乳液凝膠的基質(zhì)及質(zhì)構(gòu)特性對風(fēng)味物質(zhì)釋放效果的影響研究進展

馮旸旸,王 輝,康 輝,于 棟,徐敬欣,孔保華,劉 騫

(東北農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院,黑龍江哈爾濱 150030)

風(fēng)味作為食物的基本屬性之一,它不僅在食品的感官特性中處于至關(guān)重要的位置,而且還在消費者滿意度中發(fā)揮重要作用,影響食品的進一步消費[1]。風(fēng)味包括香味和滋味,其需要從食物中釋放出來并且與人體感覺器官接觸后才能被感知[2]。揮發(fā)性化合物作為食品風(fēng)味的主要貢獻者[3],其穩(wěn)定性差,易受外界因素(如光、熱、氧等)的影響。因此人們嘗試在利用食品包裝包裹食物的同時,通過一定的工藝賦予其控制食品風(fēng)味的功能,如活性包裝和除氧包裝,活性劑和脫氧劑混合在食品包裝中可以吸收包裝袋的怪味,保持食品原有風(fēng)味品質(zhì)[3]。但在食物儲存期間,食品中的風(fēng)味物質(zhì)和包裝材料之間會發(fā)生一定的吸附作用,從而影響食品風(fēng)味濃度[4],所以通過食品包裝保持食品風(fēng)味品質(zhì)的效果并不理想,需要利用一定的包埋技術(shù)包埋風(fēng)味物質(zhì),將其納入食品組分當(dāng)中,使食品風(fēng)味既可以在食品儲存期間盡可能地保留,又可以在特定條件下緩慢釋放[1]。

目前,風(fēng)味包埋主要有微膠囊技術(shù)和以乳狀液為基礎(chǔ)的包埋體系。食品工業(yè)中最常用的風(fēng)味物質(zhì)包埋技術(shù)是微膠囊技術(shù),其中噴霧干燥法操作簡單且成本低廉,易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn),可以有效減少香氣的損失,使香味物質(zhì)緩慢釋放[5],它可以使風(fēng)味物質(zhì)免受外界環(huán)境影響從而避免食物風(fēng)味的損失,但由于壁材類型較少,且壁材與被包埋的物質(zhì)之間有不可控的相互作用,性能優(yōu)良且成本低廉的新型壁材還有待開發(fā),而且很多微膠囊制作方法和保護效果也有待鑒定[6-7]。此外,利用乳狀液體系包埋風(fēng)味物質(zhì)的研究也有很多,相較于單一的蛋白質(zhì)或多糖包埋體系,乳狀液體系對于水溶性和脂溶性風(fēng)味物質(zhì)都能很好地適用并對其進行有效保護[8],但傳統(tǒng)乳狀液屬于熱力學(xué)不穩(wěn)定系統(tǒng),容易發(fā)生分層、絮凝、凝聚等現(xiàn)象而影響包埋效果,且由于其結(jié)構(gòu)和配方簡單,對風(fēng)味物質(zhì)的保護作用也有限[9],所以近年來人們嘗試采用新型的技術(shù)對傳統(tǒng)乳狀液進行結(jié)構(gòu)化,使其在更復(fù)雜的環(huán)境中具有更好的動力學(xué)穩(wěn)定性[10],其中乳液凝膠研究最為廣泛,它被認為是一種更好的包埋體系。乳液凝膠是一種由乳狀液填充的凝膠型類固體材料,是在乳狀液基礎(chǔ)上經(jīng)過一定誘導(dǎo)方式得到的凝膠體系[11]。當(dāng)它作為包埋體系應(yīng)用在食品中時,水溶性物質(zhì)可以分散在凝膠結(jié)構(gòu)中,脂溶性物質(zhì)可以分散在乳狀液的油滴中[12],不僅可以同時包埋不同極性的風(fēng)味物質(zhì),而且風(fēng)味物質(zhì)既可以被凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)保護又可以被凝膠結(jié)構(gòu)固化,從而可以使其穩(wěn)定性得到進一步增強[13]。乳液凝膠憑借其良好的包埋穩(wěn)定特性,可以作為包埋和緩釋體系,在食品領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景[14]。

