食品級(jí)凝膠顆粒的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

孫婉秋,陳雨露,任 爽,袁 芳

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營(yíng)養(yǎng)工程學(xué)院,北京 100083)

凝膠是指溶膠或溶液中的膠體粒子在一定條件下通過共價(jià)鍵作用互相連接,形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚合物,進(jìn)而作為分散介質(zhì)的液體,如水等填充在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)孔隙中的體系[1]。凝膠具有較強(qiáng)的持水能力和溶脹能力,呈現(xiàn)半固態(tài)性質(zhì)。具有較強(qiáng)穩(wěn)定性的凝膠,可作為功能因子傳遞載體包埋脂溶性活性物質(zhì),具有良好的保護(hù)和緩釋效果[2]。但因其高度的溶脹能力和半固態(tài)性質(zhì),凝膠對(duì)儲(chǔ)藏條件有一定限制。凝膠顆粒是分散在溶劑中的一種由大分子聚合物交聯(lián)形成的微觀上具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的顆粒物質(zhì)[3]。凝膠顆粒的分子間存在共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵之間的相互作用,因此可以形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),且凝膠顆粒能夠均勻分散在溶液中,兼具流體性質(zhì)[4]。凝膠顆粒是傳遞體系的一種類型,能夠?qū)ι锘钚晕镔|(zhì)進(jìn)行包埋和遞送,在消化體系中達(dá)到穩(wěn)定和緩釋的作用[5]。本文概述了國(guó)內(nèi)外幾種常用的制備凝膠顆粒的方法,簡(jiǎn)述了其目前在食品工業(yè)中的應(yīng)用狀況,為進(jìn)一步研究凝膠顆粒的應(yīng)用拓展奠定基礎(chǔ)。

1 凝膠顆粒分類

凝膠顆粒的原料和制備方法決定了凝膠的不同性能。根據(jù)其功能可分為:pH敏感型凝膠顆粒、溫度敏感型凝膠顆粒、離子強(qiáng)度敏感型凝膠顆粒;根據(jù)制備原料的不同可分為:蛋白凝膠顆粒、多糖凝膠顆粒、復(fù)合凝膠顆粒等[6]。

1.1 蛋白質(zhì)凝膠顆粒

蛋白質(zhì)可以提供人體所需的氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),因此廣泛應(yīng)用在食品體系中。蛋白質(zhì)是一種安全且具有重要營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的原料,具有優(yōu)異的成膜、凝膠、乳化和保水能力,是生物活性物質(zhì)的良好載體[7]。蛋白質(zhì)中存在的游離氨基酸可以與交聯(lián)劑發(fā)生反應(yīng),有利于凝膠顆粒網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成[8]。制備凝膠顆粒最常用的動(dòng)物蛋白質(zhì)有乳清蛋白、酪蛋白、明膠和膠原蛋白；植物蛋白質(zhì)有大豆蛋白、玉米醇溶蛋白和大麥醇溶蛋白等。

乳清蛋白具有良好的凝膠和乳化特性,β-乳球蛋白和α-乳清蛋白是乳清分離蛋白中的兩種主要成分[9]。Ach等[10]用乳清分離蛋白(Whey Protein Isolate,WPI)和阿拉伯膠制備了復(fù)合凝膠顆粒,并探究了不同環(huán)境條件對(duì)不同組分的乳清分離蛋白凝膠顆粒的影響。在乳清分離蛋白體系中,β-乳球蛋白的等電點(diǎn)要高于α-乳清蛋白,且含量高于α-乳清蛋白,在形成凝膠顆粒溶液時(shí),會(huì)形成不同粒徑分布的顆粒。因此要形成穩(wěn)定的凝膠顆粒體系取決于溶液體系pH和不同蛋白比例等因素。

酪蛋白是乳制品中的主要蛋白質(zhì),具有優(yōu)異的乳化特性,溶液黏度低,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高[11]。酪蛋白形成高度水合的膠體顆粒,稱為酪蛋白膠束,酪蛋白膠束可以用于疏水化合物的包封和疏水遞送系統(tǒng)的開發(fā)[12]。Wang等通過自組裝法制備酪蛋白凝膠顆粒,并用凝膠顆粒作為水包油型乳狀液穩(wěn)定劑[13-14]。酪蛋白顆?？捎糜诎窈洼斔蜕锘钚晕镔|(zhì),尤其是疏水性化合物,如β-胡蘿卜素、柚皮素、精油和維生素D。

