微膠囊技術(shù)在食品中的應(yīng)用進(jìn)展

徐紫婷，黃小梨，巫勝源，黃文清，于 笛

（廣州工商學(xué)院，廣東佛山 528100）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，微膠囊技術(shù)研究的不斷深入，很多微膠囊化食品不斷出現(xiàn)在人們的生活中，微膠囊技術(shù)的運(yùn)用范圍越來越廣，受到了各行各界的廣泛關(guān)注。微膠囊是具有聚合物或無機(jī)物壁的微型容器或包裝物，它可以有效減少活性物質(zhì)與外界環(huán)境因素的反應(yīng)、減少芯材向環(huán)境的擴(kuò)散和蒸發(fā)、控制芯材的釋放以及改變芯材的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，它能使利用傳統(tǒng)工藝無法解決的問題得到解決。因此，微膠囊技術(shù)可用來開發(fā)多種產(chǎn)品以及配料，助推食品工業(yè)的發(fā)展和滿足消費(fèi)者的需求[1]。

1 微膠囊技術(shù)的概述

微膠囊也稱微囊，是被覆蓋層，或殼包圍含有活性成分，或有核心物質(zhì)的小顆粒。有時(shí)每個(gè)微膠囊可含有一些核心物質(zhì)。目前，還沒有公認(rèn)的微膠囊大小的尺度，其直徑在1～1 000 μm。其原理是將固體、液體或氣體物料包埋在微型膠囊中，在一定的條件控制下，被包埋的物料緩慢釋放出來[2]。同時(shí)，包囊材料應(yīng)不與囊心物反應(yīng)，不與囊心物混溶。

芯材物質(zhì)絕大部分為對(duì)光、熱、氧、潮濕、酸和堿等外界因素敏感的物料，如添加劑、香料、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等。因此，利用高分子材料薄膜將其包裹起來，制成微型膠囊，使其在生產(chǎn)加工過程中免受環(huán)境因素影響，在適當(dāng)?shù)臈l件下，控制其時(shí)間、速率、溫度等使其從薄膜中破裂而釋放出來，從而使其功能發(fā)揮達(dá)到最佳水平。

壁材物質(zhì)實(shí)際上是為了掩蓋被包埋物質(zhì)的某些性能缺陷，使其在加工使用過程中隔絕對(duì)其有不利影響的環(huán)境，防止出現(xiàn)不該發(fā)生的理化反應(yīng)，保護(hù)原有的性質(zhì)不受改變。通常是由一些高分子物質(zhì)材料作為薄膜，如海藻酸鈉、明膠、β-環(huán)糊精、甲基纖維素和聚乙烯等。微膠囊包埋的方法通常包括冷凍干燥法、噴霧干燥法、復(fù)凝聚法等，微膠囊的形態(tài)結(jié)構(gòu)和粒徑大小決定了包埋方法。

2 微膠囊的制備方法

微膠囊的制備方法一直以來是所有學(xué)者的研究熱點(diǎn)。目前，依據(jù)微膠囊的應(yīng)用環(huán)境和目標(biāo)功能，學(xué)者們已研究出相關(guān)的制備方法，大致可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)方法和其他新方法。

2.1 物理法

物理法有噴霧干燥法、冷凍干燥法、空氣懸浮法和溶劑揮發(fā)法等。其中，常用的是噴霧干燥法。噴霧干燥法是一種較為經(jīng)濟(jì)的制備方法，其原理是將包埋的芯材和壁材物質(zhì)均勻混合在一起，形成均一的混合液，置于噴霧干燥器中，進(jìn)行快速加熱，液滴經(jīng)過液體充分蒸發(fā)、溶質(zhì)擴(kuò)散、干燥和沉淀等步驟，使壁材充分包埋芯材，形成干燥的微膠囊粉末[3]。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)法有凝聚法、擠壓法、銳孔法、乳化聚合法、界面聚合法和原位聚合法等。凝聚法又分為單凝聚法和復(fù)凝聚法。其中，復(fù)凝聚法是工業(yè)中常用的技術(shù)，微膠囊常用阿拉伯膠和明膠進(jìn)行制備，其作用機(jī)理為明膠為蛋白質(zhì)，在水溶液中，分子鏈上含有其相應(yīng)解離基團(tuán)，受介質(zhì)pH值的影響，當(dāng)pH值低于明膠的等電點(diǎn)時(shí)，氨基數(shù)目多于羧基，溶液帶/呈正電；當(dāng)溶液pH高于明膠等電時(shí)，羧基數(shù)目多于氨基，溶液帶/呈負(fù)電。明膠溶液在pH 4.0左右時(shí)，其正電荷最多。阿拉伯膠為多聚糖，在水溶液中，分子鏈上含有-COOH和-COO-，具有負(fù)電荷。因此在明膠與阿拉伯膠混合的水溶液中，調(diào)節(jié)pH約為4.0時(shí)，明膠和阿拉伯膠因荷電相反而中和形成復(fù)合物，其溶解度降低，自體系中凝聚成囊析出[4]。該方法主要通過改變混合物的溫度和調(diào)節(jié)酸堿度等因素，誘導(dǎo)帶相反電荷的聚合物瞬間產(chǎn)生去溶劑化，實(shí)現(xiàn)兩相分離。其具有高效性、得率高以及反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。

