷雾的工艺制得微胶囊包埋的乳酸链球菌素颗粒。该微胶囊颗粒中乳酸链球菌素的释放条件为温度触发。

DE-A2203429公开了使用熔程为45～60℃的食用脂肪配合乳化剂制备微胶囊包埋酸组合物的方法，该组合物中的酸的释放条件为温度触发。

以上所引用的专利中制备的各种微胶囊，其功能性食品添加剂的释放条件皆为温度触发，实际上仍然是单一释放的特性。

因为微生物污染引起的面包类产品保质期缩短，可以分为两个方面的原因：一是食品原料(如面粉、鸡蛋等)本身带有的杂菌在揉面和发酵阶段的快速增殖后留下了耐高温烘烤的孢子，在面包销售过程中复苏、增殖；二是面包焙烤后在包装和运输阶段的微生物二次污染。为了延长面包类产品的保质期，则需要同时抑制面团菌的增殖和二次污染的微生物的生长，因此在工业生产过程中会加入丙酸钙、山梨酸钾、脱氢乙酸钠、乳酸链球菌素、ε-聚赖氨酸、乳清发酵物、发酵糖、肉桂提取物等防腐剂，以及柠檬酸、苹果酸、富马酸、乳酸、醋酸等酸度调节剂来协同延长货架期。但这些具有单一释放特性的食品添加剂在起到延长面包保质期作用的同时，也会抑制酵母的活性，最终会导致面包的发酵时间延长、面团的膨胀力差、面包体积小。并且经造粒面包用防腐剂和酸度调节剂只在焙烤阶段释放，无法抑制生面团在揉面和醒发阶段的杂菌生长，导致面包的风味变差和货架期的缩短。经造粒处理的添加剂与未经处理的添加剂结合使用，虽然可以一定程度上解决以上问题，但也有很大的缺陷。未经过处理的添加剂，有些为粉末状态，在配料过程易扬尘，有吸入风险，有些具有刺激性气味，这都会对现场操作人员的健康造成伤害；有些易吸潮，拆封后影响其自身的使用效果。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂，通过亲水性壁材联合疏水性壁材包埋芯材，克服了传统食品添加剂只能单一释放的缺陷，达到同时抑制面团菌的增殖和二次污染微生物的生长，有效延长了产品保质期。

本发明的技术方案是：

一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂，以质量份数计，包括芯材5份-500份，壁材10份-1000份，所述壁材包括亲水性壁材5份-500份和疏水性壁材5份-500份，所述疏水性壁材的熔点温度高于50℃。

上述技术方案的工作原理如下：

面包类食品制作过程中引起微生物污染的分为两个阶段，首先是食品原料在揉面和发酵阶段，再次为面包焙烤阶段。亲水性壁材具有亲水性质，可遇水溶解，疏水性壁材一般为烷烃、油和脂肪等，与水相斥，可遇高温溶解。先通过疏水性壁材包埋芯材形成第一相，从而通过控制温度溶解疏水性壁材释放出芯材，再通过亲水性壁材包埋第一相(此时第一相为芯材)形成第二相，从而通过控制水分溶解亲水性壁材释放出第一相。在面包揉面阶段，需要加入水，第二相作用控制面团菌的增殖，在面包焙烤阶段，利用温度，第一相作用控制后续微生物的滋生，协同有效地延长了货架期，并保持了面团类食品的口感和观感。

在进一步的技术方案中，所述芯材包括丙酸钙、山梨酸钾、山梨酸、脱氢乙酸钠、乳酸链球菌素、ε-聚赖氨酸、乳清发酵物、发酵糖、肉桂提取物、碳酸氢钠、维生素C、柠檬酸、苹果酸、富马酸、乳酸、醋酸或葡萄糖酸-δ-内酯中的一种或多种。

本发明提供的芯材为具有单一释放特性的食品添加剂，选择的为防腐剂或酸度调节剂或者其混合物，防腐剂具有较强的抑菌作用，不影响人体健康，可以保持食品长时间处于良好的卫生状态下。酸度调节剂可以维持或改变食品酸碱度，由此改善食品的风味。防腐剂与酸度调节剂协同使用，可增加效力，作用迅速且耐久性高，彻底杀灭产生的微生物，抗菌效果最佳。而防腐剂与防腐剂配合使用，同类性质亦可增加效力，增强防腐剂的效果。

