增强胶囊化橙油的保质期和风味:使用领先用户流程开发的微胶囊化处理技术的案例研究
FONA公司的微胶囊技术核心专利
研究发现，一种新的微胶囊处理技术可以显著提高抗氧化能力，同时显著增加低分子量挥发性有机化合物的保留量。这种正在申请专利的工艺(FONATech清洁风味技术，或CFT)，使用领先用户工艺开发，松散地基于当代喷雾干燥技术。本研究的目的是确定和验证这一新工艺技术的性能。本文的数据详细说明了CFT微胶囊橙油与相同的油和载体系统的典型喷雾干燥之间的显著差异。
分析包括确定柠檬烯的剩余水平以及产生的异味成分(即柠檬烯环氧化合物、香芹酮)。这是通过溶剂萃取制备，然后在气相色谱仪上分离完成的。定量测定利用了内部标准和检测器响应的校正因子。结果在T-1中报道。
目前使用CFT技术的风味家族包括柑橘，异域风味，薄荷，水果和某些风味应用。这项技术的未来工作包括功能成分和热不稳定成分的检测，这些成分可以从微胶囊化过程中受益。
麦考密克以7.1亿美元收购FONAInternational
麦考密克正在加强其在清洁和天然香料保健应用领域的地位
2021年1月05日消息——全球香料和调味品生产商麦考密克公司收购了FONA国际公司100%的股份，FONA国际是一家独立的香料制造商，专注于食品、饮料和营养市场的营养和天然产品。麦考密克的清洁和天然风味平台的加强与FONA的主要天然产品组合。特别是，此次收购有望加强麦考密克在健康和性能营养应用领域的领导地位。麦考密克董事长、总裁兼首席执行官劳伦斯库尔兹乌斯表示:“FONA的产品组合与麦考密克是高度互补的，将为我们的客户提供更加全面的产品，以满足日益增长的对清洁、美味的饮食和营养体验的需求。”麦考密克以7.1亿美元现金收购了该业务，并预计该交易对2021年调整后的每股收益保持中性，并在2022年实现增长，不包括交易和整合成本。FONA的年销售额约为1.14亿美元，预计将以中位数至高的速度增长。库尔兹尤斯说:“这次收购加速了我们的投资组合向附加值更高、技术绝缘更强的产品的战略转移，因此预计将提高毛利率。”
携手促进健康
库兹尤斯解释说，麦考密克有通过收购创造价值的历史。“我们相信，这是一个伟大的战略契合，我们的愿景是成为领先的风味公司。”通过整合产品组合和基础设施，麦考密克增加了生产能力，扩大了规模，并有望加快其全球口味的增长。此次收购还将增加FONA专有的封装方法，增强麦考密克的创新能力和技术平台。FONA经验丰富的研发团队还将为各种应用带来调味保健和性能营养产品的专业知识。FONA国际创始人、首席执行官兼主席JosephSlawek表示:“我们相信，麦考密克将通过继续在增长计划、能力和人员方面进行投资，进一步推动FONA的前进势头。”“在麦考密克的推动下，FONA的成功将会加速。反过来，FONA将成为推进麦考密克全球口味领导地位的关键驱动力。”Slawek补充道。
FONAFlavorUniversity
建立品牌
FONA是麦考密克计划保留的知名品牌。库尔兹尤斯指出:“FONA在市场上非常有名，部分原因在于其强大的客户互动平台、优秀的员工以及对未来的投资，这些都推动了FONA及其客户的增长。”他断言:“FONA将成为麦考密克风味平台在美洲加速发展的基石。”通过此次收购，麦考密克的定位是扩大客户基础，通过交叉销售深化现有客户关系，并在推动创新的同时开拓新客户。
风味包埋：科学与艺术的融合
多种包埋工艺可用于传递和控制风味在食品系统中的释放。以下是它们的工作原理。
风味包埋是用于以标准化、功能性形式传递液体风味的各种过程的总称。包埋香精的好处有很多:将液体香精转换为容易使用的粉末，保护特定的香精或关键的香精成分不受变化，在成品中保留更多的风味，提供视觉上独特的香味颗粒，在某些情况下，在产品应用程序中提供受控释放功能。
