功能性食品
1.关于功能性食品
近两年，功能性食品成为行业新风口，你可能还不清楚“功能性食品”是什么，但不可否认的是， 市场上功能性食品愈加丰富了……
2.功能性食品如何定义
根据《食品安全法》的规定，我国食品类别可划分为普通食品与特殊食品两大类，特殊食品中包含了保健食品，分类中并没有“功能性食品”的名称。那么这个在业界被广泛提及的功能性食品到底是什么？
国家功能食品工程技术中心副主任、江南大学食品学院教授表示，功能性食品在国内不是一个法定的概念，在特定概念上，功能性食品就是具有特定营养保健功能的食品。功能性食品在产业界是食品和药品的桥梁，可满足个体对健康的需求。这类食品在国外其实叫作膳食补充剂或者机能性食品。
而在营养专家们看来，功能性食品目前还没有一个准确定义，但大部分情况下指的是具有特定营养保健功能的食品，即适宜特定人群食用，具有调节机体功能，不以治疗为目的的食品。
功能性食品的生产技术
功能食品的发展为消费者提供一条选择健康食品的最佳途径。功能食品当中发挥功能作用的物质称为生物活性物质, 具有延缓衰老、提高机体免疫力、抗肿瘤、抗辐射等功能, 大多生物活性物质具有热敏性,在生物活性物质的提取分离中保留其生物活性和稳定性至关重要。
功能食品的生产技术主要包括，生物工程技术（包括发酵工程，酶工程，基因工程，细胞工程等），分离纯化技术，超微粉碎技术，冷冻干燥技术，微胶囊技术，冷杀菌技术。
目前对于功能食品的研究集中于：
活性多糖及其加工技术，活性多糖包括膳食纤维，真菌活性多糖，植物活性多糖；
活性多肽及其加工技术，酪蛋白磷酸肽（酶解-沉淀法，酶解-离子交换法），谷胱甘肽（萃取法，发酵法），降血压肽功能性油脂及其加工技术；
多不饱和脂肪酸，磷脂活性微量元素及其加工技术；
自由基清除剂及其加工技术（超氧化物歧化酶，沉淀法制备，离子交换层析法）；
活性菌类及其加工技术；
功能性甜味料及其加工技术。
1.初步分离纯化
从固液分离出来后的提取液需初步分离纯化, 进一步除去杂质。常用的初步分离纯化技术主要有萃取分离、沉淀分离、吸附澄清、分子蒸馏技术、膜过滤法、树脂分离方法等。
1.1 萃取分离
萃取分离萃取分离法既是一个重要的提取方法, 又是一个从混合物中初步分离纯化的一个重要的常用分离方法。这是因为溶剂萃取具有传质速度快、操作时间短、便于连续操作、容易实现自动化控制、分离纯化效率高等优点。
萃取分离法: 一是水一有机溶剂萃取, 即用一种有机溶剂将目标产物自水溶液中提取出来, 达到浓缩和纯化的目的；二是两水相萃取, 这是近期出现的、引人注目的、极有前途的新型分离纯化技术。
当两种性质不同、互不相溶的水溶性高聚物混合, 并达到一定的浓度时, 就会产生两相, 两种高聚物分别溶于互不相溶的两相中。常用的两水相萃取体系为聚乙二醇( P E G )一葡聚糖( eD x t ar n )系统。
1.2 沉淀分离纯化
沉淀分离纯化利用加人试剂或改变条件使功能活性成分( 或杂质) 生成不溶性颗粒而沉降的沉淀法是最常用和最简单的分离纯化方法, 由于其浓缩作用常大于纯化作用, 因此通常作为初步分离的一种方法。
沉淀分离纯化方法主要有盐析法、等电点法、有机溶剂沉淀法、非离子型聚合物沉淀法、聚电解质沉淀法、高价金属离子沉淀法和其他沉淀方法等。
1.3 吸附澄清技术
吸附澄清是通过吸附澄清剂的吸附、架桥、絮凝作用以及无机盐电解质微粒和表面电荷产生絮凝作用等, 使许多不稳定的微粒联结成絮团, 并不断增长变大, 以增加微粒半径, 加快其沉降速度, 提高滤过率。
1.4 分子蒸馏技术
分子蒸馏是利用液体混合物各分子受热后会从液面逸出, 并在离液面小于轻分子平均自由程而大于重分子平均自由程处设置一个冷凝面, 使轻分子不断逸出, 而重分子达不到冷凝面, 从而打破动态平衡而将混合物中的轻重分子分离。