本文介紹了乳液凝膠及其基質(zhì)組成和質(zhì)構(gòu)特性對其包埋的食品風(fēng)味物質(zhì)的釋放效果的影響,并對乳液凝膠作為包埋體系在食品中的應(yīng)用前景作出展望,為利用乳液凝膠包埋食品風(fēng)味物質(zhì)的應(yīng)用提供了理論依據(jù),也為解決低脂食品的風(fēng)味損失問題提供解決策略。

1 乳液凝膠概述

1.1 乳液凝膠的概念

在乳狀液的基礎(chǔ)上,通過一定的誘導(dǎo)方式,使乳狀液連續(xù)相形成一定的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而分散相填充在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的凝膠型類固體材料稱為乳液凝膠,它是一種具有凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和較強力學(xué)性質(zhì)的凝膠[11,15]。在乳液凝膠體系中,通常將乳化的液滴稱為“填料”,凝膠化的水相稱為“基質(zhì)”[13],Dille等人[16]根據(jù)乳液凝膠中填充顆粒與凝膠基質(zhì)的相互作用,將填充顆粒分為活性填充顆粒和非活性填充顆粒?；钚蕴畛漕w?？梢耘c凝膠基質(zhì)相互作用,增強凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和流變學(xué)性質(zhì),而非活性填充顆粒不會與凝膠基質(zhì)相互作用,對乳液凝膠的強度沒有增強效應(yīng)。

1.2 乳液凝膠的分類

乳液凝膠的基質(zhì)選擇范圍很廣,根據(jù)選擇的基質(zhì)不同可將其分為蛋白基質(zhì)類(如大豆分離蛋白、乳清蛋白、酪蛋白等)乳液凝膠、多糖基質(zhì)類(如魔芋膠、亞麻籽膠、海藻酸鹽等)乳液凝膠和蛋白-多糖復(fù)合基質(zhì)類乳液凝膠[17]。在蛋白基質(zhì)類乳液凝膠中,乳液凝膠結(jié)構(gòu)有兩種理想化模型[15],第一種是顆粒填充型,即乳液液滴填充在蛋白質(zhì)凝膠中的乳液凝膠,其流變學(xué)性質(zhì)主要是由蛋白基質(zhì)的性質(zhì)決定;另外一種是顆粒聚集型,即由蛋白質(zhì)穩(wěn)定的乳狀液液滴聚集形成的乳液凝膠,其流變學(xué)性質(zhì)主要取決于乳液液滴聚集形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的性質(zhì),但以上兩種結(jié)構(gòu)模型均是理想化狀態(tài),實際的蛋白基質(zhì)類乳液凝膠的結(jié)構(gòu)是介于這兩個理想模型之間的混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在多糖基質(zhì)類乳液凝膠中,其凝膠結(jié)構(gòu)通常以類似于第一種的結(jié)構(gòu)存在,而類似于第二種結(jié)構(gòu)的還比較少[18]。相比于單一的蛋白質(zhì)或多糖基質(zhì)乳液凝膠,可以適當(dāng)?shù)貙⒌鞍准岸嗵菑?fù)合得到復(fù)合基質(zhì)乳液凝膠,其中多糖可以對蛋白質(zhì)進行修飾,并改變蛋白質(zhì)在凝膠過程中的絮凝速度,從而改變形成的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),使得凝膠性質(zhì)發(fā)生改變,但是為了獲得最優(yōu)的凝膠性質(zhì),使產(chǎn)品具有最佳的品質(zhì),蛋白質(zhì)與多糖的種類以及配比需要進行嚴格把控[19]。

