甘肃农业大学：《食品加工高新技术》课程教学资源（学业论文）高新技术在食品可持续生产中的作用.pdf_大学文库

1、微胶囊技术 1.1概念微胶囊技术是一种利用成膜材料把固体、液体或气体包埋成具有功能性核壳结构包合物的技术。所制备的包合物称为微胶囊，微胶囊的粒径通常在几微米至上千微米。其中，内部被包裹的物质称作芯材，也叫客体分子，外部的包被材料称作壁材，也叫主体分子，壁材一般为天然或合成高分子材料1.多种物质可以作为芯材，利用微胶囊技术对其进行包埋，例如：脂溶性营养成分、风味物质、着色剂、农药、酶、药物、细胞、黏合剂等+。微胶囊技术已被广泛应用于食品、制药、纺织、化工等多种领域。在食品工业生产中，以保护食品成分在生产加工过程中免受外界环境如光、热、氧等的影响而发生降解、氧化以及挥发性损失等，同时还可以防止各成分发生相互作用，也能达到控制食品成分在特定的时间与位置释放的作用。该技术可以降低生产成本，增加功能成分的稳定性掩蔽不良风味，改善食品功能成分的释放性能等。 1.2制备微胶囊方法原理方法转点化原位聚合法粒径分布均匀。胶魔粒接近球形。可制备出具有自修复功距的微胶德复凝聚法无苦使用有机溶剂与化学交联剂，产率较高锐孔一凝因浴法方法易行，设各简单，成木较低法脂质体制各微胶囊材料定性好，天然无毒，生物可解物喷雾干燥操作简单，成本收低。易于现大规模工业化生产理喷雾冷冻干保适用于热敏性芯材的包埋，能较大程度防止艺材热降法流化床包衣法实用性较强，适合工业化规核生产物理相分高法装置简单，易于操作，产率较高化学溶剂蒸发法反应条件温和，无需特殊反应试剂法层层自组装法能韩在纳米尺度上对微胶囊的大小、组成、结构、形态和囊壁厚度进行调控，制各出具有多层壁 1.3应用在食品领域中，功能性成分常被用来改善食品的风味、颜色、质地、延长保质期或提升营养价值等，利用微胶囊技术对功能成分如抗氧化剂、益生菌等进行

2 1、微胶囊技术 1.1 概念微胶囊技术是一种利用成膜材料把固体、液体或气体包埋成具有功能性核壳结构包合物的技术。所制备的包合物称为微胶囊，微胶囊的粒径通常在几微米至上千微米。其中，内部被包裹的物质称作芯材，也叫客体分子，外部的包被材料称作壁材，也叫主体分子，壁材一般为天然或合成高分子材料[1—2] ，多种物质可以作为芯材，利用微胶囊技术对其进行包埋，例如：脂溶性营养成分、风味物质、着色剂、农药、酶、药物、细胞、黏合剂等 [3-4]。微胶囊技术已被广泛应用于食品、制药、纺织、化工等多种领域。在食品工业生产中，以保护食品成分在生产加工过程中免受外界环境如光、热、氧等的影响而发生降解、氧化以及挥发性损失等，同时还可以防止各成分发生相互作用，也能达到控制食品成分在特定的时间与位置释放的作用。该技术可以降低生产成本，增加功能成分的稳定性，掩蔽不良风味，改善食品功能成分的释放性能等 [5]。 1.2 制备微胶囊方法 1.3 应用在食品领域中，功能性成分常被用来改善食品的风味、颜色、质地、延长保质期或提升营养价值等，利用微胶囊技术对功能成分如抗氧化剂、益生菌等进行原理方法特点化原位聚合法粒径分布均匀，微胶囊粒接近球形，可制备出具有自修复功能的微胶囊学复凝聚法无需使用有机溶剂与化学交联剂，产率较高锐孔 - 凝固浴法方法易行，设备简单，成本较低法脂质体制备微胶囊材料稳定性好，天然无毒，生物可降解物喷雾干燥操作简单，成本较低，易于实现大规模工业化生产理喷雾冷冻干燥适用于热敏性芯材的包埋，能较大程度防止芯材热降解法流化床包衣法实用性较强，适合工业化规模生产物理相分离法装置简单，易于操作，产率较高化学溶剂蒸发法反应条件温和，无需特殊反应试剂法层层自组装法能够在纳米尺度上对微胶囊的大小、组成、结构、形态和囊壁厚度进行调控，制备出具有多层壁材