1.5 膜过滤法
膜过滤法是以压力为推动力, 依靠膜的选择透过性进行物质的分离纯化的方法, 包括微滤、纳滤、超滤、反渗透和电渗析等类型。膜过滤法具有比普通分离方法更突出的优点, 由于在分离时, 料液既不受热升温, 又不发生相变化, 功能活性成分不会散失或破坏, 容易保持活性成分的原有功能。
2.高度分离纯化
经过初步分离纯化后的功能活性成分, 纯度可能还达不到要求, 还含有一些杂质, 需要进一步的高度分离纯化, 才能满足对功能活性成分的性质、结构和活性的研究。高度分离纯化的方法大体有结晶分离纯化和色谱法分离纯化等。
2.1 结晶分离纯化
结晶是溶质呈晶态从溶液中析出的过程。由于初析出的结晶多少总会带一些杂质, 因此需要反复结晶才能得到较纯的产品。从比较不纯的结晶再通过结晶作用精制得到较纯的结晶, 这一过程叫重结晶。
晶体内部有规律的结构,规定了晶体的形成必须是相同的离子或分子, 才可能按一定距离周期性地定向排列而成,所以能形成晶体的物质是比较纯的。
2.2 色谱法
分离纯化纸色谱是以纸和吸附的水作为固定相的液相色谱法, 主要应用于亲水化合物的分离。通常的纸色谱是正相色谱,但有时也将滤纸用极性较小的液体处理作为固定液, 而以极性大的含水溶剂为流动相,此即为反相纸色谱法。纸色谱点样量少,分离后的纯品量少,难以大量收集供功能活性成分的进一步研究之用。
薄层色谱是将吸附剂涂布在薄板上作为固定相的液相色谱法。薄层色谱的点样量比纸色谱大,分离纯化效果也比纸色谱好, 可用于纯度鉴定；也可将分离后的斑点刮下,溶解后收集纯品,但收集量还是太小, 除特殊的情况外, 一般也不用做纯品的收集方法。
二、现代提取技术
分离是食品加工中的一个主要操作，它是依据某些理化原理将一种中间产品中的不同组分分离。
生产功能食品时, 常利用一些功效成分含量较高的功能性动植物基料, 如银杏叶、荷叶、茶叶、茶树花、山药等, 以提取黄酮、酚类、生物碱、多糖等功能活性成分川。
经典提取方法主要是有机溶剂提取法,这种提取方法往往不需要特殊的仪器, 因此应用比较普遍。现代提取方法是以先进的仪器为基础发展起来的新的提取方法, 主要有水蒸气蒸馏技术、超声波提取技术、微波提取技术、生物酶解提取技术、固相萃取技术。
1.水蒸气蒸馏技术
水蒸气蒸馏是利用被蒸馏物质与水不相混溶, 使被分离的物质能在比原沸点低的温度下沸腾, 生成的蒸气和水蒸气一同逸出, 经冷凝、冷却, 收集到油水分离器中, 利用提取物不溶于水的性质以及与水的相对密度差将其分离出来, 达到分离的目的。
2.超声波提取技术
天然植物有效成分大多存在于细胞壁内, 细胞壁的结构和组成决定了其是植物细胞有效成分提取的主要障碍, 现有的机械方法或化学方法有时难以取得理想的破碎效果。
超声波提取技术是利用超声波具有的机械效应、空化效应及热效应, 加强了胞内物质的释放、扩散和溶解, 加速了有效成分的浸出,大大提高了提取效率。
3.微波提取技术
微波提取技术是利用微波能来提高提取率的一种新技术。微波提取过程中,微波辐射导致植物细胞内的极性物质,尤其是水分子吸收微波能,产生大量热量,使细胞内温度迅速上升,液态水汽化产生的压力将细胞膜和细胞壁冲破,形成微小的孔洞;进一步加热,导致细胞内部和细胞壁水分减少, 细胞收缩, 表面出现裂纹。孔洞和裂纹的存在使胞外溶剂容易进入细胞内,溶解并释放出胞内产物。
4.生物酶解提取技术
生物酶解提取技术是利用酶反应具有高度专一性等特性, 根据植物细胞壁的构成, 选择相应的酶,将细胞壁的组成成分水解或降解, 破坏细胞壁结构,使有效成分充分暴露出来, 溶解、混悬或胶溶于溶剂中, 从而达到提取细胞内有效成分的一种新型提取方法。