1.3 乳液凝膠的制備

制備乳液凝膠要先制備穩(wěn)定的乳狀液,包埋風(fēng)味物質(zhì)時要結(jié)合被包埋的風(fēng)味物質(zhì)的溶解特性,提前將油溶性化合物充分溶于油相,水溶性化合物充分溶于水相,同時也可以添加多糖來改善乳狀液的狀態(tài)或添加功能性成分以提高產(chǎn)品質(zhì)量;然后在乳狀液基礎(chǔ)上,通過加熱[20]、加鹽[21]、加酸[22]或者加酶[23]等不同的誘導(dǎo)方式形成乳液凝膠。通常,經(jīng)過高溫誘導(dǎo)基質(zhì)變性的方式形成的乳液凝膠稱為熱致凝膠,加熱過程使得蛋白質(zhì)分子充分展開發(fā)生變性,巰基和疏水基團等充分暴露,這些基團相互作用,通過氫鍵和疏水作用等形成網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)[24]。經(jīng)過加鹽、加酸或加酶等方式誘導(dǎo)形成的乳液凝膠稱為冷致凝膠[17,25],該方法需進行預(yù)熱處理使基質(zhì)結(jié)構(gòu)適當(dāng)展開,加入鹽離子不僅可以中和基質(zhì)表面所帶電荷,而且可以作為蛋白聚集物的鹽橋,從而形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[21];加酸的目的是通過降低等電點使蛋白分子相互靠近,分子表面的巰基相互作用生成二硫鍵,進而通過分子間交聯(lián)作用形成穩(wěn)定的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)[22];此外,加入TG酶等可以使蛋白質(zhì)中的賴氨酸殘基和谷氨酸殘基發(fā)生轉(zhuǎn)?；磻?yīng),從而誘導(dǎo)蛋白分子之間發(fā)生共價交聯(lián)[23]。在以上方法中,熱致凝膠制備過程中要求溫度達到基質(zhì)的變性溫度,不利于包埋熱敏性物質(zhì),導(dǎo)致其在包埋風(fēng)味物質(zhì)的應(yīng)用中有一定的局限性,而冷致凝膠則可以很好的彌補熱致凝膠這方面的不足,在實際應(yīng)用中可以根據(jù)具體情況進行選擇。

2 乳液凝膠對風(fēng)味物質(zhì)釋放效果的影響

乳液凝膠憑借良好的包埋穩(wěn)定特性,在傳遞和緩釋風(fēng)味物質(zhì)方面有著良好的應(yīng)用前景。利用乳液凝膠包埋風(fēng)味物質(zhì)的過程中,風(fēng)味釋放程度除了受風(fēng)味物質(zhì)自身穩(wěn)定性及溶解度影響外,與乳液凝膠的穩(wěn)定性也密切相關(guān),而乳液凝膠的穩(wěn)定性會受到其組成和質(zhì)構(gòu)等的影響[26-29],因此,研究乳液凝膠的組成和質(zhì)構(gòu)等對其作為包埋體系包埋食品風(fēng)味的包埋效果的影響有利于風(fēng)味食品的開發(fā)。

2.1 乳液凝膠的基質(zhì)

2.1.1 蛋白質(zhì)基質(zhì) 利用乳液凝膠包埋風(fēng)味物質(zhì)時,凝膠基質(zhì)可通過與風(fēng)味物質(zhì)結(jié)合或相互作用而影響風(fēng)味物質(zhì)的釋放[30-31]。制備乳液凝膠時通常選擇蛋白質(zhì)和多糖等大分子物質(zhì)為基質(zhì)[32],其中,蛋白質(zhì)憑借良好的凝膠性和乳化性,可以在作為凝膠網(wǎng)絡(luò)基質(zhì)的同時起到穩(wěn)定乳液液滴的作用,而且蛋白質(zhì)可以通過與風(fēng)味物質(zhì)形成可逆的弱非共價鍵和不可逆的強共價鍵而影響風(fēng)味釋放,具體的相互作用力取決于各自的特點[33],如烴類、脂類等非極性的化合物與蛋白質(zhì)可以形成可逆的疏水相互作用,而醛、酮類揮發(fā)物可以與蛋白質(zhì)中賴氨酸的末端氨基發(fā)生較強的結(jié)合,形成 Schiff 堿從而共價結(jié)合蛋白質(zhì)[34]。Lee等人[35]通過酶誘導(dǎo)分別制備了以酪蛋白和大豆分離蛋白為基質(zhì)的乳液凝膠,并用其包埋芳香化合物己酸乙酯,結(jié)果表明在儲存期間,利用酶誘導(dǎo)形成的乳液凝膠體系具有高于傳統(tǒng)乳狀液的芳香化合物保留率,而且相比于以大豆分離蛋白為基質(zhì)的乳液凝膠,以酪蛋白酸鈉為基質(zhì)的乳液凝膠形成更具彈性和類固性的乳液凝膠,且凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定,因此抑制己酸乙酯釋放的效果更為明顯。