大豆蛋白分離物在凝膠、乳化、脂肪吸收、結(jié)合水能力和抗氧化等營(yíng)養(yǎng)保護(hù)方面具有良好的物理化學(xué)功能,已被廣泛用于藻油、番茄油樹脂、姜黃素、番茄紅素和辣椒油樹脂等活性物質(zhì)的包埋[15]。Matsumiya等[16]用高壓均質(zhì)法將大豆分離蛋白制成凝膠顆粒溶液,該方法提高了大豆分離蛋白溶液的泡沫穩(wěn)定性和乳化性。

1.2 多糖凝膠顆粒

多糖類大分子物質(zhì)具有毒性低、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高、生物活性穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),與蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)類似,多糖大分子物質(zhì)也可以通過物理、化學(xué)或酶促反應(yīng)調(diào)節(jié)和控制其凝膠特性。多糖主要有3種凝膠機(jī)制:離子型、冷凝型、熱固型[17]。

天然淀粉不具有乳化性和親水性,不適用于包封疏水性生物活性物質(zhì)。淀粉經(jīng)過交聯(lián)、氧化、乙?；雀男院?乳化性等功能特性大大改善,可以用于活性物質(zhì)的包埋、保護(hù)和輸送[18]。Torres等[19]制備了以改性淀粉凝膠顆粒穩(wěn)定的天然淀粉乳液凝膠。吸附在油滴表面的改性淀粉中的疏水基團(tuán)定向排列,有利于改性淀粉分子之間形成疏水網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。

果膠乳液凝膠的流變學(xué)性能與甲基化程度有關(guān)。在低甲氧基果膠中,隨著甲基化程度的降低,果膠的膠凝能力增強(qiáng)[20]。果膠分子在水溶液中可以解離出-COO-,-COO-會(huì)和其他帶正電物質(zhì)發(fā)生靜電絡(luò)合作用,進(jìn)而起到吸附作用[21]。Chelpanova等[22]用擠壓法將果膠溶液制成凝膠顆粒。該果膠凝膠顆粒通過吸附作用固定堿性磷酸酶,控制酶的釋放。

殼聚糖是線性陽(yáng)離子多糖,具有無毒、可生物降解、生物相容、成膜和抗菌特性[23]。殼聚糖凝膠顆粒具有與其他遞送系統(tǒng)相比的一些獨(dú)特特征,殼聚糖凝膠顆?？梢跃徛乜刂粕锘钚晕锏尼尫?增強(qiáng)目標(biāo)化合物的生物利用度。殼聚糖由于存在氨基而具有陽(yáng)離子特性,因此它可與其它陰離子交聯(lián)劑形成穩(wěn)定且復(fù)雜的凝膠顆粒。例如,用殼聚糖與纖維素納米晶體的交聯(lián)能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的復(fù)合凝膠顆粒包封花色素苷,花色苷的包封效率和穩(wěn)定性得到提高[24]。

1.3 蛋白質(zhì)-多糖復(fù)合凝膠顆粒

單獨(dú)的蛋白質(zhì)在強(qiáng)酸、強(qiáng)堿、高溫等條件下不穩(wěn)定,易發(fā)生聚集,將其與多糖分子結(jié)合后可以利用靜電力穩(wěn)定膠體顆粒,還可改善負(fù)載性能[25]。Yuan等[26]研究了大豆蛋白與殼聚糖的復(fù)合凝聚,用于藻油的微膠囊化。與純大豆蛋白相比,復(fù)合膠體顆粒的包埋效率和抗氧化穩(wěn)定性都有所增強(qiáng)。用β-乳球蛋白和海藻酸鈉制備納米顆粒,可以穩(wěn)定疏水性(姜黃素、β-胡蘿卜素、維生素D2)、親水性(葉酸)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。涂有一層果膠的酪蛋白酸鹽水凝膠顆粒能夠調(diào)節(jié)乳液類產(chǎn)品的質(zhì)地、外觀和穩(wěn)定性,還可改善風(fēng)味,降低脂肪含量[27]。

