淀粉基壁材對(duì)風(fēng)味物質(zhì)包埋與釋放的國(guó)際研究進(jìn)展

孔令焱，周靜怡，胡中山，馮 濤?

（1. 美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)，人類營(yíng)養(yǎng)學(xué)與酒店管理系，美國(guó)阿拉巴馬州塔斯卡盧薩 35478；2. 上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，香料香精技術(shù)與工程學(xué)院，上海 201418）

淀粉是一種廣泛分布于自然界的可再生生物聚合物，具有廣泛的工業(yè)應(yīng)用前景。淀粉已被用作包裹材料，用于保護(hù)維生素、脂類和精油、香料、藥物、色素、多酚、除草劑、蛋白質(zhì)、微生物和益生菌以及芳香化合物等化合物。未改性和改性淀粉，主要是辛烯基琥珀酸淀粉，來自不同的植物來源，以及其水解產(chǎn)物（麥芽糊精或糊精）被用于微膠囊化。淀粉在微膠囊化中的廣泛應(yīng)用是基于其高可用性、低成本和多種功能（保水性、高或低粘度等）。淀粉可以使用化學(xué)、物理或酶方法進(jìn)行改性，以改進(jìn)或改變其官能度，從而以更高的產(chǎn)率生產(chǎn)化合物的微膠囊，同時(shí)保留核的功能性和物理化學(xué)特性，這些特性仍然應(yīng)該很容易釋放。在pH、溫度、外部流體作用的擴(kuò)散、化學(xué)反應(yīng)、酶水解或機(jī)械破裂的驅(qū)動(dòng)下，核心材料從封裝材料中釋放。已報(bào)道了幾種淀粉微膠囊化方法，包括噴霧干燥、擠壓、冷凍干燥、噴霧冷卻、凝聚、流化床包衣和分子包結(jié)。然而，噴霧干燥是最常見的微膠囊化工藝，因?yàn)槠涑杀具m中且通用性強(qiáng)，允許連續(xù)加工，從而在達(dá)到干燥狀態(tài)時(shí)保持核心材料的合理冷卻。

風(fēng)味是食品中最重要的感官特征之一，因?yàn)樗鼈儗?duì)消費(fèi)者的滿意度有很大影響，并使產(chǎn)品的味道對(duì)用戶更具吸引力[1]。

由于有各種天然和合成口味，所有這些口味都被定義為味覺、嗅覺和三叉神經(jīng)刺激的組合。一般來說，與口腔和鼻腔中的受體相互作用的揮發(fā)性風(fēng)味通常被稱為香氣。香氣中含有許多揮發(fā)性和芳香性的有機(jī)分子，可分為酯類、線性萜類、環(huán)萜類、芳香類、胺類等。在室溫下，大多數(shù)香氣是液體（通常是油），但它們也可以是氣態(tài)的，也可以是固態(tài)的（如香蘭素、樟腦和薄荷腦）。眾所周知，芳香分子對(duì)光、氧、濕度和高溫非常敏感。此外，隨著時(shí)間的推移，一些化學(xué)上不穩(wěn)定的味道（如檸檬醛）會(huì)開始產(chǎn)生異味[2]。

因此，保持香氣并使其盡可能穩(wěn)定通常是食品制造商關(guān)心的主要問題。此外，對(duì)于一些食品（如餅干），當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)募庸るA段（烘焙或烹調(diào)）或食物放入口中時(shí)，香氣就會(huì)釋放出來，這是至關(guān)重要的。為了保持香氣的特性，保護(hù)香氣不受蒸發(fā)、不良相互作用、光或氧誘導(dǎo)的氧化、延長(zhǎng)貨架期或?qū)崿F(xiàn)控制釋放，在使用之前對(duì)香氣進(jìn)行封裝是很重要的。

總體而言，膠囊可定義為一種將固體、液體或氣體活性儲(chǔ)存在小型密封膠囊中的技術(shù)，這種膠囊在特定條件下以優(yōu)化和受控的速度釋放內(nèi)部物質(zhì)[3]?；钚晕镔|(zhì)的保留，特別是揮發(fā)性香氣化合物，取決于化合物的性質(zhì)（分子量、理化特性、極性和相對(duì)揮發(fā)性）。包埋工藝的類型和風(fēng)味載體的組成也決定了達(dá)到的保護(hù)程度。膠囊可以由純材料或混合物制成。膠囊材料也稱為基質(zhì)、載體、包衣材料、膜或殼。如今，將香氣成分包裹在不同材料的膜中是很常見的，這些材料都是經(jīng)過批準(zhǔn)的食品。廣泛使用的材料是天然聚合物、口香糖、蠟、多糖、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或它們的某種組合[4]。

