（食品科学专业论文）乳脂肪水解及其产物的微胶囊化.pdf

天津科技大学硕士学位论文 摘要 本课题的研究目的是通过对解脂假丝酵母脂肪酶对乳脂肪水解时间的控 制，得到风味增强的奶香型调味剂。研究的主要内容为：确定解脂假丝酵母 脂肪酶水解乳脂肪的工艺条件；分析鉴定产物主要挥发性物质：水解产物喷 雾干燥法微胶囊化的研究；喷雾干燥后产品的品质评定。 在单因素实验基础上，通过响应面分析法对解脂假丝酵母脂肪酶水解乳 脂肪的工艺条件进行优化，得出最佳工艺条件为：底物浓度5 0 7 ；反应p h 值7 5 ；加酶量3 1 7 3 u g 乳脂肪；反应温度4 0 ；摇床转速1 8 0 r m i n 。 结合仪器分析及感官评定的结果，确定最佳水解条件下水解6 h r 的水解 产物具有最大可接受性。对水解时间6 h r 产品同步蒸馏法收集的挥发性物质 采用气质联用技术主要鉴定出了下列几种风味物质及其相对含量3 一羟基一2 一 丁酮6 2 3 ，2 - 壬酮2 9 8 ，5 - 十二醇0 9 2 ，乙酸1 2 9 ，2 - 十一酮i 1 3 ， 丁酸7 5 2 ，2 - 十三酮0 5 6 ；已酸1 7 0 1 。 通过单因素实验、正交实验确定微胶囊化乳液壁材明胶：麦芽糊精1 ：4 ； 乳化剂单甘酯、蔗糖酯比例l ：3 ，添加量2 ；心壁比1 ：1 ，乳化温度6 0 ， 加水量5 0 。在喷雾干燥条件：进风温度1 8 0 1 9 0 ，出风温度8 0 9 0 。c ， 迸料速度3 0 m l m i n 下所得产品包埋率为9 2 0 6 。 喷雾干燥前后产品风味物质组分总量的保留率9 1 0 2 。采用差示扫描量 热仪分析包埋后产品与乳脂相比热力学性质的变化，产品熔融峰从包埋后乳 脂的1 1 8 。c 降到了9 5 。c 。采用环境扫描电镜观察到微胶囊化产品外壁组织结 构较好。产品的水分含量2 8 2 ，脂肪含量4 6 5 5 ，容重2 5 5 m l l o o g ，在 6 0 。c 水中溶解性良好，流散性4 0 。对产品与商业样品进行应用对比，成对 比较检验法结果表明，在5 显著水平，两者无显著差异。 关键词：乳脂肪解脂假丝酵母脂肪酶喷雾干燥微胶囊化 同步蒸馏法气质联用 天津科技大学硕士学位论文 a n i n v e s t i g a t i o nw a sc o n d u c t e do i lt h eh y d r o l y s i so fm i l k f a tc a t a l y z e db yc a n d d a l i p a l y t i c al i p a s ea n d t h e m i c r o e n c a p s u l a t i o n o f t h e h y d r o l y s a t e o nt h eb a s i so fs i n g l ef a c t o re x p e r i m e n t s , r e s p o n s es u r f a c ea n a l y s i sw a sa p p l i e dt o d e t e r m i n et h eo p t i m a lc o n d i t i o n so fh y d r o l y s i s t h eo p t i m a lc o n d i t i o n si n c l u d e dm i l k f a t c o n c e n u a t i o n 5 0 7 ；p h7 5 ；l i p a s e3 1 7 3 u g ；t e m p e r a t u r e4 0 。c ；s h a k e r r o t a t i o n1 8 0 r r a i n t h er e s u l t so fi n s t r u m e n t a l a r 湖y s i s a n ds e n s o r ye v a l u a t i o ni n d i c a t e dt h e h i g h e s t a c c e p t a n c e w a sf o u n df o rt h ep r o d u c tw h i c hw a s h y d r o l y z e d 6 h ru n d e rt h eo p l i m a lc o n d i t i o n s t h em e t h o do fs i m u l t a n e o u sd i s t i l l a t i o n - e x t r a c t i o nw a se m p l o y e dt oe x t r a c tt h ev o l a t i l e c o m p o n e n t so f 血c h y d r o l y s a t e t h e c o m p o u n d s o f t h e c h a r a c t e r i s t i c m i l k f l a v o r o f t h ee x t i a c t w e r ei s o l a t e da n