微膠囊技術(shù)的研究進展及在食品行業(yè)中的應(yīng)用

盧艷慧，李迎秋

(齊魯工業(yè)大學(xué)(山東省科學(xué)院) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟南 250353)

微膠囊技術(shù)是一種已獲得世界最高組織認(rèn)可的新型技術(shù)，而且是21世紀(jì)重點研究開發(fā)的、可在食品行業(yè)中廣泛應(yīng)用的加工技術(shù)。微膠囊技術(shù)指的是將芯材(添加劑、油脂等)與乳化劑進行結(jié)合，再與適宜的壁材進行組合得到理想的微膠囊的一種新型技術(shù)[1]。目前，微膠囊技術(shù)已較為成熟，因其工藝、設(shè)備、材料的不斷完善，使其在食品方面的應(yīng)用更為廣泛。

1 微膠囊的制備

1.1 微膠囊的組成結(jié)構(gòu)

微膠囊相當(dāng)于一種微型容器，外面是壁材，里面是芯材。用不同的芯材和乳化劑進行結(jié)合，再與壁材進行結(jié)合所得到的微膠囊結(jié)構(gòu)形態(tài)各不相同。典型的微膠囊結(jié)構(gòu)形態(tài)見圖1[2]。

圖1 典型的微膠囊結(jié)構(gòu)形態(tài)

1.1.1 壁材

在制備微膠囊時，選用合適的壁材是重中之重，能夠決定是否制備出的微膠囊包埋率和穩(wěn)定性都非常好。理想壁材的主要特點是：芯材可以嵌入，而不影響其功能和含量；良好的成膜性能；良好的分散、乳化性能；無刺激性氣味；有一定的強度和可塑性；使芯材在一定條件下可釋放；有合適的粘度、溶解性和滲透性；無毒、價格適宜且易得到等。一般情況下，用兩種以及多種壁材進行包埋才能滿足以上所有的特點。

除了必要的芯材和壁材外，有些微膠囊的制備需要添加適量的乳化劑來提高芯材的包埋率[3]。乳化劑是制備微膠囊重要的物質(zhì)之一，既有親水性，又有親油性，加入乳化劑防止油滴的聚集出現(xiàn)了油水界面。例如，油脂先與乳化劑進行乳化，再用壁材包埋來得到微膠囊。

1.1.2 芯材

微膠囊中通常用壁材包裹著的就是芯材，它通常由一種或者兩種及以上的物質(zhì)組成。芯材的溶解度和壁材的溶解度必須不同，若是親水性的芯材，則應(yīng)該用親水的壁材進行包埋；若是親脂性的芯材，則最好選擇疏水性的壁材來進行包埋[4]。一般情況下，微膠囊芯材若要被人體很好地吸收需要從微膠囊中釋放出來。

芯材釋放分為兩種：一種是瞬時釋放，指通過搓揉、變形、碾碎等外力作用或者是受溫度的影響使微膠囊結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生改變而使芯材釋放出來；另一種是緩慢釋放，指微膠囊的壁材通過溶解或者是受到外部環(huán)境的影響而降解以及微膠囊壁材的自由擴散使得芯材釋放出來。微膠囊中芯材的釋放大多數(shù)情況下都符合零級或者是一級方程，而且芯材從微膠囊中釋放的快慢還受多種因素的影響，例如：囊壁厚度、囊壁孔洞、交聯(lián)度及形變方式等。

2 微膠囊化的方法

最近幾年，由于人們對食物的營養(yǎng)及多方面的需求越來越多，使得微膠囊技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，并且微膠囊技術(shù)的應(yīng)用也更為廣闊。微膠囊化方式按照原理進行分類，見表1。

表1 微膠囊技術(shù)的方法、原理、適用范圍及特點[5-10] Table 1 The methods, principles, application scopes and characteristics of microcapsule technology

續(xù) 表

3 微膠囊技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用

微膠囊技術(shù)具有使食品功能成分損失少、延長食品貨架期、遮蓋和減少異味等優(yōu)點，微膠囊技術(shù)已經(jīng)在食品的多個領(lǐng)域廣泛使用，例如油脂、酶和微生物、果蔬飲料等。微膠囊技術(shù)使得人們品嘗到了更多美味的食物，同時也使食物的營養(yǎng)和經(jīng)濟價值得到提高。

