微膠囊壁材及制備技術(shù)的研究進展

章智華，鐘舒睿，彭 飛，曾英杰，宗敏華，婁文勇*

（華南理工大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，廣東 廣州 510641）

食品工業(yè)中有關(guān)多糖、多酚、葉黃素以及益生菌等生物活性物質(zhì)的研究日益增多，但此類物質(zhì)存在對物理化學(xué)因素較為敏感、易失活以及不穩(wěn)定等問題，大量研究和文獻表明微膠囊技術(shù)是目前可有效解決該類問題的方法[1-2]。微膠囊技術(shù)是一項用可成膜的壁材將需要保護的芯材包埋形成微小粒子的技術(shù)，能夠保護芯材免受惡劣環(huán)境的影響，有效地發(fā)揮其生物活性功能[3]。由于微膠囊技術(shù)具有改變物質(zhì)狀態(tài)與性質(zhì)、保護食品原料的敏感成分、掩蓋不良氣味以及控制活性物質(zhì)釋放等功能，在食品、醫(yī)藥、化妝品、農(nóng)藥等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛[4-5]。微膠囊技術(shù)起源于20世紀50年代，發(fā)展至今已成為一項極具發(fā)展前景的技術(shù)，在此期間出現(xiàn)了很多有關(guān)微膠囊技術(shù)的材料、方法與產(chǎn)品。近年來，越來越多的學(xué)者關(guān)注和研究微膠囊技術(shù)，微膠囊技術(shù)發(fā)展方向主要在于壁材和制備方法的創(chuàng)新，且壁材的性質(zhì)在一定程度上影響著制備方法的選擇，同時多項研究成果表明微膠囊技術(shù)對活性物質(zhì)的保護和緩釋具有重要意義。因此本文主要綜述了近期微膠囊技術(shù)研究中應(yīng)用較為普遍的微膠囊壁材和制備方法，為微膠囊技術(shù)的研究提供理論參考。

1 微膠囊壁材

微膠囊壁材在一定程度上影響著微膠囊粒子的滲透性、溶解性、緩釋效果等性能，因此開發(fā)和研究出更多具備優(yōu)異性能的微膠囊壁材對微膠囊技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。選擇與設(shè)計微膠囊壁材不僅要考慮壁材的穩(wěn)定性、降解性、傳質(zhì)性能、來源和價格等因素，而且還要著重評估壁材對芯材的保護和釋放效果。很多無機材料和有機材料均可作為壁材，其中高分子材料最為常見，主要分為天然高分子材料、半合成高分子材料和全合成高分子材料[6]。

1.1 天然壁材

天然高分子材料具有無毒、成膜性好的特點，是制備微膠囊的優(yōu)選材料。微膠囊壁材主要分為碳水化合物類、蛋白類和脂質(zhì)類[7]（表1）。其中脂質(zhì)類壁材應(yīng)用較少，玉米醇溶蛋白、乳清蛋白、殼聚糖和海藻酸鈉是目前使用較為普遍的壁材。