根據(jù)產(chǎn)品的最終應(yīng)用和制造工藝條件，最佳包埋方法和基質(zhì)的選擇有所不同。包埋過程應(yīng)該是高效的，可擴(kuò)展到生產(chǎn)中，且沒有顯著的風(fēng)味損失；它應(yīng)該確保風(fēng)味的保真度，并最大限度地減少風(fēng)味成分、載體和氧氣之間的反應(yīng)。本文重點(diǎn)介紹了目前淀粉及其衍生物用于香精包埋的技術(shù)，并強(qiáng)調(diào)了每種技術(shù)的特點(diǎn)，特別關(guān)注不同包埋產(chǎn)物在儲(chǔ)存和熱處理過程中、在食品中或在食用過程中的釋放特性。

1 淀粉基壁材改性方法及分類

1.1 淀粉水解

淀粉，特別是蠟質(zhì)玉米淀粉（99%支鏈淀粉），是高分子量聚合物。其分子量通常通過水解來降低，以獲得更低的粘度和更強(qiáng)的官能化。這種粘度可以用現(xiàn)代粘度計(jì)（例如Brabender/RVA）或傳統(tǒng)測(cè)量粘度倒數(shù)的水流動(dòng)性來表征。

淀粉的水解自然發(fā)生在人體消化過程中。因此，酸和酶廣泛用于降解淀粉。淀粉的水解也可以通過使用過氧化氫進(jìn)行氧化，或通過擠壓進(jìn)行機(jī)械剪切來實(shí)現(xiàn)。

酶水解被廣泛用于生產(chǎn)極低分子量或低聚合度（DP）的水解物，包括麥芽糊精（MD）、低聚糖、糖漿和糖。葡萄糖當(dāng)量（DE）是一個(gè)通常用于描述水解度的術(shù)語，基于這樣一個(gè)事實(shí)，即每個(gè)分子都有一個(gè)還原端（或還原糖）。簡(jiǎn)而言之，葡萄糖的DE值被認(rèn)為是100（即100%的葡萄糖單位是還原糖）。因此，將低分子淀粉衍生物的DE值定義為 100/DP。例如，麥芽糖或蔗糖等二糖的DP為2，DE值為50（即50%的葡萄糖單位是還原糖）。在另一個(gè)例子中，DP為5的MD的DE值為20?；诠J(rèn)約定的常見產(chǎn)品的DES總結(jié)如下：糖的DE值是50～100；糖漿的DE值是20～45；寡糖的 DE值是 10～50；麥芽糊精的 DE值是 5～20。

除了廣泛用于淀粉隨機(jī)水解的 α-淀粉酶外，市場(chǎng)上還出現(xiàn)了越來越多的特種酶。特種酶可以產(chǎn)生獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的性能，否則無法通過化學(xué)修飾來實(shí)現(xiàn)。例如，β-淀粉酶和糖淀粉酶分別水解淀粉結(jié)構(gòu)中的 a-(1，4)鍵并產(chǎn)生麥芽糖和葡萄糖。然而，異淀粉酶以 a-(1，6)鍵水解淀粉。轉(zhuǎn)移酶可以延長(zhǎng)線性鏈長(zhǎng)或產(chǎn)生分支結(jié)構(gòu)。

除了酸和酶水解外，天然淀粉在酸性條件下高溫干熱處理是一種獨(dú)特的水解方法。在這個(gè)過程中，水解的糖分重新聚合，產(chǎn)生額外的分支。這個(gè)過程被稱為糊精化，其結(jié)果被稱為糊精[5]。由于低分子量和支化結(jié)構(gòu)，即使在低溫下，糊精也是高度水溶性和穩(wěn)定的。

