食品微膠囊技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀及其發(fā)展前景

◎ 侯澤淇，孔欣欣，張 杰

（鄭州科技學(xué)院 食品科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450064）

隨著科技進(jìn)步發(fā)展，微膠囊技術(shù)作為一種新型“微封裝”技術(shù)，發(fā)展已越來越迅速，應(yīng)用范圍也越來越廣。微膠囊技術(shù)通常指以天然的或合成的高分子材料為壁材，通過特定加工手段形成連續(xù)的薄膜包覆于以微小顆?；蛭⑿∫旱螤顟B(tài)存在的芯材表面，形成微膠囊的微包裝技術(shù)[1]。隨著這項(xiàng)技術(shù)在材料、工藝、設(shè)備等方面的不斷成熟、完善，其應(yīng)用技術(shù)在食品工程制造領(lǐng)域越來越受到重視。多項(xiàng)研究成果證實(shí)，該技術(shù)不僅能降低食品成分在加工、貯藏過程中因光、氧、熱等外界因素造成的影響，減少損失，還能夠防止食品各成分發(fā)生相互作用，控制食品成分在特定環(huán)境、特定載體的釋放速度[2]。

1 食品微膠囊制備技術(shù)概述

1.1 微膠囊的結(jié)構(gòu)與組成

微膠囊的“外殼”材料通常稱為壁材，被包裹在內(nèi)的物質(zhì)通常稱為芯材[3]。壁材通過一定的加工手段包裹芯材后，壁材形成囊膜，芯材成為囊核。微膠囊形貌特征是多樣化的，可以是球狀，也可以是不規(guī)則形狀；可以單獨(dú)存在，也可以呈葡萄串形聚集；微膠囊的外表面有光滑的，也有折疊的；微膠囊的囊膜可以是單層，也可以是雙層或者是多層的；而囊膜所包覆的囊核既可以是單核，也可以是多核；微膠囊的粒徑一般在微米級(jí)且大小不均，平均粒徑通常在1 ～ 10 μm[4]。

1.2 芯材、壁材的種類與要求

在食品工業(yè)中，被微膠囊包覆的芯材主要有香料精油及其油樹脂、功能性油脂、維生素、色素、氨基酸、菌種以及食物中的天然活性成分，如生物酶等[5]。可作為微膠囊壁材的物質(zhì)包括天然高分子材料、半合成高分子材料、完全合成高分子材料及無機(jī)材料[6]。無論其來源如何，一般來說作為食品微膠囊的壁材，必須符合以下幾個(gè)特征。①安全無毒，生物可降解性好。②不與芯材發(fā)生反應(yīng)。③穩(wěn)定，成膜性質(zhì)優(yōu)良。④自身形成的溶液黏度低，吸濕性低。⑤無臭、無特殊刺激性氣味。⑥遇水可自動(dòng)釋放出包埋的芯材。⑦價(jià)格便宜、容易購(gòu)買[7]。此外，根據(jù)使用目的不同，還要適當(dāng)考慮其機(jī)械強(qiáng)度、傳熱性能和高溫穩(wěn)定性。常用的食品微膠囊壁材主要來源于天然高分子材料，有蛋白質(zhì)類，如明膠、豌豆蛋白、乳清分離蛋白、大豆分離蛋白和絲素蛋白等；有碳水化合物類，如淀粉及變性淀粉，膠體類的果膠、阿拉伯膠、海藻酸鈉、瓊脂和卡拉膠，多糖類的殼聚糖等；還有脂類，如大豆卵磷脂、硬脂酸等。在使用時(shí)，根據(jù)成囊機(jī)理不同，壁材可以單一使用，也可以聯(lián)合使用。

1.3 微膠囊的制備工藝方法

微膠囊的制備技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn)，科研人員已探索出200多種制備微膠囊的方法，可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法等3大類[8]。其中物理方法可分為真空冷凍干燥法、噴霧干燥法、擠壓法和空氣懸浮法等，化學(xué)法可分為界面聚合法、復(fù)凝聚法、脂質(zhì)體法和銳孔法等，物理化學(xué)法可分為溶劑蒸發(fā)法、界面沉積法、相分離法等。