表 1 微膠囊壁材分類總結(jié)Table 1 Summary of microcapsule wall material types

1.1.1 玉米醇溶蛋白

玉米醇溶蛋白是一種廣泛存在的天然植物蛋白，與疏水分子結(jié)合后形成的乳狀液具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和抗氧化作用;同時，其可在一定體積分數(shù)的乙醇溶液中形成無規(guī)線團結(jié)構(gòu)，溶劑蒸發(fā)后形成一種透明、有光澤的薄膜，具有防潮、保香、阻油、防靜電等特性，且不易被胃酸消化，可較好地保護芯材免受胃液的侵蝕，確保其主要在小腸內(nèi)被消化，從而釋放芯材[19]，因此，玉米醇溶蛋白在食品、醫(yī)藥和化工行業(yè)多用作包埋和傳遞生物活性化合物的優(yōu)良膜材料[20-23]。Zeng Jie等[13]采用玉米醇溶蛋白模擬牛奶結(jié)構(gòu)包埋二十二碳六烯酸（docose hexaenoie acid，DHA），形成DHA納米膠囊，以此增強母體及胎兒對DHA的吸收，改善胎兒早期大腦發(fā)育;結(jié)果表明，玉米醇溶蛋白包埋形成的魚油微膠囊能夠?qū)崿F(xiàn)DHA在胃液中吸收效果增強的目的，強化了母體和胎兒間的DHA傳遞效率，并減少了脂肪酸在胎兒肝臟中的積累;玉米醇溶蛋白納米膠囊可經(jīng)母體胎盤將營養(yǎng)物質(zhì)遞送至胎兒大腦，且不存在毒性問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，玉米醇溶蛋白在食品中的應(yīng)用較為廣泛，但由于溶解性問題，其只能用于脂肪酸類等部分活性物質(zhì)的包埋，無法用于益生菌等高活性物質(zhì)的包埋與遞送。

1.1.2 乳清蛋白

乳清蛋白經(jīng)聚合作用形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后具有良好的成膜性;在溫度、pH值和鹽離子（如Ca2+）等外界條件發(fā)生變化時，可生成乳清蛋白凝膠[24]。良好的成膜性和凝膠性是乳清蛋白作為微膠囊壁材的顯著特性。許多科研人員探究了乳清蛋白包埋生物活性物質(zhì)和食品中敏感成分的效果，結(jié)果表明乳清蛋白作為微膠囊壁材可有效保護芯材的生物活性，并顯著提高產(chǎn)品穩(wěn)定性和食品安全性，進一步表明乳清蛋白在微膠囊技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景[25]。Duongthingoc等[26]研究乳清蛋白對噴霧干燥中布拉氏酵母菌的保護效果，結(jié)果表明，通過調(diào)節(jié)溶液pH值至接近乳清蛋白等電點使其發(fā)生聚集，進而在噴霧干燥過程中誘導(dǎo)乳清蛋白形成包埋酵母細胞的空間網(wǎng)絡(luò)外殼，增強了對布拉氏酵母細胞的保護作用。研究發(fā)現(xiàn)，單層乳清蛋白對生物活性物質(zhì)的包埋效果不能滿足當前實際生產(chǎn)的需求，因此研究人員將多種壁材和制備方法協(xié)同使用，以提高乳清蛋白的應(yīng)用效果。張瑞[14]以乳清蛋白作為壁材，采用內(nèi)源法包埋鼠李糖乳桿菌，再使用明膠果膠作為壁材，結(jié)合復(fù)凝聚法進行二次包埋;將包埋后的鼠李糖乳桿菌微膠囊在腸液、膽鹽、胃液等模擬條件下處理，結(jié)果顯示，在pH 2.0酸性條件下和膽鹽中分別處理90 min后，活菌數(shù)分別為6.98、7.24（lg（CFU/mL））;在模擬腸液中處理60 min內(nèi)鼠李糖乳桿菌可完全釋放，表明該壁材具良好的腸溶性;在4 ℃冷藏條件下貯存24 d，液態(tài)微膠囊活菌數(shù)由9.16（lg（CFU/mL））下降到6.78（lg（CFU/mL）），冷凍干燥后微膠囊活菌數(shù)由9.61（lg（CFU/mL））下降到8.03（lg（CFU/mL）），說明微膠囊結(jié)合冷凍干燥技術(shù)使微膠囊化產(chǎn)品的貯藏穩(wěn)定性更好。Gunasekaran等[21]研究以乳清濃縮蛋白作為生物活性物質(zhì)的遞送載體，探究凝膠前乳清蛋白溶液濃度和pH值、溶脹介質(zhì)的pH值以及乳清蛋白凝膠外層的海藻酸鈉層對應(yīng)用效果的影響;結(jié)果表明，凝膠前乳清蛋白濃度越高，形成的凝膠基質(zhì)越強，平衡溶脹比（swelling ratio，SR）越低，且在高pH值下形成的凝膠其SR也較高。另外，乳清蛋白微凝膠層的溶脹行為與介質(zhì)pH值密切相關(guān)，pH值接近乳清蛋白等電點時，SR達到最小，而當pH值升高時，SR也隨之增大;乳清蛋白凝膠外層涂覆海藻酸鈉后，SR明顯降低，在介質(zhì)體系pH值較低的條件下，包埋物質(zhì)的釋放速率顯著提高。