di d e n t i f i e d b y g c - m s t h ec h e m i c a l c o m p o n e n t s i n c l u d e d ： 3 - h y d r o x y - 2 - b u t a n o n e6 2 3 ，2 - n o u a n o n e2 9 8 ，5 一d o d e c a n o l0 9 2 ，a c e t i ca c i d1 2 9 ， 2 - u n d e e a n o n e 1 1 3 b u t y r i ca c i d7 5 2 ，2 - t r i d e e a n o n e0 5 6 ，h e x a n o i ca c i d1 7 0 1 t h em i c m e n c a p s u l a t e dh y d r o l y s a t ew a sp r o d u c e db ys p r a y - d r y i n gw i t h g e l a t i n a n d m a l t o d e x t r i na sw a l lm a t e r i a l t h er a t i oo fg e l a t i nt om a l t o d e x t r i nw a s1 ：4 t h eo p t i m a l c o n d i t i o n so fe m u l s i o nw e r ed e t e r m i n e db y s i n g l ef a c t o re x p e 血 n e n t sa n do r t h o g o n a ld e s i g n ： g e l a t i n m a a l t o d e x t r i n l ：4 ：e m u l s i f i e r 2 w h i c h w a s c o m p r i s e d o f m o n o - g l y c e r i d e a n ds u c r o s e e s t e r1 ：3 ；c o r e w a l l1 ：1 ；t h et e m p e r a t u r eo fe m u l s i o n6 0 。c ；t h eq u a n t i t yo fa d d e dw a t e r5 0 e f f i c i e n c y o f e n c a p s u l a t i o n w a s9 2 0 6 u n d e rt h ec o n d i t i o no f s p r a y - d r y i n g ：i n l e t t e m p e r a t u r e l 8 0 1 9 0 c ，o u t l e t t e m p e r a t u r e 8 0 9 0 c ，f e e d i n g r a t e l 8 f h r t h er e t e n t i o no ft o t a lv o l a t i l e sc o l l e c t e d b ys d e w a s9 1 0 2 c o m p a r e dw i t ht h e m e l t i n gp e a ko fm i c r o e n c a p s u l a t e dm i l k f a t , 1 8 0 c ，t h a to fm i c r o e n c a p s u l a t e dh y d r o l y s a t e w a sd e c r e a s e dt o9 5 a sar e s u l to fd s c a n a l y s i s e n v i r o n m e n ts c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p y ( e s e m ) w a sa p p l i e dt ov i e wt h em i c r o s t r u c t i 】r eo fm i c r o e n c a p s u l a t e dp r o d u c t g o o dr e s u l t sw e r eo b t a i n e d m o i s t u r eo ft h ep o w d e rw a s2 8 2 ，f a tc o n t e n t4 6 5 5 b u l k d e n s i t y2 5 5 m y g , f u l lr e x x m s t i t u f i o ni n6 0 cw a t e r , p o w d e rf l o w a b i l i t y4 0 。