3.1 油脂的微膠囊化

將油脂制備成微膠囊需要將液體油脂與乳化劑相結(jié)合，再與壁材結(jié)合形成固體顆粒。食用油成為我們?nèi)粘ｏ嬍持斜夭豢缮俚奈镔|(zhì)，而且還有一部分油脂含有不穩(wěn)定的不飽和脂肪酸，在光照、氧氣和水等的影響下容易變質(zhì)。變質(zhì)后的油脂會產(chǎn)生刺激性味道，使油品的感官質(zhì)量和經(jīng)濟價值受到影響。當(dāng)人體食用變質(zhì)油脂后，會導(dǎo)致人體的氧化和衰老，刺激癌癥的產(chǎn)生。除此之外，油脂的流動性差，會影響調(diào)味品和湯類的包裝、消費和運輸。微膠囊化后，提高了油脂的耐環(huán)境性能，改善了貯藏穩(wěn)定性，大大提高了加工和運輸性能，擴大了其應(yīng)用范圍。李艷南等[11]使用的芯材是天然椰子油，而以明膠和阿拉伯膠為壁材，使用物理化學(xué)法中的復(fù)合凝聚法形成了微膠囊，包埋率為(93.75±0.28)%。

3.2 酶和微生物的微膠囊化

酶的催化效率很高而且廣泛應(yīng)用于食品方面，其特異性強，但是酶的使用條件很高，若不符合酶的應(yīng)用條件易降低催化作用。將酶和微生物制成微膠囊，可以使酶和微生物的穩(wěn)定性更高，達到緩釋的目的。費國琴[12]研究分別以溶菌酶和海藻酸鈉、殼聚糖為芯材和壁材，制備溶菌酶微膠囊包埋率為92.10%。溶菌酶是一種天然防腐劑而且廣泛應(yīng)用于食品方面，對其包埋后，能夠阻斷這種反應(yīng)和結(jié)合，溶菌酶對微生物具有高效的靶向作用，大大提高了滅菌和防腐的效果。

3.3 常用食品添加劑的微膠囊化

3.3.1 防腐劑的微膠囊化

若食品中加入適量的防腐劑有利于增加食品的貨架期，使食品的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值更高。通常防腐劑在應(yīng)用之前都需要進行毒理學(xué)實驗測試，盡管大量或者過量使用，它們依然會對人體產(chǎn)生不利影響。微膠囊技術(shù)在防腐劑方面的應(yīng)用不僅使防腐劑的毒性降低，而且使防腐劑的釋放效果得到改善，使防腐劑的保存時間更久，使食品的保質(zhì)期增加。楊靖等[13]對香根油提取工藝進行優(yōu)化，并對它的抑菌效果進行研究，為制備香根油微膠囊做了充分準(zhǔn)備，而且若產(chǎn)品中加入了適量的香根油微膠囊，會使產(chǎn)品的貨架期更長。黃本婷等[14]對防腐添加劑在肉制品中的應(yīng)用種類、機理和現(xiàn)狀等進行了研究，使得肉制品既安全又耐儲存。Vidal等[15]以從智利葡萄酒果實的葉子中萃取的多酚為芯材，并利用微膠囊技術(shù)得到了一種天然防腐劑。

3.3.2 甜味劑的微膠囊化

甜味劑在糕點、糖果、蜜餞的生產(chǎn)中應(yīng)用廣闊。這些添加劑受濕度和溫度的影響很大，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生改變時，甜味劑的功能特性也會隨之發(fā)生改變，從而使食品的功能特性和感官質(zhì)量受到影響。利用微膠囊技術(shù)，使甜味劑保存得更加完整，而且調(diào)味劑微膠囊應(yīng)用于食品中，使得食品的甜度更加持久。箭牌口香糖中的甜味劑就是利用微膠囊技術(shù)制得的，制得的微膠囊表面覆蓋著硬化油，具有易儲存、耐高溫、味道持久等特點。

3.3.3 酸味劑的微膠囊化

酸味劑可以使一些食品獲得良好風(fēng)味，但是若酸味劑不經(jīng)任何處理嵌入到食品中，由于酸味劑的pH值很低，因此食品的營養(yǎng)和風(fēng)味會受到影響。采用微膠囊技術(shù)對酸味劑進行微膠囊化，再嵌入到食品中使酸味劑不直接接觸到食品，使酸味劑的功能特性保存得更加完整，因為制備成了微膠囊，所以酸味劑的釋放速率更加合適，從而使食品風(fēng)味更加完美。

3.3.4 著色劑的微膠囊化

番茄紅素含有多種功能特性，其中類胡蘿卜素的抗氧化能力最強，它是一種應(yīng)用于食品中的新型功能特性的天然色素、食品添加劑，它已經(jīng)被聯(lián)合國委員會(JECFA)視為一種含有豐富營養(yǎng)的物質(zhì)，在保健食品方面已有廣泛應(yīng)用。最近幾年，不管是國內(nèi)還是國外都對番茄紅素和姜黃素產(chǎn)生了濃厚的科研興趣，特別是因為番茄紅素和姜黃素的功能特性。例如，賈新超等[16]利用研磨工藝和噴霧-淀粉流化技術(shù)，對番茄紅素微粒產(chǎn)品制備工藝條件進行優(yōu)化，得到的番茄紅素微粒產(chǎn)品，穩(wěn)定性更高。Gomez-Estaca等[17]利用電液驅(qū)技術(shù)制備的玉米醇溶蛋白納米顆粒為壁材，以姜黃為芯材，制備了微膠囊，在避光、溫度為23 ℃的環(huán)境下貯存3個月，微膠囊性狀均無明顯變化。

