微胶囊技术包埋不饱和脂肪酸的研究进展_陈君玉.pdf
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1、陈君玉,陈琨,刘竞阳,等.微胶囊技术包埋不饱和脂肪酸的研究进展 J.食品工业科技,2023,44(14):1627.doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022120173CHEN Junyu,CHEN Kun,LIU Jingyang,et al.Research Progress of Microencapsulation Technology of Unsaturated Fatty AcidsJ.Science and Technology of Food Industry,2023,44(14):1627.(in Chinese with English abs
2、tract).doi:10.13386/j.issn1002-0306.2022120173 青年编委专栏食品营养素包埋与递送(客座主编:黄强、蔡杰、陈帅)微胶囊技术包埋不饱和脂肪酸的研究进展微胶囊技术包埋不饱和脂肪酸的研究进展陈君玉1,陈琨1,刘竞阳1,饶雷1,赵靓1,王永涛1,吴晓蒙1,2,*,廖小军1(1.中国农业大学食品科学与营养工程学院,国家果蔬加工工程技术研究中心,农业农村部果蔬加工重点实验室,食品非热加工北京市重点实验室,北京 100083;2.四川成都中农大现代农业产业研究院,四川成都 610047)摘要:不饱和脂肪酸不仅对维持人体健康起着重要作用,也是功能性食品的重要原料,但
3、其在加工和储藏的过程中容易氧化导致劣变。微胶囊化处理是一种可以有效避免不饱和脂肪酸氧化,并增强其稳定性的加工方式。本文在阐述了不饱和脂肪酸的生理功能特性及其在食品、医药等领域的用途基础上,系统梳理了用于包埋不饱和脂肪酸的微胶囊技术的研究进展,以期为相关食品的研究提供理论基础和依据。研究表明以蛋白质类和碳水化合物类为主的复合壁材是目前应用较广的壁材,将两者复配亦可避免单一壁材产生的弊端;喷雾干燥、冷冻干燥、分子包埋和凝聚法是常见的微胶囊方法。不同壁材种类和制备方法对不饱和脂肪酸的包埋率差异很大,更会影响其在加工和贮藏过程中的稳定性,研究者需根据产品性质与功能选择合适的材料与方法。微胶囊化的不饱和
4、脂肪酸具备缓释性能,并显著提升了生理功能特性,因此在未来的食品工业中有较好的应用和发展前景。关键词:不饱和脂肪酸,微胶囊,包埋,应用本文网刊:中图分类号:TS221 文献标识码:A 文章编号:10020306(2023)14001612DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2022120173ResearchProgressofMicroencapsulationTechnologyofUnsaturatedFattyAcidsCHENJunyu1,CHENKun1,LIUJingyang1,RAOLei1,ZHAOLiang1,WANGYongtao1,WUXiaomen
5、g1,2,*,LIAOXiaojun1(1.College of Food Science and Nutritional Engineering,China Agricultural University,National Engineering ResearchCentre for Fruit and Vegetable Processing,Key Laboratory of Fruit and Vegetable Processing,Ministry of Agriculture andRural Affairs,Beijing Advanced Innovative Center
6、for Food Nutrition and Human Health,Beijing 100083,China;2.CAU Sichuan Chengdu Advanced Agricultural Industrial Institute,Chengdu 610047,China)Abstract:Unsaturated fatty acids(UFAs)play a fundamental role in maintaining human health and serve as an importantraw material for functional foods.However,