1.1.3 海藻酸鈉

海藻酸鈉是一種由β-D-甘露糖醛酸和α-L-古洛糖醛酸按(1→4)糖苷鍵連接而成的天然多糖[27]，在溫和條件下，能與Ca2+等交聯(lián)劑發(fā)生離子交換反應(yīng)，形成水凝膠，可有效保證芯材的活性[28-29]。有研究報道，采用海藻酸鈉交聯(lián)制備的水凝膠包埋細胞在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有重要意義[29-30]，但由于其多孔性，無法保證包埋的活性物質(zhì)能夠順利通過胃液屏障;因此，單一的海藻酸鈉凝膠對活性物質(zhì)在胃液中的保護作用不夠理想[31]。Huq等[12]研究結(jié)果表明，通過在海藻酸鈉凝膠外層添加適量的纖維素納米纖維和卵磷脂，可提高海藻酸鈉凝膠的強度和包埋物質(zhì)的存活率。Vaziri等[10]研究以三聚磷酸鈉為離子雙交聯(lián)劑，將植物乳桿菌PTCC1058包埋在海藻酸鈉-殼聚糖復(fù)合微球中，在模擬胃腸道條件下，評價益生菌的存活率和微膠囊的溶脹行為，結(jié)果表明，與單交聯(lián)海藻酸鈉（降低（2.26±0.09）（lg（CFU/mL）））和殼聚糖包覆海藻酸鈉（降低（1.78±0.10）（lg（CFU/mL）））相比，雙交聯(lián)海藻酸鈉（僅降低（1.58±0.03）（lg（CFU/mL）））的效果最好。海藻酸鈉優(yōu)異的生物相容性、易操作性和低成本性使其廣泛應(yīng)用于各類活性物質(zhì)的包埋，且包埋效果較好。

1.1.4 殼聚糖

殼聚糖分子中帶有游離氨基，是天然多糖中唯一的堿性多糖，在酸性溶液中易成鹽，呈陽離子性質(zhì)，因此在陰離子存在的條件下，會發(fā)生聚合反應(yīng)相互交聯(lián)成膜[32]。殼聚糖優(yōu)異的成膜性、抗菌性和抗氧化性使得其成為制備微膠囊的理想壁材。已有許多文獻報道，殼聚糖可作為藥物和生物活性物質(zhì)的遞送載體[33-35]。Hu Yaqin等[36]以殼聚糖為壁材包埋天然抗菌劑乳酸鏈球菌素，在優(yōu)化制備殼聚糖-乳酸鏈球菌素微膠囊過程中發(fā)現(xiàn)，當殼聚糖-乳糖鏈球菌素質(zhì)量濃度為1 g/100 mL、pH 5.0～7.4時，微膠囊具有優(yōu)良的抗菌性能，抗菌活性顯著增強。Koppolu等[11]運用殼聚糖作為壁材包埋蛋白質(zhì)，研究沉淀-凝聚配方參數(shù)對殼聚糖微膠囊粒徑、蛋白質(zhì)包埋效率和蛋白質(zhì)釋放速率的影響，結(jié)果表明，殼聚糖顯著增強了蛋白質(zhì)的負載效率和釋放速率，分別達（96.6±0.6）%和46.9%。此外，還有一些研究結(jié)果表明，殼聚糖以其良好的生物相容性、低毒性、生物降解性以及成膜性等性能在生物醫(yī)學(xué)和食品開發(fā)以及藥物遞送方面具有廣闊的應(yīng)用前景[34-36]，但單一的殼聚糖殼層只能負載低分子質(zhì)量物質(zhì)，且無法抵抗外界突變的壓力。Mettu等[37]對十四烷進行超聲乳化，將殼聚糖殼層在體積分數(shù)0.20%～25%的乙酸-水溶液中交聯(lián)，使用一鍋法制備充油殼聚糖交聯(lián)微膠囊;采用激光掃描共聚焦顯微鏡（laser scanning confocal microscopy，LSCM）和原子力顯微鏡（atomic force microscope，AFM）觀察微膠囊在較大載荷作用下的三維變形，發(fā)現(xiàn)微膠囊的硬度和楊氏模量隨著微膠囊粒徑的增大而減小，LSCM三維圖像顯示，微膠囊在發(fā)生較大變形后移除載荷，仍能保持其原有的結(jié)構(gòu)和形狀，表明充油殼聚糖交聯(lián)微膠囊具備良好的穩(wěn)定性，是食品和制藥行業(yè)的理想選擇。此外，殼聚糖的陽離子特性使其能與其他陰離子物質(zhì)結(jié)合，組裝成多層微膠囊殼層，進而加強對芯材的保護效果。