2.1.2 多糖基質(zhì) 雖然大部分多糖乳化性不佳,但其水溶液黏性較高,經(jīng)常被作為穩(wěn)定劑提高體系應(yīng)用在乳液凝膠中,以提高體系的穩(wěn)定性[36]。利用多糖基質(zhì)與水分子相結(jié)合,形成的網(wǎng)狀凝膠可以增加風(fēng)味物質(zhì)在凝膠結(jié)構(gòu)中的擴散阻力,從而降低風(fēng)味物質(zhì)的釋放速率[37],乳液凝膠中常用的多糖基質(zhì)有卡拉膠、魔芋、菊粉、糊精、海藻酸鹽等。酸奶作為典型的乳液凝膠結(jié)構(gòu)產(chǎn)品,其風(fēng)味研究備受關(guān)注,陳一萌等人[38]將黃原膠、羧甲基纖維素鈉和果膠作為穩(wěn)定劑加入凝膠型酸奶中,并對酸奶成熟后期揮發(fā)性風(fēng)味成分進行檢測,發(fā)現(xiàn)不同的穩(wěn)定劑對凝膠型酸奶感官影響不同,成熟2 d時果膠組風(fēng)味穩(wěn)定性最好,復(fù)合組穩(wěn)定性最差,但成熟7 d時復(fù)合組風(fēng)味穩(wěn)定性最好,該研究證明可以通過加入不同的多糖作為穩(wěn)定劑來改善凝固型酸奶的風(fēng)味。Wang等人[39]利用海藻多糖為基質(zhì)包埋大蒜中的親脂化合物烯丙基甲基二硫(AMDS),并且模擬烹飪研究體系對AMDS釋放效果的影響,研究發(fā)現(xiàn)在整個模擬過程中凝膠體系完好無損,且明顯延遲揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的釋放(延長3倍),這些結(jié)果表明,以多糖為基質(zhì)的凝膠體系可以有效控制風(fēng)味物質(zhì)的釋放。

2.1.3 復(fù)合基質(zhì) 相比于單一的蛋白或多糖基質(zhì)類乳液凝膠,將蛋白和多糖以適當(dāng)比例復(fù)配可以制備出性能更優(yōu)的乳液凝膠,Mao等人[40]用麥芽糖糊精或瓜爾膠作為油脂替代物,將其與乳清分離蛋白及葵花籽油經(jīng)酸誘導(dǎo)形成復(fù)合基質(zhì)乳液凝膠,用它們包埋五種不同理化性質(zhì)的揮發(fā)性化合物,研究不同替代物對乳液凝膠包埋揮發(fā)性化合物的包埋效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)相比于單純的乳清分離蛋白基質(zhì)乳液凝膠,加入麥芽糊精或瓜爾多膠的加入復(fù)合基質(zhì)乳液凝膠具有更高的凝膠強度和更低的揮發(fā)物釋放速率,可以更好地保留揮發(fā)性化合物,但由于麥芽糖糊精或瓜爾膠的性質(zhì)有所不同,在改變凝膠結(jié)構(gòu)和控制揮發(fā)性化合物的釋放方面產(chǎn)生的作用有一定的差異,該研究對于設(shè)計具有改善揮發(fā)性特征的低脂食品有一定的參考意義。Hou等人[41]將大豆分離蛋白(SPI)和甜菜果膠(SBP)作為凝膠基質(zhì)和界面乳化劑,經(jīng)酶誘導(dǎo)形成的乳液凝膠包埋不同理化性質(zhì)的芳香化合物(丁酸乙酯、己酸乙酯和辛酸乙酯),研究了不同界面物質(zhì)(SBP、SPI或SPI/SBP復(fù)合物)對芳香化合物釋放性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用SPI/SBP復(fù)合物作界面物質(zhì)與單獨使用SPI或SPB形成的乳液凝膠相比,SPI/SBP復(fù)合物可以在乳滴表面形成更厚且更加緊實的界面網(wǎng)絡(luò),可以更好地阻礙風(fēng)味物質(zhì)的擴散,該結(jié)果為設(shè)計具有特定風(fēng)味的半固體食品提供了有利的依據(jù)。