7、UFAs are prone to oxidization during processing and storage,leading todeterioration.Microencapsulation of UFAs is an effective processing method to minimize oxidation and enhance itsstability.In this paper,the physiological functions of UFAs and their applications in food,medicine,and other fields a
8、resummarized.The research progress of microencapsulation technology of UFAs is systematically reviewed,aiming toprovide a theoretical basis and rationale for their applications in the food industry.Research has shown that the wallmaterials widely used were mainly proteins and carbohydrates,whereas t
9、heir combination can overcome theirdisadvantages.Spray drying,freeze drying,molecular encapsulation,and coacervation method are most commonly used inthe fabrication of microencapsulated UFAs.Using various wall materials and fabrication methods leads to very differentencapsulation efficiency,which al
10、so greatly impacts the stability of UFAs during processing and storage.Hence,it is still 收稿日期:20221220 基金项目:四川省级财政农业改革创新科技示范奖补专项资金资助项目(SCB-ZNCY-2022006)。作者简介:陈君玉(1998),女,硕士研究生,研究方向:营养与食品安全,E-mail:。*通信作者:吴晓蒙(1986),男,博士,副教授,研究方向:食品加工与包装,E-mail:。第 44 卷 第 14 期食品工业科技Vol.44 No.142023 年 7 月Science and Tech
11、nology of Food IndustryJul.2023 necessary to select appropriate materials and methods according to the properties and functions of the food products.Microencapsulated UFAs exhibited slow-release properties and improved physiological functions.Therefore,it may havebroad applications and excellent fut
12、ure development prospects in the food industry.Keywords:unsaturated fatty acids;microencapsulation;embedding;application 脂质作为生物体必不可少的生物小分子,具有储存和提供能量及维持体温、构成生物膜等多种功能1。其中的基本组分是脂肪酸,它是指具有甲基端(-CH3)和羧基端(-COOH)的碳氢链分子,按饱和程度可分为饱和脂肪酸(Saturated fatty acid,SFA)和不饱和脂肪酸(Unsaturated fatty acid,UFA)。而 UFA根据双键的数目又可以
