微胶囊多孔淀粉的制备及应用研究进展

尹卓林，解乐福，李艳杰，马烽，*

（1.山东轻工业学院化学与制药工程学院，山东济南250353；2.威海新元化工有限公司，山东威海264205）

多孔淀粉，又称为微孔淀粉，是指淀粉经酶水解作用而使颗粒呈现多孔状的淀粉，是一种新型的变性淀粉。多孔产生很大的比表面积，因而多孔淀粉主要用作吸附的载体。多孔淀粉由于其表面具有很多伸向中心的小孔，因而具有良好的吸附性能，可用作功能性物质的吸附包埋[1-2]。

微胶囊技术是当今一项用途广泛而又发展迅速的新技术，它是利用天然或合成的高分子材料（壁材），将固体、液体或气体（芯材）经包囊所形成的一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊技术[3]。微胶囊技术具有保护活性物质，减少外界不良因素（如光、氧和水等）的影响，减少芯材向环境的扩散或蒸发，控制芯材的释放，掩蔽芯材的不良风味，改变物质的物理性质和化学性质，便于加工和处理等优点[4]。

微胶囊技术应用的好坏很大程度上取决于壁材的选择。壁材的性能会影响微胶囊的缓释性、流动性以及渗透性等等。因此微胶囊技术的前提就是壁材的选择。微胶囊壁材的选择要遵循以下几个原则：壁材能与芯材互相配伍、但不发生化学反应；耐高温、耐挤压；具有一定的渗透性、吸湿性、溶解性和稳定性；传质性能良好、性质稳定、不易被生物分解；来源广泛、容易得到、价格低廉等[5]。而随着微胶囊技术的不断发展，传统壁材已无法满足其应用，再加上人们环保意识的不断增强，微胶囊多孔淀粉得到了迅速的发展。其具有许多优良特性，例如由于多孔淀粉具有较大的比孔容和比表面积，因此具有良好的吸附性，使得多孔淀粉具有更好的包埋性，同时多孔淀粉微胶囊化后具有良好的储存稳定性，使用方便。其原料来源丰富，价格低廉，加工过程无毒无害，这些优良特性使得微胶囊多孔淀粉迅速发展，广泛应用于食品、医药、日用化工等领域。

1 微胶囊多孔淀粉的制备方法

由于微胶囊的应用极为广泛，因此自问世以来，它的制备工艺或者方法都得到了学者的广泛关注。据不完全统计，目前微胶囊的制备方法已达200多种。根据微胶囊的形成机理、性质等可将其制备方法分为3类：物理化学法、物理法、化学法。其中物理化学法主要包括相分离法以及喷雾干燥法；物理法主要包括静电沉积法、空气悬浮法等；化学法有复凝聚法、单凝聚法、乳化法等。近年来随着微胶囊制备技术的发展，出现了许多新的制备方法，如超微胶囊技术、膜乳化法等。

多孔淀粉的制备有以下几种方式：物理方法（包括机械撞击、喷雾、超声波照射和醇变性）和化学方法以及生物方法（主要是酶法）[6]。目前广泛采用的是生物酶解法，利用淀粉酶在糊化温度下对淀粉进行水解。由于淀粉酶来源于微生物，容易进行大规模生产，同时生产工艺比较简单，是目前最具有使用价值的生产方法。其一般工艺流程如下：颗粒态生淀粉→在糊化温度下酶解（α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脱支酶）→过滤→洗涤干燥→多孔淀粉。

当前制备微胶囊多孔淀粉主要采取两种方法：

1）直接吸附法：以多孔淀粉为芯材，吸附包埋目的物质，制成粉末物质，在选取合适的壁材，以适当比例与芯材制备成微胶囊。邱英华[7]等以木薯多孔淀粉为芯材，吸附蚕蛹油制成粉末蚕蛹油，制成淡黄色不结块粉末蚕蛹油，再以玉米醇溶蛋白为壁材，按一定的比例制取蚕蛹油微胶囊，外观为淡黄色，无气味、流动性佳。许丽娜等[8]以多孔淀粉为壁材，吸附包埋葡萄籽油，制备微胶囊，研究得多孔淀粉包埋葡萄籽油微胶囊化最佳工艺参数：芯材与壁材比率2.9∶1，包埋时间58 min，包埋温度50℃。