蛋清蛋白是存在于家禽蛋制品的蛋清中的一類蛋白質(zhì),蛋清蛋白主要包括卵白蛋白、卵清蛋白等蛋白質(zhì)[28]。蘇芳萍研究了蛋清蛋白與卡拉膠復(fù)合顆粒體系:與天然蛋清蛋白顆粒相比,卡拉膠與蛋清蛋白復(fù)合的顆粒體系的絮凝程度低;在蛋清蛋白作為連續(xù)相制備凝膠方面,隨著卡拉膠濃度增加,復(fù)合凝膠的網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度增強(qiáng)[29]。

2 凝膠顆粒制備方法

凝膠顆粒的制備方法通常分為兩類:一、機(jī)械制備法,通過機(jī)械設(shè)備進(jìn)而用物理方法形成凝膠顆粒,即先制成凝膠,再通過擠壓法、噴霧干燥法、剪切法以及高壓均質(zhì)法等機(jī)械方法對(duì)其進(jìn)行分離、破碎得到微米或納米級(jí)凝膠顆粒;二、分子締合法,即先通過蛋白質(zhì)的熱變性、多糖和蛋白質(zhì)的化學(xué)交聯(lián)、溶解和再凝聚等物理化學(xué)作用制成膠體溶液,再經(jīng)過復(fù)凝聚、剪切、均質(zhì)等方法將溶液中的溶質(zhì)制成凝膠顆粒態(tài)[30]。凝膠顆粒的尺寸控制是其衡量顆粒是否制備成功的關(guān)鍵因素,制備受溫度、pH、離子強(qiáng)度、溶劑等外界因素影響[31]。不同粒徑尺寸的顆粒應(yīng)用范圍有所不同:500 μm以上大尺寸的凝膠顆粒,在口腔中會(huì)形成明顯顆粒包埋感,而粒徑為5～25 μm的凝膠顆粒,在口腔中質(zhì)地溫和平緩[32]。通過凝膠過程進(jìn)而形成顆粒是凝膠顆粒制備的關(guān)鍵因素。本文主要敘述了機(jī)械制備法。

2.1 擠壓法

在擠壓顆粒技術(shù)中,生物聚合物溶液以液滴的形式,通過噴頭噴霧器或注射針進(jìn)入到硬化溶液中,最終形成顆粒。在液滴進(jìn)行分離的注射器噴嘴處,懸掛的液滴因?yàn)楸砻鎻埩Φ拇嬖诙饾u增至最大直徑,然后分離進(jìn)入硬化溶液中,簡(jiǎn)單的擠壓法一般可以獲得直徑大于1000 μm的凝膠顆粒[33]。由于交聯(lián)劑的作用,液滴在硬化溶液中發(fā)生交聯(lián)形成顆粒狀凝膠,如圖1所示。例如:將卡拉膠溶液注入含氯離子溶液中,卡拉膠液滴可以凝膠化[34];果膠溶液滴入鈣離子溶液中,可以形成凝膠顆粒[20];殼聚糖加入三磷酸鹽溶液中可以制備凝膠[26]。

圖1 擠壓法制備凝膠顆粒示意圖Fig.1 Schematic representation of the extrusion method used to produce microgel particles