13、分为单不饱和脂肪酸(Mo-nounsaturated fatty acid,MUFA)和多不饱和脂肪酸(Polyunsaturated fatty acid,PUFA)2。脂肪酸大量存在于植物油、坚果以及鱼类食物中,对维持人体健康起着重要作用,以-3 PUFAs 为例,UFA 具有降低高血压、恶性肿瘤、心脑血管疾病等疾病风险的作用3。由于分子中双键的存在,相比于 SFA,UFA 不稳定,特别是在光照和高温环境中容易被氧化,甚至在室温下即可通过自由基链式反应氧化,且氧化速率很大程度上取决于其中双键的数量45。在食品工业中,食物中脂质的氧化会导致风味、安全和营养价值的劣变6,过度氧化会产生哈喇味,
14、甚至生成醛类、酮类和碳氢化合物等致癌物质,造成严重的食品安全风险,因此采用新型食品加工技术对 UFA 进行处理,提高其在加工和储藏过程中的稳定性是现阶段得技术挑战之一,也是研究的趋势。微胶囊技术是指用一种或多种壁材将目标物包埋的技术7。由于微胶囊技术具有稳定目标物质生物活性、控制释放速率、掩盖不良气味、保护敏感成分等优势8,已经被广泛地应用于食品工业中。近年来,随着微胶囊技术的进一步发展,越来越多的学者将目光聚集于微胶囊化油脂的研究,如图 1 所示,在Web of Science 中搜索关键词为“unsaturated fattyacid”和“microencapsulation”的文章,最近
15、十余年的发文数基本保持逐年上升的趋势,是研究的热点,同时是工业生产的新方向,但目前对微胶囊化的不饱和脂肪酸的研究进展多集中于-3 或-6 PUFAs,而缺乏对与微胶囊技术在 UFA 中的整体梳理。基于此,本文综述了不饱和脂肪酸的分类、生理功能特性和在食品、医药等领域的用途,系统梳理了微胶囊技术常用的壁材种类、制备方法及其在包埋不饱和脂肪酸中的研究进展,并对微胶囊化不饱和脂肪酸在食品工业中的应用前景进行了展望,以期为未来的研究提供思路。1不饱和脂肪酸不饱和脂肪酸的特点是在分子中有一个或几个双键,主要存在于天然的食物以及各种加工制品中,如坚果、海鱼、橄榄油、花生油、玉米油等9。不同脂肪酸之间的主要
16、区别在于碳原子数目、双键数量和位置的不同。其表示方法一般从甲基碳 开始编号至第一个双键位置,如亚油酸(Linoleic acid,LA,C18:2-6)表示含 18 个碳原子,2 个不饱和键,第1 个双键从甲基端数起在第 6 碳和第 7 碳之间10。常见不饱和脂肪酸的分类、化学结构及食物中的来源如图 2 所示。其中 MUFA 是指含有 1 个双键的不饱和脂肪酸,一般天然 MUFA 的碳链拥有 1422 个碳原子,包括油酸(Oleic acid,OA)、棕榈油酸、反棕榈油酸、肉豆蔻油酸,以及对人体有害的反式油酸和芥酸等物质。PUFA 是指含有两个及以上双键的碳原子数为 1822 的直链脂肪酸,根
17、据第一个不饱和双键在碳链甲基端出现位置的不同,可分为-3 和-6 系列 PUFAs。大量研究表明,UFA 对维持人体健康起着重要作用,且对人类多种疾病具有明显的预防和治疗作用。一方面,它能增加胆固醇代谢,抑制内源性胆固醇和甘油三酯的合成,降低血液中对人体有害的胆固醇和甘油三酯(Triglyceride,TG)含量,从而有效控制人体血脂的浓度,提高对人体有益的高密度脂蛋白的含量1112,降低心血管疾病的发病率,在调解血脂、血糖、血压等方面有良好的效果;同时,在生命早期摄入足量-3 PUFAs,不仅对于保证胎儿及婴幼儿的正常生长发育至关重要12,还有助于预防儿童青少年期注意力缺陷多动障碍、哮喘及过
18、敏性疾病、高脂血症、非酒精性脂肪肝等慢性非感染性疾病的发生13。另一方面,它能提高肿瘤对药物的敏感性14,有效降低癌症的风险;此外,PUFA 可通过作用于巨噬细胞改善机体的免疫作用,降低炎症反应15,同时-3PUFAs 还具有保护心脏和神经、抗过敏、防止皮肤 32282420Number of publications(piece)1612840Year201020112012201320142015201620172018201920202021图 1 关于不饱和脂肪酸微胶囊的发文数总体趋势图Fig.1 Overall trend chart of the number of documen
19、ts issuedon unsaturated fatty acid and microcapsules注:数据来源:Web of Science。第 44 卷 第 14 期陈君玉,等:微胶囊技术包埋不饱和脂肪酸的研究进展 17 老化、预防老年性痴呆以及抗抑郁等多种作用12。基于 UFA 对于人体健康的重要作用,富含 UFA或者人工添加 UFA 的食品、保健品、化妆品成为研发的热点。在食品中,PUFA 常被作为营养强化剂添加到食品中,如婴幼儿配方食品、DHA 软糖16以及添加 PUFA 的鱼肉香肠、汉堡包、调料、豆腐、蛋黄酱、面包、糖果、食用油等食品3等,应用前景可观。市面上的医药保健品中,以