1.2 化學(xué)改性

在食品生產(chǎn)中，為了滿足產(chǎn)品的感官、安全和穩(wěn)定性要求，產(chǎn)品可能會(huì)經(jīng)歷高剪切、高溫以及 pH和鹽的過程。為了在這些條件下控制淀粉的使用，廣泛使用兩種主要類型的化學(xué)改性以提高淀粉粘性，工藝耐受性和產(chǎn)品穩(wěn)定性。

穩(wěn)定化：指將小分子部分（如環(huán)氧丙烷、環(huán)氧乙烷和酸酐）連接到淀粉骨架上，從而減少回生的趨勢(shì)，從而提高低溫或凍融穩(wěn)定性。這種改性還降低了淀粉顆粒的糊化溫度。

交聯(lián)化：通常與穩(wěn)定化結(jié)合在一起的交聯(lián)會(huì)提高食品加工和應(yīng)用中的粘度分布，并提高加工耐受性。這種化學(xué)修飾也會(huì)影響淀粉與其他成分的相互作用。

穩(wěn)定化和交聯(lián)化處理都會(huì)阻礙淀粉的消化，但只有交聯(lián)會(huì)用于控制釋放，特別是在制藥應(yīng)用中[6]。

疏水改性：為了用于膠囊化和乳化應(yīng)用，淀粉經(jīng)常被辛烯基琥珀酸酐（Octenyl Succinic Anhydride， OSA）改性，OSA是一種具有一個(gè)雙鍵的八烴疏水基。該反應(yīng)打開了酸酐環(huán)，并可能在2和3位上形成糖酯[7]，同時(shí)形成了羧基，這使OSA淀粉略帶負(fù)電荷。疏水處理（通常與水解結(jié)合使用）可使淀粉具有表面活性。

美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（Food and Drug Administration， FDA）允許以干重計(jì)最多 3%的OSA處理淀粉，用作食品添加劑。其他規(guī)定相似，但剩余OSA水平及其測(cè)試方法有所不同。表1總結(jié)了各個(gè)地區(qū)食品中OSA淀粉的主要法規(guī)限制。

表1 辛烯基琥珀酸淀粉鈉的法規(guī)限值Table 1 Regulatory limits of sodium octenyl succinate starch %

從理論上講，3%的OSA處理相當(dāng)于大約0.02的取代度（DS），這意味著，平均每50個(gè)葡萄糖單位只有一個(gè)辛烯基疏水基。這表明 OSA淀粉仍然非常親水，或具有很高的親水親脂平衡（HLB）值。

圖1總結(jié)了典型的OSA處理過程，并在前面進(jìn)行了描述[8-9]。如圖所示，OSA處理通常與淀粉水解相結(jié)合，以改善OSA淀粉的功能性。為了具有最佳的乳化性能，OSA淀粉應(yīng)該是水溶性的。淀粉顆粒的天然形態(tài)是不溶于水的，不能起到很好的乳化劑的作用。因此，淀粉水解顯著提高了淀粉分子的水溶性。這些過程的結(jié)果是淀粉分子既有疏水基團(tuán)又有親水基團(tuán)。具有這些特性的淀粉分子可以分散在水相中并吸附在油水界面上，使其能夠穩(wěn)定水環(huán)境中的油滴，通過選擇合適的淀粉基、水解度、物理處理以及它們的組合，可以量身定做最適合特定包埋應(yīng)用的優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)。OSA淀粉通常具有低粘度，這對(duì)于噴霧干燥、噴霧凝結(jié)、擠壓和其他封裝過程非常重要。

圖1 辛烯基琥珀酸酐處理的典型工藝Fig. 1 A typical process of octenyl succinate anhydride treatment

1.3 物理改性

物理處理通常包括溫度、水分和剪切，以改變淀粉的結(jié)構(gòu)，以改善功能性和加工便利性。一種主要的處理方法是用噴射蒸煮預(yù)糊化淀粉，然后噴霧干燥、滾筒干燥、擠壓或壓實(shí)工藝。此外，預(yù)糊化淀粉也可以進(jìn)行團(tuán)聚以增強(qiáng)水分分散性。預(yù)糊化或部分預(yù)糊化的淀粉通常用作藥用輔料。熱處理淀粉作為清潔標(biāo)簽替代品，可以提供與化學(xué)處理淀粉類似的功能。物理處理也可能影響淀粉的結(jié)晶度/多形性，從而影響其消化特性。