包埋，对食品的加工以及价值提升具有重要意义6。然而，大部分的功能性成分稳定性较差，在食品的生产加工、贮藏、运输、销售等过程中易受环境因素的影响而被降解破坏，而微胶囊技术正式解决这一问题的有效方式。下图部分微胶囊包埋生物活性成分在食品中的应用。食品包埋活性戒分徽胶囊制备方法壁村羟基柠控酸电雾干操乳清蛋白、麦芽期精[ 羟茫柠檬酸冷连干燥乳清蛋白、麦芽糊精[切奶酪酸钙)维生素和矿物质质体口吞鹅柠檬酸微波酪蛋白、菊粉[ 冰淇淋酚类提取物喷雾干煤麦芽糊精【] 意大利面羟基柠檬酸喷雾干樱乳清蛋白【霜防酸（亚麻籽油）喷雾干燥阿拉伯胶、麦芽期精[ 显范油脂共结品酸奶酚类提取物雾化/凝藻酸盐【4 酚英提取物喷雾干燥麦芽糊精咸大豆蛋白[】饮料姜黄素、儿茶素乳化/喷雾干燥玉米醇落蛋白食盐硫酸亚铁喷雾干慢丙二醇单硬脂酸酯锐孔一凝似溶法大豆分高蛋白/海藻酸销[1 紫苏油复凝聚海藻酸销亚麻籽油层层自组装玉米糖浆】 2、生物技术 2.1概念发酵工程、细胞工程、基因工程和酶工程是4种主要应用于食品工业中的生物技术。1、发酵工程主要是凭借现代工程技术的手段，根据微生物的特点和功能来制造其他的物质或者直接利用微生物来对食品工业生产进行调整和控制。2、细胞工程是一种采取组织和细胞培养、核质移植等方式，对细胞结构以及内含物进行调整，以求生物的结构和功能能够符合人们需求的生物技术。3、基因工程立足于分子遗传学，凭借分子生物学以及微生物学来对生物原本的特征进行改变，从而取得所需的新品种或者为新产品的制作提供助力。基因工程对食品的包装、储存、运输都有着积极的作用。4、酶工程简单来说就是在生物反应器中，使用各种酶来对物质进行催化，进而帮助物质进行转化的一项技术。 3

3 包埋，对食品的加工以及价值提升具有重要意义 [6 ]。然而，大部分的功能性成分稳定性较差，在食品的生产加工、贮藏、运输、销售等过程中易受环境因素的影响而被降解破坏，而微胶囊技术正式解决这一问题的有效方式。下图部分微胶囊包埋生物活性成分在食品中的应用。 2、生物技术 2.1 概念发酵工程、细胞工程、基因工程和酶工程是 4 种主要应用于食品工业中的生物技术。1、发酵工程主要是凭借现代工程技术的手段，根据微生物的特点和功能来制造其他的物质或者直接利用微生物来对食品工业生产进行调整和控制。2、细胞工程是一种采取组织和细胞培养、核质移植等方式，对细胞结构以及内含物进行调整，以求生物的结构和功能能够符合人们需求的生物技术。3、基因工程立足于分子遗传学，凭借分子生物学以及微生物学来对生物原本的特征进行改变，从而取得所需的新品种或者为新产品的制作提供助力。基因工程对食品的包装、储存、运输都有着积极的作用。4、酶工程简单来说就是在生物反应器中，使用各种酶来对物质进行催化，进而帮助物质进行转化的一项技术。食品包埋活性成分微胶囊制备方法壁材羟基柠檬酸喷雾干燥乳清蛋白、麦芽糊精［7］面包羟基柠檬酸冷冻干燥乳清蛋白、麦芽糊精［7］奶酪 VE、 VA、辅酶 Q10 乳液酪酸钙［8］维生素和矿物质维生素和矿物质脂质体脂质体［9］口香糖柠檬酸微波酪蛋白、菊粉［10］冰淇淋酚类提取物喷雾干燥麦芽糊精［11］意大利面羟基柠檬酸喷雾干燥乳清蛋白［12］汤脂肪酸（亚麻籽油）喷雾干燥阿拉伯胶、麦芽糊精［13］茶豆蔻油脂共结晶蔗糖［14］酸奶酚类提取物雾化 / 凝固藻酸盐［14］酚类提取物喷雾干燥麦芽糊精或大豆蛋白［15］饮料姜黄素、儿茶素乳化 / 喷雾干燥玉米醇溶蛋白食盐硫酸亚铁喷雾干燥丙二醇单硬脂酸酯油脂鱼油锐孔 - 凝固浴法大豆分离蛋白 / 海藻酸钠［16］紫苏油复凝聚法海藻酸钠［17］亚麻籽油层层自组装玉米糖浆［18］