1.2 改性壁材

雖然目前常用的微膠囊壁材多為天然高分子材料，但天然高分子材料存在胃液中不穩(wěn)定、貯藏性差和緩釋效果不佳等問題;此外，部分天然高分子材料如纖維素和淀粉等多糖類因不易溶于水等問題，不具備微膠囊壁材的性能，因此很多研究人員通過對部分天然高分子材料進行改性，從而制備半合成高分子材料，以彌補天然高分子材料的不足。

1.2.1 改性蛋白類

部分植物蛋白類壁材對加工環(huán)境十分敏感，限制了微膠囊技術(shù)在食品領(lǐng)域中的發(fā)展，因此通過糖基化接枝法、酶法以及多種復(fù)合方法等化學(xué)手段對蛋白質(zhì)進行改性，以制備出可作為食品配料的微膠囊壁材，其中最常用的是美拉德反應(yīng)。許多研究結(jié)果表明，相比于天然蛋白質(zhì)，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物具有更好的乳化能力、熱穩(wěn)定性、發(fā)泡性和溶解性[38-40]。此外，美拉德反應(yīng)產(chǎn)物還具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、抗氧化性和抗菌活性等特性，具有作為微膠囊壁材的性能[41]。除采用化學(xué)手段對蛋白類微膠囊壁材進行改性外，還可以采用物理和物理化學(xué)手段，如孫翠霞[42]采用動態(tài)高壓微射流、熱處理和熱耦合高壓均質(zhì)復(fù)合改性等多種物理改性技術(shù)對玉米醇溶蛋白的顆粒粒徑、結(jié)構(gòu)特征、熱穩(wěn)定性以及微觀結(jié)構(gòu)進行改造。Rusli等[43]制備包埋金槍魚油、棕櫚硬脂或金槍魚油-棕櫚硬脂的微膠囊噴霧干燥粉末，發(fā)現(xiàn)使用乳清分離蛋白或大豆分離蛋白與葡萄糖的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物作為壁材，可明顯提高粉末的封裝效率。Choi等[44]研究表明，當使用乳清蛋白和麥芽糖糊精的美拉德反應(yīng)產(chǎn)物作為壁材時，共軛亞油酸的包埋效率得到顯著提高。Laelorspoen等[45]通過電噴霧的方式將嗜酸乳桿菌包埋在海藻酸鈉微膠囊中，并在外層再包裹一層經(jīng)檸檬酸處理改性后的玉米醇溶蛋白，將所得益生菌微膠囊顆粒在環(huán)境溫度下干燥;結(jié)果表明，在經(jīng)胃蛋白酶處理的模擬胃液（pH 1.2）中培養(yǎng)2 h，微膠囊包埋后的嗜酸乳桿菌數(shù)量僅減少了1（lg（CFU/mL）），而未經(jīng)微膠囊包埋的嗜酸乳桿菌數(shù)量減少了5（lg（CFU/mL）），由此可見，海藻酸鈉和改性玉米醇溶蛋白作為微膠囊壁材對益生菌具有顯著的保護效果。此外，生物酶解與美拉德反應(yīng)相結(jié)合的復(fù)合改性技術(shù)已逐漸應(yīng)用于微膠囊技術(shù)，張亞婷[15]研究大豆分離蛋白經(jīng)酶解-美拉德反應(yīng)和美拉德反應(yīng)-酶解復(fù)合改性后產(chǎn)物的性能及其包埋魚油的效果，發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)物的乳化能力、熱穩(wěn)定性、起泡性及1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除能力等功能性質(zhì)均得到顯著改善;對魚油的包埋效率均得到提高（酶解-美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的包埋效率為87%，美拉德反應(yīng)-酶解產(chǎn)物的包埋效率為97%），魚油微膠囊表面呈現(xiàn)均一、多孔的微觀結(jié)構(gòu)。