為了得到所需粒徑的凝膠顆粒,實(shí)驗(yàn)過程中可以控制溫度的變化進(jìn)而控制凝膠的形成過程,也可以使用通氣、加壓、振蕩、旋轉(zhuǎn)等外力使顆粒破碎,降低顆粒粒徑[35]。Lee等[36]利用空氣擠壓系統(tǒng),在液滴進(jìn)入噴嘴管口被分散的過程中,通入可控速率的空氣氣流,氣流產(chǎn)生的壓力使凝膠顆粒破碎,得到所需小粒徑。氣流流速可以用空氣壓縮機(jī)或者氮?dú)怃撈窟M(jìn)行控制,如圖2所示。擠壓過程中,針孔直徑大小、擠壓速度等外界因素也決定了下落液滴粒徑大小;溶液自身的表面張力、濃度和黏度等因素是決定能否形成顆粒溶液的關(guān)鍵[37]。通過溶液的密度、流動(dòng)速度、黏度等計(jì)算出雷諾數(shù)Re和韋伯?dāng)?shù)W,分析溶液的運(yùn)動(dòng)情況,計(jì)算公式如下:d為一特征長(zhǎng)度、ρ為流體密度,v為特征流速,l為特征長(zhǎng)度,σ為流體的表面張力系數(shù)[38]。

在海藻酸鈉溶液形成凝膠顆粒的體系中,液滴進(jìn)入硬化溶液后,硬化溶液的條件控制了凝膠顆粒的形成。海藻酸鈉加入含有Ca2+離子的黃原膠溶液中,隨黃原膠濃度的變化,溶液體系會(huì)出現(xiàn)相容、成膠、結(jié)晶等不同現(xiàn)象[39]。當(dāng)海藻酸鈉-Ca2+離子溶液進(jìn)入含有聚丙烯酰胺的共價(jià)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的溶液中,會(huì)得到伸長(zhǎng)率和斷裂性能較好的凝膠溶液[40]。而液滴由于剪切力和沖擊力的作用容易發(fā)生形變、形成的凝膠顆粒不均一,這是目前擠壓法存在的一些不足。

圖2 空氣輔助擠壓法制備海藻酸鹽凝膠顆粒示意圖Fig.2 Schematic representation of the air assisted extrusion method used to produce alginate microgel particles

2.2 噴霧干燥法

為了改進(jìn)分散的液滴在硬化溶液中硬化成膠存在的不足,噴霧干燥法不再利用硬化溶液成膠,而是當(dāng)液滴在空氣中被分散時(shí),直接將其固化成凝膠[30]。噴霧干燥是將溶液通入噴霧干燥器中經(jīng)霧化形成液滴,獲得比表面積較大的液滴。之后加熱使液滴中的水分迅速蒸發(fā),最后得到干燥的顆粒[41]。霧化是影響顆粒粒度的關(guān)鍵步驟,而通入乳液的速率、溶液濃度、溫度、壓力和空氣速率等,均會(huì)影響產(chǎn)物顆粒粒徑大小[42]。

噴霧干燥法能夠較大程度上得到體積質(zhì)量小的液滴,便于儲(chǔ)藏和運(yùn)輸。因此,在實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域已形成了一套完整的使用方法和體系,得到了廣泛推廣和應(yīng)用。噴霧干燥法制成的顆粒還可以作為功能物質(zhì)的傳遞系統(tǒng)對(duì)風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行包埋[43]。目前噴霧干燥技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于奶制品加工儲(chǔ)藏、果蔬汁加工、益生菌包埋等[44-45]。

圖3 噴霧干燥法制備凝膠顆粒示意圖Fig.3 Schematic representation of the spray chilling method used to produce microgel particles

噴霧干燥中溶液的物理特性會(huì)影響噴霧過程及結(jié)果。周倩[46]在制備大豆蛋白流體凝膠顆粒中發(fā)現(xiàn),單獨(dú)的8.0% SPI 攪拌加熱后黏度很大,不適合進(jìn)行噴霧干燥,而加入阿拉伯膠可以控制大豆蛋白的熱聚集行為,降低黏度,有利于后續(xù)噴霧干燥。

