微膠囊在食品業(yè)中的價(jià)值

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1微膠囊技術(shù)的概述

1.1微膠囊技術(shù)的基本概念

微膠囊技術(shù)（Microencapsulationtechnology）是指將分散的固體顆粒、液滴甚至氣體用天然或合成的高分子材料包裹成微小的、具有半透性或密封囊膜的微型膠囊的技術(shù)。所得到的微小粒子叫做微膠囊（microcapsule），其內(nèi)部所包裹的物料稱為芯材或囊芯，芯材可以是固體、液體或者氣體，也可以是他們的混合體；外部的囊膜稱為壁材或囊壁，通常是單層結(jié)構(gòu)，也可由多層結(jié)構(gòu)包埋。微膠囊粒徑一般為1μm～1000μm，小于1μm的微膠囊稱為納米微囊。微膠囊的囊壁可以在加壓、加熱或者輻射的條件下破裂，從而釋放包裹的芯材，達(dá)到所需要的應(yīng)用效果；也可以不破壞囊壁，通過(guò)選擇成膜材料或改變膜囊厚度等方法調(diào)節(jié)芯材透過(guò)囊壁向外界釋放的時(shí)間和速度。微膠囊技術(shù)可以改變物質(zhì)存在的狀態(tài)、保護(hù)敏感成分、隔離物料間的相互作用、降低揮發(fā)性、控制釋放、混合不相溶成分并降低某些化學(xué)添加劑毒性、延長(zhǎng)貯存時(shí)間等，微膠囊技術(shù)所具有的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，正是該技術(shù)倍受人們關(guān)注的原因，如今，微膠囊技術(shù)已成功應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)學(xué)、農(nóng)藥、生物技術(shù)等諸多領(lǐng)域。

1.2微膠囊技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史

微膠囊技術(shù)的研究始于20世紀(jì)30年代，美國(guó)大西洋海岸漁業(yè)公司（AtlanticCoastFishers）于1936年提出在液體石蠟中，以明膠為壁材制備魚肝油—明膠微膠囊的方法，這是最早的微膠囊專利。20世紀(jì)40年代末，微膠囊技術(shù)開(kāi)始取得重大成果，美國(guó)的Wurster采用空氣懸浮法制備微膠囊，并成功用于藥物包衣，是利用機(jī)械方法制備微膠囊的先驅(qū)者，空氣懸浮法也因此被稱為Wurster法。20世紀(jì)50年代，美國(guó)NCR公司的Green從當(dāng)時(shí)制藥業(yè)的膠囊制劑中受到啟發(fā)，首次利用物理化學(xué)原理制備微膠囊，發(fā)明了第一代無(wú)碳復(fù)寫紙，開(kāi)創(chuàng)了以相分離為基礎(chǔ)的物理化學(xué)制備微膠囊的新時(shí)代。50年代末到60年代，界面聚合法制備微膠囊的成功推動(dòng)了微膠囊技術(shù)的發(fā)展。20世紀(jì)70年代后，微膠囊制備工藝日臻成熟，應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大，開(kāi)發(fā)出了粒徑在納米范圍的微膠囊。20世紀(jì)80年代，微膠囊技術(shù)引入我國(guó)并得到了迅猛發(fā)展。

1.3微膠囊的制備方法

制備微膠囊的新工藝、新方法一直是許多科研工作者的主要研究方向之一，現(xiàn)有的微膠囊的制備技術(shù)已超過(guò)200種，根據(jù)微膠囊性質(zhì)、成囊條件和囊壁形成原理可分為物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法等3大類20余種方法。其中物理方法可分為空氣懸浮法、噴霧干燥法、噴霧冷凍法、分子包埋法、擠壓法、靜電沉積法和氣相沉積法等；化學(xué)法可分為聚合法、乳化法、銳孔法和輻射化學(xué)法等；物理化學(xué)法有相分離法、界面沉積法和干燥浴法等。目前在食品工業(yè)中應(yīng)用較成熟的方法有噴霧干燥法、空氣懸浮法、噴霧凍凝法、分子包埋法、物理吸附法、凝聚法、擠壓法等。不同的制備方法有著不同的特點(diǎn)和適用范圍。噴霧干燥法處理量大，速度快、物料溫度不會(huì)高于氣流溫度，適合熱敏性、疏水性、親水性及與水反應(yīng)的材料的微膠囊化；空氣懸浮法是將懸浮的芯材固體在有囊壁成膜液的流化床中表面形成膠囊，壁材層厚度均勻適中，適于固體芯材；擠壓法是一種低溫微膠囊化產(chǎn)品的技術(shù)，可防止風(fēng)味物質(zhì)的揮發(fā)，適用于熱敏性物質(zhì)的包埋，如各種風(fēng)味劑、香料和色素等；界面聚合法的包封率高，可以很好的保護(hù)活性物，因此適合活性物質(zhì)的包埋；銳孔法的操作簡(jiǎn)單，不使用有機(jī)溶劑，無(wú)需高速攪拌且所得膠囊機(jī)械強(qiáng)度大、粒徑小，適于對(duì)紫外光敏感的生物活性體的包囊；單凝聚法工藝簡(jiǎn)單，易控制，包埋率較高，可制成粒徑不同的微膠囊，適于油脂和精油的包埋；復(fù)凝聚法對(duì)非水溶性芯材具有高效、高產(chǎn)的特點(diǎn)，適于非水溶性的固體粉末或液體的包埋。