在进一步的技术方案中，所述亲水性壁材包括亲水性的胶体、纤维素、淀粉或蛋白质中的一种或多种。

胶体、纤维素、淀粉和蛋白质均易胶囊化，不与芯材反应，具有良好渗透性、稳定性和成膜性，易水解，价格低廉，可实现在揉面、发酵阶段控菌的目的。

在进一步的技术方案中，所述疏水性壁材包括食品用乳化剂、全氢化的植物油脂、部分氢化的植物油脂或硬脂酸中的一种或多种。

油脂和硬脂酸为油溶性包囊材料，不与芯材混溶，具有良好渗透性、稳定性和成膜性，不易水解，遇高温释放，价格低廉，可实现在焙烤后控制释放的目的。食品用乳化剂在常温状态下为固体态，加温后为液态，本发明所采取的物料在处理前均为固态，利用乳化剂这一特性，乳化剂也可作为壁材，打破了传统技术乳化剂在包埋技术中只能起均相作用而应用受限的壁垒。

在进一步的技术方案中，所述胶体包括黄原胶、果胶、阿拉伯或海藻酸钠中的一种或多种；所述纤维素包括植物纤维和纤维素衍生物中的一种或多种；所述淀粉包括食用淀粉和变性淀粉中的一种或多种；所述蛋白质包括大豆蛋白、乳清蛋白、玉米蛋白或酪蛋白酸钠中的一种或多种。

多种亲水性壁材的配伍包埋，克服了单一壁材不能同时具有成膜性高、稳定性好及溶解速率快的特点，使本发明的壁材来源广、价格低及物化性能好。

在进一步的技术方案中，所述食品用乳化剂包括蒸馏单硬脂酸甘油酯、硬脂酰乳酸钠或双乙酰酒石酸单双甘油酯中的一种或多种；所述全氢化的植物油脂包括全氢化大豆油、全氢化棕榈油、全氢化蓖麻子油、全氢化葵花籽油、全氢化棉籽油或全氢化椰子油中的一种或多种；所述部分氢化的植物油脂包括部分氢化大豆油。

多种疏水性壁材的配伍包埋，克服了单一壁材不能同时具有成膜性高、稳定性好及溶解速率快的特点，使本发明的壁材来源广、价格低及物化性能好。

本发明还提供了一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、根据原料的组成，按照预设定质量比称取各组分，备用；

S2、将称取后的疏水性壁材加入到高剪切机中在一定温度下熔化至液态，再搅拌均匀，得到疏水性壁材熔液；

S3、将称取后的芯材缓慢加入到疏水性壁材熔液中，在一定温度下继续搅拌至芯材和疏水性壁材熔液分散均匀，得到悬浮液；

S4、将悬浮液喷雾冷凝，分离收集第一步微胶粒，得到第一相微胶囊组合物，备用；

S5、将称取后的亲水性壁材和适量水加入到高剪切机中搅拌均匀，得到亲水性壁材溶液；

S6、将称取后的芯材缓慢加入到亲水性壁材溶液中，继续搅拌至芯材和亲水性壁材溶液混合均匀，得到混合液；

S7、将所述第一相微胶囊组合物加入到所述混合液中，先高压空气雾化后再低温干燥处理，分离收集第二步微胶粒，即得具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂。

喷雾干燥指的是将目标物和载体溶解于溶剂，被高压雾化呈干燥气体，溶剂蒸发后形成干燥微粒，从而将液体以溶液或者悬浮液的形式生产出固体产物，得以提高组合物的利用度。本发明以微胶囊工艺包埋防腐剂或酸度调节剂或者其混合物，控制释放条件从而缓释防腐剂或酸度调节剂或者其混合物。在面团内食品揉面阶段仅释放第二相，控制其pH值在中性左右，利于食品的稳定性和膨胀性，在焙烤后才进行第一相彻底释放，使环境呈酸性气氛，有效地延长了货架期。

在进一步的技术方案中，所述芯材在微胶囊包埋之前的粒径为50μm-1000μm，收集的第一步微胶粒和第二步微胶粒的粒径均小于600μm。

喷雾干燥形成的微胶囊粒径较小，芯材多孔地被包埋在壁材形成的膜内，在特定条件下可快速地释放出芯材，克服了传统技术食品添加剂作用慢，时间长的问题。

在进一步的技术方案中，所述步骤S2和步骤S3中的温度为70℃-150℃，所述步骤S7中的温度为45℃。

限定温度，避免物料因过高温度失去活性或温度低延长熔化时间。

在进一步的技术方案中，所述步骤S2中的搅拌转速为500r/min-1500r/min；所述步骤S3中的搅拌转速为200r/min-500r/min；所述步骤S5中的搅拌转速为2000r/min-3000r/min；所述步骤S6中的搅拌转速为2000r/min-3000r/min。