2）喷雾干燥法：将芯材物质分散在壁材溶液中形成均匀乳化液，乳化液通过气流雾化成极微小的液滴，并均匀地分散于热气流中，使溶解壁材的溶剂闪蒸后壁材迅速固化，再将芯材物质包覆其中形成微胶囊。潘頡等[9]以木薯微孔淀粉为主要壁材、罗非鱼油为芯材，利用喷雾干燥法制备微胶囊，研究罗非鱼油喷雾干燥制备微胶囊的最佳工艺，结果表明，喷雾干燥用罗非鱼油乳化液的工艺条件为乳化温度55℃，乳化体系pH 6.0，均质时间6 min，芯材壁材配比1∶1.5。吴朝霞等[10]利用喷雾干燥法制备了多孔淀粉-葡萄籽原花青素微胶囊。

2 微胶囊多孔淀粉的性能

近年来，随着人们对环保要求的不断提高，随着微胶囊技术的不断发展，各种新型壁材也得到了大力发展。比如有学者采用微生物的细胞壁[11]作为壁材，有学者制备出可生物降解的脂质体材料作为壁材。而多孔淀粉是近年来发展迅速的一种壁材。由于其具有良好的吸附性，许多学者将其用作微胶囊的壁材，取得了良好的效果。许丽娜等[8]用多孔淀粉包埋葡萄籽油，并对产品进行氧化实验，结果表明产品的抗氧化性明显提高，可显著延长保质期。刘勋等[12]采用多孔淀粉包埋花椒精油，认为此方法工艺简单，只需在常温常压下将多孔淀粉和花椒精油混合均匀即可，多孔淀粉对花椒精油的吸附量达到0.92 g/g，包埋率达48%，高于其它包埋材料，且微胶囊化后的产品具有良好的贮存稳定性以及使用更方便等特点。

微胶囊多孔淀粉的性能测定方法有：以喷雾干燥法制备木薯多孔淀粉微胶囊化罗非鱼油[9]为例。

1）包埋率

包埋率（%）=（1-微胶囊表面油含量/微胶囊总油含量）×100%

微胶囊表面油的测定采用石油醚直接萃取法，微胶囊总油含量的测定采用罗紫-哥特里测定法。

2）微胶囊水分含量测定

称取样品放入烘箱中干燥，烘至最后两次质量相差不超过2 mg即为恒重。以干燥前后失去的质量差，计算出产品中水分含量。

3）水溶性实验

分别置于温、冷水中，观察是否溶解，溶解的速度如何。

衡量微胶囊多孔淀粉性能最主要的指标就是其包埋率，包埋率越高，微胶囊化效果越好。

3 微胶囊多孔淀粉的应用

多孔淀粉已可作为各种物质微胶囊化材料。如医药品和农药埋设在淀粉孔内可将其徐缓地释放；也可包埋比重不同物质，并易于均质、混合，且不会分离；一些易氧化和对光不稳定物质，若埋在孔内，可防止这些物质氧化、分解；包埋目的物质后，在特定条件特定场合下释放目的物[13]。

目前，微胶囊多孔淀粉的应用主要有以下几个方面：

1）空气中易氧化、易分解发生变化或易遇光退色等在通常环境下不稳定物质经包埋使之稳定化。如DHA、EPA、VE、VA、胡萝卜素、蕃茄红素、大豆磷脂等[14]。XianWei X[15]用多孔淀粉作为芯材吸附含有20%DHA鱼油，并用玉米醇溶蛋白作壁材进行包埋，经胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶作体外消化实验及小鼠实验证明，微胶囊中鱼油消化率很高，达96.8%。潘頡等[9]利用多孔淀粉将罗非鱼油制作成微胶囊，减少外界因素对其营养成分的破坏，将极大地提高罗非鱼油的营养价值。

2）赋予医药品、化妆品、农药、香精香料等缓释性。例如，Tetsuro Y等[16]利用多孔淀粉使蛋白酶YPSS及Alcalase微胶囊化，添加在食物中，使它们能够在胃和上肠道中降解蛋清中主要的过敏原-卵清蛋白（OVA），从而达到使人们抗过敏的目的。1996年P&G公司用多孔淀粉吸附香味或织物柔软剂后，再用碳水化合物包埋做成颗粒状添加剂加到洗涤剂中，达到了增香或柔软药物的目的。

3）封闭苦味、异味物质。如蚕蛹油具有较高的营养价值，但其本身具有特征性气味，不易被大众所接受，邱英华等[7]利用多孔淀粉将其制备成微胶囊，封闭其异味，同时延长其贮存稳定性，使蚕蛹油在食品和保健品行业中具有更广阔的应用空间。将呈有苦味大豆肽、多孔淀粉和玉米蛋白乙醇溶液高速搅拌后喷雾干燥，可得到内部为吸附大豆蛋白肽多孔淀粉，外面包裹玉米醇溶蛋白的微胶囊，蛋白肽包埋量达20.3%，且微胶囊粉末无苦味[17]。森林匙羹藤酸是一种印度产Gymnema sylverstre R.Br提取物，在印度传统医学上有健胃、强肾、利尿、治疗糖尿病功效，最近有些学者认为其提取物对糖、脂肪吸收有抑制作用，也就是说，其可能有减肥功效。但其提取物与茶多酚类物质一样有特有苦味，若作为食品添加剂发挥其生理功能，那么这种味道可能影响食品风味，从而限制其在食品中添加量，用多孔淀粉和一些粘性多糖类物质将其制成微胶囊化产品，则可以完全解决上述问题[18]。