1.2.2 改性纖維素類

纖維素是極其豐富的天然可再生聚合物，具有良好的生物相容性和生物降解性，研究表明在低溫下可用堿/尿素水溶液溶解天然纖維素，結(jié)合再生方法制備具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的再生纖維素大分子凝膠，可作為活性物質(zhì)的載體[46-47]。但天然纖維素的高結(jié)晶度及難溶性等特點在很大程度上限制了其在更多領(lǐng)域的應(yīng)用[48-49]。采用物理法、化學(xué)法和生物法在纖維素分子鏈內(nèi)引入新的官能團，改變纖維素的原有特性，產(chǎn)生一系列纖維素衍生物[50]。相較于纖維素，纖維素衍生物表面易改性，力學(xué)性能、生物相容性等更佳，拓寬了纖維素的應(yīng)用領(lǐng)域。研究表明，羥丙基纖維素、羧甲基纖維素、納米纖維素等各種纖維素衍生物已被用作微膠囊壁材，可顯著提升包埋效果[51-53]。Huq等[12]將鼠李糖乳桿菌包埋在納米微晶纖維素中，制備得到的鼠李糖乳桿菌微膠囊對胃酸耐受性較高，提高了益生菌的存活率。Luan Qian等[54]通過2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物氧化改性制備纖維素納米纖維，再與纖維素結(jié)合形成纖維素基復(fù)合凝膠，將纖維素納米纖維C6位伯羥基氧化為羧基，進而通過改變凝膠的多孔性和孔徑對益生菌的負載量、分布情況以及釋放效果進行有效調(diào)控，掃描電子顯微鏡（scanning electron microscope，SEM）圖像顯示，再生纖維素基微膠囊在作為益生菌靶向遞送載體的應(yīng)用中具有潛力。

1.2.3 改性淀粉類

淀粉是自然界中含量僅次于纖維素的可再生多糖，安全無毒、品種多樣且價格低廉，但天然淀粉具有極高的水敏感性、較差的機械性和凍融穩(wěn)定性，這在一定程度上限制了其在微膠囊技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，因此可對天然淀粉進行改性以改善這些缺陷?；瘜W(xué)改性淀粉和酶修飾多孔淀粉是目前常用的改性淀粉類微膠囊壁材[52,55-56]，其中多孔淀粉是天然淀粉與酶在低于淀粉糊化溫度作用下生成的一種蜂窩狀多孔基質(zhì)，改性后的多孔淀粉相較于天然淀粉具有安全高效、可生物降解以及吸附性強等特點。近年來的研究結(jié)果表明，多孔淀粉可以將易氧化物質(zhì)或生物活性物質(zhì)包埋在微膠囊球形聚集體的內(nèi)部空腔中，起到抗氧化、增強物理和化學(xué)穩(wěn)定性以及提高貯藏性能等作用。Hoyos-Leyva等[57]研究表明，運用芋頭淀粉球形聚集體包埋杏仁油，杏仁油的總包埋率可達56%。Zhang Chunyu等[58]研究結(jié)果表明，改性淀粉的最大蠕變?nèi)崃?、瞬時柔量、延遲柔量隨蠕變時間和剪切應(yīng)力的增加而成比例增加，隨溫度的升高而降低;牛頓黏度隨著蠕變時間的延長和溫度的升高而增加，但隨著剪切應(yīng)力的增加而降低，即改性淀粉糊具有隨時間、應(yīng)力和溫度變化的蠕變恢復(fù)行為;在所有測試條件下，改性淀粉的最大蠕變?nèi)崃烤^低（小于0.20 Pa-1），牛頓黏度均較高（大于3.5×103Pa·s），從而表明改性淀粉糊具有良好的剛性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能抵抗變形，但一旦發(fā)生變形則難以恢復(fù);由改性淀粉制備的微膠囊具有規(guī)則球形，并帶有輕微凹痕，這與蠕變恢復(fù)實驗結(jié)果一致。改性淀粉的研究趨勢日益明顯，已有較多報道研究改性淀粉的性質(zhì)與微膠囊應(yīng)用效果，但改性淀粉的生物相容性問題仍是目前的研究熱點，在一定程度上限制了改性淀粉的發(fā)展。

