食品微膠囊技術及其在茶葉深加工領域應用概述

嚴花，梁進

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食品微膠囊技術及其在茶葉深加工領域應用概述

嚴花，梁進

（安徽農業(yè)大學茶與食品科技學院，安徽合肥 230036）

食品微膠囊技術通常采用自組裝法和離子凝膠法等獲得，目前該技術已被應用于食品及藥物等領域。本文概述食品微膠囊的主要制備方法，并對食品微膠囊在茶葉深加工領域中的應用、存在的問題及發(fā)展趨勢做了展望，以期為更合理、更科學地利用微膠囊技術開發(fā)含茶食品提供參考。

微膠囊；茶葉深加工；應用

近年來，微膠囊技術在食品領域應用較為廣泛。微膠囊化被定義為在微型密封膠囊中，封裝固體、液體或氣態(tài)材料的技術，它在特定條件下可以控制其內容物釋放速率[1]，其封裝目的主要是保護芯材，避免不利環(huán)境條件的破壞，比如保護芯材免受光、水分、pH和氧等不利因素的影響，從而有助于提高產品保質期，并促進包封物的可控釋放。微膠囊工藝被用于食品工業(yè)，如食品成分香精香料、酸化劑、調味劑、甜味劑、著色劑、脂質、維生素和礦物質以及酶和微生物等不同產品成分的封裝。目前，食品微膠囊已經被應用于調味品、農業(yè)和生物技術以及化妝品等領域[2]。利用微膠囊技術使食品添加劑的應用也更為安全方便，同時，也能使食品加工以及新產品開發(fā)更為便捷，從而在產品色、香、味、形和營養(yǎng)保健及安全等方面提升其質量。

茶葉是一種廣受大眾歡迎的天然健康飲料，含有多種生物活性化合物，如茶多酚、咖啡因、茶色素、茶多糖、茶皂苷和茶氨酸等功能成分。茶葉具有相對較強的藥效和治療價值，顯示出抗衰老，抗氧化，減肥，抗抑郁等生物功效[3]。然而，在溫度、氧濃度和pH相對較高的條件下，茶葉中的一些功效成分容易被氧化。因此，在茶葉深加工領域中，通常利用食品微膠囊技術用于有效防止降解。利用微膠囊技術還可將茶葉中功效成分進行有選擇的包埋，并獲得高品質的微膠囊化茶粉，避免茶飲料在萃取、滅菌和貯藏過程中不利反應的發(fā)生，以最大限度保持茶飲料應有的色澤和風味，進而提高其營養(yǎng)與保健功效。本文在介紹食品微膠囊制備方法的基礎上，主要概述微膠囊技術在茶葉深加工領域的應用現(xiàn)狀與開發(fā)前景，以期為利用微膠囊技術開發(fā)含茶食品與產業(yè)化應用研究提供參考。

1 微膠囊技術及其特點

微膠囊技術是指在微型密封膠囊中，封裝固體、液體、或氣態(tài)材料的技術，它在特定條件下可以控制其內容物釋放速率，包封的過程即為微膠囊化工藝過程，所形成的粒子稱為微膠囊[4]。微膠囊的粒子大小，因制備工藝及用途不同而不同，一般微膠囊囊壁厚度在0.1～200μm之間，而粒徑更小的納米微膠囊其粒徑甚至可達到1 nm～1000 nm。

1.1 食品微膠囊常用的壁材

被封裝的材料可以是純材料或混合物，其也被稱為載荷材料、芯材料、活性物質、填充物、內相或有效載荷。另一方面，封裝材料稱為涂料、壁材、膠囊、膜、載體或殼，其可以是糖、樹膠、蛋白質、天然或改性多糖、脂質和合成的聚合物。在食品微膠囊中常用的包囊壁材有：（1）纖維素類如甲基纖維素、乙基纖維素；（2）動植物膠類有卡拉膠、阿拉伯膠、海藻酸鈉、絡蛋白、明膠等；（3）碳水化合物類有麥芽糊精、β-環(huán)糊精、糊精、淀粉、白糊精、單糖、雙糖和多糖、變性淀粉；（4）蠟脂類有石蠟、硬脂酸等；（5）其他類如聚丙烯、聚乙烯醇以及聚乙二醇等。芯材的性質是選擇包囊壁材的主要依據，一般水溶性芯材則多選油溶性包囊材料，而油溶性芯材需選水溶性包囊材料。此外，包囊材料還要考慮的因素是包囊壁材本身的性質，如可聚合性、粘度、電性能、穩(wěn)定性、溶解性、成膜性、吸濕性及滲透性等。