2 淀粉與風(fēng)味物質(zhì)之間非共價(jià)相互作用的分子動(dòng)力學(xué)模擬

長(zhǎng)期以來，科學(xué)家們一直對(duì)食物淀粉和風(fēng)味分子的絡(luò)合作用感興趣，以實(shí)現(xiàn)食品和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的特定功能[10]。

分子模擬有助于闡明淀粉包裹廣泛客體分子的能力，特別是氫鍵和疏水相互作用的作用。Zhang等構(gòu)建了蟲草素和 α-環(huán)糊精的初始結(jié)構(gòu)，并建立了熱能最低的最佳絡(luò)合物結(jié)構(gòu)[11]。在另一項(xiàng)MD研究中，姜黃素被證明通過氫鍵從兩側(cè)附著在 β-CD上，這一發(fā)現(xiàn)與核磁共振的結(jié)果一致[12]。Muhammad等通過分子對(duì)接和分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，最多有4個(gè)β-CD能夠以1∶3的摩爾比與胰島素偶聯(lián)[13]。Rodriguez和 Bernik發(fā)現(xiàn)了香草醛-直鏈淀粉包合物的形成，該包合物由 X射線衍射實(shí)驗(yàn)表征，并得到計(jì)算機(jī)模擬的進(jìn)一步支持[14]。分子模擬提供了探索實(shí)驗(yàn)上無法達(dá)到的分子特性和解決超出假設(shè)和近似的理論模型的機(jī)會(huì)，從而為理解食品材料結(jié)構(gòu)和功能的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和理論方法提供補(bǔ)充信息。分子模擬可以研究淀粉分子的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)，以及淀粉分子與風(fēng)味分子之間的非共價(jià)相互作用。

3 淀粉基風(fēng)味物質(zhì)微膠囊的制備及其結(jié)構(gòu)表征

3.1 制備方法

到目前為止，主要有二甲基亞砜（DMSO）法、堿法、高溫法和預(yù)先形成的“空”螺旋法來生產(chǎn)淀粉-客體包合物[15]。DMSO 法是將淀粉或直鏈淀粉在90 ℃左右的DMSO溶液中溶解，并與客體化合物混合。隨后將混合溶液用水稀釋并使其冷卻，使包合物逐漸結(jié)晶。堿法是將淀粉或直鏈淀粉溶解在0.1 M氫氧化鈉或0.1 M氫氧化鉀的堿性溶液中，再將客體分子添加到混合溶液中，隨后將其用酸中和并使其冷卻，以使包合物結(jié)晶。高溫法是將淀粉或直鏈淀粉在高于140 ℃的水中溶解，隨后在較低的溫度下加入目標(biāo)客體，并將混合溶液緩慢冷卻以沉淀出包合物[16]。

在上述三種方法中，淀粉或直鏈淀粉最初都在高溫下被破壞（或“變性”）并在溶劑中形成無規(guī)則卷曲或松散的螺旋，然后再加入客體化合物?；旌先芤豪鋮s后，包合物會(huì)結(jié)晶并沉淀出來。然而，這些方法都具有一些缺點(diǎn)，因?yàn)檫@些方法需要高溫，有可能會(huì)影響客體分子，特別是那些熱敏分子的穩(wěn)定性。因此，預(yù)先形成的“空”螺旋法[16]被研發(fā)出來。預(yù)先形成的“空”螺旋法是將變性淀粉在乙醇中沉淀并除去乙醇來獲得“空”螺旋V型淀粉。與其他方法相比，客體化合物可以在更低的溫度下被封裝到空螺旋中，使其更適合于熱敏化合物[15]。