2 微膠囊制備方法

微膠囊技術(shù)的關(guān)鍵點在于微膠囊壁材和制備方法的探究，制備方法的選擇與微膠囊壁材的性質(zhì)密切相關(guān)。微膠囊技術(shù)的發(fā)展不僅需對微膠囊壁材進行探究，制備微膠囊的方法一直也是很多學(xué)者研究的重點。制備微膠囊的方法眾多，這些方法在原理和操作方面均有所差異。微膠囊的制備方法可根據(jù)以下3 個方面進行分類[6]（圖1）：涂層方法、懸浮介質(zhì)和壁材原料。本節(jié)將對層層自組裝、復(fù)凝聚法和酵母微膠囊法3 種常見的新型制備方法進行分析總結(jié)。

圖 1 微膠囊技術(shù)制備方法的分類Fig. 1 Classification of microcapsule preparation methods

2.1 層層自組裝

層層自組裝技術(shù)是根據(jù)微膠囊壁材間的靜電作用、氫鍵、電荷轉(zhuǎn)移、疏水相互作用力等，通過多層復(fù)合來制備微膠囊外殼層的一種涂層技術(shù)[59]。首先帶電壁材被吸附到基底上，經(jīng)過清洗后，另一種帶相反電荷的材料被吸附在第一層外部，從而構(gòu)成厚度通常為納米級的雙層殼層，通過重復(fù)沉積過程，直至組裝出所需厚度的微膠囊殼層[60]（圖2）。該技術(shù)雖然操作復(fù)雜繁瑣，但所需設(shè)備簡單，不僅可調(diào)控殼層的厚度，而且可選擇性包埋芯材以及控制芯材的釋放[61]。Hun[62]采用殼聚糖和海藻酸鈉兩種可生物降解的多聚糖，通過層層自組裝成功實現(xiàn)了對益生菌菌株凝結(jié)芽孢桿菌的包埋。Tian Chunyong等[63]采用含多巴胺改性的海藻酸鈉和聚乙烯亞胺，通過二者靜電作用預(yù)組裝制備內(nèi)部有機層，然后通過海藻酸鈉-多巴胺中的兒茶酚基團和聚乙烯亞胺的胺基之間的邁克爾加成和希夫堿反應(yīng)交聯(lián)，聚乙烯亞胺進一步誘導(dǎo)硅酸水解和縮合，形成外層的二氧化硅殼層，將制備好的膠囊用于固定過氧化氫酶，重復(fù)使用7 次后，雜化微膠囊中的過氧化氫酶仍能保留78%的初始酶活力。Anselmo等[64]研究殼聚糖/L100（腸溶性聚合物）保護益生菌免受人工胃液損傷，利用層層自組裝技術(shù)對凝結(jié)芽孢桿菌分別進行單層和雙層殼聚糖/L100（腸溶性聚合物）雙分子層包埋時，活菌數(shù)分別下降了3.5 個和1 個對數(shù)值;當凝結(jié)芽孢桿菌分別被包埋在單層和雙層殼聚糖/海藻酸鈉雙分子層中時，可以抵抗膽鹽和人工胃液的作用，活菌數(shù)分別下降了4 個和不足1 個對數(shù)值;通過SEM觀察普通和被雙層殼聚糖/海藻酸鈉雙分子層包埋的凝結(jié)芽孢桿菌，認為層層自組裝包埋沒有明顯改變凝結(jié)芽孢桿菌的表面形態(tài)。由此推測，在生物活性物質(zhì)可釋放的有限厚度內(nèi)，可通過增加壁材的層數(shù)來增強對芯材的保護效果;壁材的厚度在一定程度上取決于壁材的層數(shù)以及壁材間的作用力，因而通過調(diào)控壁材間的作用力，將多層壁材的厚度控制在目標厚度范圍可能是層層自組裝技術(shù)新的發(fā)展方向。