n os i g n i f i c a n t f l a v o r d i f f e r e n c e ( p o 0 5 ) w a ss h o w e d b e t w e e n e x p e r i m e n t a la n d m a r k e t s a m p l e s k e yw o r d s ：m i l k f a t c a n d d al o x a y a c a l i p a s es p r a y - d r y i n gm i c r o e n c a p s u f a t i o n s d eg c m s 天津科技丈学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 乳脂肪 1 1 1 无水奶油的概念 无水奶油是用奶油或稀奶油作为原料，通过物理方法将脂肪球破坏，使脂 肪从脂肪球中出来溶合在一起形成脂肪连续相，然后将脂肪连续相分离出来 即得到无水奶油。破坏脂肪球的方法有加热熔融、脂肪球的机械粉碎等。1 。 1 1 2 无水奶油生产工艺流程 无水奶油的生产工艺流程之一： 酪乳 f 冷却奶油一加热熔融一离心一9 9 含脂率的乳脂肪一真空干燥一无水奶油 无水奶油的生产工艺流程之二： 酪乳 f 3 5 含腊率的稀奶油一杀菌一离心浓缩一7 0 7 5 含脂率的乳脂肪一离心 一真空干燥一无水奶油 1 1 3 化学组成 无水奶油( a m f ) 脂肪含量9 9 8 0 以上，其脂肪由9 6 9 8 的三甘油酯组 成，其余为二甘油酯，单甘油酯，游离脂肪酸，磷脂，甾醇及其它极性脂质。 任何一种乳脂的特定组成受多种因素的影响，包括生产季节，地域，奶牛品 种，奶牛哺乳期及奶牛膳食组成r “。 乳脂肪独特盼化学组成及其复杂性，是乳脂肪风味形成的基础“3 。 乳脂肪是由一个分子的甘油和三分子脂肪酸所组成的甘油三酸酯的混合 物。典型的乳脂肪组成为。1 ： c h 。0 c o c ，s h 。 i c h o c o c ，h 7 i c h ，o c 0 ( c h ：) ，c h c h ( c h ：) ，c h 。 第一章纬论 1 1 3 1 脂肪酸组成 乳脂肪中主要脂肪酸及其含量如表卜1 所示。 表卜1 主要脂肪酸含量“_ “7 脂肪酸俗名分子式含量( ) 丁酸酪酸c d h 8 0 2 3 5 已酸已酸c 6 h i z 0 2 2 0 辛酸辛酸c 8 h l b 0 ： 1 o 癸酸癸酸c l 【 h 0 2 2 0 十二烷酸月桂酸c l2 h “0 2 2 5 十四烷酸肉豆蔻酸 c jq h 2 8 魄 l o o 十六烷酸棕榈酸c 1 6 h 1 2 0 2 2 5 0 十八烷酸硬脂酸c i h h 0 2 1 0 5 二十烷酸花生酸c 乩0 0 2 0 5 癸烯酸癸烯酸c i o h l 8 晚 十二碳烯酸十二碳烯酸c 1 2 h 0 z 5 o 十四碳烯酸十四碳烯酸 c j h 0 2 十六碳烯酸棕榈油酸c m h 3 0 0 2 十八碳烯酸油酸c 1 8 h 0 z3 3 0 十八碳二烯酸亚油酸c lh h 3 2 0 2 4 0 十八碳三烯酸亚麻酸c 棚。0 ：2 0 6 1 1 3 2 脂肪酸分类 表1 - i 中所列的脂肪酸根据水溶性挥发性可划分为三类： 第一类是水溶性挥发性脂肪酸，其代表为丁酸、乙酸、辛酸和癸酸。 第二类是非水溶隆障泼性脂肪酸，其代表为十二烷酸。 第三类是非水溶| 生不挥发性脂肪酸，其代表为十四烷酸、十六烷酸、十八烷酸、 二十烷酸、十八碳烯酸和十八碳二烯酸。 乳脂肪中脂肪酸按碳链长度可分为”1 ： 短链酸：甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸、己酸 中链酸：庚酸、辛酸、壬酸、癸酸、十二烷酸、十四烷酸： 长链酸：十六烷酸、十六碳烯酸、十八烷酸、十八碳烯酸、十八碳二烯酸、 十八碳三烯酸、二十烷酸及其不饱和同系物、二十二碳烷酸及 其不饱和同系物： 超长链酸：碳链长度c 。以上的酸。 天津科技大学硕士学位论文 1 1 4 理化常数 乳脂防的主要理化常数如表1 - 2 所示。 表卜2 乳脂肪主要理化常数啊 主要理化常数范围 比重( 1 5 ) 熔点( ) 凝固点( ) 折射率( 1 5 ) 酸值 碘值 皂化值 o 9 3 6 o 9 4 0 2 8 4 - - 3 3 3 1 9 1 2 4 5 1 4 5 9 1 4 6 2 0 4 3 5 2 5 7 3 7 9 2 1 9 7 2 3 2 6 1 1 5 脂肪酸组成特点 牛乳脂肪的脂肪酸组成与一般脂肪有明显的差别“7 ： 1 ) 乳脂防的化学组成是食用脂肪中最复杂的【1 0 】，其脂肪酸种类远较般脂肪为多。 以三甘酯为主，乳脂有4 0 5 种以上的脂肪酸，可能产生6 百万种以上的三甘酣1 1 】。在 低级脂嘣冲甚至检出了乙酸，另一方面也发现有岛c k 的高级饱和脂肪酸。一般 天然脂防中含有的脂肪酸绝大多数是碳原子为偶数的直链脂防酸，而在牛乳脂肪中已 证实含有c 9 c b 的奇数碳原子脂肪酸，也发现有带侧链的脂肪酸。 2 ) 与大多数天然来源的油脂不同，乳日筋砰瓣寺别丰富的短链和中链三甘酯这一独特 优点。乳脂中脂肪酸的显著特点是低碳链、中碳链脂肪酸铰其它油脂含量高，且含有 酮酸、羟酸。构成乳脂肪的脂肪酸是乳类食品重要香气来源，目这些脂肪酸易发生氧 化和热反应。乳脂肪中含1 4 个碳以下的挥笈呦旨肪酸( 乙酸、丁酸、己酸、辛酸、癸 酸、- t - - j 烷酚达1 4 左右。