斡旋流体技术在功能食品包埋及可降解食品包装膜的应用研究

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斡旋流体仪(Vortex fluidic device,VFD)作为一种新型处理仪器,近些年来,在医药、化学等领域的相关研究取得了显著成果,但其在食品领域的应用研究却鲜见报道。在食品研究领域中,微胶囊、凝胶输送载体以及用于食品包装的生物可降解膜一直是人们的研究热点,它们的加工过程中不可避免地要使用到传统设备进行材料处理,但传统食品加工设备如高压均质机,由于成本高、水电消耗大、维护费用高等因素,限制了其在食品企业的大规模推广使用。VFD作为新型处理仪器,将为食品加工领域注入新鲜活力。本文采用VFD制备了微胶囊、凝胶输送载体以及食品包装薄膜,优化其加工工艺,探讨VFD对制备微胶囊、凝胶输送载体以及食品包装薄膜的作用机理。并以传统处理方式(均质机、高压灭菌锅)作为对照,对微胶囊、凝胶输送载体以及食品包装膜的物理化学特性进行比较,全面评估由斡旋流体技术制备的微胶囊、凝胶输送载体以及食品包装膜的应用潜力。主要研究结果如下:(1)以Tween20为壁材,采用VFD加工制备鱼油微胶囊,对其加工工艺进行优化。采用稳定性、粒径、光学显微镜、气相色谱仪等指标和仪器研究其物化特性。结果表明,包埋鱼油的最佳工艺条件为:转速9000 rpm,流量0.3 m L/min;芯壁比为1:1(w:w),溶液p H值为7;与均质处理相比,VFD加工使鱼油微胶囊乳液的平均粒径由362±15 nm变为79.9±9 nm,乳液稳定指数由72%上升到96%。对VFD制备的鱼油微胶囊进行了不饱和脂肪酸含量分析,发现储存14天后不饱和脂肪酸的含量基本没有发生变化;体外模拟消化实验发现,VFD制备的鱼油微胶囊在肠道中游离脂肪酸的累计释放率为44.3%,显著高于未包封鱼油的释放率。(2)以明胶和葡聚糖为原料,采用VFD加工制备凝胶输送载体,对其加工工艺进行优化。以均质处理的凝胶作为对照组,通过粘度计、红外光谱(FTIR)、氮气吸附脱附(BET)、电子扫描显微镜(SEM)等对其粘度、比表面积、形貌以及对营养素(矿物质和维生素)的包埋能力等进行表征与比较,评价VFD在加工凝胶输送载体的应用潜力。结果表明,VFD制备凝胶的最佳工艺条件为:转速8000 rpm,流量0.1 m L/min,制备的凝胶载体粒径范围在10-200 nm。与对照组相比,VFD制备的凝胶其粘度、比表面积和孔隙体积均更为优秀。通过SEM观察到,VFD制备的样品形成规则的网状结构,冻干之后有明显的孔洞,适合作为载体输送营养物质,而均质法制备的样品没有规则的结构。通过FTIR、BET分析发现,VFD处理没有使明胶和葡聚糖发生额外的化学作用,结构反而更加稳定。通过定量分析发现VFD制备的凝胶具有优异的维生素和矿物质包封能力。(3)以琼脂、海藻酸钠、甘油为原料,用VFD加工制备可降解的食品包装膜,对其加工工艺进行优化。以高压灭菌锅加工制备的食品薄膜作为对照,采用SEM、FTIR、原子力显微镜(AFM)、接触角、以及生物降解实验等对其特性进行表征与比较,评估VFD在加工可降解食品包装膜方面的应用潜力。结果表明,VFD加工食品薄膜的最佳条件为:转速7000 rpm、流量0.3 m L/min。在此条件下,通过机械性能分析发现VFD生产的薄膜延展性得到提高,具有可延伸且不易断裂的特性。SEM和AFM分析发现VFD制备的薄膜表面更加光滑,边缘整齐且无空隙。接触角实验证明VFD处理提高了薄膜的疏水性。土壤埋藏实验发现VFD制备的薄膜在第六天实现了完全降解。
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