2.3 物理化學(xué)法

物理化學(xué)法有囊芯交換法、油相分離法、水相分離法和層層自組裝法等。其中，層層自組裝法起源于1966年，是迄今為止運(yùn)用時(shí)間較長(zhǎng)的一種微膠囊制備技術(shù)，其廣泛運(yùn)用于生物化學(xué)、材料等領(lǐng)域，它是利用分子之間的相互作用，如疏水作用、表面張力等，使分子之間相互堆疊，實(shí)現(xiàn)自主組裝，達(dá)到包埋的效果。

2.4 其他新方法

其他新方法主要包括模板法、多流體復(fù)合電噴技術(shù)、超臨界流體快速膨脹技術(shù)等，在各領(lǐng)域中也不斷被運(yùn)用。

3 微膠囊技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展

3.1 多肽的微膠囊化

肽是α-氨基酸以肽鍵連接在一起而形成的化合物，是蛋白質(zhì)水解的中間產(chǎn)物。蛋白經(jīng)水解得到多肽，多肽分子量小，具有降低血清膽固醇含量、促進(jìn)脂肪代謝、抗氧化、降血壓、低抗原性、迅速恢復(fù)疲勞及促進(jìn)Ca2+吸收等功能特性，可以增加能量，快速恢復(fù)體能，促進(jìn)人體生命健康，被稱為“21世紀(jì)的維生素”[5-6]。但由于其易受環(huán)境因素的影響，具有不穩(wěn)定性，導(dǎo)致蛋白多肽的釋放率低，生理活性下降。因此，將多肽進(jìn)行微膠囊化可以提高其活性成分穩(wěn)定性、有效增加生物利用率等，十分具有研究意義。鄭穎[7]研究發(fā)現(xiàn)，利用銳孔凝固浴法制備雞蛋蛋清抗氧化肽微膠囊，并對(duì)其緩釋性能和活性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明，抗氧化肽微膠囊在胃部較為穩(wěn)定，在腸道中釋放性好，能使人體較好地吸收小分子肽，并通過測(cè)定抗氧化活性表明微膠囊有利于蛋清抗氧化肽的活性保護(hù)。馬子淇[8]為解決玉米黃粉中的蛋白質(zhì)因水溶性差、不易消化吸收而不被研究利用的問題，將玉米黃粉蛋白酶解制成玉米黃粉免疫活性肽微膠囊，有效提高了肽的穩(wěn)定性。綜上，微膠囊化的多肽更有利于發(fā)揮其活性，同時(shí)為多肽食品相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)提供了一定的參考。