由于植物提取过程中的屏障—细胞壁被破坏, 因而酶法提取有利于提高有效成分的提取效率。此外, 由于许多植物中含有蛋白质, 因而采用常规提取法, 在煎煮过程中,蛋白质遇热凝固, 影响有效成分的溶出。
5.固相萃取技术
固相萃取( SPE ) 是根据液相色谱法原理, 利用组分在溶剂与吸附剂间选择性吸附与选择性洗脱的过程, 达到提取分离、富集的目的, 即样品通过装有吸附剂的小柱后, 目标产物保留在吸附剂上, 先用适当的溶剂洗去杂质, 然后在一定的条件下选用不同的溶剂, 将目标产物洗脱下来。
三、膜分离技术
1.膜分离技术概述
膜分离技术以选择性透过膜为分离介质，借助外界推动力，对两种组分或多种组分进行分级、分离和富集。与其它分离技术相比，膜分离为物理过程，无需引入外源物质，节约能源的同时，减少了对环境的污染;其次，膜分离在常温下进行，过程中没有相变，适宜对食品工业中生物活性物质进行分离及浓缩。
将膜分离技术应用于食品工业的浓缩、澄清以及分离，可以较好地保持产品原有的色、香、味和多种营养成分。另外，膜分离设备具有结构简单、易操作、易维修的特点，使其在化工、制药、生物以及食品工业等领域的应用更加广泛。
2.膜分离技术在功能食品中的应用
功能食品的发展为消费者提供一条选择健康食品的最佳途径。功能食品当中发挥功能作用的物质称为生物活性物质，具有延缓衰老、提高机体免疫力、抗肿瘤、抗辐射等功能，大多生物活性物质具有热敏性，在生物活性物质的提取分离中保留其生物活性和稳定性至关重要。膜分离技术是在常温下进行操作，对生物活性物质的分离是一种较为理想的分离技术。
用超滤膜对亚麻籽皮提取物中的蛋白质和多酚进行分离，通过调节pH 值为4.4，使蛋白质凝集，离心后使用截留分子量为30 KDa 聚醚砜超滤膜对上清液过滤。通过蛋白质凝集，多酚纯度由33.5%增至56. 0%，超滤后多酚纯度进一步增至76. 6%。许浮萍等将膜分离与醇沉法相结合，对大豆异黄酮纯化。试验采用20 nm 和50 nm两种孔径的膜对脱脂豆粕的乙醇萃取液进行超滤。
1.超微粉碎技术概述
微粉碎技术是近年来随着现代化工、电子、生物、材料及矿产开发等高新技术的不断发展而兴起的，是国内外食品加工的高科技尖端技术。
在国外，美国、日本市售的果味凉茶、冻干水果粉、超低温速冻龟鳖粉、海带粉、花粉和胎盘粉等，多是采用超微粉碎技术加工而成; 而我国也于20世纪90年代将此技术应用于花粉破壁，随后一些口感好、营养配比合理、易消化吸收的功能性食品( 如山楂粉、魔芋粉、香菇粉等)应运而生。
超微粉碎技术是利用机械或流体动力的方法，将物料颗粒粉碎至微米级甚至纳米级微粉的过程。微粉是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所不具备的一些特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。其粒径限度至今尚无统一的标准，普遍认为将微粉粒径界定为小于75μm较为合理。
超微粉碎的原理与普通粉碎相同，只是细度要求更高，它利用外加机械力，使机械力转变成自由能，部分地破坏物质分子间的内聚力，来达到粉碎的目的。
超微粉碎技术是利用各种特殊的粉碎设备，通过一定的加工工艺流程，对物料进行碾磨、冲击、剪切等，将粒径在3 mm 以上的物料粉碎至粒径为10μm 以下的微细颗粒，从而使产品具有界面活性，呈现出特殊功能的过程。