1.4納米微膠囊

納米膠囊的概念最早是由Narty等在20世紀(jì)70年代末提出，其直徑在1nm～1μm，是一種多相功能材料，由于其粒度小，易于分散和懸浮在水中形成膠體溶液，外觀上清澈透明，具有與傳統(tǒng)微膠囊不同的獨(dú)特性質(zhì)，因此在許多領(lǐng)域得到新的應(yīng)用，特別是在藥物納米膠囊的研究中，發(fā)現(xiàn)其靶向性和緩釋效果更加明顯，精確控制釋放性能不僅是納米微膠囊的一項(xiàng)附加的技術(shù)指標(biāo)，更是一個(gè)無(wú)與倫比的全新屬性。納米微膠囊的制備技術(shù)主要包括乳液聚合法、界面聚合法、干燥浴法、單凝聚法和納米自組裝技術(shù)等。隨著微膠囊技術(shù)的縱深發(fā)展，納米微膠囊技術(shù)的理論也會(huì)越來(lái)越完善，應(yīng)用更加廣泛。

2微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

食品的微膠囊技術(shù)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研究的一種食品加工技術(shù)，該技術(shù)最早應(yīng)用于食品工業(yè)是在20世紀(jì)50年代末，Andeson等人研究了桔油的微膠囊化，在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，由于微膠囊化產(chǎn)品的成本較高，使微膠囊技術(shù)在食品中的應(yīng)用受到了限制，但有關(guān)的研究工作從未停止，許多傳統(tǒng)工藝中無(wú)法解決的難題依賴微膠囊技術(shù)迎刃而解，極大地促進(jìn)了微膠囊技術(shù)在食品領(lǐng)域中的發(fā)展，使得微膠囊技術(shù)在食品中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要集中于某些食品添加劑或配料、保健食品或益生菌等的微膠囊化。

2.1營(yíng)養(yǎng)素

氨基酸、維生素和礦物質(zhì)等是食品中需要強(qiáng)化的主要營(yíng)養(yǎng)素，這些物質(zhì)在加工或貯藏過(guò)程中，外界因素的影響容易使其喪失營(yíng)養(yǎng)價(jià)值或致使制品變色變味，將營(yíng)養(yǎng)素包裹制成微膠囊制劑后，具有了更強(qiáng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性。如面粉或培烤制品用粉中所用到的硫酸亞鐵會(huì)催化氧化酸敗的進(jìn)行，但將硫酸亞鐵制成微膠囊后，不僅防止了其對(duì)氧敏感成分的接觸，又掩蔽了硫酸亞鐵的鐵腥味。普通Vc加熱3h～4h左右就會(huì)被完全破壞，采用擠壓法將Vc制成微膠囊加入到食品中，經(jīng)高溫長(zhǎng)時(shí)間加熱Vc仍能保持一定的活性，證明微膠囊提高了Vc的使用性能，對(duì)Vc具有很好的保護(hù)作用，特別適合添加在需高溫加熱的食品中。