3.3.5 香精香料的微膠囊化

香精香料極不穩(wěn)定，易氧化、受潮，而且其味道容易流失，還可與其他物質(zhì)或成分發(fā)生反應(yīng)，在儲藏和運輸過程中也容易發(fā)生損耗。利用微膠囊化技術(shù)把香精香料制備成微膠囊，使香精香料的功能特性和風(fēng)味保存得更加完整，穩(wěn)定性也更好。許琳琳等[18]對利用復(fù)凝聚法制備精油微膠囊實例進行了綜述，李偉等[19]對白豆蔻油化學(xué)組成進行了研究，權(quán)美平[20]對國產(chǎn)孜然精油化學(xué)成分進行了分析，為未來精油微膠囊的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)；Sarkar等[21]以瓜爾膠和阿拉伯膠為復(fù)合壁材得到的薄荷油微膠囊應(yīng)用于食品的效果比僅僅以阿拉伯膠為壁材得到的微膠囊應(yīng)用于食品的效果好得多；Estevinho等[22]用水溶性殼聚糖包裹桃味香精，并且利用噴霧干燥法制備微膠囊，并用掃描電鏡進行分析；它也可以掩蓋一些不受歡迎的味道，如大蒜的強烈刺鼻味道，使用微糊精分子封裝技術(shù)。

3.3.6 營養(yǎng)強化劑的微膠囊化

氨基酸、維生素、益生菌和其他營養(yǎng)食品受外部環(huán)境的影響，容易氧化損失。而維生素是應(yīng)用最為廣泛的營養(yǎng)強化劑，若不放在適宜的條件下進行保存，會產(chǎn)生刺激性味道，使其功能特性降低，因此，通常將維生素制備成微膠囊進行銷售。孫欣等[23]以殼聚糖和大豆分離蛋白作為壁材通過復(fù)凝聚法來包埋維生素E，得到了理想的微膠囊，并且測定微膠囊的穩(wěn)定性是否更好。結(jié)果表明維生素E微膠囊受環(huán)境影響而降低，使其應(yīng)用更穩(wěn)定。Jimenez-Pranteda等[24]研究表明，在pH 2.0，壁材中黃原膠∶結(jié)冷膠為1∶0.75條件下，乳酸桿菌的生命活力可延長6 h，經(jīng)過微膠囊技術(shù)將維生素、脂肪酸、益生菌等營養(yǎng)物質(zhì)進行處理得到的產(chǎn)品可以添加到嬰幼兒奶粉中，使嬰幼兒更好地生長發(fā)育。

3.4 果蔬飲料的微膠囊化

目前，果蔬飲料多采用海藻酸鈉鈣化，微膠囊技術(shù)與果蔬飲料制備流程相融合，可使果蔬飲料中的營養(yǎng)成分更加豐富。利用微膠囊技術(shù)對果蔬飲料進行處理，可以改善果蔬飲料的色澤和風(fēng)味。趙良忠等[25]以海藻酸鈉、綠色蔬菜、黃花菜、西紅柿、胡蘿卜和天然果汁為原料，生產(chǎn)出色、香、味俱全而且穩(wěn)定性極好的功能型果蔬飲料。

4 展望

由于微膠囊的技術(shù)優(yōu)勢眾多，在食品方面應(yīng)用廣泛，不僅使功能性物質(zhì)得到有效開發(fā)，而且提高了其經(jīng)濟價值。目前，微膠囊技術(shù)在很多領(lǐng)域都取得了很大的進步，但仍存在環(huán)境污染、芯材釋放時間長等問題。微膠囊技術(shù)可以從三個方面再做進一步的研究：(1)核心材料智能釋放，有效追蹤功能性物質(zhì)；(2)做到壁材梯度化，有效感應(yīng)環(huán)境壓力；(3)做到微膠囊直徑更短，使膠囊與載體涂層間的相容性和更多的功能特性得到改善。

隨著微膠囊技術(shù)研究的越來越透徹，微膠囊技術(shù)將為食品行業(yè)同行提供更廣闊的應(yīng)用，更多的控制和更靈活的方式，不斷創(chuàng)造出使人們更感興趣的食品。