其中水潜陛挥发性脂肪酸构成的脂肪，风昧良好而且易于 消化吸收。与般脂防相比，乳脂肪中这类脂肪酸含量特别高，因此乳脂肪是所有食 用油脂中风味最佳目易于消化的脂肪。 3 ) 乳中不饱和脂肪酸的含量约为4 4 ，已知的有：十八碳烯酸、十六烯酸、十四烯 酸、黝暇、廿碳四烯酸、州蛾三烯酸、卅蛾二咎希酸等。 1 1 6 作用1 乳脂肪是乳中的最主要成分之一，它在乳与乳制品中具有下列四个方面的 重要作用，即：营养价值、风味、物理性质和经济价值。 乳脂肪的营养价值涉及的内容很广，众所周知的方面有： 1 ) 脂肪是一个丰富的能源，发热量高，每1 克脂肪大约产生3 7 6 千焦的热 量。 3 第一章绪论 2 ) 乳脂肪是脂溶性维生索a 、d 、e 、k 等的含有者和传递者。 3 ) 乳脂肪含有相当数量的必需脂肪酸。 4 ) 乳脂肪较其他动物性脂肪易于消化。 乳脂肪在乳制品中所具有的另一个重要作用是风味。“。乳脂肪的丰润圆 熟的风味绝非其他脂肪所能模拟。奶油、稀奶油、冰淇淋等许多乳制品中乳 脂肪之所以能与其他廉价代用脂肪竞争的原因也在于此。 乳制品的组织结构状态也与乳中含有的乳脂肪具有密切关系，而且与食 用时的口感、食用前的外观感觉等有连带关系。乳脂肪赋与很多乳制品那种 柔润滑腻而细致的组织状态和风昧，至今同样是不能为其他脂肪所代替。 1 1 7 乳；除品香气组成n 叮 孚鼢品香气觑扮制乌礤多，不同具体产品香组分种类、含量各异。但手幞食品 中普遍存在的致香成分，即般香成分，如表1 - 3 所示。 表1 - 3 乳类食品般香成分 类别 醇类 醛类 酸类 主要物覆 酯淡 酮类 内酯类 硫化物 c 。c 。n 烷醇 c 。c 。n 烷醛，g c 。烯醛 巴& n 烷酸( 偶数碳原子) ，c 。 - - c 。烯酸( 偶数碳原子) cl o c ，。酮酸，c 。氏羟酸 c - - c 。：酸甲酯，c 。c 。酸乙酯 c 1 。烷酮，2 ，3 - 3 - - 酮，3 哼鹜彗丁酮 g g6 一内酯，g c 。y 一内酯 二甲硫醚，甲基霸酰甲烷 表1 - 4 列出了对乳类食品特征香气贡献较大的香成分，即关键香成分。 表卜4 乳类食品关键香成分 类别主要物质 酸类 酮类 内酯类 醛类 硫化物 g c 。脂肪酸 g g1 - 甲基酮，2 ，3 - 丁二酮。 g g6 一内酯，g c 。y 一内酯 ( e ) 一2 - 壬烯醛，( z ) - 6 一壬烯醛 ( z ) 一4 - 庚烯醛，( e ，e ) 屹，4 一壬二烯醛 二甲硫醚 4 天津科技大学硕士学位论文 1 2 脂肪酶 1 2 1 概念 脂肪酶( l i p a s ee c 3 j j 甘油酯水解酶) 是一类特殊的酰基水解酶，在 油水界面上水解甘油三酯、甘油双酯和甘油单酯，是只能在异相系统或不溶 性系统的油一水界面水解酯的酶“。 1 2 2 发展概况 早在十九世纪中叶，人们对于脂肪酶的性质就有所认识，主要用于油脂 的水解。 微生物脂肪酶的作用p h 范围、作用温度范围以及对底物的专一性比动植 物酶广，便于进行工业生产和获得高纯度制剂。微生物脂肪酶在酶理论研究 及实际应用方面发展迅速“，我国在2 0 世纪6 0 年代就开展了微生物脂肪酶 的研究，并在1 9 6 9 年试制解脂假丝酵母脂肪酶制剂并供应市场“。工业化生 产解脂假丝酵母脂肪酶已有3 0 年历史，八十年代以来，脂肪酶在应用方面的 研究开发步伐加快。水解油脂已进入工业化。近三十年来。微生物脂肪酶的 应用开发，也已由食品( 乳制品增香、代可可脂) 、助消化剂、污水处理等， 扩伸到脂肪酸生产、油脂加工、有机合成化工产品、香料、药物制各等规模 更大或增值更多的领域“”3 。 有报道，利用脂肪酶水解诸如橄榄油、椰子油、豆油及棕桐油的甘油酯来 生产脂肪酸。陈清馥，王风云等人“8 使用解脂假丝酵母脂肪酶水解豆油和猪油 生产脂肪酸。石红旗等人“比较了6 种脂肪酶选择性水解鱼油制备d h a 甘油 酯，其结果为国产解脂假丝酵母脂肪酶最佳。 1 2 3 特征 一般来说，脂肪酶具有如下特征“o “”1 2 “州： 1 ) 脂肪酶是一种蛋白质，其氨基酸残基数为2 7 0 6 4 1 。同其它蛋白质一样， 脂肪酶由多个氨基酸通过肽键联结而成。 2 ) 脂肪酶是一种催化剂。它的催化机理与化学催化剂一样。是通过降低反 应体系的活化能，在反应结束后，脂肪酶被释放出来，准备催化下一个反应。 3 ) 脂肪酶具有催化专一性。在某些情况下，它们只催化底物中的特殊基团。 4 )脂肪酶具有催化高效性。 5 )脂肪酶对环境无任何污染。 6 )酶是一种可再生资源。 7 )脂肪酶的工作条件比较温和。 第一章绪论 1 2 4 酶与风味物质的生产 1 2 4 1 生物法生产天然风味物质 食品的风味大多是由食品中的某些化合物体现出来。这些能体现食品风味 的化合物称为风味物质。风味和芳香物质在食品工业中非常重要。目前，大 部分风味化合物是通过化学合成或萃取的方法生产，但在这些化学加工过程 中有许多不利因素，这致使风味物质生产商把注意力集中于生物法生产风味 化合物上，即所谓的天然或生物风味物质。 天然食品香料是指以天然原料( 天然植物、肉类、酶解蛋白、乳制品等) 通过物理方法、热加工法、生物技术法等得到的香料。