2.2应用生物技术应用于食品加工不仅能够促进食品加工技术的创新，推动产业的优化和升级，而且能够增加附加值，避免浪费。无论是发酵工程、细胞工程、基因工程，还是酶工程，都对食品加工起着推动作用。 2.2.1在食品检测中的应用生物技术在食品监测中的应用涵盖了食品监测的多个方面，尤其是食品安全监测。“三聚氰胺”、“疯牛病”等安全事件的发生在给人们带来严重的伤害和损失的同时，也提高了人们对生物技术在食品安全监测中应用的重视程度。为了确保身体健康，提高食品的安全性，可以对蔬菜使用免疫分析法、生物传感器、生物分析技术以及生物芯片技术来对农药的残留进行控制和测量。而PCR技术的应用也能够最大程度地提高食品中细菌和病毒等污染的发现几率 2.2.2在食品包装中的应用在食品工业中，食品包装的作用是不容忽视的，其不仅可以保护食品不受污染，作为食品的盛器，而且还可以保持食品的卫生质量和感官质量。同时，食品包装还能够为用户提供所需要的产品信息。如今，随着我国食品工业的发展，在工艺、原材料、辅料方面都对食品包装提出了全新的要求和标准。由于生物技术具有多方面的优势，因此在食品包装中得到了广泛的应用。目前，在保鲜与防腐包装食品毒理检测、绿色包装、包装食品品质改良等方面生物技术起到了至关重要的作用。如今，日本已经研发出一种能够在热水中顺利溶解的食品包装材料，其不仅具备可食性，而且还能够实现生物分解，有效地解决了环境污染问题。同时，巴西已经成功研发出新型的能够有效抵抗微生物的防腐食品包装塑料，其可以定期向食品中释放一定量的防腐剂，以达到避免食物腐蚀的效果。加拿大科学家经过一系列的研究成功得到一种可以对有害菌数量进行反映的食品包装袋，其采用了标准的聚乙烯材料制成，将特定的抗体放置于内表面上并将一层凝胶涂至抗体层上，凝胶是包含了大量小孔的塑料包装纸，其可以实现与食品的直接接触这种新型包装袋可以准确的检测出沙门氏菌、大肠杆菌O157、弯曲杆菌和罗氏

4 2.2 应用生物技术应用于食品加工不仅能够促进食品加工技术的创新，推动产业的优化和升级，而且能够增加附加值，避免浪费。无论是发酵工程、细胞工程、基因工程，还是酶工程，都对食品加工起着推动作用。 2.2.1 在食品检测中的应用生物技术在食品监测中的应用涵盖了食品监测的多个方面，尤其是食品安全监测。“三聚氰胺”、“疯牛病”等安全事件的发生在给人们带来严重的伤害和损失的同时，也提高了人们对生物技术在食品安全监测中应用的重视程度。为了确保身体健康，提高食品的安全性，可以对蔬菜使用免疫分析法、生物传感器、生物分析技术以及生物芯片技术来对农药的残留进行控制和测量。而 PCR 技术的应用也能够最大程度地提高食品中细菌和病毒等污染的发现几率。 2.2.2 在食品包装中的应用在食品工业中，食品包装的作用是不容忽视的，其不仅可以保护食品不受污染，作为食品的盛器，而且还可以保持食品的卫生质量和感官质量。同时，食品包装还能够为用户提供所需要的产品信息。如今，随着我国食品工业的发展，在工艺、原材料、辅料方面都对食品包装提出了全新的要求和标准。由于生物技术具有多方面的优势，因此在食品包装中得到了广泛的应用。目前，在保鲜与防腐、包装食品毒理检测、绿色包装、包装食品品质改良等方面生物技术起到了至关重要的作用。如今，日本已经研发出一种能够在热水中顺利溶解的食品包装材料，其不仅具备可食性，而且还能够实现生物分解，有效地解决了环境污染问题。同时，巴西已经成功研发出新型的能够有效抵抗微生物的防腐食品包装塑料，其可以定期向食品中释放一定量的防腐剂，以达到避免食物腐蚀的效果。加拿大科学家经过一系列的研究成功得到一种可以对有害菌数量进行反映的食品包装袋，其采用了标准的聚乙烯材料制成，将特定的抗体放置于内表面上并将一层凝胶涂至抗体层上，凝胶是包含了大量小孔的塑料包装纸，其可以实现与食品的直接接触，这种新型包装袋可以准确的检测出沙门氏菌、大肠杆菌 O157、弯曲杆菌和罗氏