1.2 食品微膠囊主要制備方法及其特點

目前，微膠囊制備方法主要包括物理法、物理化學法以及化學法。（1）在20世紀50年代后期，噴霧干燥封裝被應用于食品工業(yè)中。噴霧干燥是典型的物理法制備微膠囊。該法是先制備乳化分散相，即把芯材分散在已液化的壁囊材中混合形成溶液，再加入乳化劑，熱分散體系經均質成水包油型乳狀液，最后進行噴霧干燥獲得微膠囊。因為噴霧干燥具有經濟、靈活、連續(xù)操作、生產顆粒質量好的優(yōu)點，所以它是在食品工業(yè)中最廣泛應用的微膠囊化技術，用于穩(wěn)定食品添加劑和食品風味。此外還有一些物理方法如超臨界流體法、超聲波法、擠壓法、離心懸浮分離法、離心擠壓法等[5]。（2）物理化學法主要有乳化-溶劑去除方法、離子凝膠、酸性沉淀、復合凝聚以及脂質體法等。該方法包括將活性化合物溶解或分散在熔融的壁材中。這些方法基于乳液的內相蒸發(fā)或提取促進聚合物涂層的沉淀，首先溶解成這一相，之后呈顆粒狀。并將芯材包裹形成微膠囊，其中最具代表性的是凝聚相分離技術。（3）化學法制備微膠囊是建立在化學反應基礎上的，主要是通過利用單體小分子發(fā)生聚合反應生成高分子成膜材料并將芯材包埋。許多合成高分子的聚合反應都可用于微膠囊制備，常用的化學方法可分為界面聚合法、輻射包囊法、分子包囊法以及原位聚合法等。在諸多制備微膠囊方法中，比較適合于食品微膠囊制備的方法主要是單凝聚法和干燥浴法。微膠囊是由芯材與壁材構成的一個具有特定功能的多功能材料。由于微膠囊能盡可能的保護芯材不被環(huán)境條件影響，避免味道、顏色和氣味干擾，降低毒性和揮發(fā)性，具有控制釋放、緩慢釋放以及良好的靶向性等性能，因而在茶及食品加工行業(yè)中有著廣闊的應用前景。

2 食品微膠囊技術在茶葉深加工中的應用

2.1 茶多酚的微膠囊

茶多酚是茶葉中主要成分之一，是決定茶葉主要功效、口感、香氣和色澤等品質的主要因素，占茶葉干物質重量的18%～36%。茶多酚的主要成分是黃烷醇，黃烷醇的主要成分是兒茶素。兒茶素類物質包括以下幾類物質：兒茶素（C）、表兒茶素（EC）、表沒食子兒茶素（EGC）、表兒茶素沒食子酸酯（ECG）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）和沒食子兒茶素（GC））[6]。而且茶多酚具有較強的藥效和治療價值，具有抗衰老，抗氧化，降低血糖血脂，防治心腦血管病，預防動脈硬化，調節(jié)膽固醇代謝,抗輻射，抗菌消炎，減肥，抗抑郁等生物活性。然而，兒茶素在溶液中高度不穩(wěn)定，并且通過氧化過程易被降解[6]。在現(xiàn)有的諸多文獻已有介紹解決這一問題的方法。有研究是利用殼聚糖的衍生物包裹茶多酚，通過離子凝膠作用，制成納米級的微膠囊，同時具有很好的緩釋效果[7]。還有用Zn與殼聚糖結合運載茶多酚，通過離子凝膠制成納米級的微膠囊，對于茶多酚的包封率可達到97.33%，具有緩釋的效果[8]。也有文章用三聚磷酸鈉與殼聚糖聯(lián)合作用，通過離子凝膠作用，包裹兒茶素（C）、表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG），制成納米級的微膠囊，有一定的緩釋效果[9-12]。也有研究用聚谷氨酸與殼聚糖包裹兒茶素，制成納米級的微膠囊，有明顯的緩釋效果。也有用生物活性肽，酪蛋白磷酸肽，殼聚糖，來包裹EGCG，制成納米級的微膠囊，能很好的吸收以提高生物利用率[13]。殼聚糖、聚天冬氨酸，包裹EGCG，制成納米級的微膠囊，用來提高EGCG的生物利用率[14]。