20、降血脂、预防心血管疾病为主要功效的 UFA 保健食品比比皆是,最常见的是富含二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic acid,EPA)和二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)的鱼油产品16。在日化产品中,PUFAs 被称为“美容酸”,常常被用来改善皮肤和头发状态3,以 OA 为主要成分的山茶油,因具有抗氧化、防晒、锁水保湿等多种功效,也被广泛用作生产护肤品的基底油。UFA 由于双键的存在,在贮藏和加工过程中稳定性差,易受到热、氧气、光照、微生物、酶、金属离子等影响而发生氧化,同时油脂氧化生成的一级氧化产物可进一步发生氧化裂解形成包括醛类、酮类、醇类和烃类化合
21、物等二级氧化产物,导致油脂变质,产生异味、酸败,甚至生成有毒物质1718。-6 PUFAs的氧化产物 4-羟基壬烯醛会干扰细胞正常功能、损伤细胞组分,同时内源性 4-羟基壬烯醛还与动脉粥样硬化、老年痴呆等疾病密切相关19。氧化会破坏EPA、DHA 的结构而导致其特有的生理作用消失,EPA 和 DHA 氧化形成的三烯癸醛,是构成“哈喇味”的主要成分,而且氧化过程中产生的过氧化物和自由基也对人体有害18。研究还发现,顺式不饱和脂肪酸在热加工过程中可经异构化反应形成对人体有害的反式脂肪酸20。因此在加工和储藏过程中控制UFA 的氧化是保证其品质和营养价值的前提。目前常用的控制方法包括添加抗氧化剂、充
22、氮储存、避光、避热、低温储存、真空储存等。常用抗氧化剂中维生素 E 抗氧化效果很不稳定,特丁基对苯二酚、丁基羟基茴香醚等抗氧化剂也存在安全风险18,21,充氮储存虽然可以避免抗氧化剂带来的安全问题,但其效果也受到储存温度、充氮程度、氮气纯度等因素的影响22;避光、避热、低温储存、真空储存等储存方法均不能从根本上解决问题,一方面,在加工过程中油脂仍不可避免与空气接触,贮藏时间不能过久,另一方面空气中的氧分子在非极性的脂类物质中仍有一定的溶解度,这部分溶氧很容易使产品过氧化值超标18,2324。因此,如何合理得保存 UFA,并将其应用于食品中,仍是亟待解决的科学难题。2微胶囊化技术微胶囊化是指将固
23、体、液体或气体等作为芯材包埋或固化在天然或合成高分子材料壁材中的过程2527,微胶囊的粒径通常在 11000 m 之间28。用壁材将芯材完全包覆起来,不对芯材原有性质产生损害,然后在某些外部刺激或缓释作用下使芯材的功能再次呈现出来29。采用微胶囊技术包埋油脂类物质拥有重多优点。首先,液体的芯材在加工成微胶囊产品后会转变为固体粉末,方便运输及使用。其次,芯材被包裹后可以隔绝光照、氧气等外界环境的影响,对于维持其生物活性、提升稳定性有着积极地作用。此外,芯材的释放程度可以通过多种手段进行控 主要食物来源植物油鱼油黄油羊脂蓖麻种子蓖麻油酸肉豆蔻油酸反棕榈油酸棕榈油酸油酸(OA)亚油酸(LA)-亚麻酸
24、(ALA)共轭亚油酸(CLA)花生四烯酸(AA)二十碳五烯酸(EPA)二十碳六烯酸(DHA)海洋微藻深海鱼类动物油月见草动物脏器乳制品植物种子-亚麻酸(GLA)芥子氢化油反式油酸芥酸单不饱和脂肪酸MUFA多不饱和脂肪酸PUFA主要食物来源图 2 不饱和脂肪酸种类及其主要来源示意图Fig.2 Types and main natural sources of unsaturated fatty acids 18 食品工业科技2023 年 7 月制,达到缓释或者刺激响应释放的目的。因此,利用微胶囊技术包埋 UFA 等物质,开发食品添加剂、营养强化剂等产品,可以满足食品工业的需要2830,具有良好的
25、应用前景。2.1微胶囊壁材微胶囊壁材的选择对于芯材生物利用度的影响很大,理想的壁材不仅不能与芯材发生化学反应,同时针对不同的应用场景,要有适当的机械强度、溶解性、稳定性、乳化性、渗透性等特点,并且在食品工业中,还要求其符合安全卫生的要求3133。油脂微胶囊的芯材多为脂溶性,因此应选择水溶性强的壁材制备微胶囊乳液。其常见壁材可以分为碳水化合物类、蛋白质类和胶体类这三大类物质。淀粉、壳聚糖、阿拉伯胶等都是常用的碳水化合物类壁材,此类壁材具有较好的溶解性、较低的黏度,且来源广泛、价格低廉,但是用其制备的微胶囊对于油脂类物质的包埋率和载荷量都较低,效率十分有限34。常见的蛋白质类壁材包括玉米醇溶蛋白、
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