圖 2 層層自組裝法制備微膠囊示意圖Fig. 2 Layer-by-layer self-assembly for preparation of microcapsules

2.2 復(fù)凝聚法

復(fù)凝聚法是指選用兩種帶相反電荷的聚合電解質(zhì)作為微膠囊壁材，在溶液中交聯(lián)且與芯材凝聚成微凝膠的方法。復(fù)凝聚是由兩種帶相反電荷的聚合電解質(zhì)在水溶液中發(fā)生液-液相分離過程，兩相介質(zhì)的變化促使聚合電解質(zhì)同時去溶劑化，從而形成了凝聚物[65-66]。復(fù)合凝聚過程不僅受聚合物的性質(zhì)、電荷密度、濃度以及聚合物間比例的影響，而且受到微膠囊工藝參數(shù)的影響，如體系pH值、溫度和離子強度等[67-68]。Esfahani等[69]使用復(fù)凝聚法進行明膠-阿拉伯膠復(fù)合物對ω-3脂肪酸的納米封裝，改善了脂肪酸的低水溶性和氧化敏感性，且SEM圖像顯示，制備的納米微膠囊具有光滑和帶有多孔結(jié)構(gòu)的表面。Yang Ziming等[70]通過優(yōu)化殼聚糖的黏度和香草精油/殼聚糖的比例，采用復(fù)凝聚法制備一種新型香草精油微膠囊，LSCM觀察結(jié)果證明微膠囊具有核殼結(jié)構(gòu)，這有利于提高微膠囊中香草精油的熱穩(wěn)定性;此外，釋放30 d后，微膠囊中香草精油的含量仍可保持在60%左右，說明微膠囊技術(shù)對香草精油具有很好的緩釋效果。

壁材和芯材通過復(fù)凝聚法形成微凝膠，增強了芯材的生物活性，但過大或者過小的微凝膠孔徑均會導(dǎo)致芯材的析出，且氧氣等敏感物質(zhì)會透過小孔與芯材接觸，因而可將納米顆?；鞊皆谖⒛z中，以增強生物活性物質(zhì)的包埋率和生物活性。Yao Mingfei等[71]在添加氧化鎂納米顆粒的情況下，將戊糖片球菌Li05包埋在海藻酸鈉-明膠微凝膠中，透射電子顯微鏡和AFM觀察結(jié)果顯示，戊糖片球菌Li05和納米顆粒成功地摻入球形微凝膠中;將戊糖片球菌Li05分別進行有氧環(huán)境中長期貯存、熱處理和模擬胃腸道系統(tǒng)處理，結(jié)果表明益生菌的微膠囊化顯著提高了其在不同條件下的存活率;包埋在負載氧化鎂微凝膠中的戊糖片球菌Li05比游離菌株或僅用微凝膠包埋的戊糖片球菌Li05更穩(wěn)定，SEM圖像顯示氧化鎂納米粒子可以通過填充微凝膠內(nèi)的孔隙阻止氧離子和氫離子與戊糖片球菌Li05接觸，從而增強戊糖片球菌Li05的活力。在后續(xù)研究中，可將復(fù)凝聚法和層層自組裝技術(shù)結(jié)合，運用交聯(lián)形成的壁材包埋生物活性物質(zhì)，利用層層自組裝技術(shù)在微凝膠結(jié)構(gòu)外層包覆壁材，不僅可以克服生物活性物質(zhì)的析出，還可形成對胃液和膽鹽的雙重屏障，可能會實現(xiàn)生物活性物質(zhì)的高效保護和緩釋。