3.2 結(jié)構(gòu)表征

淀粉-客體包合物的成功形成可以通過廣角X射線衍射（WAXD）、差示掃描量熱法（DSC）、核磁共振（NMR）光譜、傅立葉變換紅外（FTIR）光譜、激光掃描共聚焦顯微鏡（CLSM）以及掃描電子顯微鏡（SEM）等多種互補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行表征鑒別。單個(gè)淀粉—客體包合物是單個(gè)螺旋，并且多個(gè)螺旋傾向于堆疊在一起以形成晶體結(jié)構(gòu)，通常被稱為V型結(jié)構(gòu)[17]。該晶體結(jié)構(gòu)通常由WAXD鑒定，偶爾也可通過小角度X射線散射（SAXS）進(jìn)行補(bǔ)充鑒定。V型結(jié)構(gòu)的類型取決于客體化合物的大小和形狀，以及與葡萄糖基結(jié)合的水量[18]。V型結(jié)構(gòu)主要分為三類：V6、V7和V8，其中每個(gè)下標(biāo)數(shù)字表示螺旋中每一回轉(zhuǎn)的葡萄糖基的數(shù)量。每個(gè)主要類別下分為幾個(gè)亞組：例如V6的水合物或無水形式，以及由不同脂質(zhì)形成的各種 V6和V7結(jié)構(gòu)[19]。表2總結(jié)了各種V型晶體結(jié)構(gòu)的特性。

表2 V 型淀粉-客體包合物的XRD性質(zhì)和特征Table 2 XRD properties and characteristics of V-starch-guest inclusion complex

差式掃描量熱法（DSC）被廣泛用于通過分析化合物的熱性質(zhì)（包括相變溫度和焓變）來驗(yàn)證固態(tài)復(fù)合物的形成[32-35]。DSC模式證明：淀粉和客體化合物之間的絡(luò)合過程是可逆的。淀粉和客體之間的絡(luò)合和解離在冷卻和加熱期間分別產(chǎn)生放熱和吸熱。由于需要熱量才能破壞淀粉與客體化合物之間的絡(luò)合作用，因此，在加熱淀粉-客體包合物的過程中觀察到在 60～120℃區(qū)間內(nèi)的吸熱峰可以證明是其形成[36]。這進(jìn)一步表明應(yīng)該有一定的力來穩(wěn)定夾雜物的螺旋結(jié)構(gòu)。并且，解離溫度是力的強(qiáng)度的函數(shù)。

核磁共振（NMR）光譜法是一種非破壞性方法，用于闡明晶體結(jié)構(gòu)，從而可以協(xié)助X射線衍射（XRD）進(jìn)行淀粉-客體包合物的鑒定和結(jié)構(gòu)分析。如今，交叉極化魔角旋轉(zhuǎn)13C核磁共振（CPMAS13C NMR）光譜是研究淀粉-客體包合物特征的一種先進(jìn)方法，并被廣泛使用。淀粉與淀粉-客體包合物之間CP-MAS13C NMR信號(hào)的變化表明直鏈淀粉內(nèi)螺旋腔與所含客體化合物之間存在相互作用[37]。對(duì)于典型的V6I絡(luò)合物，13C NMR光譜中觀察到的主要峰值信號(hào)分別為102.7（C1）、81.4（C4）、74.9（C3）、71.6（C2～C5）和 61.3（C6）ppm。相比之下，除 C1的信號(hào)外，典型的 V6II絡(luò)合物具有與V6I絡(luò)合物相同的峰值信號(hào)。與V6I絡(luò)合物的 C1信號(hào)（102.7 ppm）相比，V6II絡(luò)合物的C1信號(hào)（102.3 ppm）略小。而V6III絡(luò)合物則在103.4、81.8、74.1、71.7和60 ppm有顯著信號(hào)[23]。

傅立葉變換紅外（FTIR）光譜學(xué)可以證明包合物中存在客體分子。它是一種通過使用紅外光觀察分子振動(dòng)來檢測(cè)固體、液體或氣體化合物的分子鍵的技術(shù)。淀粉的光譜通常顯示在 2 900-3 000 cm-1、1 100～1 150 cm-1和 1 100～900 cm-1。2 900～3 000 cm-1處的信號(hào)顯示了C-H鍵的拉伸運(yùn)動(dòng)；1 100～1 150 cm-1處的信號(hào)顯示了C-O，C-C和C-O-H鍵的拉伸運(yùn)動(dòng)；1 100～900 cm-1處的信號(hào)顯示了C-O-H鍵的彎曲運(yùn)動(dòng)[38]。與客體分子絡(luò)合后，F(xiàn)TIR光譜可能顯示出新的信號(hào)，以表明客體分子的存在和成功摻入。例如，包含脂肪酸將增強(qiáng)2 850和2 915 cm-1附近的IR波段，這是烴鏈CH2拉伸振動(dòng)的特征。但是，如果客體化合物的官能團(tuán)與淀粉相同，則它們的分子振動(dòng)可能被掩蓋，因此將無法與淀粉光譜區(qū)分開。