特定包埋策略的选择、开发和实现对最终用户来说通常是盲盒。包埋商使用的技术策略在很大程度上是基于包埋商之前的经验、技术深度、专有知识、工艺系统的可用性和可扩展性，以及匹配最佳系统的能力。
用于香料包埋的制造工艺，通常默认成为以名称描述，包括喷雾干燥、熔体挤压、熔体注射(“硬膜”工艺)、喷雾冷却(脂质包埋)、脂质包覆、脂质体形成、复合凝聚、吸收(喷涂)、吸附、络合和共结晶。虽然已经评价了大量的方法和过程，但只有少数最终用于商业系统。表1列出了许多这种风味包埋技术、它们的相对商业用途以及每种技术的关键物理状态。
关键参数
在评估任何风味包埋系统的关键参数时，必须考虑风味和物质状态的作用，而不是独立地，而是作为一个互动的、集成的系统，与过程相结合。
风味物质
助溶剂的选择也会极大地影响后续操作。丙二醇和乙醇是亲水溶剂，用于水果香精，水果香精由低分子量酯、醛和醇组成，而分馏椰子油或中链甘油三酯用于疏水香精。包埋专家认识到一些香料化学品，例如，如果乳剂是胶囊化过程中的中间体，则二乙酰基(黄油味)、丁酸乙酯(水果味)和丁酸(奶酪味)会分成水相和脂相。
任何生成包埋风味的过程都必须满足特定的要求。首先，很明显，是在保持原有风味的同时高产出原料。此外，工艺经济学不得大大增加产品的最终成本超过可比的竞争产品。包埋材料的物理性能根据颗粒大小、自由流动和不结块的特性以及玻璃态的形成(在适用的情况下)进行优化。只有在新开发的技术首次使用时才考虑商业化问题。其他影响因素包括监管约束、成分的可获得性、使用新的独特成分、成分功能一致性以及使用溶剂或化学试剂。
玻璃态
表1中列出的前三种包埋系统占商业包埋风味剂的90-95%；这些包埋的风味剂被发现均首选玻璃态。玻璃态在食品系统中的作用已成为食品工业日益重要的主题。Levine和Slade(1988、1991)以及Levine(2002)的开创性工作表明，玻璃态是粉末稳定性、风味包埋和食品质地等多种特性的关键物理化学基础。
埃利奥特(1994)对玻璃态的定义如下:“玻璃态(或同义词，玻璃)材料是一种非晶固体，表现出玻璃化过渡的状态。(因此，根据这个定义，所有的玻璃都是非晶的，但并不是所有的非晶固体都一定是玻璃的。)玻璃化转变(作为温度的函数)要么通过广泛的热力学性质(如体积或熵)的斜率变化，要么等价地作为导数的不连续(如比热或热膨胀率)。”
要生成以碳水化合物为基础的玻璃态，原始材料必须首先被置于中间各向同性状态(通过溶于水或融化)，并迅速冷却/干燥，以产生低水分的固体。玻璃态是过程和最终组成的反映。
玻璃态和玻璃化转变温度最容易用热分析方法测定。差热容ΔCp可以很容易地通过差示扫描量热法(DSC)或调制差示扫描量热法(MDSC)得到ΔCp，单位为焦耳/(g-°K)。玻璃化转变温度Tg一般是指非晶固体从玻璃化非晶状态转变为橡胶非晶状态的中间点的温度。
水溶性风味成分可以在碳水化合物玻璃态中溶解。复杂的亲脂味分子以液滴形式分散在玻璃基质中被包埋。这些液滴可以继续表现出原始脂质风味的反应性(酯化、异构化、氧化等)，但玻璃基质的扩散屏障特性保护它们免受额外的氧化。
包埋系统
包埋系统有六种主要类型:
1、喷雾干燥
该工艺(图1)仍然是微胶囊领域的主导工艺技术。工程工艺和各种烘干机配置的基础知识可以在马斯特斯(1979)中找到。这个过程从形成水载相开始。香精，在大多数情况下是脂类共溶剂中的油溶性香精，在水载体相中乳化，并由雾化头送入干燥室的热风静压室，颗粒立即被加热。在液滴表面形成的薄膜阻碍了香味分子的扩散，同时允许水分子迅速扩散并迁移到液滴表面和蒸发。通过控制进风温度、乳化液进料量和蒸发冷却，液滴温度不应超过100°C。干燥的颗粒以某种方式被去除，以防止它们过热和“灼热”。一般情况下，喷雾干燥得到的香精包覆颗粒的粒径为10-150微米。