其中生物技术法包括 酶工程、微生物工程、细胞工程、基因工程等“”。 作为增香剂的风殊物质来源主要有三种：化学合成、从天然原料中提取、生物技 术生产。其中，用生物技术制造的食品v q - 味n 可分为两大类，类是复合型风殊剂， 如奶制品、肉类的香气等。另类为单一的香料物质，如醇、醛、酸、酯和杂环化合 物，由生物技术得到这些配料后，再进步调制出各种香气和香味。 利用生物技术生产的天然风味物质与人工合成的风昧物质相比，具有风味醇厚、 柔和、令 愉快接受的特点，在纯度和安全性方面也可达到天然风昧制品的水平，随 着对天然来源风味物质的工业化要求，利用生物技术进行风味物质的工业化生产已是 必然的趋势。同时风味物质的生物合成也为生物技术在食品行业中的应用开辟了一个 新的领域。 目前，在生物技术法中最具有实际应用价值的是用酶法生产风味物质，其 次是利用微生物法生产风味物质来直接替代化学合成风味物质”。 酶催化反应所具有的一些优势，如温和的反应条件高度的产物特异性， 基本没有副产物的污染等等，使得酶在风味化合物的生产中具有巨大的应用 前景。在风味技术中所用酶的主要用途：增强食品风味或将风味前体转变风 味物质；作为风味物质生产中的生物催化剂；充当从天然原料中提取风味物 质的催化剂；激活食品中的内源酶以诱导合成风味物质的反应；钝化食品中 的内源酶以避免异味的产生：用酶来释放食品的异味。 1 2 4 2 酶法奶香料的制备 以稀奶油或奶油为原料，通过脂肪酶作用得到酶解奶油，再以酶解奶油为 基料加入适当的修饰，根据不同需要可以调配成各种奶香精。其原理是天然 奶油中的大量甘油脂肪酸酯是大分子脂类，其香气很弱，但它们在脂肪酶的 作用下，在不同阶段水解成各种低分子饱和及不饱和脂肪酸、酮类、内酯类， 这些物质对香气有很大贡献。因此酶解奶油比天然奶油的香气高出很多倍。 且这种酶法制备的天然奶香精香气浓郁、纯正、逼真，且口感明显，可提高 加香产品的质量档次n 。 6 天津科技大学硕士学位论文 乳脂肪中的脂肪酸甘油三酯在脂肪酶的作用下水解生成各种饱和及不饱 和脂肪酸，其中c 。、c 6 、c 。、c 。c 。：、c 。含量较丰富，它们具有较高的香气贡 献度，是构成乳香的主要因素。酮酸在进一步反应中生成各种甲基酮类，主 要有甲基戊酮、甲基庚酮、甲基壬酮、甲基十一酮等等。羟酸生成各种6 一内 酯、y 一内酯，其中6 一辛内酯、6 一十二内酯等偶碳内酯最为重要。虽然这些 甲基酮类和y 一内酯、6 一内酯含量不高，但对形成奶香的贡献度很大。其反 应式为： 脂肪酶 甘油三酸酯+ 水脂肪酸+ 甘油 脂肪酶 b 一酮酸甘油三酸酯一b 一酮酸 迸一步反应：b 一酮酸一甲基酮 羟酸甘油三酸酯一羟酸 进一步反应：羟酸一6 一内酯类 从以上反应式可看出乳脂肪经脂肪酶作用后生成奶油香味的主要成分：酸 类化合物、羰基化舍物和酯类化合物。但同时也产生不良嗅感形成的条件， 如水解时生成大量低级脂肪酸。故实验时控制水解的时间及条件，使生成脂 肪酸在香味允许值内非常重要o 。 1 2 4 3 风味物质的特点 食品中的风味物质一般具有下列特点3 ： 1 ) 种类繁多，相互影响 形成某食品特定风味的物质，其组分一般都非常复杂，类别众多。在风味 物质的各组分之间，它们还可能会相互产生拮抗作用或协同作用。 2 ) 含量极微，效果显著 在一般的食品中，嗅感风味物质的含量都极微小，约占食品的1 0 。1 0 1 0 “。 它们在食品中所占的含量虽然很少，而产生的风味效果却十分明显。 3 ) 稳定性差，易被破坏 很多风味物质，尤其嗅感物质容易挥发，在空气中很快会自动氧化或分解， 热稳定性也差。 4 ) 风味与风味物质的分子结构缺乏普遍规律性 一般说来，食品的风味与其风味物质的分子结构都具有高度的特异性，分 子结构稍有改变，其风味即差别甚大。另一方面，某些能形成相同或相似风 味的化合物，其分子结构也缺乏明显的规律性。 除上述主要特点外，风味物质还具有易受浓度、介质等外界条件影响等特 点。风味物质大多为非营养性物质，它们虽不参与体内代谢，但能促进食欲。 7 第一章绪论 所以风味也是构成食品质量的重要标志之一。 1 2 4 4 风味物质包埋目的 1 ) 晟主要的是防止风味物质的挥发，减少风味的损失。 2 )防止风味物质与食品发生不期望的相互作用。 3 ) 使风味物质与风味物质之间的相互作用减至最小。 4 ) 防止光诱导反应或氧化反应。 5 ) 减少敏感性物质和外界环境的接触，从而防止变质和损失。 6 ) 将风味物质变为固体粉末状态，使其在食品加工或食品配方中使用更为 方便。 7 ) 制成具有双重乳状液的液态微胶囊产品，为脂肪代用品的开发提供了新 的途径。 8 ) 消除一些风味化合物对食品加工的影响。 9 )控制性释放风味物质，使风味物质具有缓释作用。 1 3 微胶囊化 1 3 1 定义 微胶囊化技术是一种利用成膜材料( 天然或合成的高分子材料) 把固体、液 体或气体物质包埋形成一种具有半透性或密封囊膜的固体微粒产品的技术， 包在内部的物质称为心材，包在外部的称为壁材。“”l 嘲。 1 3 2 发展应用及特点 微胶囊技术研究开始于二十世纪三十年代，兴起于五十年代，并在以后的 几十年里得到了迅猛的发展，而且发展速度越来越快，是2 1 世纪重点研究开 发的高新技术之一。