限定转速，在短时间即可彻底分散开小分子化合物，提高包埋率。

本发明的有益效果是：

1、通过亲水性壁材联合疏水性壁材包埋芯材，克服了传统食品添加剂只能单一释放的缺陷，达到同时抑制面团菌的增殖和二次污染微生物的生长，有效延长了产品保质期；

2、通过防腐剂或酸度调节剂或者其混合物作为芯材，防腐剂与防腐剂配合使用，同类性质可增加效力，增强防腐剂的效果；防腐剂和酸度调节剂协同使用，增加效力，作用迅速且耐久性，可彻底杀灭产生的微生物，抗菌效果最佳；

3、通过食品用乳化剂在常温状态下为固体态，加温后为液态，而采取的物料在处理前均为固态，利用乳化剂这一特性，乳化剂也可作为壁材，打破了传统乳化剂在包埋技术中只能起均相作用而应用受限的壁垒；

4、通过多种亲水性壁材或疏水性壁材的配伍包埋，兼具成膜性高、稳定性好及溶解速率快、来源广和价格低的优点。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作进一步说明。

实施例1：

本发明第一方面提供了一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂，以质量份数计，包括芯材500份，壁材350份，壁材包括亲水性壁材50份和疏水性壁材300份，疏水性壁材的熔点温度高于50℃。

上述技术方案的工作原理如下：

面包类食品制作过程中引起微生物污染的分为两个阶段，首先是食品原料在揉面和发酵阶段，再次为面包焙烤阶段。亲水性壁材具有亲水性质，可遇水溶解，疏水性壁材一般为烷烃、油和脂肪等，与水相斥，可遇高温溶解。先通过疏水性壁材包埋芯材形成第一相，从而通过控制温度溶解疏水性壁材释放出芯材，再通过亲水性壁材包埋第一相(此时第一相为芯材)形成第二相，从而通过控制水分溶解亲水性壁材释放出第一相。在面包揉面阶段，需要加入水，第二相作用控制面团菌的增殖，在面包焙烤阶段，利用温度，第一相作用控制后续微生物的滋生，协同有效地延长了货架期，并保持了面团类食品的口感和观感。

在另外一个实施例中，芯材为丙酸钙。

在另外一个实施例中，亲水性壁材为纤维素。优选地，纤维素选用纤维素衍生物，更优选地，选取的为羟丙基甲基纤维素。

在另外一个实施例中，疏水性壁材为食品用乳化剂。进一步地，食品用乳化剂选用蒸馏单硬脂酸甘油酯和硬脂酰乳酸钠的混合物，更进一步地，蒸馏单硬脂酸甘油酯选取200份和硬脂酰乳酸钠选取100份。

本发明第二方面提供了一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、根据原料的组成，称取蒸馏单硬脂酸甘油酯200份、硬脂酰乳酸钠100份、丙酸钙500份和羟丙基甲基纤维素50份，备用；

S2、将称取后的蒸馏单硬脂酸甘油酯200份和硬脂酰乳酸钠100份加入到高剪切机中在75℃下，以1500r/min的速率搅拌熔化至液态，在继续搅拌2h混合均匀，得到疏水性壁材熔液；

S3、将称取后丙酸钙400份缓慢加入到疏水性壁材熔液中，在70℃下以400r/min的速率搅拌至丙酸钙和疏水性壁材熔液分散均匀，得到悬浮液；

S4、将悬浮液喷雾冷凝，分离收集第一步微胶粒，得到第一相微胶囊组合物，备用；

S5、将称取后的羟丙基甲基纤维素50份和适量水加入到高剪切机中，以2500r/min的速率搅拌均匀，得到亲水性壁材溶液；

S6、将称取后的丙酸钙100份缓慢加入到亲水性壁材溶液中，以2500r/min的速率搅拌至芯材和亲水性壁材溶液混合均匀，得到混合液；

S7、将第一相微胶囊组合物加入到混合液中，先0.8Mpa空气雾化后再45℃热风干燥处理2h，分离收集第二步微胶粒，即得具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂。