2.3 剪切破碎法

剪切破碎法是指將聚合的凝膠進(jìn)行剪切,并破碎成較小直徑顆粒的方法。在膠體溶液凝膠化過程中,外界通過振蕩、剪切、擠壓等方法,向含有凝膠的溶液體系輸入能量,使凝膠破碎,從而獲得粒徑較小的凝膠顆粒[34]。剪切速率、剪切類型、剪切環(huán)境會(huì)影響形成的凝膠顆粒的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。剪切過程中輔助振蕩,通過這些相互碰撞作用可以得到類球形的凝膠顆粒;而擠壓等固定剪切的方法則使液滴變形,以獲得細(xì)長(zhǎng)型以及其他不規(guī)則型凝膠顆粒[31]。不同蛋白或多糖溶液在形成凝膠過程中,成膠機(jī)理不同,因此溶液材料也會(huì)影響破碎形成的顆粒尺寸、形狀和質(zhì)地等[47]。若蛋白或多糖凝膠具有較大強(qiáng)度、硬度、脆性等,則在制備過程中不易破碎,且凝膠顆粒一般為較大尺寸,質(zhì)地粗糙。若蛋白或多糖凝膠質(zhì)地松軟,則制成凝膠顆粒的粒徑較小,分散性強(qiáng),可以形成凝膠顆粒溶液。調(diào)節(jié)剪切過程和凝膠熱變過程,可以得到不同的凝膠顆粒。因此,剪切破碎法是一種廣泛使用的制備微凝膠的方法[48]。

圖4 擠壓破碎法制成的包埋姜黃素的乳液凝膠顆粒Fig.4 The emulsion gel particles containing curcumin prepared by extrusion crushing method

圖5 高壓均質(zhì)法制備凝膠顆粒示意圖Fig.5 Schematic representation of high pressure homogenization method used to produce microgel particles

2.4 高壓均質(zhì)法

高壓均質(zhì)法制備凝膠顆粒主要分為三個(gè)階段。首先,制備膠體溶液并誘導(dǎo)形成凝膠;其次,將凝膠放入去離子水溶液中,對(duì)其進(jìn)行物理剪切破碎;最后,通入微射流均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行高壓均質(zhì)[19]。第一階段凝膠的形成過程中,控制溫度、pH、溶液濃度、冷卻時(shí)間等,可以得到不同質(zhì)地、流變特性的凝膠。在第二階段,剪切破碎的速率、時(shí)間會(huì)影響凝膠破碎程度,若破碎不徹底則會(huì)導(dǎo)致第三階段均質(zhì)過程中出現(xiàn)堵塞等情況。在第三階段,將破碎后的凝膠顆粒溶液多次通入微射流均質(zhì)機(jī)中進(jìn)行高壓均質(zhì)以得到納米級(jí)微凝膠顆粒[16]。郭健等[49]運(yùn)用高壓均質(zhì)法制備大豆蛋白凝膠顆粒。首先將大豆蛋白溶解并室溫存放,使蛋白質(zhì)分子充分水合,并調(diào)節(jié)酸堿度使蛋白質(zhì)分子交聯(lián)制成蛋白質(zhì)凝膠。再將其在放入去離子水中,調(diào)節(jié)pH,經(jīng)過連續(xù)剪切破碎,得到細(xì)小顆粒。然后多次通入高壓均質(zhì)機(jī)中均質(zhì),最終得到粒度均一的大豆蛋白凝膠顆粒[49],如圖3所示。這種方法還可以用來制備含有淀粉、大豆蛋白、乳清蛋白的凝膠顆?；蛴媚z顆粒穩(wěn)定的乳液等[49]。

在食品工業(yè)應(yīng)用中,有時(shí)一種方法不能完全制備所需要的粒徑大小的凝膠顆粒,通常是兩種或兩種以上方法結(jié)合使用。Murray等[50]結(jié)合剪切破碎法和高壓均質(zhì)法成功制備了乳清分離蛋白凝膠顆粒[49]。

3 凝膠顆粒的應(yīng)用

3.1 食品藥品的傳遞體系載體

3.1.1 包埋功能因子 一些水溶性差、化學(xué)穩(wěn)定性低的生物活性成分在食品體系中存在含量低、生物利用率低等缺點(diǎn)[51]。凝膠顆粒是功能因子傳遞體系的一種類型,因此可以作為提高生物利用率的一種方法和途徑。凝膠顆粒能夠?qū)ι锘钚晕镔|(zhì)進(jìn)行包埋和遞送,含有功能活性物質(zhì)的凝膠顆粒通過腐蝕、膨脹、擴(kuò)散、破裂等作用,在靶向位置控制功能活性物質(zhì)的釋放,從而在消化體系中達(dá)到穩(wěn)定和緩釋的目的[52]。已有研究表明,凝膠顆粒可以包埋小分子化合物、固體顆粒、液滴、膠束、囊泡等多種復(fù)合物[53]。