已相继在制药、家用化学品、香料、食品、饲料添加剂、 照相器材、机械和日用化工等领域得到了广泛应用。美国在该领域起步较早， 日本在六十至七十年代也逐渐赶了上来。我国在这方面起步较晚，但近几年 发展十分迅猛。 微胶囊技术可包埋的材料是非常广泛的。在食品工业中，无论是食品添加剂，如 香精、香料、色素、调味剂、营养强化剂等，还是食品本身或组成部分都可以进行包 埋，甚至微生物也可以包埋池。微胶囊技术无疑在一些领域给食品工业带来了突破 性的发展，例如风味物质和维生素的包埋。将物料微胶囊化可以改变物料的物理性质 ( 包括颜色、形状、密度、体积和分散性等) 、化学性质、热敏性，可以最大限良地 保持原有的色香味、性能和生物活性，防止营养物质的破坏与损失；防止物料的氧化、 挥发以及同其他物料反应；可以掩盖物料的不良气味或口味；保护活| 生物质，减少d 材向环境的扩散或蒸发；可以控制物料在希望的环境和时间以一定的速度释放。 天津科技大学硕士学位论文 1 3 3 分类 食品微胶囊的制备方法可以分为三个大类，即化学方法、物理方法和物 理化学方法，其中喷雾干燥法应用最为广泛。 表卜5 微胶囊的制备方法随4 硎 类别制备方法 物理方法 化学方法 物理化学方法 喷雾干燥、喷雾冷却、喷雾冷冻、流化蹰饱趣、挤压、 多孑l 离心挤压、共结晶、冷冻干燥 分子包合( 包含复合物) 、界面聚合 凝聚( 水相分离) 、有机相分离、脂质体截留 1 3 4 喷雾干燥法微胶囊化 1 3 4 1 优点 虽然目前许多微胶囊制备技术已经发展了，但喷雾干燥法仍是国内外食品工业中 应用最为广泛、最经济的微胶囊化方法随。，在市场上占主导地位( 9 0 9 6 ) 嘲。该技 术具有如下优点： 工艺灵活成本低；可利用原有设备；产品质量好，能很好地保护核心物质： 包埋效率高；工艺成熟；适用于易挥发物质( 如风味物质，香精油，调味料 等) 。 1 3 4 2 工艺路线 传统的喷雾干燥法的工艺步骤可简单描述为：将心材物质加入壁材溶液之 中，如明胶、植物胶、改性淀粉、葡聚糖、蛋白质等，有时再加入一些乳化 剂。然后进行均质，最后将乳状液送入喷雾干燥器，制成微胶囊粉末。 水及水溶性物质1 卜一混合一乳化物质一计量泵送一喷雾干燥一产品 油及油溶性物质j 1 4 课题的题出及主要内容 1 4 1 背景 乳脂是重要的食用油脂，其世界总产量仅次于大豆油。在有些国家及地 区，它是非常重要的食用油脂。传统的乳脂来源包括牛奶，稀奶油，奶油， 无水奶油等。在这些产品中乳脂的含量从1 变化至9 9 8 。 就风味与质构而言，乳脂一直受到消费者的喜爱，但由于其相对较高含量 的饱和脂肪酸和胆固醇的存在，在过去的二十多年中，消费者对食品与健康 9 第一章绪论 的联系更为关注，引起了对乳脂的广泛批评。膳食习惯的改变减少了脂肪的 消费，引起世界范围奶油的剩余。这一趋势将继续，将会产生严重的贮藏问 题，“1 。 随着脂肪从许多消费产品中去除出来，在九十年代早期，乳脂市场价跌至 最低。随之也使乳品工业产生了对寻找乳脂其它可盈利用途的兴趣”“。 近几年来，随着我国经济的高速发展，香精行业呈现出蓬勃发展的势头。 1 9 9 5 年全国香精产量约为3 万吨，而1 9 9 8 年则跃升至5 万吨。随着市场的扩 大，香精的品种和档次也更加多样化。而乳香香精是食品和饲料工业中应用 最为广泛的香精之一，也是香精行业投资晟大、开发研究最为活跃的香精之 一。目前，乳香香精的制备大致有以下几种：单体香原料人工调配：利用相 关酶水解奶油，再经修饰调配制取奶类香精；采取天然萃取物调配花色香精 】 o 利用酶法制取的乳香香精，弥补了复合香料传统方法与人工调配的香气缺 陷，这是该类产品与普通单体香料调配制成的乳化奶香精的本质区别”。而 其原料以乳脂为主，因此也是解决乳脂过剩的一条良好途径。 1 4 2 主要研究内容 本课题的主要目的是通过对解脂假丝酵母脂肪酶水解乳脂肪水解程度的 控制，制取具有浓郁奶香味的酶解风味产物，并对该酶解产物进行喷雾干燥 法微胶囊化。 具体研究内容如下： 1 ) 对脂肪酶水解乳脂肪的工艺条件进行研究，并采用响应面分析法对实验 条件进行优化，确定其最适水解条件。 2 ) 通过对水解时间的控制，对不同阶段的水解产物进行评定；采用水蒸汽 蒸馏法、同步蒸馏法二种不周方法提取最佳水解产物中的风味物质，结合气 相色谱、气质联用技术对提取物质进行分析。 3 ) 对最佳水解产物进行喷雾干燥法微胶囊化，确定微胶囊化的工艺条件。 4 ) 对喷雾干燥后的粉末产品进行品质评定，考察其实际应用价值。 l o 天津科技大学硕士学位论文 第二章解脂假丝酵母脂肪酶水解乳脂肪的研究 2 1 前言 乳脂肪是乳品风味的重要来源，乳脂肪在良好的乳制品风味的形成中所起 的作用是其他脂肪所无法替代的“1 。由于乳脂肪是迄今为止已知的组成和结构 最复杂的脂质，乳脂的风味很难以化学方式合成“。国外以稀奶油、奶油或无 水奶油为原料，通过控制脂肪酶对乳脂肪水解程度的控制，生成奶油香味的主 要成分【4 6 】，达到酶解增香的目的，从而获得具有奶香味的最终产物，最终制取 酶法奶类香精。