杆菌等4种有害菌。 2.2.3应用前景展望 (1)用生物法来取代化学合成的食品添加剂，并需要对香精香料、天然色素、保鲜剂、防腐剂等进行进一步的研发；(2)加大对功能性食品添加剂的研发力度，如具有延缓衰老、耐缺氧、抗辐射、免疫调节、调节血脂、抗疲劳、调整肠胃功能等：(3)开发微生物保健食品：(4)开发某些虫类高蛋白食品。 3、3D打印技术 3.1概念 3D打印(3 Dprinting)技术是20世纪80年代诞生的一项革命性技术，目前3D打印技术正处于蓬勃发展时期。3D打印技术以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，利用激光束、电子束等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结、最终叠加成形制造出实体产品9]。3D打印技术起源于18世纪西欧的雕塑艺术，最早由美国麻省理工学院发明20！。20世纪末到21世纪初是3D打印技术蓬勃发展的重要时期2，这一时期科学家发明了立体光固化成型技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结技术等多种3D打印技术，并且诞生了多家3D打印设备制造企业，包括3 D Systems公司、Stratasys公司和Z Corporation公司等。随着打印材料不断取得突破，技术不断成熟，近年来3D打印已被成功应用到国防、航空航天、汽车、工业设计、生物医学等众多领域，并取得了很多突破性进展2。 3D打印而成的汽车、飞机、人工颚骨、火箭引擎喷嘴等物件相继问世23！。近年来，3D打印技术已经开始逐步从高、精、尖的工业制造开始渗透到我们日常生活的方方面面。2011年6月，全球第一款3D打印的泳衣问世。2013年3月，美国运动品牌New Balance推出了一款专用于赛道的跑鞋，该跑鞋使用3D打印技术来定制鞋底板。特别是2011年7月，英国研究人员开发出世界上第一台3D 巧克力打印机，这也预示着3D打印食品成为现实。 5

5 杆菌等 4 种有害菌。 2.2.3 应用前景展望 (1)用生物法来取代化学合成的食品添加剂，并需要对香精香料、天然色素、保鲜剂、防腐剂等进行进一步的研发；（2）加大对功能性食品添加剂的研发力度，如具有延缓衰老、耐缺氧、抗辐射、免疫调节、调节血脂、抗疲劳、调整肠胃功能等；（3）开发微生物保健食品；（4）开发某些虫类高蛋白食品。 3、3D 打印技术 3.1 概念 3D 打印( 3D printing) 技术是 20 世纪 80 年代诞生的一项革命性技术，目前 3D 打印技术正处于蓬勃发展时期。3D 打印技术以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，利用激光束、电子束等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结、最终叠加成形，制造出实体产品［19］。3D 打印技术起源于 18 世纪西欧的雕塑艺术，最早由美国麻省理工学院发明［20］。20 世纪末到 21 世纪初是 3D 打印技术蓬勃发展的重要时期［21］，这一时期科学家发明了立体光固化成型技术、熔融沉积成型技术、选择性激光烧结技术等多种 3D 打印技术，并且诞生了多家 3D 打印设备制造企业，包括 3D Systems 公司、Stratasys 公司和 Z Corporation 公司等。随着打印材料不断取得突破，技术不断成熟，近年来 3D 打印已被成功应用到国防、航空航天、汽车、工业设计、生物医学等众多领域，并取得了很多突破性进展［22］。 3D 打印而成的汽车、飞机、人工颚骨、火箭引擎喷嘴等物件相继问世［23］。近年来，3D 打印技术已经开始逐步从高、精、尖的工业制造开始渗透到我们日常生活的方方面面。2011 年 6 月，全球第一款 3D 打印的泳衣问世。2013 年 3 月，美国运动品牌 New Balance 推出了一款专用于赛道的跑鞋，该跑鞋使用 3D 打印技术来定制鞋底板。特别是 2011 年 7 月，英国研究人员开发出世界上第一台 3D 巧克力打印机，这也预示着 3D 打印食品成为现实