掃描電子顯微鏡（SEM）可用來表征淀粉-客體包合物的形態(tài)[32，39]，但無法確認(rèn)其形成。淀粉-客體包合物可以表現(xiàn)出從單晶到半結(jié)晶粉末的不同形態(tài)[16]。其他定義明確的結(jié)構(gòu)，例如球晶[40-42]，多孔球體[43]和圓環(huán)顆粒[44]也可被 SEM鑒定。盡管在包合物形成時(shí)SEM可能會(huì)觀察到形態(tài)變化，但這些并不是其形成的確定證據(jù)。

4 淀粉基風(fēng)味物質(zhì)微膠囊的釋放

4.1 風(fēng)味釋放

風(fēng)味釋放是指風(fēng)味在食物中從一個(gè)環(huán)境遷移到另一個(gè)特定的分子環(huán)境，并進(jìn)入周圍的唾液或氣相的過程。風(fēng)味釋放率可以被描述為在單位時(shí)間內(nèi)從一個(gè)環(huán)境遷移到另一個(gè)環(huán)境的風(fēng)味。香精釋放可以是控制釋放，也可以是非控制釋放。香精的封裝過程分為五個(gè)步驟，其釋放如圖2所示。第一步封裝開始，第二步風(fēng)味化合物繼續(xù)進(jìn)入殼體。封裝在第三步中完成。第四步是從包埋材料釋放風(fēng)味，第五步是完全釋放風(fēng)味。

圖2 風(fēng)味釋放的示意圖Fig. 2 Schematic diagram of flavor release

研究表明，與產(chǎn)品環(huán)境相比，脂類的風(fēng)味釋放速率更高，傳質(zhì)阻力也更大，風(fēng)味保留率更高。Goubet等[45]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，分子量是影響風(fēng)味保留率的因素。這兩個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系是，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，保留率隨壁材相對(duì)分子質(zhì)量的增加而增加，超過一定值后，保留率隨壁材相對(duì)分子質(zhì)量的增加而降低。康德等以環(huán)糊精包埋檸檬為例，指出了檸檬在酸奶中的添加（脫脂）對(duì)風(fēng)味的改善作用，并與普通酸奶進(jìn)行了比較。他們發(fā)現(xiàn)，這兩種酸奶的釋放率相似。

由于活性風(fēng)味物質(zhì)從殼體材料在周圍介質(zhì)中迅速泄漏，可能會(huì)導(dǎo)致香料釋放失控。香精釋放失控的另一個(gè)原因是香精從膠囊化核心向外殼和周圍介質(zhì)的持續(xù)緩慢擴(kuò)散。這種現(xiàn)象是由擴(kuò)散釋放、阻擋釋放、壓力激活釋放、溶劑激活釋放、滲透釋放、溫度敏感釋放、熔融激活釋放以及組合體系中的任何一種觸發(fā)機(jī)制引起的。

不加控制的香精釋放有一些局限性，比如香精可以提前釋放，甚至在食用前就可以釋放，因?yàn)橐恍┉h(huán)境條件是不可取的。為了克服這些問題，人們正在嘗試使香精得到控制釋放。

控釋是指活性香味成分在人體所需的部位，或在所需的時(shí)間內(nèi)以特定的速率在體內(nèi)釋放。該膠囊有助于在特定條件下以特定速率控制風(fēng)味釋放速率[46]，受控釋放通過不同的機(jī)制進(jìn)行。