国内关于乳脂肪水解的报道很少，本实验首先对解脂假丝酵母 脂肪酶水解乳脂肪的工艺条件进行了研究，以使以后的制取工艺在确定的最佳 条件下进行选择。 2 2 材料与方法 2 2 1 主要材料 解脂假丝酵母脂肪酶( c a n d i d al i p o l y a c 口l i p a s e ) 无水奶油 2 2 2 主要试剂 盐酸 硫酸 氢氧化钠 氢氧化钾 乙醚 无水乙醇 碳酸钠 甲醇 甲基红 溴甲酚绿 酚酞 油酸 石油醚 豆蔻酸 硬脂酸 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 浙江海宁金潮实业有限公司 双城雀巢有限公司提供 天津市天大化工实验厂 天津化学试剂三厂 天津市天大化工实验厂 天津南开大学分校特种试剂实验厂 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市凯通化学试剂有限公司 天津市化学试剂六厂 天津市天大化工实验厂 上海崇明县裕安十六综合厂 天津化学试剂一厂 天津化学试剂一厂 天津化学试剂一厂 天津市四通化工厂 北京化工厂 天津化学试剂一厂 第一章解脂假丝酵母脂肪酶水解乳脂肪的研究 棕榈酸 磷酸氢二钠 磷酸二氢钠 无水硫酸钠 邻苯二甲酸氢钾 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 分析纯 2 2 3 主要溶液 0 5 m o i i 氢氧化钾乙醇溶液 0 5 m o l l 盐酸标准溶液 1 酚酞乙醇溶液 0 i m o l l 氢氧化钾标准溶液 0 0 2 5 m o i i 磷酸缓冲液 0 0 5 m o i 1 氢氧化钠标准溶液 2 5 聚乙烯醇橄榄油乳化液”7 1 中性乙醚：乙醇( 2 ：1 ) 混合溶剂 2 2 4 主要仪器设备 h z s h 水浴振荡器 l s y 一电热恒温水浴锅 医用低速离心机l d 5 2 a p h s j 一4 a 型p h 计 a b 2 0 4 一n 电子天平 f a 2 5 剪切乳化机 旋转薄膜蒸发器 气相色谱仪c , c 一2 0 1 0 天津市四通化工厂 天津市天大化工实验厂 天津市化学试剂六厂 北京化学试剂三厂 天津市化学试剂一厂 略尔滨市东联电子技术开发有限公司 北京医疗设备厂 北京医用离心机厂 上海精密科学仪器有限公司 梅特勒一托利多仪器( 上海) 有限公司 上海弗鲁克机电设备有限公司 上海亚荣生化仪器厂 日本岛津公司 2 2 5 实验方法 2 2 5 1 脂肪酶活力测定“” 脂肪酶溶液：称取l o o m g 酶粉，加水少许调匀成糊类，再加水至2 5 m i ，即 成稀释2 5 0 倍的酶液，使用前摇匀。 取l o o m l 三角瓶4 个，每瓶加入5 m l o 0 2 5 m o i i 磷酸缓冲液和4 m l 聚乙烯醇 橄榄油乳化液，置于4 0 。c 水浴中保温5 m i n ，然后在两个瓶中各加入i m l 酶液， 从加入酶液开始精确计算时间，继续保温1 5 m i n ，取出后立即加入9 5 z 醇1 5 m l ， 以停止酶作用，再加酚酞指示剂3 滴，用0 0 5 m o l 1 氢氧化钠滴定至溶液呈粉 红色为止。另外两个瓶子不加酶液，也继续保温1 5 分钟后，立即取出，各加入 1 5 m 1 9 5 乙醇，然后再加入i m l 酶液，作为对照。 1 2 墨里型垫查兰堡主堂垡堡三兰一 本实验规定，l m l 酶液在4 0 作用于聚乙烯醇橄榄油乳化液1 5 r a i n ，最后消 耗l m l 0 0 5 m o l 1 氢氧化钠，作为i 0 0 个活性单位。 1 9 酶粉的活性单位( u ) = ( 滴定样品所耗碱的毫升数一对照瓶毫升数) x 1 0 0 稀释倍数 2 2 5 2 水解反应 在具塞三角瓶中加入由一定量乳脂、脂肪酶和缓冲液组成的反应混合物， 在一定转速的恒温摇床上反应一段时间。 2 2 5 3 酸值( a v ) 的测定“”： 称取试样3 5 9 注入锥形瓶中，加入中性乙醚：乙醇( 2 ：1 ) 混合溶剂5 0 m l ， 摇动使试样溶解，再加入三滴酚酞指示剂，用0 i m o l lk o h 溶液滴定至出现微 红色，3 0 s 内不消失，记下消耗的碱液毫升数。 2 2 5 4 皂化价( s v ) 的测定m 1 ： 准确称取试样，注入锥形瓶中，用移液管加入0 5 t o o l 1k o h 乙醇溶液2 5 m l 及一些助沸物；连接回流冷凝管与锥形瓶，慢慢煮沸，不时摇动，维持沸腾状 态l h r 至完全皂化。加入0 5 - i m l 酚酞指示剂，趁热用o 5 m o l 1h c l 标准溶液 滴定至红色消失。同时作空白试验。 2 2 5 5 脂解率的确定： 测定反应混合物的酸值( a v ) 和皂化值( s v ) 。按下式计算脂解率： 脂解率( ) = a v s v 1 0 0 2 。2 5 。6 样品的甲酯化 甲醇一硫酸加热回流法甲酯化：取样品2 5 0 r a g ，溶于2 m l 石油醚：乙醚( 1 ： 1 ) ，置入反应瓶内，加入l m l 的l m o l l h 2 s o 。甲醇溶液。于7 0 8 0 水浴 中加热回流1 5 小时。