与传统的粉碎、破碎、碾碎等加工技术相比，超微粉碎产品的粒度更加微小。超微粉碎是基于微米技术原理的。随着物质的超微化，其表面分子排列、电子分布结构及晶体结构均发生变化，产生块(粒)材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，从而使得超微产品与宏观颗粒相比具有一系列优异的物理、化学及表界面性质。
2.超微粉碎技术在功能食品中的应用
Zhu等制备了苦瓜超微粉, 并用于糖尿病患者的治疗, 发现食用1周后, 患者血糖从21.40 mmol/L降至12.54 mmol/L, 表明苦瓜超微粉具有较好的抑制糖尿病的性能,可作为降血糖性功能食品开发利用。
Sun等制备了杏鲍菇超微粉, 并研究其在小鼠体内的免疫调节和抗氧化作用, 结果发现, 杏鲍菇超微粉具有良好的抗氧化、抗病毒和抗肿瘤功能.Kurek等将燕麦纤维超微粉以一定质量比加入小麦粉面团中, 随着超微粉比例的增加, 面团体积变小, 含水量及弹性增加, 为开发高膳食纤维含量的面包提供了参考。
3.超微粉碎技术应用前景展望
有关超微粉碎技术在功能保健食品中应用的研究，国内外都在进行之中，但研究尚属初步。
随着人类生存环境的恶化，水资源和空气污染现象的加剧。各种恶性疾病发病率的上升，这些因素都刺激着人们更加关注自身的健康。因此，人们对功能保健食品都寄托了很大的希望。包括超微粉碎技术在内的各种食品加工新技术，将在功能保健食品中得到更深入广泛的应用。
总之，随着现代食品工业的不断发展，必将出现更多、更为先进的高新技术，超微粉碎技术在食品加工中的应用还只是在一个起步的阶段，超微细粉技术，因为有着其他一般粉碎方式所没有的优势与特点，以后在汤料、药材的生产中肯定会起到更加突出的作用，相信在不久的将来，这种节能，高效产品品质高的新技术会更加趋于完善。
纳米微胶囊(nanocapsule)，即具有纳米尺寸的微胶囊，其颗粒微小，易于分散和悬浮在水中，形成均一稳定的胶体溶液，并且具有良好的靶向性和缓释作用。
在功能食品领域中，运用纳米微胶囊技术对功能食品中的功能因子进行包埋，既可以减少功能因子在加工或贮藏过程中的损失，又能有效地将功能因子输送到人体的胃肠道位置。
纳米胶囊特定的靶向性可以使功能因子改变分布状态而浓集于特定的靶组织，以达到降低毒性、提高疗效的目的，并通过控制释放功能因子提高其生物利用率，同时保持食品的质地、结构以及其感官吸引力。因此，纳米微胶囊技术对于功能食品的研究与开发提供了新的理论和应用平台，十分有利于功能食品的发展。
微胶囊技术(microencapsulation)是指利用天然的或者是合成的高分子包囊材料，将固体的、液体的甚至是气体的囊核物质包覆形成的一种直径在1～5000μm范围内，具有半透性或密封囊膜的微型胶囊的技术。
纳米微胶囊技术是指利用纳米复合、纳米乳化和纳米构造等技术在纳米尺度范围内(1～1000nm)对囊核物质进行包覆形成微型胶囊的新型技术。其中，被包覆的物质称为微胶囊的芯材，用来包覆的物质称为微胶囊的壁材。
2.微胶囊技术在功能食品中的应用
2.1 功能性油脂的纳米微胶囊化
Zambrano-Zaragoza等采用乳液分散法，制备了以食品级的油脂(红花油、葵花油、大豆油、β-胡萝卜素、α-生育酚)为芯材的纳米微胶囊，并对纳米微胶囊的性质进行了研究，确定了制备纳米微胶囊的最佳条件，制得的食品级油脂的平均粒径大约在300nm左右，该研究对于油脂类食品的保存和贮藏具有一定的意义。
Zimet等采用β-乳球蛋白和低甲氧基果胶为载体，制备了ω-3系列多不饱和脂肪酸中的二十二碳六烯酸(DHA)的纳米微胶囊，该纳米粒子的平均粒径为100nm，纳米微胶囊显示出了良好的胶体稳定性，能够有效地抑制DHA的氧化分解，在40℃的环境中将DHA产品放置100h，经过纳米微胶囊化的DHA只有5%～10%被氧化分解掉，而未经过处理的DHA却损失了80%。