2.3 酵母微膠囊法

酵母微膠囊法是用酵母菌細胞壁作為微膠囊壁材，需要用酶將酵母菌細胞內(nèi)部的可溶成分溶出，使酵母菌細胞壁內(nèi)部形成空腔，從而可作為微膠囊壁材。在包埋過程中，通過芯材與酵母菌細胞壁空腔不斷接觸，增大芯材進入酵母菌微膠囊壁材內(nèi)部的幾率，得到微膠囊顆粒[72]（圖3）。酵母微膠囊化體系中只有酵母菌、水和芯材，不需要其他化學(xué)試劑的輔助，制備過程簡單易行[73]。Lima等[74]利用酵母細胞壁包埋香芹酚，評價酵母細胞壁微膠囊化香芹酚對敏感小孢子蟲的體外驅(qū)避效果，結(jié)果表明未微膠囊化的香芹酚和微膠囊化香芹酚均對小孢子蟲具有驅(qū)避作用，微膠囊化香芹酚在最低濃度下仍能夠表現(xiàn)出較好的驅(qū)蟲效果。Kavosi等[75]將馬齒莧種子油包埋在非等離子體溶解、質(zhì)壁分離的釀酒酵母細胞中，紅外光譜和差示掃描量熱結(jié)果證明馬齒莧種子油存在于在酵母微囊中，SEM觀察結(jié)果表明制備的微膠囊具有可接受的球形結(jié)構(gòu)，且未觀察到細胞裂開、畸形或者破裂，說明質(zhì)壁分離對酵母細胞的表面形態(tài)沒有影響;此外，研究結(jié)果還顯示酵母微膠囊法可有效提高馬齒莧種子油的氧化穩(wěn)定性，并認為該方法可應(yīng)用到其他食品中。

圖 3 酵母微膠囊法制備微膠囊Fig. 3 Yeast-cell-based microencapsulation for preparation of microcapsules

3 結(jié) 語

微膠囊技術(shù)已廣泛應(yīng)用于藥物遞送、生物活性物質(zhì)保護以及益生菌類產(chǎn)品開發(fā)等眾多領(lǐng)域[76]。目前，微膠囊壁材的研究主要集中在天然微膠囊壁材，但由于單一的天然微膠囊壁材應(yīng)用效果不佳，多種天然壁材的復(fù)合應(yīng)用逐漸成為趨勢。此外，運用物理法、化學(xué)法、生物法以及復(fù)合方法對天然壁材進行改性，改變其空間結(jié)構(gòu)，提高改性后壁材的機械性能和耐胃液、耐膽汁能力[15]，將會是壁材領(lǐng)域的重要研究方向;同時改性壁材的復(fù)合應(yīng)用亦可能會成為新的研究熱點。層層自組裝和復(fù)凝聚法均具備操作簡便、工藝成熟和效果顯著等優(yōu)點，是微膠囊技術(shù)中常用的制備方法。在后續(xù)研究中，可根據(jù)不同制備方法的特點，對其進行有效組合以進一步提高制備效率，形成新的制備方法;另外，如酵母微膠囊法這類制備方法，制備體系物質(zhì)單一且效果顯著，反應(yīng)體系較易控制，可能會成為未來的熱點制備方法。微膠囊技術(shù)可有效地解決益生菌和天然產(chǎn)物等生物活性物質(zhì)的遞送及釋放等問題，是未來提高生物活性物質(zhì)應(yīng)用效果的有效方式。因此，新型微膠囊壁材和制備方法的不斷開發(fā)和研究，對促進微膠囊技術(shù)及食品工業(yè)的快速發(fā)展具有重要的意義。