取下冷却后，移入分液漏斗，略振摇分液漏斗进行萃取。 待液面分清后放去水层。在分液漏斗内加入蒸馏水，反复洗涤提取液直到呈中 性为止。使乙醚提取液通过无水硫酸钠滤入干净的小试管内。浓缩后用于气相 色谱分析。 2 2 5 。7 气相色谱分析条件 进样口温度：2 8 0 0 ；压力1 0 0 4 k p a ：薄膜流速：3 o m l m i n ： 柱流速：2 2 5 m l m i n ；柱温：2 1 0 ：检测器( f i d ) 温度：2 8 0 。 一 笙二童塑! ! 堡丝壁竺! ! 堕堕查坚塾! ! 堕竺堕塑 一一 2 3 结果与讨论 2 3 i 无水奶油基本指标呲1 原料无水奶油的基本指标如表2 - 1 所示。 表2 一l 无水奶油的基本指标 名称脂肪含量 f f a 游离脂肪馥p o v 过氧化值 无水奶油99800180-10 2 3 ，2 脂肪酶的主要性质嚏1 表2 2 解脂假丝酵母脂肪酶的主要性质 产品性状黄褐色粉末 底物专一性 酶活力 热稳定性 最适温度 最适p h 值 有较强的a 一位酯键专一性 5 0 0 0 单位g 干粉 4 0 以下稳定，超过5 0 将严重失活 4 0 7 0 - 7 5 注 表中数据为原料指标，酶活力指标经验证。 2 3 3 无水奶油主要脂肪酸成分分析 气相色谱法对原料无水奶油主要脂肪酸成分的分析结果如图2 - 1 所示。 j 11 u 瓜； 图2 1无水奶油甲酯化气相色谱图 图中的第一个峰为溶剂峰，随着保留时间的差异，各脂肪酸组成部分相继 分离出，与标准脂肪酸图谱对照分析，计算出原料无水奶油中主要脂肪酸相对 含量如表2 - 3 所示。 1 4 天津科技大学硕士学位论文 由表2 - 3 中可以看出，四种主要脂肪酸相对含量大小依次为硬脂酸) 棕榈 酸) 油酸) 豆蔻酸。其中硬脂酸的相对含量最高为2 8 2 5 。 2 3 4 单因素实验 2 3 4 1 加酶量对脂解率的影响 以每克乳脂肪分别加入不同量脂肪酶，在4 0 c ，1 8 0 转分钟摇床进行水解 反应，2 4 小时后测定乳脂的脂解率。结果如图2 2 所示。图2 - 2 表明，随加酶 量的增加，脂解率也随之增加，当加酶量超过2 5 0 单位克乳脂时，脂解率增加 趋势变缓，增加酶量对提高脂解率的作用不再明显。 8 0 6 0 4 0 2 0 0 2 0 03 0 04 0 05 0 0 加酶量( u g ) 加酶量对脂解率的影响 2 3 4 2 p h 值对脂解率的影响 p h 值对酶催化的反应影响很大，各种酶在一定条件下都有其最适p h 值。 本实验在不同p h 值条件下，4 0 c ，1 8 0 转分钟摇床反应测定的乳脂肪脂解率 如图2 3 所示。 由于p h 值改变底物和酶分子的带电状态，不同的p h 值影响酶催化水解反 应中酶分子中极性基团解离状态的稳定性1 ，从而影响了酶催化水解反应的速 率。由图2 3 可见，在相同实验条件下，洲值7 5 时，该脂肪酶催化水解反应 速率最高，因此反应的最适p h 值为7 5 。 一lj6一褂齄磐 m 酚 4 0 窑3 0 整2 0 婆1 0 o一圳一j l l l 图2 - 3p h 值对脂解率的影响 2 3 4 3 底物浓度对脂解率的影响 本实验在乳脂肪用量不变的情况下，通过改变缓冲液的用量来考察底物浓 度对脂解率的影响。反应后的脂解率如图2 4 所示。 6 0 5 0 霉4 0 墼3 0 鬻2 0 1 0 o l _ - i i - ， 3 3 34 05 06 06 6 77 5 底物浓度( ) 图2 4 底物浓度对脂解率的影响 由图2 4 可知，底物浓度对脂解反应的影响较大。由于脂肪酶是只能在异 相系统或不溶性系统的油水界面水解酯的酶。脂肪酶包含疏水头和亲水尾( 极 性氨基酸残基或带电荷的氨基酸残基或碳水化合物) 两部分，酶的反应部位与 疏水头不同位，但很靠近，亲水尾使酶分子在界面上的定向更为稳定，因此， 酶在油水界面上具有较大的亲和力，脂肪酶催化作用需要一定的水份( 必须水) 以维持酶分子的活性构象，这些必须水与酶分子的带电基团相互作用，使酶分 子具有一定的柔韧性而表现出催化活力。当底物浓度较低，即含水量较高时， 酶的结构“柔性”较大，趋向疏水环境中热力学稳定的状态变化，导致酶的结 构改变，脂解率不高【5 0 j ：随着底物浓度的增加，系统含水量增加，脂解率亦增 加；但当底物浓度超过5 0 时，含水量较低，酶的结构过于“刚性”，其活性 部位不能暴露而无法表现活性，同时由于高浓度底物对反应有抑制作用。1 ，脂 解率反而降低。因此，只有在最佳含水量时酶才表现出最大活力。在本实验中， 脂肪酶水解乳脂肪的最适底物浓度为5 0 。 1 6 天津科技大学硕士学位论文 2 3 4 4 温度对脂解率的影响 温度对脂解反应速度影响较大。本实验通过在不同温度3 0 。c 、3 5 。c 、4 0 6 c 、 4 5 。c 、5 0 c 的恒温摇床上，恒温反应一定时间，测定脂解率，得到反应温度与 脂解率的关系如图2 5 所示。 3 0 2 5 善2 0 整1 5 磐l o 5 0；i i i 薷h 3 03 54 04 55 0 温度( ) 图2 5 温度对脂辑率的影响 由图可见，酶促水解反应在4