1.4 微膠囊的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

微膠囊制品的質(zhì)量評(píng)價(jià)方法包括微膠囊一般性質(zhì)的評(píng)價(jià)和微膠囊特有性質(zhì)的評(píng)價(jià)。一般性質(zhì)的評(píng)價(jià)主要有微膠囊的粒徑大小與分布、顆粒形態(tài)與結(jié)構(gòu)、顆粒所帶荷電情況、顆粒流動(dòng)性、密度和機(jī)械性能等。微膠囊特有性質(zhì)的評(píng)價(jià)主要有囊膜厚度及滲透性、芯材保留率、微膠囊的包埋率、微膠囊的熱穩(wěn)定性、微膠囊的生物相容性、微膠囊化效率和微膠囊化產(chǎn)率等[9-12]。另外，在微膠囊制品的質(zhì)量評(píng)價(jià)中，要考慮各種因素之間的相互影響，才能更全面、更科學(xué)地評(píng)價(jià)微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量。

2 微膠囊技術(shù)在食品相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 微膠囊技術(shù)在油脂中的應(yīng)用

油脂來源廣泛，營(yíng)養(yǎng)豐富，功能頗多，在醫(yī)藥、食品及化妝品等領(lǐng)域中具有很高的應(yīng)用價(jià)值，但因含有不飽和脂肪酸而極易氧化變質(zhì)，導(dǎo)致其應(yīng)用受到一定的限制。而微膠囊技術(shù)能有效地將油脂包裹在一個(gè)密封的、微小的囊中，使其由液態(tài)變成固態(tài)，有助于改善油脂的多方面性質(zhì)，如體積、色澤、氣味等[13]。微膠囊化油脂芯材按油脂來源可分為植物油脂、動(dòng)物油脂與微生物油脂3類[14]。常用于油脂微膠囊化的壁材主要有碳水化合物類和蛋白質(zhì)類，常見的膠囊形成方法主要有噴霧干燥法、真空冷凍干燥法等。

葛昕[15]采用噴霧干燥技術(shù)，以麥芽糊精和大豆分離蛋白作為主要壁材，制備了茶油微膠囊，并對(duì)其加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化。制成的微膠囊為乳白色粉末，表觀結(jié)構(gòu)良好，粒徑分布較為均勻，具有良好的流動(dòng)性和溶解性，可吸收的營(yíng)養(yǎng)成分約占到總體質(zhì)量的80%，微膠囊化后的油脂相對(duì)未經(jīng)包埋的油脂有更長(zhǎng)的貨架期，但微膠囊化過程會(huì)使油脂的抗氧化性有一定程度的降低。李橋妹[16]采用超聲波輔助提取法提取出山蒼子核仁油，并篩選出最佳脂肪酶后，采用酶水解制備出富含中碳鏈甘油二酯的山蒼子核仁油，并以辛烯基琥珀酸淀粉納為壁材，利用真空冷凍干燥法制備了山蒼子核仁油微膠囊，通過試驗(yàn)獲得的微膠囊最佳工藝條件為：芯壁比1∶5，剪切速率13 500 r·min-1，剪切時(shí)間9 min。在該條件下的微膠囊包埋率為81.74%，制品呈乳黃色較疏松粉末狀態(tài)。

林彩平[17]則采用微膠囊技術(shù)包埋了魷魚肝油，并對(duì)產(chǎn)品的貯藏穩(wěn)定性進(jìn)行了初步研究。該微膠囊采用辛烯基琥珀酸淀粉納及環(huán)狀糊精為壁材，利用噴霧干燥制得。通過測(cè)定包埋率，考察光、熱、氧氣等因素對(duì)微膠囊貯藏性的影響，并運(yùn)用掃描電鏡觀察微膠囊的外觀結(jié)構(gòu)，認(rèn)為微膠囊表面光滑緊致，無裂紋，無孔隙，內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)細(xì)密，包埋率高，微膠囊化效果好。

微生物油脂也被稱為單細(xì)胞油脂，是由各種產(chǎn)油微生物在適宜條件下利用碳源、氮源和無機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所生產(chǎn)的油脂或脂質(zhì)[18]。張邈等[19]從微生物干菌體中提取出富含多不飽和脂肪酸的微生物油脂，以麥芽糊精為壁材，輔以單甘酯、蔗糖酯兩種乳化劑，經(jīng)轉(zhuǎn)相、均質(zhì)和噴霧干燥，制得粉末油脂。經(jīng)測(cè)定，微膠囊化效率可達(dá)84.19%，獲得的產(chǎn)品不飽和脂肪酸含量高，性能穩(wěn)定，方便保存。