2.2 乳液凝膠的界面組成

除了乳液凝膠基質(zhì)會對風(fēng)味物質(zhì)釋放產(chǎn)生影響外,現(xiàn)在普遍認為界面乳化劑組成在改變風(fēng)味物質(zhì)釋放行為中也起重要作用,一方面界面處的界面膜可以充當(dāng)屏障,有助于控制風(fēng)味物質(zhì)的釋放速率;另一方面,通過油水界面是乳液凝膠中香氣化合物釋放速率的限制步驟,界面物質(zhì)可與風(fēng)味分子結(jié)合,使得水/油相中游離的風(fēng)味物質(zhì)濃度降低,從而降低風(fēng)味物質(zhì)在界面處的傳質(zhì)速率,同時乳液凝膠界面組成不同會導(dǎo)致風(fēng)味化合物的分配系數(shù)不同,進而影響風(fēng)味釋放程度[30,42],Guichard等人[43]研究發(fā)現(xiàn)界面處的β-乳球蛋白可與許多風(fēng)味化合物(如醛,酮和酯)相互作用,從而改變其揮發(fā)性,而酪蛋白和蛋清蛋白可降低丙酮和乙醛等的揮發(fā)性。此外,除了選擇蛋白質(zhì)等大分子作為界面乳化劑外,添加單甘脂或植物甾醇等小分子物質(zhì),不僅可以在液滴上形成界面膜,而且可以通過它們的自組裝結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)乳化劑形成復(fù)雜界面,從而影響風(fēng)味化合物的釋放,Mao等人[44]利用單甘酯的自組裝功能將乳狀液結(jié)構(gòu)化,研究了單甘酯的加入對于乳狀液中檸檬烯釋放速率的影響以及不同乳化劑(乳清分離蛋白和吐溫80)對其自組裝能力的影響,研究發(fā)現(xiàn)加入單甘酯通過自組裝將會使乳液凝膠中檸檬烯釋放速率減小,而且與乳清分離蛋白作為乳化劑相比,單甘酯和吐溫80作為混合乳化劑可以更好地降低界面張力并使凝膠特性增強,證實了混合乳化劑的效果優(yōu)于單一乳化劑[45],此外,該研究證明了單甘酯在低脂食品中控制風(fēng)味釋放的可行性,也為制備乳液凝膠時界面物質(zhì)的選擇提供了一定的參考。類似地,Chen等人[46]在乳化劑(酪蛋白酸鈉和辛烯基琥珀酸淀粉)存在的條件下,利用植物甾醇的自組裝功能將乳液結(jié)構(gòu)化,并在實時動態(tài)和靜態(tài)研究中通過氣相色譜測量揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的釋放速率,最大頂空濃度,分配系數(shù)和熱力學(xué)行為等,結(jié)果表明,在長期儲存期間植物甾醇可以改善體系穩(wěn)定性,而且植物甾醇和辛烯基琥珀酸淀粉形成的復(fù)雜界面結(jié)構(gòu)增強了空間位阻和對親脂性揮發(fā)物的親和力,有助于保留揮發(fā)性化合物,該研究有助于開發(fā)具有可設(shè)計風(fēng)味特征的新型食品,對于設(shè)計具有改善香味感知的低脂產(chǎn)品也有一定參考意義。

2.3 乳液凝膠的油相性質(zhì)

乳液凝膠的包埋效果除了和用于構(gòu)建凝膠結(jié)構(gòu)基質(zhì)以及界面乳化劑的組成有關(guān)外,還取決于決定油滴和凝膠基質(zhì)之間相互作用的油相[47],油脂作為脂溶性風(fēng)味物質(zhì)的載體,對風(fēng)味感知的影響最大。