3.2 油脂的微膠囊化

油脂是油和脂肪的統(tǒng)稱，其具有貯存和供應(yīng)熱能的作用，在代謝中可以提供的能量比糖類和蛋白質(zhì)約高1倍，在化妝品、食品領(lǐng)域應(yīng)用較廣，但由于其含有的不飽和脂肪酸易受環(huán)境中的氧氣、水分、光照等的影響而發(fā)生酸敗和變質(zhì)，影響油脂的感官和品質(zhì)，從而不利于發(fā)揮它的價(jià)值。經(jīng)過微膠囊化后的油脂會(huì)變成顆?；蚍勰睿粫?huì)因環(huán)境的變化而改變其質(zhì)構(gòu)和品質(zhì)，微膠囊化后的油脂抗氧化性強(qiáng)于裸露的油脂。賈有青等[9]為了保持元寶楓籽油中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的穩(wěn)定性及功能性，采用噴霧干燥法處理元寶楓籽油，將其微膠囊化，得到了包埋結(jié)構(gòu)良好、穩(wěn)定性強(qiáng)的元寶楓籽油微囊，更有利于油脂產(chǎn)品的進(jìn)一步研究和利用。張維[10]的相關(guān)研究表明，榛子油是一種優(yōu)質(zhì)高端食用油，且具有降血脂、抗氧化和改善心血管疾病等功能。該學(xué)者利用微膠囊技術(shù)將榛子油制備成粉末油脂，既保護(hù)了榛子油使其不易受外界環(huán)境因素的影響、提高穩(wěn)定性，同時(shí)也利于加工生產(chǎn)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。其經(jīng)過體外消化實(shí)驗(yàn)和小鼠實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了榛子油微膠囊能促進(jìn)體內(nèi)血脂代謝，有效降低人體血脂功能。因此，微膠囊粉末油脂在食品工業(yè)中的應(yīng)用會(huì)日益廣泛，逐漸被人們使用和接受。

3.3 益生菌的微膠囊化

益生菌是通過定殖在人體內(nèi)，改變宿主某一部位菌群組成的一類對(duì)宿主有益的活性微生物。它具有調(diào)節(jié)人體的腸道菌群平衡，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收、保持腸道健康的作用[11]。但益生菌在加工、儲(chǔ)藏和消化過程中易暴露在惡劣的環(huán)境中，影響其存活率和益生功能，而益生菌微膠囊技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的益生菌保護(hù)技術(shù)，可使包埋后的益生菌具有抗氧化、抗酸和存活率高等優(yōu)點(diǎn)，使益生菌在人體內(nèi)發(fā)揮積極作用，達(dá)到益生功能，提高其被人體攝入后的存活率[12]。周莉等[13]采用微膠囊技術(shù)將沙棘益生菌發(fā)酵液進(jìn)行包埋，并對(duì)沙棘益生菌微膠囊進(jìn)行抗酸性和腸溶性研究，結(jié)果表明沙棘益生菌微膠囊在胃液中具有耐酸性，在腸液中具有一定的腸溶性，環(huán)境抗逆性強(qiáng)，存活率高，為益生菌微膠囊在食品工業(yè)中的應(yīng)用奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。常柳依等[14]為解決益生菌不耐低pH值、不耐氧的缺點(diǎn)，采用微膠囊包埋技術(shù)，利用海藻酸鈉外包殼寡糖為壁材，長(zhǎng)雙歧桿菌藻酸鹽為壁芯，制備海洋寡糖益生菌微膠囊，體外實(shí)驗(yàn)表明其可提高在模擬消化液后或在4 ℃貯藏期內(nèi)的存活率；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明其可顯著提高動(dòng)物體內(nèi)腸道菌群中益生菌的含量，同時(shí)降低腸道中有害菌群或致病菌的量，具有最佳的調(diào)節(jié)腸道平衡的作用，為益生菌微膠囊制成功能性食品開辟了一條新途徑。

4 結(jié)語

微膠囊技術(shù)的出現(xiàn)，給各大行業(yè)帶來無限可能。除了在上述食品領(lǐng)域中應(yīng)用外，還在食品添加劑、調(diào)料、乳制品、肉制品、生物酶和營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑等食品中有所應(yīng)用。由于制作微膠囊的芯材和壁材種類繁多，制備方法也多種多樣，應(yīng)利用芯材的功能性質(zhì)選取最佳的壁材進(jìn)行包埋，增強(qiáng)其穩(wěn)定性、緩釋性以及靶向響應(yīng)性等，保證微膠囊化產(chǎn)品呈現(xiàn)最佳效果。同時(shí)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，微膠囊技術(shù)的不斷深入研究和探索，其科學(xué)性和可行性將會(huì)不斷得到提升，為功能性食品的研發(fā)和規(guī)模生產(chǎn)提供巨大的市場(chǎng)潛力。相信在不久的將來，微膠囊技術(shù)能給予食品行業(yè)更大的拓展和創(chuàng)造空間，助推食品工業(yè)的創(chuàng)新性發(fā)展，滿足消費(fèi)者對(duì)風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)等多樣的需求。