噴射式均質(zhì)機(jī)可以用來制備包埋水溶性差的多酚和β胡蘿卜素的海藻酸鈣凝膠顆粒。將不溶性多酚和β-胡蘿卜素溶液與海藻酸原液混合,用超聲降解法輔助包埋,最后將其與CaCl2溶液通入噴射式均質(zhì)機(jī)中。在狹窄的均質(zhì)機(jī)通道中,兩種溶液高速混合,形成海藻酸鈣凝膠顆粒[54]。玉米醇溶蛋白制備的玉米醇溶蛋白顆?？梢宰鳛閭鬟f體系包載多種藥物,保護(hù)了藥物不受外界環(huán)境的影響,防止藥物的降解,從而提高了藥物穩(wěn)定性。同時(shí),延緩藥物釋放可以增加藥物的靶向性,從而提高藥物療效、縮減治療期[55]。

3.1.2 水包油型乳液穩(wěn)定劑 蛋白質(zhì)具有優(yōu)異的成膜、凝膠、乳化和保水能力,是生物活性物質(zhì)的良好載體,蛋白凝膠顆粒具有兩親性,在含油和含水的界面都具有表面活性[49]。在乳液體系中,吸附在油-水界面的凝膠顆粒,受內(nèi)部聚合物網(wǎng)絡(luò)的約束和吸附顆粒間膠體的相互作用影響,經(jīng)歷變性和結(jié)構(gòu)重排,能夠在油-水界面形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的粘彈層。凝膠顆粒能夠有效穩(wěn)定乳液是顆粒變形性和表面粘彈性共同作用的結(jié)果,這為凝膠顆粒作為皮克林乳液的穩(wěn)定劑提供了理論基礎(chǔ)[13]。凝膠顆粒還可以作為乳化劑,用來制備高內(nèi)相的皮克林乳液。吳曉靜等[56]通過超高壓結(jié)合高壓均質(zhì)技術(shù),制備乳清分離蛋白凝膠顆粒,并利用此凝膠顆粒制備水包油型皮克林乳液。當(dāng)pH在連續(xù)相的等電點(diǎn)范圍內(nèi)時(shí),制得的皮克林乳液靜止后能自發(fā)形成凝膠乳狀液,且具有較高的黏性和穩(wěn)定性。用乳清分離蛋白凝膠顆粒穩(wěn)定的皮克林乳液包埋姜黃素,控制pH、溶液濃度、離子強(qiáng)度等可以制得包埋率高的乳狀液。實(shí)驗(yàn)證明,在pH=5.0的條件下,凝膠顆粒作為穩(wěn)定劑的乳狀液包埋對(duì)姜黃素的包埋率比傳統(tǒng)乳液高,在體外實(shí)驗(yàn)中,其緩釋效果更好。

Jiao[57]以天然花生分離蛋白(Peanut Protein Isolate,PPI)為原料,用谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶誘導(dǎo)法制成成凝膠,再用高壓均質(zhì)法破碎凝膠制成凝膠顆粒。該P(yáng)PI凝膠顆粒可以用來制備高油相的皮克林乳液。PPI凝膠顆粒吸附在油水界面上,在液滴周圍形成致密的包裹層,部分過剩的PPI凝膠顆粒分散在連續(xù)相中形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使乳液穩(wěn)定不發(fā)生凝聚,最終食用油相比例可高達(dá)87%。

3.1.3 油包水型乳液穩(wěn)定劑 油包水型乳液的不穩(wěn)定性影響了乳液在食品工業(yè)中的應(yīng)用和產(chǎn)品的儲(chǔ)藏。Wang[58]在油包水體系的水相中加入酪蛋白和助凝劑,將水相制成凝膠顆粒溶液。實(shí)驗(yàn)通過濁度和粒徑變化分析了該油包水的穩(wěn)定性,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)酪蛋白凝膠顆粒的油包水型乳液比不含酪蛋白凝膠顆粒的乳液具備更強(qiáng)的抗失穩(wěn)能力。