2.2 紅茶色素的微膠囊

紅茶色素是茶葉的提取物，約占其30%~50%，成分為多酚類及其衍生物的混合物，含有大量有活性的羥基。一般由紅茶中提取而得，主要是由茶黃素類與茶紅素類兩大類組成。茶黃素與茶紅素主要是兒茶素的氧化產物，由于在氧化過程中還保留較多的羥基，并增加了羧基、苯駢卓酚酮等功能性基團，所以還有很強的抗氧化功效及清除自由基功能，因此具有一定的藥理作用，甚至所具有的藥理作用比兒茶素還強。然而，茶色素易溶于水、易氧化，導致茶色素在體內的吸收率低，通過新陳代新后，在血液里的量極低。因此，目前提高茶色素的生物利用率是有著深遠影響且非常重要。有文獻報道可以通過載體包埋茶色素，來控制茶色素釋放的時間，增加茶色素在體內的停留時間，以提高茶色素的生物利用率。錢穎[15]報道表明用殼聚糖和海藻酸鈉作為壁材包裹茶色素，在模擬胃腸液的實驗中顯示對茶色素有明顯的緩釋效果。

2.3 山茶油的微膠囊

茶油是從山茶科油茶樹的種子里提取所得，是我國特有新型的優(yōu)質食用油脂，其營養(yǎng)豐富，營養(yǎng)組分合理，含有多種脂肪酸，且含有必需脂肪酸-亞油酸。與目前世界上公認的最好的木本植物油——橄欖油極其相似，被譽為“東方的橄欖油”。茶油中的亞油酸具有降低膽固醇、降血脂、預防和改善動脈硬化癥、抗氧化及調節(jié)免疫功能、護肝等功能。同時茶油中又含有豐富的維生素和胡蘿卜素，還含有角鯊烯成分。因此，某種程度上它的營養(yǎng)功能超過了橄欖油?，F(xiàn)在，我國的茶油加工產業(yè)還是以粗油加工生產為主，隨著對茶油的品質營養(yǎng)功能性的逐步加深了解，粗加工不能起到充分利用茶油的效果，所以對茶油進行深加工是非常重要的。范方宇等[16]利用微膠囊技術分別通過使用麥芽糊精、大豆分離蛋白為壁材，通過噴霧干燥法制備茶油微膠囊。王承南等[17]使用阿拉伯膠和明膠為壁材，利用凝聚法，生產茶油微膠囊。鐘海雁等[8]使用明膠、酪朊酸鈉和麥芽糊精作為壁材，制成乳化液進行噴霧干燥。微膠囊化的茶油可以增加茶油的分散性、穩(wěn)定性，可在常溫下儲存8個月左右。

2.4 茶葉香氣成分的微膠囊

香氣是決定茶葉品質的重要因素之一。已有研究表明：茶葉中含有醇、醛、酮、醋、酸、氮、氧雜化合物等在內的十余個大類的化合物，有700多種香氣成分的物質。但鮮葉中僅含有80多種香氣成分物質，其他的香氣成分都是經過不同的加工過程得到的。茶葉中的香氣物質極易揮發(fā)，所以減少茶葉中的香氣物質的揮發(fā)、釋放，使其在需要時緩慢釋放，是非常重要的。已有文章表明：可以對茶葉的香氣物質進行微膠囊化，來避免香氣物質的揮發(fā)釋放。陳婷等[19]使用β-環(huán)糊精與魔芋膠做為壁材，對普洱茶的香氣成分物質進行微膠囊化。