油相的增強效果主要取決于油相含量,較高油含量通常使凝膠具有較高的凝膠強度,進而影響風(fēng)味物質(zhì)的釋放效果,Wang等人[39]用酪蛋白、玉米油和海藻酸鈉形成的乳液凝膠包埋疏水性大蒜香料,在模擬烹飪條件下研究不同油含量對利用該凝膠體系風(fēng)味物質(zhì)的釋放效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)凝膠體系在模擬烹飪條件下沒有被破壞,且該體系可以提高大蒜風(fēng)味的保留度,延遲風(fēng)味物質(zhì)的釋放,而且在凝膠體系中加入適當(dāng)油量(約15%)可以改善風(fēng)味保留度,但油量過高則會對凝膠結(jié)構(gòu)的完整性產(chǎn)生不利影響,進而影響風(fēng)味物質(zhì)的釋放。但由于食物最終要被人們食用,而這些研究都是在體外進行,所以有必要進一步研究食物進入口腔經(jīng)咀嚼加工后乳液凝膠結(jié)構(gòu)對風(fēng)味釋放效果的影響。Malone等人[30]將葵花籽油和酪蛋白酸鈉通過鹽誘導(dǎo)形成乳液凝膠,用其包埋有香氣成分的甘油三酯油滴,通過機械破壞、酶解、熔化等方式模擬凝膠結(jié)構(gòu)在口腔中的加工過程,通過質(zhì)譜技術(shù)實時測量呼吸中的揮發(fā)物,發(fā)現(xiàn)親脂性己酸乙酯的釋放量隨著油脂含量的降低而增加,且油含量降低到5%以下時,親脂揮發(fā)物的釋放變化尤為明顯,這是因為適當(dāng)增加體系油含量會使凝膠結(jié)構(gòu)強度增加,進而使風(fēng)味物質(zhì)擴散速度變慢,導(dǎo)致最初進入口腔的風(fēng)味釋放量減少,同時作者還指出通過改變油滴的大小或油相體積也可以控制香味的釋放。此外,奶酪作為典型的乳液凝膠結(jié)構(gòu)制品,是一種可咀嚼的產(chǎn)品,可以很好地研究咀嚼行為對香氣釋放的影響[47],Tarrega等人[48]研究了奶酪在咀嚼過程中脂質(zhì)含量與風(fēng)味物質(zhì)釋放速率之間的關(guān)系,研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)含量越低的奶酪質(zhì)地越硬,所需的咀嚼時間更長且香氣釋放更多。此外,在口腔加工過程中,干酪質(zhì)地也通過影響唾液流速而影響香氣釋放速率,但還需利用咀嚼模擬器通過進一步的體外研究來找到明確的關(guān)系。類似地,Arancibia等人[49]研究了乳脂含量對檸檬味半固體奶制品中風(fēng)味物質(zhì)釋放和感知的影響,發(fā)現(xiàn)與使用全脂牛奶的樣品相比,含有脫脂牛奶的樣品具有更高的檸檬香味強度。Boisard等人[50]也發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽的使用量一定時,較低的脂質(zhì)/蛋白質(zhì)比率增加了奶酪的硬度并降低了鈉離子遷移率,最終使得咸味和香氣釋放速度降低,這些研究表明可以通過改變凝膠型奶制品中的脂肪組成改善人們對產(chǎn)品風(fēng)味的感知。

此外,油滴尺寸以及油相種類也會對乳液凝膠包埋風(fēng)味物質(zhì)的效果產(chǎn)生影響。其中,較小油滴的乳狀液因具有較大的表面積,可以與凝膠基質(zhì)有更強的相互作用,從而形成更堅固的凝膠[12],Guo等人[51]在對乳清蛋白乳液凝膠的研究中發(fā)現(xiàn)較小的油滴能夠更好地摻入凝膠結(jié)構(gòu)中,從而防止機械剪切和壓縮,而具有較大油滴的乳液凝膠對機械剪切更敏感,在剪切力下具有更大的“滑動”傾向。乳液凝膠制備過程中油相種類選擇也至關(guān)重要。中鏈甘油三酯(MCT)憑借其易吸收、可降低膽固醇、防止高血脂等特點在低脂肪食品的設(shè)計中引起了極大的關(guān)注[52],Mao等人[40]在制備乳液凝膠的過程中用MCT替代不同比例的葵花籽油,研究不同油相對乳液凝膠包埋風(fēng)味物質(zhì)效果的影響,研究發(fā)現(xiàn)MCT作為活性填料作用于凝膠,凝膠硬度隨其含量的增加而增加,雖然MCT比葵花籽油更具親水性,但油相親油性的差異并沒有影響油中揮發(fā)性風(fēng)味化合物的吸附,而且在相同的總油含量下,含有MCT的凝膠比對照組具有更高的凝膠強度,可以更有效地抑制揮發(fā)性風(fēng)味化合物向空氣中的釋放。Zou等人[53]用玉米醇溶蛋白分別和具有不同極性和粘度的四種類型的油(MCT、向日葵油、橄欖油和蓖麻油)制備乳液凝膠。發(fā)現(xiàn)無論乳液凝膠中的總油含量如何,極性強的油降低了油滴和玉米醇溶蛋白之間疏水相互作用的程度,因此較少的蛋白質(zhì)吸附在液滴界面,而連續(xù)相中形成更強的凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而且極性越大的油具有更高的粘度,這使得油滴變得更不易變形,從而也增加了凝膠強度,因此,可以通過選擇合適的油相種類來控制凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及其強度,進而控制風(fēng)味物質(zhì)的釋放。