3.2 脂肪代替物

脂肪代替物主要以蛋白質(zhì)和碳水化合物為基質(zhì),添加在食品中以模擬同類全脂食品,使該食品具有相同或相近的感官效果而具有脂肪含量低的特點(diǎn)。脂肪代替物主要分為蛋白質(zhì)基脂肪代替物、碳水化合物基脂肪代替物、脂質(zhì)基脂肪代替物和復(fù)合類脂肪代替物。碳水化合物基脂肪代替物包括以糊精和改性淀粉為主的淀粉基脂肪代替物和葡聚糖、果膠為主的纖維基脂肪代替物;脂質(zhì)基代替物是以脂肪酸為基質(zhì),通過合成或改性等方法獲得的化合物,具有類似油脂的性質(zhì);蛋白質(zhì)基脂肪模擬物是通過物理、化學(xué)方法對(duì)底物蛋白質(zhì)進(jìn)行微粒化處理得到凝膠蛋白顆粒,通過改變其粒徑、乳化性及持水性等特點(diǎn)來制備、模擬脂肪[59]。蛋白質(zhì)與膠類物質(zhì)混合處理形成凝膠,而凝膠具有海綿狀三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)顯示部分的黏性和部分的彈性,且凝膠網(wǎng)可以截留大量的水,被截留的水具有一定的流動(dòng)性。當(dāng)變性蛋白質(zhì)形成凝膠后,經(jīng)過微?；夹g(shù)處理后,所得的顆粒很小以至于舌頭無法將顆粒分辨,這使得蛋白質(zhì)模擬物具有了脂肪的口感特性[60]。

脂肪代替物可以應(yīng)用于乳制品和甜點(diǎn)中。劉迪茹[61]采用乳清蛋白制備凝膠顆粒,并包埋魚油,應(yīng)用在低脂酸奶中,在感官評(píng)價(jià)測(cè)試中用凝膠顆粒制備的酸奶與全脂酸奶無明顯差異。Paglarini等[62]用大豆蛋白和角叉菜膠以及菊粉復(fù)合制成乳液凝膠顆粒物,用于代替法蘭克福香腸中的脂肪,添加脂肪代替物的香腸與傳統(tǒng)香腸在硬度和流變特性方面無明顯差異;感官特性低于傳統(tǒng)香腸,但營(yíng)養(yǎng)性更高。

3.3 食品性質(zhì)改良

周倩[46]用噴霧干燥法制得大豆蛋白凝膠顆粒。在制備過程中加入阿拉伯膠輔助凝膠顆粒的形成,使顆粒表面光滑、塌陷減少,同時(shí)添加吐溫80改善了顆粒浸潤(rùn)性。再將凝膠顆粒代替部分大豆分離蛋白制備熱制凝膠,可增加所制凝膠的硬度、彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性。凝膠顆粒修飾了食品體系的黏度、硬度等質(zhì)構(gòu)特性,增強(qiáng)了蛋白質(zhì)凝膠的口感,可以作為新一代蛋白配料用于食品加工工業(yè)中。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著市場(chǎng)和民眾對(duì)食品營(yíng)養(yǎng)性和功能性的要求不斷提高,功能因子傳遞體系的研究成為熱點(diǎn)問題。而凝膠顆粒作為傳遞體系的一種類型,兼具溶脹性和流體性等多種優(yōu)勢(shì),而且對(duì)包埋物質(zhì)起到保護(hù)、穩(wěn)定的作用。本文概述了凝膠顆粒的幾種常用的制備方法,而不同方法之間的優(yōu)劣對(duì)比或多種方法之間的結(jié)合增效還需要進(jìn)一步研究。凝膠顆粒對(duì)功能活性物質(zhì)的包埋率、穩(wěn)定性以及代謝動(dòng)力分析等,是進(jìn)一步研究的方向。凝膠制備方法在更復(fù)雜的食品體系中的應(yīng)用方法改進(jìn)和其影響因素也需要進(jìn)一步探索。