2.5 酥油茶的微膠囊

酥油茶是中國藏族人民喜愛已久的傳統(tǒng)飲品，是藏區(qū)的特色飲品。酥油茶味道極其鮮美，營養(yǎng)極其豐富，含有18種脂肪酸，其中亞油酸含量高達5.2%。由于亞油酸的含量比較高，所以酥油茶可以起到降低膽固醇、降血脂，防止中風的功效。但是酥油茶加工工藝還比較原始，其中水分含量在10～15%間，所以極易氧化腐敗，保質期比較短。已有研究表明，可以利用微膠囊化技術來避免傳統(tǒng)加工方法帶來的問題，以延長被氧化的時間。陸曉濱等[20]使用β-環(huán)狀糊精和明膠做為壁材，利用噴霧干燥法制取微膠囊化的酥油茶。

2.6 茶飲料的微膠囊

21世紀茶飲料將在飲料市場中占有重要位置。近年來，茶飲料具有健康、天然、快捷、方便等優(yōu)點，越來越受到消費者青睞。茶飲料在全球的產量正在不斷攀升。但是在生產茶飲料過程中會有渾濁沉淀產生、湯色褐變和香氣惡化三大技術難點。其中茶乳酪的生成是最關鍵的問題。寧靜[21]等人介紹可以用β-環(huán)狀糊精來包埋茶葉提取物，以有效減小茶飲料加工中渾濁沉淀的產生。

3 存在的問題及發(fā)展前景

近年來的相關文獻顯示，利用食品微膠囊技術包埋茶多酚、茶色素、茶油、茶葉中的香氣等，來代替游離化合物，可以提高生物活性物質在體內、體外的穩(wěn)定性和生物利用度。在食品微膠囊化這一領域中，進度應加快，因為使用天然多酚類化合物，不僅作為食品添加劑或營養(yǎng)補充劑，也可作為活性化妝品或藥物。但是因為仍然沒有直接關于茶葉中大部分生物活性物質如多酚類等在促進人類健康，預防和治療人類疾病的證據，這限制了其潛在的市場應用[22]。另外，作為食品級的產品，分離提取的高成本也是制約其產業(yè)化的一個重要因素。

茶葉中生物活性物質的封裝的未來研究，可能集中在營養(yǎng)物有效遞送方面和共同封裝方法的潛在應用方面，即可能包封兩種或更多生物活性成分構成具有協(xié)同效應的組合?？梢灶A見的是，在未來的十年，隨著對茶葉健康的益處深刻的理解，改進制造技術，對穩(wěn)定性差的營養(yǎng)制品制定新的策略，發(fā)展新穎的方法如定點運輸載體，用于包封生物活性物質將在增加功能性食品甚至藥品的效果方面起到一個重要的作用。

4 結語

食品微膠囊技術是食品深加工高新技術中的重要交叉性學科。食品微膠囊化技術更是茶葉深加工中提高茶葉綜合利用率的重要手段。盡管目前在食品微膠囊的制備方面取得了一些研究成果，但仍有許多問題還需進一步研究和探索。食品微膠囊技術的發(fā)展將會朝著粒徑更小、穩(wěn)定性更好，膠囊的分散性更好、選擇性更好等方面的趨勢前進。隨著人們研究和認識的不斷加深，食品微膠囊化技術將被廣泛應用到茶葉深加工領域，為其提供更廣闊的發(fā)展前景。

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(責任編輯：蔣文倩)

TS272.4

A

1006-5768（2017）04-168-004

2017-08-30

梁進 (1979-)，男，副教授，博士，研究方向為含茶制品加工與綜合利用研究。E-mail：liangjin@ahau.edu.cn

國家自然科學青年基金項目（31301448）；現(xiàn)代農業(yè)(茶葉)產業(yè)技術體系建設專項（CARS-23）；安徽農業(yè)大學引進與穩(wěn)定人才項目資助。