3.2前景和应用国外3D打印技术应用于食品加工业的研究己经取得了一些成果，主要方向还是着重在开发新的食物来源、均衡的营养饮食、航天食品以及个性化食品等方面。欧美国家有专业的研究团队和明确的研究目标，形成了自己的专利技术，并且已有成品设备在出售：西班牙的“Foodini"”食物打印机已经接受预定：英国科学家们经过欧盟和世界粮食组织同意，开发了一种方法可以把食用昆虫转换成面粉，再通过3D食物打印机打印出来。这个项目被称为“昆虫焗”，所制作出来的昆虫面粉富含蛋白质和矿物质，可以和奶油、奶酪、巧克力或香料混合打印成面包等其他食物，而且经过加工的昆虫食品并没有虫子外观，人们更容易入：美国国家航空航天局开发出了一种可打印出“匹萨”、营养面糊及各种其他食品 3D食品打印机，特供字航员在空间使用：北美最大的巧克力制造商Hershey和 3D打印公司(3 DSystem)达成了合作开发协议，双方将共同探索和开发使用3D 打印技术来生产可食用食品，包括糖果和点心。荷兰应用科学研究院研发的3D 食品打印机，通过在电脑里预存100多种立体图形，从而可以打印出上百种形状的立体小点心。我国食品加工业正处于高速发展时期，在科技创新发展战略的驱动下传统食品加工技术必然迎来革命性的变革。3D打印技术是目前一项前沿的制造技术，将3D打印技术用于食品加工制造中也必将有助于推动食品行业的发展，为食品生产加工开辟一条新的道路。但目前而言3D食品打印技术与传统食品加工将会是一个互补的关系，而非完全替代，在一些方面能够弥补传统加工技术的不足，但3D打印要成为食品加工的主流技术仍任重而道远。未来需要进一步加强3D 打印技术和食品领域的融合，特别是经过普及宣传使越来越多的人接受3D打印食品

6 3.2 前景和应用国外 3D 打印技术应用于食品加工业的研究已经取得了一些成果，主要方向还是着重在开发新的食物来源、均衡的营养饮食、航天食品以及个性化食品等方面。欧美国家有专业的研究团队和明确的研究目标，形成了自己的专利技术，并且已有成品设备在出售; 西班牙的“Foodini”食物打印机已经接受预定; 英国科学家们经过欧盟和世界粮食组织同意，开发了一种方法可以把食用昆虫转换成面粉，再通过 3D 食物打印机打印出来。这个项目被称为“昆虫焗”，所制作出来的昆虫面粉富含蛋白质和矿物质，可以和奶油、奶酪、巧克力或香料混合打印成面包等其他食物，而且经过加工的昆虫食品并没有虫子外观，人们更容易入；美国国家航空航天局开发出了一种可打印出“匹萨”、营养面糊及各种其他食品 3D 食品打印机，特供宇航员在空间使用；北美最大的巧克力制造商 Hershey 和 3D 打印公司( 3DSystem)达成了合作开发协议，双方将共同探索和开发使用 3D 打印技术来生产可食用食品，包括糖果和点心。荷兰应用科学研究院研发的 3D 食品打印机，通过在电脑里预存 100 多种立体图形，从而可以打印出上百种形状的立体小点心。我国食品加工业正处于高速发展时期，在科技创新发展战略的驱动下传统食品加工技术必然迎来革命性的变革。3D 打印技术是目前一项前沿的制造技术，将 3D 打印技术用于食品加工制造中也必将有助于推动食品行业的发展，为食品生产加工开辟一条新的道路。但目前而言 3D 食品打印技术与传统食品加工将会是一个互补的关系，而非完全替代，在一些方面能够弥补传统加工技术的不足，但 3D 打印要成为食品加工的主流技术仍任重而道远。未来需要进一步加强 3D 打印技术和食品领域的融合，特别是经过普及宣传使越来越多的人接受 3D 打印食品