理想的喷雾干燥载体的要求包括溶解度高，在35-45%的溶液固体范围内的粘度有限，乳化性能，良好的干燥性能，无吸湿性，淡味，无反应性，和低成本。改性淀粉，也被称为OSA淀粉(辛烯基琥珀酸酐取代淀粉)，被广泛使用。
第一代淀粉是通过在酸酐上喷洒，然后在加热室中酯化和糊化淀粉粒制备而成。结果得到了一种棕褐色、改性、糊化的淀粉，具有优良的乳化性能和良好的溶解粘度。一个不良的性质是存在一个可嗅闻的“纸板”不良风味。
第二代OSA淀粉正在取代原来的OSA淀粉。这些新淀粉利用酸或酶将淀粉分解成可溶的低聚物，然后衍生。这些新产品是白色的，非常淡而无味，它们保持了同等良好的乳化和干燥性能。
麦芽糊精是温和、廉价、高可溶性、低粘度的载体。这些通过水解淀粉制备的低聚物不具有乳化性能，更可能与OSA淀粉或阿拉伯胶一起使用，作为降低成本的稀释剂。
所有的食品聚合物载体都可以干燥成玻璃态。然而，为了改善喷雾干燥产品的玻璃态特性，建议添加低分子量的碳水化合物，如糖、玉米糖浆固体和多元醇，占总载体配方的10-35%。这种结合会影响分子的堆积，从而增加粒子密度，提高玻璃态的“玻璃化度”。
熔融挤压
熔融挤出工艺(图2)利用同向旋转的双螺杆挤出机熔化碳水化合物载体，最终通过模具在压力下排出，形成不同尺寸的薄片状、绳索状或螺纹状。为了优化运行条件和产品性能，需要使用特定的螺杆配置和对系统的其他专有修改(Zasypkin和Porzio,2004)。快速冷却的挤出物质到玻璃态允许过程是连续的，因为玻璃基质是输送，研磨，筛选，并包装的最适合的形式。在挤出机的进料区添加少量的增塑剂水，必须与降低Tg的效果相平衡，以确保产品的最终Tg为>30°C。包埋香精可以在挤出机的进料口添加，也可以使用专门的泵系统将香精添加到最后区域的熔融物中。一些熔融挤压包埋风味系统是麦考密克(McCormick)公司的FlavorCellTM(Popplewell等人,1995)和IFF的Caplock。最近大多数熔化挤压载体成分专利由McCormick&Co.持有(Blacketal.，1998;Fulger和Popplewell,1997,1998,1999;Popplewell等人，2002;Porzio和Popplewell,1997,1999,2000,2001,2002,2003)。
熔融挤压玻璃态包埋产品的特殊优势是能够提供更大的视觉冲击的产品风味颗粒。例如，有色和调味颗粒已被用于硬糖果和个人护理片(Popplewelletal.，1995)。此外，较大的香味颗粒可以缓慢溶解，在特定的烘焙混合物、面糊和油炸半成品中显示出一些保护和控制释放的特性。在较大颗粒中使用特定的、分子量较高的食品聚合物在选定的产品应用中具有延长风味保护的特性(并表现出一些控释)。
熔体注射
这个过程，通常被称为“Durarome”过程后的产品的商标名称，包括制作糖浆(或糖-玉米糖浆-固体糖浆)和煮沸大量的剩余的水。将香精油加入热融化的糖中，关闭压力容器，采用高剪切混合使香精油乳化。该容器被加压，热糖乳液通过细孔排出到冷却的溶剂浴中。溶剂，几乎完全是异丙醇，同时冷却和使糖链脱水。从冷却浴中过滤玻璃态棒状物后，必须除去游离溶剂并去除残留溶剂。该产品为不含表面油的细螺纹状外观。当柑橘油被包埋时，这种特性尤为重要。表面油柠檬素(柑橘油中的主要萜烯)氧化为环氧柠檬素是非常迅速的，可以导致产生一个明显的令人不可接受的味道。