将实施例1制备出的具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂在面包生产中添加0.3％，以丙酸钙为芯材，其中20％的丙酸钙在揉面阶段缓慢释放，可以抑制面团中的杂菌生长且不抑制酵母发酵，剩余部分的丙酸钙在焙烤过程中释放。以有效丙酸钙计，与添加等量的未经微胶囊处理的丙酸钙相比，面包发酵的速度快20min，与添加等量的喷雾冷凝制得的丙酸钙相比，面包保质期延长3天。

实施例2：

与实施例1不同的是，

一种具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、根据原料的组成，称取蒸馏单硬脂酸甘油酯200份、全氢化大豆油100份、山梨酸500份和羟丙基甲基纤维素50份，备用；

S2、将称取后的蒸馏单硬脂酸甘油酯200份和全氢化大豆油100份加入到高剪切机中在75℃下，以1000r/min的速率搅拌熔化至液态，在继续搅拌2h混合均匀，得到疏水性壁材熔液；

S3、将称取后山梨酸400份缓慢加入到疏水性壁材熔液中，在70℃下以400r/min的速率搅拌至山梨酸和疏水性壁材熔液分散均匀，得到悬浮液；

S4、将悬浮液喷雾冷凝，分离收集第一步微胶粒，得到第一相微胶囊组合物，备用；

S5、将称取后的羟丙基甲基纤维素50份和适量水加入到高剪切机中，以2500r/min的速率搅拌均匀，得到亲水性壁材溶液；

S6、将称取后的山梨酸100份缓慢加入到亲水性壁材溶液中，以2500r/min的速率搅拌至山梨酸和亲水性壁材溶液混合均匀，得到混合液；

S7、将第一相微胶囊组合物加入到混合液中，先0.8Mpa空气雾化后再45℃热风干燥处理2h，分离收集第二步微胶粒，即得具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂。

将实施例2制备出的具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂在面包生产中添加0.2％，以山梨酸为芯材，其中20％的山梨酸在揉面阶段缓慢释放，可以抑制面团中的杂菌生长且不抑制酵母发酵，剩余部分的山梨酸在焙烤过程中释放。以有效山梨酸计，与添加等量的未经微胶囊处理的山梨酸相比，面包发酵的速度快60min，与添加等量的喷雾冷凝制得的山梨酸相比，面包保质期延长5天。

实施例3：

实施例3分别选取不同的原料和用量，其余描述与实施例2相同。具体地，

根据原料的组成，称取蒸馏单硬脂酸甘油酯200份、全氢化棕榈油100份、富马酸400份和麦芽糊精50份；

全氢化大豆油100份替换为全氢化棕榈油100份；

山梨酸400份替换为富马酸300份；

山梨酸100份替换为富马酸100份；

羟丙基甲基纤维素50份替换为麦芽糊精50份。

将实施例3制备出的具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂应用于具有长保质期蛋糕的生产过程中添加0.2％，以富马酸为芯材，可有效调节蛋糕的pH值，为防腐剂创造适宜的作用环境，其中25％的富马酸在面糊阶段释放，剩余部分在焙烤过程中释放。以有效富马酸计，与添加等量的未经微胶囊处理的富马酸相比，本专利制得的多相释放特性的微胶囊富马酸不会在蛋糕糊中过早的完全释放，不会与泡打粉中的碳酸氢钠反应提前产气，蛋糕糊的稳定性更佳，蛋糕的体积和膨胀度更大；与添加等量的喷雾冷凝制得的富马酸相比，早期释放的25％的富马酸，可以有效的平衡蛋糕糊的pH值，让蛋白具备更好的打发性能，蛋糕的质构更好、体积更大。

实施例4：

实施例4分别选取不同的原料和用量，其余描述与实施例3相同。具体地，

根据原料的组成，称取蒸馏单硬脂酸甘油酯200份、全氢化大豆油200份、丙酸钙400份和苹果酸400份的混合物、羟丙基甲基纤维素70份；

全氢化棕榈油100份替换为全氢化大豆油200份；

富马酸300份替换为丙酸钙300份和苹果酸300份的混合物；

富马酸100份替换为丙酸钙100份和苹果酸100份的混合物；

麦芽糊精50份替换为羟丙基甲基纤维素70份。

在面包中添加0.3％本实施例4制得的具有多相释放特性的微胶囊食品添加剂，以富马酸和丙酸钙的混合物为芯材，其中25％的丙酸钙和苹果酸在揉面阶段缓慢释放，可以抑制面团中的杂菌生长且不抑制酵母发酵，剩余部分的丙酸钙和苹果酸在焙烤过程中释放。与添加等量的有效丙酸钙相比，面包发酵的速度快15min，保质期延长7天。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。