4.2 影響風(fēng)味釋放的因素

香精的釋放率取決于幾個(gè)因素。這些因素包括壁材的性質(zhì)、被包裹的香精的性質(zhì)、被包裹的方法、膠囊的物理因素、所形成的包裹的化學(xué)結(jié)構(gòu)（大小和分子質(zhì)量）、食品基質(zhì)材料的降解/溶解、熱力學(xué)因素-風(fēng)味化合物的揮發(fā)性、動(dòng)力學(xué)因素、從內(nèi)核到乳狀液和從乳狀液到環(huán)境的阻抗性、形成膠囊乳狀液的溶劑的性質(zhì)（如熔融、擴(kuò)散、降解）、用于形成包裹乳狀液的油類化合物（香精油）的百分比。其關(guān)系是，除親水性化合物外，油分的增加降低了風(fēng)味的釋放速率，食品中存在的鹽分增加了風(fēng)味的揮發(fā)性。Liu等采用液滴干燥技術(shù)，研究了油脂風(fēng)味如何從包埋物中逸出并釋放到食品中。他們報(bào)道說，風(fēng)味保留主要取決于風(fēng)味的性質(zhì)和乳狀液的穩(wěn)定性。Malone等[47]在他們的工作中解釋了改變脂肪含量水平的重要性，因?yàn)樗苯佑绊懯澄锏娘L(fēng)味釋放。粘度對(duì)風(fēng)味釋放的影響非常小。

4.3 以擴(kuò)散機(jī)制釋放風(fēng)味

香氣在食品基質(zhì)中的溶解度及其在基質(zhì)中的流動(dòng)性影響著香氣的擴(kuò)散釋放。釋放機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)主要步驟。第一步是活化劑擴(kuò)散到食物基質(zhì)的外層；第二步是將基質(zhì)和周圍食物之間的揮發(fā)性成分分離出來，并從基質(zhì)表面轉(zhuǎn)移出去。由于一些食品在基質(zhì)擴(kuò)散中的溶解度很低甚至幾乎沒有，所以通過擴(kuò)散釋放的香氣是有限的。風(fēng)味擴(kuò)散基本上有兩種類型，一種是靜態(tài)擴(kuò)散，另一種是渦流或?qū)α鲾U(kuò)散。靜態(tài)擴(kuò)散是由于停滯流體中分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)造成的。在對(duì)流擴(kuò)散中，風(fēng)味的一種元素在攜帶溶解的溶質(zhì)的情況下從一個(gè)地方轉(zhuǎn)移到另一個(gè)地方。

4.4 以侵蝕或降解機(jī)制釋放風(fēng)味

芯材中活性成分的釋放也可能受到擴(kuò)散或侵蝕，或兩者兼而有之的影響。均一侵蝕和非均一侵蝕均可檢測(cè)到。非均一侵蝕可定義為僅存在于膠囊表面的薄層降解，均一侵蝕可定義為活性化合物隨整個(gè)食品基質(zhì)的降解而釋放的過程。

4.5 以溶脹機(jī)制釋放風(fēng)味

當(dāng)風(fēng)味不可能通過溶解或分散釋放時(shí)，就會(huì)發(fā)生溶脹機(jī)制釋放風(fēng)味。在熱力學(xué)相容的條件下，聚合物的溶脹是由于吸收了介質(zhì)中的液體，下一步溶脹部分的風(fēng)味就會(huì)擴(kuò)散出去。吸水性和溶劑的存在是控制溶脹度的兩個(gè)因素。Bouquer等[48]研究了溶脹釋放風(fēng)味的效果。在他們的研究中，玻璃態(tài)顆粒被置于水中，在水中發(fā)生膨脹和侵蝕機(jī)制。

4.6 以熔融機(jī)制釋放風(fēng)味

作為壁材的基質(zhì)被熔化以釋放芳香化合物。在食品工業(yè)中，大部分風(fēng)味化合物的釋放是通過融化的方式進(jìn)行的。其基本原理是，除非需要，否則包埋的食物/香料將在較低的溫度下儲(chǔ)存，并在烹飪或準(zhǔn)備加工時(shí)根據(jù)需要融化。

5 淀粉基風(fēng)味物質(zhì)微膠囊的應(yīng)用

風(fēng)味物質(zhì)，包括揮發(fā)性香精化合物，是食品配方中最有價(jià)值的成分之一，在消費(fèi)者對(duì)食品的接受和滿意度中起著至關(guān)重要的作用[20，49]。但是，由于大多數(shù)商業(yè)風(fēng)味物質(zhì)的穩(wěn)定性有限且有高揮發(fā)性，所以其保存在食品工業(yè)技術(shù)層面尤為重要。淀粉-風(fēng)味物質(zhì)包合物是通過減少蒸發(fā)，改善溶解度和增強(qiáng)穩(wěn)定性來提高其效用，因此該模型作為封裝風(fēng)味物質(zhì)模型具有巨大潛力[20]。許多芳香化合物可以與淀粉或直鏈淀粉形成包合物，例如薄荷酮、薄荷醇、香葉醇和檸檬烯等?；谒鼈兊慕Y(jié)構(gòu)，芳香化合物可以分為線狀或環(huán)狀。當(dāng)與淀粉形成包合物時(shí)，這些芳香化合物可以形成具有不同性質(zhì)和特性的不同類型的晶體結(jié)構(gòu)，如表 3所示。