尽管所有关于熔体注射的工艺和载体成分的专利都已经过期，并且处于公共领域，现在只有一两个风味公司使用这个工艺。该技术的主要问题是需要较大的启动资金成本，处理溶剂的环境和安全问题，糖基质的吸水性，以及批量处理的效率低下。然而，这些微胶囊风味剂在速溶饮料混合物中的早期成功确立了该产品的行业标准，它仍然是一项具有商业价值的项目。
复合凝聚
这种包埋系统是基于两种相互作用的水溶性聚合物溶液的可控逐步析出，从而在脂滴周围形成混合聚合物凝聚膜。它在20世纪50年代由国家收银机公司开发，是无碳复印纸的基础。由于许多水溶性香精和界面活性香精成分可以抑制脂-水界面的凝聚润湿和包覆动力学，因此在食品工业中的应用会受到限制。
成功的凝聚过程需要仔细控制和调整pH值、温度和聚合物浓度。食品法规限制戊二醛作为阿拉伯胶-明胶凝聚对的交联剂的使用(FDA,2003)。采用转氨酶交联蛋白质组分的一种新的非化学方法可能为食品加工工业的使用开辟了新的选择。目前，只有一家主要香精厂家生产复合凝聚胶囊香精产品。
脂质包埋
目前，商业化的脂质胶囊化材料有三种形式。在第一种方法中，制备一个熔融的脂质风味系统，雾化成细小的液滴进入一个冷却的大气室，固化，并作为细小的颗粒回收。这种脂质包封过程被称为“喷雾冷却”，在这里为什么选用脂质是可以被理解的。另一种方法是将风味溶解在熔融的脂质中，并将其凝固在冷却鼓表面。得到的固体是较大的片状。这两个过程都依赖于选择合适的脂肪和油脂，以在室温下生成首选的甘油三酯多形态形式的固体，并具有所需的熔解特性。
另一个过程需要用脂质涂层来保护固体食物。颗粒如结晶酸、盐、矿物质或维生素被包裹以确保免受潮湿或在特定温度下的热释放。这些固体颗粒涂有最低水平的熔融脂质，以确保机械稳定，连续覆盖。涂覆过程很可能在流化床系统中完成。
β-环糊精络合
特定风味分子与β-环糊精(一种7元环葡聚糖低聚物，也被称为Schardinger糊精)形成的1:1晶体分子复合物(图3)是基于大小形状的分子相互作用。β-环糊精分子可以想象为具有疏水内腔的甜甜圈状分子。该环具有适当的尺寸，以形成一个复杂的特定有机味道分子。香味剂具有线性的几何形状和合适的分子尺寸，可以装入腔内，形成分子复合物，从而改变香味剂的整体溶解度，促进溶液结晶。这个综合体被形容为“甜甜圈里的手指”。
关键的分子几何要求可以导致从构成香油或提取物的复杂混合物的选择性络合。环糊精和香精分子的分子量确定了香精复合物中香精组分的重量上限为10-11%。复合物的制备需要加热水溶液以增加β-环糊精的溶解度，然后加入和混合香料，保持和冷却形成复合物，然后过滤和干燥。
异硫氰酸烯丙基，在芥末油、芥末和新鲜辣根中发现的热原理，是β-环糊精包封的理想风味分子。它是一种低分子量的线性分子，在室温下液态表现出显著的挥发性和化学反应性。分子可以发生显著的变化，包括异构化、氧化和聚合在整齐(纯液体)状态。(它也是一种强效催泪剂，可归类为化学战剂)。烯丙基异硫氰酸酯-β-环糊精复合物的形成产生一种稳定的结晶粉末，只在有水分的情况下释放异硫氰酸酯。最近，γ-环糊精已经自我认证为普遍认可的安全物质(GRAS)，而α-环糊精也计划在不久的将来进行认证(Reusher,2003)。
控制释放和风味传递
与包埋风味有关的受控释放一词有多种解释，因为有不同的应用。在一个简单的例子中，一种用于调味料的喷雾干燥调味品(涂在零食上)被食用时，会显示出受控释放。在更复杂的食品系统中，受控释放可以是指在烘焙过程中释放，而不是消费者在最初准备蛋糕粉时释放。在更复杂的产品使用中，受控释放可能意味着速溶咖啡产品中极易挥发的味道在容器的多次开口中反复释放(Zelleretal.，1987)。