4）使油脂或溶于油脂的物质粉末化[19]。覃懿等[20]利用木薯多孔淀粉将植物精油、蚕蛹油等粉末化，使其具备缓释及使用便利的特性，且延长贮存稳定性，使各类油脂在日化产品、食品和保健品行业中具有更广阔的应用空间。

4 微胶囊多孔淀粉的展望

近年来，随着人们对环境、生态和可持续发展等问题的意识不断增强，使用环保型微胶囊壁材更成为当今重要的研究方向。多孔淀粉作为微胶囊壁材有其独特优势，其来源广泛，价格低廉，无毒无害，便于降解，同时由于其具备较大的比孔容，吸附能力优良，因此作为微胶囊壁材有极好的应用前景。但同时也有其局限性，例如其乳化性较差，形成的乳状液不稳定，淀粉形成多孔后，结构强度下降，物理性能低于原淀粉等等。因此未来微胶囊多孔淀粉的研究重点将集中在优化多孔淀粉本身的优势及拓展应用领域等方面，相信在不久的将来微胶囊多孔淀粉的应用领域会更加广阔，性能更加优良。

[1]李婧妍,郭春锋,张守文.多孔淀粉的研究进展[J].粮食与食品工业,2006,13(1):24-29

[2]许丽娜,董海洲,张绪霞,等.多孔淀粉制备及开发前景[J].粮油与油脂,2007(2):18-20

[3]黄强,杨连生,罗发兴.烯基琥珀酸淀粉在微胶囊壁材中的应用[J].粮油加工,2001,72(4):4-6

[4]马小明.食品工业中的微胶囊技[M].北京:学苑出版社,1991(29):33

[5]李莹,靳烨,黄少磊,等.微胶囊技术的应用及其常用壁材[J].农产品加工,2008(1):65-68

[6]Lorenz K,Kulp K.Sprouting of cereal grains-effects on starch characteristics[J].Starch,1981,33(6):183-184

[7]邱英华,覃懿,覃荣灵,等.木薯多孔淀粉在制作蚕蛹油微胶囊中的应用[J].食品研究与开发,2011,32(2):59-61

[8]许丽娜,董海洲,刘传富,等.多孔淀粉包埋葡萄籽油微胶囊化技术研究[J].粮食与油脂,2009(2):21-23

[9]潘頡,易美华,钟秋平.木薯微孔淀粉微胶囊化罗非鱼油技术研究[J].食品科学,2009,30(20):34-37

[10]吴朝霞,孟宪军,吴朝辉.多孔淀粉对葡萄籽原花青素的吸附及微胶囊化研究[J].食品研究与开发,2006,27(6):110-112

[11]李川,李兆华,蒋和体,等.微生物细胞壁微囊化姜油及其缓释效应研究[J].中国高新技术企业,2009,125(14):8-9

[12]刘勋,宋正富,胡敏,等.多孔淀粉制备微胶囊化粉末花椒精油的研究[J].现代食品科技,2009,25(4):407-411

[13]张燕萍.变性淀粉制造与应用[M].北京:化学工业出版社,2001:26-32

[14]邓宇峰.采用复合壁材的ω-3多不饱合脂肪酸微胶囊化[J].食品与发酵工业,2001,27(6):30-34

[15]Xianwei X,Nobuhiro H,Umeyuki D,et a1.Biological availability of docosahexaenoic acid from fish oil encapsulated in zein-coated porous starch[J].Food Sci Tcchnol Tes,2000,6(2):87-89

[16]Tetsuro Y,Kiyoshi M,Yuichio K,et al.Preparation of microcapsulated enzymes for lowing the all ergic activity of foods[J].Journal of A－gricultural and Food Chemistry,1997,45(10):4178-4182

[17]Whistler.Microporous granular starch matrix composition[P].US.Patent:4985052

[18]曾祥程.多孔淀粉在食品微胶囊化中应用[J].粮食与油脂,2009,(4):10-11

[19]姚卫蓉,姚惠源.多孔淀粉的研究[J].中国粮油学报,2001,16(1):36-38

[20]覃懿,覃荣灵,王玉海,等.木薯多孔淀粉在粉末化油脂中的应用[J].大众科技,2010,134(10):142-143