2.2香精和風(fēng)味劑

食品加工中經(jīng)常使用的香精是由許多易揮發(fā)、對(duì)環(huán)境敏感的化合物組成，當(dāng)受到光、溫度、濕度、氧等的影響時(shí)，香精的香味就會(huì)發(fā)生改變，從而影響了食品的風(fēng)味。微膠囊香精已越來(lái)越受到世界各香料工業(yè)企業(yè)以及食品生產(chǎn)企業(yè)的重視，成為香精發(fā)展的一個(gè)方向。微膠囊化香料和風(fēng)味劑，應(yīng)用于食品工業(yè)的許多方面。焙烤制品中使用微膠囊化的香精，可以減少在焙烤中由于水分的蒸發(fā)而帶走部分香料的呈味成分，避免香料在高溫和高pH值的環(huán)境下遭破壞或揮發(fā)；固體飲料的生產(chǎn)中選用微膠囊香精，既可以避免添加液體香精所產(chǎn)生的黏結(jié)現(xiàn)象，又能避免飲料中的其他成分對(duì)香精的破壞，從而保持產(chǎn)品風(fēng)味；應(yīng)用于湯料食品中，可以避免香味物質(zhì)在生產(chǎn)和貯運(yùn)過(guò)程中變質(zhì)與揮發(fā)，延長(zhǎng)保質(zhì)期，也可以掩蓋如洋蔥、大蒜之類的強(qiáng)烈氣味。

2.3食品防腐劑

微膠囊化防腐劑可以延長(zhǎng)防腐時(shí)間并減少毒性，目前食品防腐劑的微膠囊化有兩種類型，一種是低醇類殺菌防腐劑的微膠囊化，即將乙醇制成微膠囊粉末制品，使其在密封包裝的容器中緩慢氣化放出的乙醇蒸氣，從而達(dá)到殺菌的目的；另一種是對(duì)現(xiàn)有的食品防腐劑進(jìn)行包埋，制成長(zhǎng)效制劑，使其在食品中緩慢釋放，從而減少添加量。

2.4甜味劑

食品生產(chǎn)中使用的甜味劑通常是各種天然產(chǎn)物的糖類，溫度、濕度對(duì)這些甜味劑的性能影響很大，將甜味劑微膠囊化后可降低其吸濕性，同時(shí)微膠囊的緩釋作用可使甜味持久。人造甜味劑阿斯巴甜，其甜度是蔗糖甜度的150倍～200倍，熱量遠(yuǎn)低于同等量的糖，這種甜味劑在可樂(lè)、汽水等酸性食品中不穩(wěn)定，通過(guò)微膠囊技術(shù)，可克服阿斯巴甜在酸性環(huán)境不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，因此他在食品工業(yè)中的應(yīng)用十分廣泛。美國(guó)專利中介紹了阿斯巴甜膠囊化的方法：將阿斯巴甜與凝聚劑加水混合潤(rùn)濕，經(jīng)真空干燥、篩分后得到直徑小于0.43mm的膠囊。這種膠囊單位時(shí)間的釋放量與顆粒的半徑有關(guān)，微小顆料在其中所占的比例越大，釋放的速度越快，同時(shí)，不同水溶性的凝聚劑也會(huì)影響阿斯巴甜的釋放速度。

2.5酸味劑

很多酸味劑的酸味有刺激性，有的酸味劑還會(huì)促進(jìn)食品的氧化、改變配料系統(tǒng)的pH等，如直接添加到食品配料中會(huì)與果膠、淀粉、蛋白質(zhì)等對(duì)酸敏感的成分作用而影響食品品質(zhì)，而添加了微膠囊化的酸味劑后，酸味劑與敏感成分的接觸大大減少，食品品質(zhì)得以保障，并延長(zhǎng)了食品的貯存期，通過(guò)控制釋放，還可以增進(jìn)風(fēng)味。目前，微膠囊化蘋果酸、檸檬酸、抗壞血酸等已廣泛用于布丁粉、點(diǎn)心粉、餡餅填充物及肉類的加工業(yè)中。

2.6抗氧化劑

食品抗氧化劑作為一種添加劑摻入食品，主要用于防止或減慢食品發(fā)生氧化作用，他先于食品與氧氣發(fā)生反應(yīng)，從而有效防止食品中脂類物質(zhì)的氧化，避免了食品品質(zhì)劣變。如天然維生素E作為一種抗氧化劑，能夠全面有效地保護(hù)機(jī)體細(xì)胞膜及生物大分子對(duì)抗氧自由基的侵犯，在增強(qiáng)機(jī)體活力、延緩細(xì)胞衰老、提高免疫力、降低血膽固醇和抗腫瘤方面具有良好的效果。維生素E是一種溶于酒精和脂肪溶劑的黏性油，不溶于水，難以均勻地添加于食品、藥品中，若將維生素E制成微膠囊型，則既能保持維生素E的固有特性，又能彌補(bǔ)其易氧化和不易用于水溶性產(chǎn)品等的不足。有實(shí)驗(yàn)研究證明，微膠囊型天然維生素E在水溶性、流動(dòng)性、分散性及穩(wěn)定性等方面上均有很大的改善。

2.7生理活性物質(zhì)