2.2 微膠囊技術(shù)在飲料中的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步，消費(fèi)水平的提升，消費(fèi)者對(duì)飲料的要求也越來越高，微膠囊技術(shù)的引入可以改善原有飲料缺陷或賦予其特殊的功能性。

利用微膠囊技術(shù)可以改善飲料產(chǎn)品缺陷，如褪色、褐變、沉淀分層、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低、風(fēng)味劣變及溶解性差等。一些果蔬汁飲料會(huì)含有彩色微小纖維，使飲料的顏色不穩(wěn)定，容易褪色并形成沉淀。如果采用微膠囊包埋微小彩色果肉或纖維顆粒，制成彩色微膠囊，則可以綜合改善果蔬飲料的色澤、風(fēng)味甚至口感[20]。趙良忠等[21]以海藻酸鈉為主要壁材，采用微膠囊技術(shù)，對(duì)綠葉蔬菜、胡蘿卜、西紅柿和黃花菜等復(fù)合果蔬汁進(jìn)行包埋，并對(duì)工藝過程和條件進(jìn)行了優(yōu)化，研制了一種復(fù)合蔬菜飲料，研究結(jié)果表明利用微膠囊技術(shù)可以生產(chǎn)出色澤艷麗、風(fēng)味獨(dú)特、外形美觀的營(yíng)養(yǎng)型復(fù)合果蔬飲料。

利用微膠囊技術(shù)還可以提高飲料產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或讓其獲得特定功能。陳劍兵等[22]采用微膠囊技術(shù)對(duì)橙皮苷進(jìn)行包埋，并研究了該微膠囊添加到橙汁飲料中對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的影響，確定微膠囊添加量低于1.5%時(shí)，對(duì)橙汁飲料產(chǎn)品品質(zhì)無顯著影響。通過試驗(yàn)優(yōu)化后的原料配比為：果汁原汁濃度30%，微膠囊化橙皮苷0.8%，穩(wěn)定劑0.2%，所制成的高橙皮苷橙汁飲料具有良好的風(fēng)味，橙皮苷含量高達(dá)0.82 g·L-1，不但提高了橙汁飲料的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且為橙皮苷的應(yīng)用開辟了一條新的途徑。

2.3 微膠囊技術(shù)在乳制品中的應(yīng)用

乳制品是營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化或功能化的主要食品載體，但部分營(yíng)養(yǎng)成分?jǐn)y帶不愉快的氣味，或本身性質(zhì)不穩(wěn)定，增加了營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化的難度。若將這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行微膠囊包埋，既可增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，又能使產(chǎn)品具有獨(dú)特的風(fēng)味，掩蔽異味。對(duì)粉狀乳制品而言，還可以改善結(jié)塊性和沖調(diào)性，延長(zhǎng)保質(zhì)期[23]。

近年來，微膠囊技術(shù)被廣泛用于多不飽和脂肪酸和益生菌等的包埋，如DHA經(jīng)過微膠囊化處理后，成分活性高、不易氧化、質(zhì)量穩(wěn)定，添加到乳制品中后掩蔽了魚腥味，提高了產(chǎn)品的適口性[24]。保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌等益生菌經(jīng)微膠囊技術(shù)包埋后，不易被胃酸破壞溶解，在腸液中經(jīng)過2～3 min再釋放出來，保證了益生菌在腸道中的準(zhǔn)確定植。乳制品加工企業(yè)在干酪生產(chǎn)中，也已借助微膠囊技術(shù)促進(jìn)催熟作業(yè)流程的加快，進(jìn)而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。而胡姝敏等[25]則研究了植物甾醇酯微膠囊在夸克干酪中的強(qiáng)化，植物甾醇酯具有降低血漿總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的功效。通過對(duì)添加工藝的研究，認(rèn)為分別在牛奶殺菌前添加和排乳清后添加，并控制好發(fā)酵溫度，所制成的干酪感官質(zhì)量好，且具有一定功能性。