在极端情况下，风味公司可能偶尔会从麦片制造商那里收到一种胶囊风味，可以添加到麦片基底中，在麦片加工过程中保留风味，然后通过碗中的牛奶释放出来。如果产品是膨化谷物，被包埋的风味必须经过谷物烹饪/挤压(水分、机械和热压力)、制粒(加热、干燥)和喷丸(严重加热、蒸汽)等步骤。显然，这种控制释放的程度超出了香料行业目前的能力。更实际的做法是让制造商在整个过程的最后添加香精。胶囊风味的传递和受控释放总是由食品的制备和最终状态所涉及的环境决定的。
未来机会
对新型风味传递工具、改进的口感产品和更划算技术的需求将继续挑战大型风味公司和专业包埋公司。由制药行业开发的大量复杂的控释技术不太可能轻易地转移到食品行业。这两个工业在管制和功能要求以及成本效益经济学方面的关键差异将使技术转让保持在最低限度。
食品工业必须利用材料科学、高分子科学、物理化学(相图、吸附动力学、界面和胶体化学、玻璃态)、感官、风味化学(分离、表征、合成、化合和反应风味)和工艺工程等领域日益成熟的技术作为新的包埋机会的起点。这些机会可能包括诸如联用技术、多路径系统、纳米技术以及香味增强技术与香味包埋系统的融合等新方法。
联用技术是两种包埋技术的结合，以增强各自的优势。这些联用体系可能包括喷雾干燥-熔体挤出、喷雾干燥-脂质体、复合凝聚-喷雾干燥、脂肪包覆-挤出、喷雾冷冻-油包水微乳液、熔体挤出-β-环糊精、络合物等。
使用联用技术的一个关键是双重处理所需的收益与成本的问题。作业成本法(ABC)，财务控制代理人的新信仰，倾向于反对这些更新的包埋系统。
一个有趣的混合包埋技术的例子是发现了凝聚-喷雾干燥系统。图4显示了该过程中的中间体-多相乳液，包括香油、富含聚合物的凝聚相和第二不相混溶的水相无聚合物相。整个分散体系加入额外的载体溶质，然后喷雾干燥。
多路径工艺是通过单独加工选定的组件来优化喷雾干燥香料的备选方案。在正常情况下，为包埋提供完整形式的风味。在复合香料的特定情况下，可将高挥发性成分分离并使用选择性匹配的载体喷雾干燥。例如，新鲜的葱、蔬菜和水果口味中含有大量添加的挥发性前调，乙醛。喷雾干燥可以将这种被隔离的乙醛更适合应用于非乳化，中性，高溶解性的固体水溶性载体中，在喷雾干燥后产生最佳的玻璃态形式。许多系统已经针对这个目标(Porzio,2003)进行了尝试。这种挥发性和具有潜在爆炸性的化学蒸汽确实会引起过程安全问题。成功地将乙醛封装成玻璃状态后，可以将固体形式的乙醛添加回原始的，改性包埋香精，以匹配最终香精配方中的等效百分比。
纳米颗粒技术是亚微米级颗粒独特特性的总称。在风味传递中，这些颗粒可以通过液化高熔点的脂肪，在乳剂中形成适当的亚微米大小的脂滴，并冷却脂相来凝固脂纳米颗粒。
最近，Shefer和Shefer(2003)描述了纳米颗粒在风味胶囊中的应用。然而，纳米技术可能有另一个未来，以“纳米”颗粒的形式作为一种新型吸附剂包埋基质。根据开尔文方程，挥发性成分的毛细管冷凝是随着香精汽相在毛细孔隙中形成分压降低的冷凝状态而发生的。通过制备具有适当孔径的高多孔碳水化合物聚合物，最终可能完全降低关键风味、极易挥发的前调，如二甲基硫化物(熟玉米味)或乙醛(水果味)的部分蒸汽压，并在室温下通过毛细管冷凝使其稳定。Buttery等人(1999)对这种方法进行了一次有趣的实践。
可与标准包埋技术结合的风味增强技术将是另一种“开箱式”的包埋和风味传递的方法。与味道感知有关的细胞神经受体和分子信号转导通路现在可能会被新发现和已知的增味剂激活和放大。因此，在生理上，味道会被认为更强烈。
香料包埋领域将继续需要更复杂的理解香料与物质的相互作用，以追求新的递送技术。最后，芳香香料成分的物理化学性质决定了技术选择、包埋工艺以及包埋商在制造新的风味传递系统时的自由度。