2.4 乳液凝膠的質(zhì)構(gòu)特性

2.4.1 乳液凝膠硬度 利用乳液凝膠包埋風(fēng)味物質(zhì)時,除了凝膠基質(zhì)會影響風(fēng)味物質(zhì)釋放效果外,凝膠質(zhì)構(gòu)特性也會影響其穩(wěn)定性,進而對風(fēng)味釋放產(chǎn)生影響[54-55]。在影響風(fēng)味釋放的凝膠質(zhì)構(gòu)特性中,凝膠硬度尤為重要,其中離子強度、pH等因素會對凝膠硬度產(chǎn)生重要影響,進而影響風(fēng)味釋放情況。Wang等人[56]用酪蛋白、玉米油和海藻酸鈉形成的乳液凝膠包埋疏水性大蒜香料,在前期實驗基礎(chǔ)上進一步模擬食品蒸煮和儲藏條件,研究該體系在不同離子強度下對風(fēng)味物質(zhì)穩(wěn)定性和保留特征的影響。研究表明高離子強度會使凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得松散,油滴相互聚集導(dǎo)致粒徑增大并加速釋放,從而使得風(fēng)味物質(zhì)釋放速度加快,此外,雖然食品加工過程進一步加快了凝膠結(jié)構(gòu)的破壞速度,但對風(fēng)味物質(zhì)的保留沒有顯著的影響。Luo等人[57]用乳清蛋白和大豆油制備的乳液凝膠包埋辣椒素,通過改變離子強度制備不同硬度的乳液凝膠,研究凝膠硬度對辣椒素在口腔中的釋放速率和感知度的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn),高離子強度條件下制備的乳液凝膠相對更硬,在口腔咀嚼過程中,硬度越大則凝膠破碎程度越高,導(dǎo)致食物顆粒尺寸越小,表面暴露程度也越高,所以辣椒素分子釋放的可能性也越大,此外,凝膠硬度的增加導(dǎo)致辣椒素分子通過凝膠顆粒的速率降低,從而減緩了辣椒素對口腔的灼燒感,由此而見,可以通過調(diào)整凝膠硬度來調(diào)整人們對食物的感知度。Bigaski等人[58]分別以乳糖酸(LBA)和葡糖酸-δ-內(nèi)酯(GDL)為酸化劑制備凝乳制品,并用它們包埋八種不同的揮發(fā)性芳香化合物,研究不同pH對風(fēng)味物質(zhì)釋放程度的影響。研究發(fā)現(xiàn)與用GDL生產(chǎn)的凝膠相比,用LBA生產(chǎn)的凝膠不太牢固并且釋放的揮發(fā)性芳香化合物較少,當(dāng)pH為6.2時形成的凝膠比pH為5.5的凝膠更硬,同時還發(fā)現(xiàn)酯和酮的釋放不受pH改變的影響。此外,在低pH條件下,醛(3-甲基丁醛,辛醛)和二乙?；枷阄锏尼尫帕枯^高,這可能是不同芳香化合物與凝膠基質(zhì)相互作用不同導(dǎo)致,pH的變化改變了芳香化合物進入分子結(jié)合位點的途徑[59]。