保健品是具有機(jī)能性的生理活性物質(zhì)，這些物質(zhì)具有增強(qiáng)人體免疫力、抗衰老、防疾病等功能，如DHA、EPA、亞麻酸、膳食纖維、多不飽和脂肪酸、活性肽和活性蛋白等，這些物質(zhì)大多不穩(wěn)定，易與其他配料發(fā)生相互作用或受光、熱、氧等因素生成各種氧化和分解產(chǎn)物，所以可用微膠囊化處理以提高他們?cè)诠δ苄允称分械目捎眯?。螺旋藻含有多種生理活性成分，因其營(yíng)養(yǎng)均衡、全面而成為最佳的健康保養(yǎng)食品，但由于其具有特殊的藻腥味，很難被所有的消費(fèi)者所接受，其細(xì)胞壁的特殊結(jié)構(gòu)也在一定程度上影響了人體的充分消化，降低了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而微膠囊化的螺旋藻不僅具有了良好的水溶性，也大大降低了藻腥味，同時(shí)提高了螺旋藻貯藏的穩(wěn)定性。

2.8益生菌

乳酸菌是一類有益微生物，其重要生理功能是調(diào)節(jié)消化道的微生態(tài)平衡、增強(qiáng)機(jī)體的免疫力、降低膽固醇等，而乳酸菌制品在從生產(chǎn)到運(yùn)輸、銷售、再經(jīng)消化道到達(dá)腸道的過(guò)程中，需經(jīng)受一系列不利環(huán)境，最后到達(dá)腸道的活菌數(shù)大量減少，限制了乳酸菌生理作用的發(fā)揮，而微膠囊技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效方法，采用微膠囊技術(shù)包裹乳酸菌，能增強(qiáng)菌體對(duì)外界環(huán)境的抵抗力，顯著提高菌體在到達(dá)腸道后的存活率，使乳酸菌更好地發(fā)揮益生作用。雙歧桿菌是人體腸道正常菌群的優(yōu)勢(shì)菌，可改善維生素代謝、降低膽固醇、提高人體免疫機(jī)能、具有抗癌抗衰老作用。但是由于雙歧桿菌受外界因素的影響，對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求高，不耐氧、不耐胃酸、不耐膽汁和不耐高溫，常溫下貨架期短，經(jīng)口服到達(dá)腸道時(shí)活性菌量極少，使這類產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和利用受到了很大限制。惠永華等采用雙層包裹法，用棕櫚油作內(nèi)層壁材，大分子明膠溶液作外層壁材將雙歧桿菌包裹，微膠囊化的雙歧桿菌活菌數(shù)高、保存性好，使盡可能多的菌體到達(dá)人體腸道，發(fā)揮相應(yīng)的生理功能，真正起到益生作用。

3微膠囊技術(shù)的發(fā)展前景

微膠囊技術(shù)問(wèn)世以來(lái)，因其賦予微膠囊化產(chǎn)品的獨(dú)特性能而被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，受到了眾多研究者的重視和青睞，成為一項(xiàng)重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)。作為一種食品加工的新技術(shù)，微膠囊技術(shù)在歐美等國(guó)家的應(yīng)用已十分普遍，微膠囊化產(chǎn)品在現(xiàn)代國(guó)際食品工業(yè)也占有重要地位。在美國(guó)，60%的固體飲料采用微膠囊技術(shù)生產(chǎn)；日本每年申請(qǐng)有關(guān)微膠囊技術(shù)的專利達(dá)上百項(xiàng)。同國(guó)外的發(fā)展相比，我國(guó)的微膠囊技術(shù)起步較晚，技術(shù)推廣存在一定的障礙，被投人市場(chǎng)的微膠囊化產(chǎn)品同其巨大應(yīng)用潛力相比還是很小，因此仍需對(duì)微膠囊技術(shù)進(jìn)行更深入的理論和實(shí)踐研究，提供新的適用于工業(yè)化生產(chǎn)的方法，進(jìn)一步開(kāi)發(fā)微膠囊技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。目前影響微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中推廣的障礙主要是生產(chǎn)成本較高，所用壁材中很大一部分不屬于食品添加劑范圍，因此在開(kāi)發(fā)安全、經(jīng)濟(jì)高效的壁材，改善微膠囊產(chǎn)品的應(yīng)用性能等方面有待于進(jìn)一步突破。隨著人們對(duì)微膠囊技術(shù)的不斷學(xué)習(xí)，加深認(rèn)識(shí)，開(kāi)發(fā)新材料新設(shè)備，微膠囊技術(shù)將會(huì)在食品工業(yè)中更加活躍。