这项研究对于将长链多不饱和脂肪酸进行纳米微胶囊化后，再应用于澄清酸饮料中有一定的指导意义。采用喷雾干燥法，用高直链玉米淀粉对ω-3系列不饱和脂肪酸亚麻籽油进行纳米微胶囊化包埋，并按不同的量添加到生面团中，研究其对面包品质的影响。
2.2 抗氧化剂类的纳米微胶囊化
应用于功能食品中的抗氧化剂主要包括酚类物质、黄酮类化合物(主要有黄酮醇类、黄酮类、黄烷酮类、黄烷酮醇类等)、生物碱类等，同时还包括食用色素中的β-胡萝卜素、番茄红素、叶黄素、姜黄素等，都是天然的抗氧化剂。采用纳米微胶囊对抗氧化剂进行包埋，可以提高其在食品应用中的稳定性和人体的生物利用率，增强其对人体的保健功效。
表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)是从茶叶中分离得到的儿茶素类单体，也是最有效的水溶性的多酚类抗氧化剂，具有抗氧化、抗癌、抗突变等生物活性。
2010年，Shpigelman等用经过热变性处理的β-乳球蛋白对EGCG进行纳米微胶囊包埋，得到的纳米粒子尺寸小于50nm，并且该产品对EGCG有很好的保护作用，能够有效地防止EGCG的氧化分解，对开发澄清饮料这类强化食品有很好的指导意义。
2012年，通过改变β-乳球蛋白和EGCG的比例，并采用冷冻干燥法对该纳米粒子进行再改造，研究了纳米粒子构成的胶体溶液的稳定性、尺寸变化、包埋率、感官性质以及模拟胃肠道消化的实验。
2.3 维生素类和矿物质类的纳米微胶囊化
维生素是维持人体正常生理功能、促进各种新陈代谢过程中不可缺少的营养成分，维生素几乎不能由人体合成，必须从食物中获取，主要包括水溶性维生素(VC、VB系列、叶酸、泛酸等)和脂溶性维生素(VA、VD、VE等)。将维生素制成微胶囊，可以大大提高其稳定性。在功能食品中作为功效成分的矿物质主要有钙、铁、锌、硒等，对矿物质进行微胶囊主要解决矿物质自身的不稳定性、易对食品产生不良风味以及降低毒副作用等问题。
Semo等以rCM为壁材，对脂溶性的VD2进行包埋，成功制备了平均粒径在150nm左右的VD2的纳米微胶囊。该研究表明，微胶囊中的VD2浓度是血清中的5.5倍，并且rCM微胶囊的形态和平均粒径与天然形成的酪蛋白相似，rCM微胶囊可以部分地保护VD2，防止紫外光照射引起的VD2的降解。CM可以作为包埋、保护和传递敏感疏水性营养物质的纳米载体，对于开发和生产富集脱脂或低脂的食品有重要的意义。Haham等在上述研究基础上，制备了以rCM为壁材，平均粒径为(91±8)nm的VD3纳米微胶囊(VD3-rCM)，并研究了超高压均质对微胶囊性质的影响，评价了rCM/CM对VD3的热降解和光降解的保护作用，并通过临床实验评价了VD3的生物利用率。
微胶囊技术应用前景展望
纳米微胶囊技术，它是涉及物理和胶体化学、高分子物理和化学、分散及干燥技术、纳米技术中的纳米材料和纳米加工学等多交叉性学科。
纳米微胶囊技术作为微胶囊技术的发展和延伸，在功能食品加工生产过程中的应用受到越来越多的关注，尤其是人们对功能食品中的功效成分的保持与生物利用率的重视，针对功能食品中的功效成分在应用过程中的溶解度低、功能靶向性差、生物活性低以及生物利用率差等问题，采用纳米微胶囊技术对各种功效成分进行包埋，增强其在生物体内的功能靶向释放性能，提高生物利用率，延长贮藏稳定期。
纳米微胶囊作为一种复合相功能材料，其发展趋势将朝着胶囊的粒径小、分布窄、分散性好、选择性高、应用范围广等方面进行。
纳米微胶囊技术在功能食品领域中的应用与发展取得了一些进展，但对于纳米微胶囊技术本身而言，在理论和应用方面都还刚刚起步，需要进行更深入的研究。