表3 淀粉-風(fēng)味物質(zhì)包合物的特征Table 3 Characteristics of starch-flavor substance inclusion compound

續(xù)表3

此外，之前的研究已經(jīng)闡述了其中一些風(fēng)味物質(zhì)的釋放特性。Tian等研究了與玉米淀粉-肉桂醛包合物的釋放特性[52]。他們發(fā)現(xiàn)，與玉米淀粉和肉桂醛的物理混合物相比，淀粉-肉桂醛包合物顯著提高了肉桂醛的離解溫度。形成的包合物具有良好的穩(wěn)定性，并在第一周大大降低了肉桂醛的釋放速率[52]。Aytac等發(fā)現(xiàn)，環(huán)糊精-芳樟醇包合物中芳樟醇的釋放受溫度影響。隨著溫度升高，芳樟醇的釋放也增加。但是在 37 ℃左右，頂空氣相質(zhì)譜聯(lián)用儀（HS-GC-MS）幾乎檢測(cè)不到芳樟醇的釋放[53]，這意味著環(huán)糊精-芳樟醇包合物在常人體溫下非常穩(wěn)定。

此外，Xiao等[54]發(fā)現(xiàn)麥芽糊精和辛烯基琥珀酸酐改性的淀粉-玫瑰精油包合物的釋放曲線可能受溫度和相對(duì)濕度的影響。盡管包封的玫瑰精油釋放速率隨溫度或相對(duì)濕度的升高而增加，但包合物在高溫和高相對(duì)濕度下仍穩(wěn)定。

這些結(jié)果表明，淀粉-風(fēng)味物質(zhì)包合物的穩(wěn)定性以及觸發(fā)或控制釋放的特性為其可以作為風(fēng)味物質(zhì)的遞送系統(tǒng)提供了有力的證據(jù)。

6 結(jié)論與展望

任何食品行業(yè)的出發(fā)點(diǎn)都是食品香精。食物的風(fēng)味吸引了人們對(duì)風(fēng)味的關(guān)注。因此，人們進(jìn)行了各種嘗試，以期在外部增加風(fēng)味。膠囊具有穩(wěn)定的風(fēng)味，適用于多種食品原料。各種香精包裝方法各有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。與噴霧干燥一樣，膠囊化是用來獲得粉末狀的最終產(chǎn)品。

當(dāng)目標(biāo)是在食品中添加液體香精時(shí)，超聲波封裝等技術(shù)是有用的。有時(shí)將均質(zhì)和噴霧干燥兩種方法結(jié)合使用。這兩種技術(shù)的結(jié)合將提高產(chǎn)品收率和封裝效率。大多數(shù)精油有兩種作用：第一，它們起到防腐劑的作用；第二，它們?yōu)槭澄镌黾语L(fēng)味。因此，人們希望使用殼體材料將這些油混合在一起。根據(jù)使用目的、成本效益和使用方法，可以使用封裝、芯材組合以及單一或組合殼體材料的殼體結(jié)構(gòu)。一些殼層材料具有雙重功能，如阿拉伯膠、乳清分離蛋白作為殼層，并具有乳化劑性質(zhì)。乳狀液的合成主要有微米和納米兩種形式。與后者相比，納米乳液具有更高的負(fù)載量。

一些風(fēng)味物質(zhì)，如生姜，具有很高的抗氧化和抗癌性能。因此，非常有必要對(duì)這些風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行封裝，并按照所述以受控的方式釋放它們。越來越多的人使用生物活性香料，這將給食品工業(yè)帶來新的洞察力。用不同的方法、不同的芯材、不同的殼材料對(duì)各種天然香料進(jìn)行包裝，并使其在食品中的含量不同，需要開發(fā)工業(yè)規(guī)模的封裝工藝來滿足消費(fèi)者的需求。