2.4 微膠囊技術(shù)在烘焙食品中的應(yīng)用

在焙烤食品加工過程中，若添加酸性配料，易與另一種配料碳酸氫鈉發(fā)生反應(yīng)，釋放出CO2，降低面團(tuán)的膨發(fā)效果，導(dǎo)致焙烤制品不夠蓬松[26]。利用微膠囊技術(shù)對(duì)碳酸氫鈉進(jìn)行包埋，再于特定的條件下釋放出來，能夠最大程度保證焙烤制品的蓬松度。目前微膠囊在烘焙食品中的應(yīng)用較少，還有較大的研究空間。

2.5 微膠囊技術(shù)在食品添加劑領(lǐng)域中的應(yīng)用

食品添加劑是食品工業(yè)中不可或缺的角色，種類和功能多種多樣，合規(guī)使用能提高食品品質(zhì)或延長(zhǎng)保質(zhì)期、改善加工性能。有關(guān)研究表明，經(jīng)微膠囊技術(shù)處理后的部分食品添加劑，其功能、穩(wěn)定性和使用效果會(huì)大大提高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。①改變食品添加劑的物理狀態(tài)，使其使用便捷性和易加工性被提高。②控制食品添加劑的釋放時(shí)間和速度，達(dá)到緩釋或定時(shí)作用的效果，有些食品添加劑的毒性還可以得到緩解。③增強(qiáng)食品添加劑的穩(wěn)定性，降低環(huán)境因素對(duì)其的干擾或獲得保護(hù)。④掩蔽部分食品添加劑自身的不良?xì)馕叮瑪U(kuò)大使用范圍[27-29]。

例如，天然香料很多為油溶性精油，在飲料、調(diào)味料中使用不方便，如果以水溶性高分子材料作為壁材，輔以乳化劑，采用噴霧干燥等方法對(duì)油溶性香料進(jìn)行微膠囊包埋，制成粉狀香精，就可以添加到很多食品中，特別是固態(tài)食品[30]。山梨酸作為一種常見的食品防腐劑，若直接添加到肉制品中，極易引起蛋白質(zhì)變性而使其失去彈性和保水性，通過微膠囊技術(shù)對(duì)其進(jìn)行包埋，既能避免山梨酸與肉制品直接進(jìn)行接觸，又能通過壁材的緩釋作用增加其殺菌有效期，延長(zhǎng)了肉制品貨架期，消除負(fù)面效應(yīng)。某些酸味劑作為食品配料直接添加到食品中，會(huì)使其他配料中某些敏感成分發(fā)生變化甚至劣變。為克服這些缺點(diǎn)，可采用微膠囊技術(shù)將酸味劑包埋，通過“隔離”酸味劑減少其與敏感成分的接觸，而延長(zhǎng)食品貯存期；另外，通過對(duì)酸味劑的部分包埋，還可以在食用或飲用時(shí)提供更加爽口的口感，讓產(chǎn)品更具特色[31]。天然色素很多是光敏、熱敏性物質(zhì)或?qū)λ釅A敏感，以淀粉、環(huán)狀糊精、明膠和阿拉伯膠等材料為壁材，通過復(fù)凝聚、噴霧干燥等方法對(duì)番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素和原花青素等進(jìn)行微膠囊包埋，能夠不同程度抵抗光照、溫度、pH、氧濃度等變化造成的影響[32-33]。總之，微膠囊技術(shù)在食品添加劑中的應(yīng)用比較廣泛，其技術(shù)也處于不斷研究和發(fā)展中。

3 結(jié)語

微膠囊技術(shù)除在上述食品領(lǐng)域中應(yīng)用外，還在肉制品、糖果、保健食品、營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑、食品包裝和生物酶等多個(gè)食品領(lǐng)域有所應(yīng)用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，食品微膠囊制備技術(shù)一方面應(yīng)向新方法創(chuàng)新、材料及工藝優(yōu)化方向發(fā)展，另一方面應(yīng)向工業(yè)化轉(zhuǎn)化發(fā)展，通過開發(fā)配套生產(chǎn)設(shè)備，優(yōu)化工程化技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，提升產(chǎn)品質(zhì)量，讓更多食品微膠囊技術(shù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。此外，應(yīng)不斷拓展其在食品領(lǐng)域的應(yīng)用，通過基礎(chǔ)性研究提升應(yīng)用技術(shù)的科學(xué)性、可行性，成為促進(jìn)食品工業(yè)蓬勃發(fā)展的有力支撐。