2.4.2 乳液凝膠粘度 除凝膠硬度外,凝膠粘度也會對風(fēng)味感知產(chǎn)生一定影響,通過添加增稠劑會使凝膠體系粘度增加,使不同揮發(fā)性化合物的香氣和味覺強度降低,同時增稠劑作為穩(wěn)定劑可以提高體系的穩(wěn)定性,因此粘度對香氣的影響可以通過增稠劑和風(fēng)味化合物之間的化學(xué)結(jié)合來解釋這點,而且有研究者指出風(fēng)味釋放情況與粘度存在相互作用,單一風(fēng)味物質(zhì)調(diào)味的產(chǎn)品比用風(fēng)味化合物混合調(diào)味的產(chǎn)品更粘稠[60]。但有研究者指出表面積的差異可能是解釋粘度對風(fēng)味釋放影響的主要機制,Saint-eve等人[61]發(fā)現(xiàn)在相同的基質(zhì)組成下,酸奶粘度對風(fēng)味釋放和感知有一定的影響,且低粘度酸奶吞咽后的香氣釋放和嗅覺強度明顯強于高粘度酸奶,這可能是因為低粘度酸奶可以更廣泛地覆蓋口腔和喉嚨的粘膜,有更大的交換表面積,且由于風(fēng)味化合物從產(chǎn)品轉(zhuǎn)移到氣相的量與交換面積成正比,因此表面交換越高,吞咽后釋放速度越快,而且研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)酸奶呈現(xiàn)出復(fù)雜粘度的大范圍變化時,蛋白質(zhì)成分也會影響香氣釋放,從而影響口感。此外,Tournier等人[62]研究發(fā)現(xiàn)在奶油甜點中粘度的增加對蔗糖釋放沒有影響,但會引起甜味感覺的降低,這表明黏度對于香氣和味道感知的影響可能不同,但具體的作用機制還需進一步研究。

2.4.3 其他 乳液凝膠的質(zhì)構(gòu)特性除了以硬度和粘度為指標外,其它指標也是非常重要的,如彈性、破裂應(yīng)變和破裂應(yīng)力等,破裂應(yīng)力可以反映凝膠硬度,而破裂應(yīng)變則反映凝膠的粘彈性。崔竹梅等人[63]發(fā)現(xiàn)在結(jié)冷膠-大豆蛋白復(fù)合基質(zhì)乳液凝膠中,結(jié)冷膠的添加可以提高凝膠的破裂應(yīng)力和破裂應(yīng)變,改善凝膠彈性和持水力等,從而提高乳液凝膠對包埋物質(zhì)的緩釋能力。由于乳液凝膠質(zhì)構(gòu)特性多與其組成有關(guān),可通過調(diào)整凝膠基質(zhì)、油相以及界面物質(zhì)的組成來改善凝膠的質(zhì)構(gòu)特性,從而改善對風(fēng)味物質(zhì)的釋放效果。

綜上可知,乳液凝膠的組成及質(zhì)構(gòu)特性均會對其包埋風(fēng)味物質(zhì)的包埋效果產(chǎn)生很大影響。因此,在利用乳液凝膠包埋風(fēng)味物質(zhì)時候,需要結(jié)合風(fēng)味物質(zhì)的特點選擇合適的凝膠基質(zhì),并且要優(yōu)化對凝膠質(zhì)構(gòu)特性有影響的各種因素,以改善乳液凝膠對風(fēng)味物質(zhì)的包埋效果。

3 應(yīng)用展望

乳液凝膠作為一種優(yōu)良的包埋體系,擁有良好的包埋穩(wěn)定特性,可以用其傳遞和緩釋風(fēng)味物質(zhì),在食品領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景,而且隨著人們對飲食健康要求的提高,其在低脂食品行業(yè)潛力巨大。其中,在低脂乳制品行業(yè),可以利用該體系包埋風(fēng)味化合物以賦予低脂奶制品獨特且令人愉悅的香氣,也可以利用凝膠特殊結(jié)構(gòu)改變產(chǎn)品在食用過程中的風(fēng)味釋放過程;在低脂肉制品行業(yè),乳液凝膠不僅可以很好地模擬動物脂肪的硬度,改善肉制品的脂肪酸組成,還可以利用乳液凝膠包埋揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),使產(chǎn)品在低脂健康的同時還可以擁有和傳統(tǒng)肉制品一樣的風(fēng)味。然而,現(xiàn)階段乳液凝膠作為包埋體系主要集中在包埋維生素、抗氧化劑和益生菌等功能因子并模擬胃腸道消化方面,人們還沒有充分利用乳液凝膠作為食品風(fēng)味物質(zhì)包埋體系的優(yōu)勢,因此還需進一步開發(fā)其潛在的應(yīng)用價值。