微胶囊化粉末油脂的研究与应用进展

徐振波，梁军，陈丽丽，王芸芳,，刘元法，王兴国

（1. 丰益(上海)生物技术研发中心有限公司 上海 200137 2. 江南大学 食品学院 江苏 无锡 214122）

微胶囊技术是一种用成膜材料把固体或液体包覆形成微小粒子的技术。油脂的微胶囊化技术距今已有150多年的历史，早在19世纪末，人们就通过冷固化法和吸附法来生产微胶囊化油脂。微胶囊化粉末油脂具有普通油脂的优良特性，能够提供能量、改善食品风味和口感；不同的是，微胶囊化后的油脂克服了传统油脂的应用弊端。将油脂进行微胶囊化概括起来主要有以下几个作用：改变物料的形态。即把液态原料固体化，变成微细的可流动性粉末，除便于使用、运输、保存外，粉末的油脂的出现还促成了许多方便食品的开发，如咖啡伴侣、营养强化奶粉等。防止某些不稳定的食品原辅料氧化、变质。降低或掩盖不良味道、降低挥发性。

微胶囊化为油脂工业化生产提供了方便，极大地拓宽了油脂的使用范围。所以，粉末油脂的生产将成为油脂行业新的开发生产方向。

1. 油脂微胶囊化的研究

1.1 油脂原料

用于胶囊化的油脂原料主要分为两大类，一类是液体或者半固体的普通油脂。例如大豆油、棕榈仁油、椰子油、高油酸葵花籽油、菜籽油等。李佳栋等[1]研究了大豆粉末油脂包埋技术，在含油量为50%，酪蛋白酸钠2.5%，变性淀粉2.5%，乳化剂2.0%（单甘酯0.6%、蔗糖酯1.4%）、麦芽糊精42.5%，加水配制物料浓度为40%时，所得大豆粉末油脂包埋率达到92%。高红日等人[2]研究了以低温压榨的椰子油为芯材，采用乳化与喷雾干燥相结合的方法制备椰子油粉末油脂，制得产品含油率为48%、表面含油率为1.81%、包埋率为96%。

另一类芯材是功能性油脂。由于功能性油脂特殊的营养价值，可以提供ω-3脂肪酸，DHA，EPA等对人体健康有益的多不饱和脂肪酸，已越来越受到人们的关注。例如鱼油、亚麻籽油、橄榄油、坚果油、胚芽油。微胶囊化功能性油脂可以保持油脂良好的气味或掩盖不良气味，而且含高不饱和脂肪酸的油脂被包埋后（如亚麻油、鱼油等），其氧化的速率大大降低，氧化稳定性能明显提高。目前国内外已经成功地对鱼油[3，4]、坚果油[5]、亚麻籽油[6]、燕麦胚芽油[7]的微胶囊化工艺进行了优化。

1.2 油脂微胶囊化的壁材

微胶囊壁材是用来保护芯材免受外界光、热的影响，或者限制气味挥发（如鱼油），控制芯材物质的释放起到缓释的作用。选择恰当的包埋壁材，可以使粒子包埋效果更好，制备的粉末油脂渗油达到最低，所以恰当的壁材是微胶囊化工艺成功的关键。壁材选择需依据芯材的特点及人们的需要。原则是：具有水溶性，乳化能力强、成膜性好，干燥性能好，溶液粘度低。基于以上特点，按化学性质可将常用的壁材分为碳水化合物类、亲水性胶体类和蛋白质类。

1.2.1 碳水化合物 常用的碳水化合物类微胶囊壁材有淀粉、麦芽糊精、小分子糖类、壳聚糖、淀粉糖浆干粉等。因为它们具有很好的溶解性，且在固形物含量较高时仍可以保持较低的黏度，所以常常被用于粉末油脂的制作。对于淀粉类壁材，由于其特殊的分子结构，可通过物理化学的方法加以改变满足人们的需要。王彪等[8]研究了以变性淀粉N-CREAMER46，代替传统配方中的酪蛋白酸钠，制备了新型耐酸型植脂末产品。Serfert Y等[9]研究了以不同类型 n-辛烯基琥珀酸淀粉衍生物为壁材的微胶囊化鱼油的氧化稳定性。得出不同的衍生物因粒子大小不同，包含空气量不同，从而对鱼油的氧化稳定性产生影响。

除淀粉外，其他碳水化合物壁材大都需要与胶体、蛋白等配合使用，因为单一使用这些壁材无法达到较高微胶囊化效率所必须的界面特性，包埋率也较低。葛昕等[10]研究了以大豆分离蛋白、麦芽糊精、壳聚糖、阿拉伯胶为壁材，通过复配组合，采取喷雾干燥法制备油茶籽油微胶囊产品，结果表明，以大豆分离蛋白与麦芽糊精为组合壁材的油茶籽油微胶囊产品具有良好的冲调性和氧化稳定性，较高的微胶囊化效率及理想的颗粒形态和粒径。

1.2.2 亲水性胶体 亲水胶体大多是溶解于水后，在一定条件下能够充分水化形成滑腻、粘稠及胶冻溶液等的大分子物质。按来源可将其分为：海藻胶提取物类，例如海藻酸盐、琼脂、卡拉胶等；微生物发酵及其代谢产物类，如黄原胶；植物分泌物类，如阿拉伯胶、瓜尔豆胶、果胶等。Drusch S[11]文中曾提到采用甜菜果胶为壁材，通过喷雾干燥制备鱼油微胶囊。马婷婷等人[12]对杜仲籽油的微胶囊化工艺研究中则采用的是以明胶和阿拉伯胶复配作为包埋壁材。

1.2.3 蛋白质 蛋白质是广泛应用于微胶囊领域的壁材，因较好的功能特性，可促进乳状液的形成，并且可在油滴附近形成一层保护膜，减少界面张力使乳状液的稳定效果更佳。常用的蛋白质包括植物来源的大豆蛋白及动物来源的明胶、酪蛋白、乳清蛋白等。Wang R X等[13]以大麦蛋白为载体对鱼油进行微胶囊化。结果表明大麦蛋白微囊具有强大的抗氧化能力，使鱼油适合用于在液体/半流质食物。Quispe-Condori S等[14]的研究中则使用玉米醇溶蛋白为载体制备微胶囊亚麻籽油。

1.3 粉末油脂微胶囊化的方法

制备微胶囊化粉末油脂的方法，按照性质可分为三类：即物理法(喷雾干燥法、冷冻干燥法等)、化学法(界面聚合法、分子包埋法等)、物理化学法(复凝聚法、多相乳液法)。常用的有喷雾干燥法，真空冷冻干燥法，复凝聚法。

喷雾干燥技术是芯材物质与壁材混合物在热气流中被雾化成无数微小液滴，使溶解壁材的溶剂受热迅速蒸发除去，促进壁膜形成并固化。由于壁膜的筛分作用，小分子的溶剂能顺利地不断蒸出而分子体积较大的芯材物质则滞留在壁膜内被包覆成为粉末状固体微胶囊。由于干燥过程极短，物料中水分吸收热能而快速蒸发，使芯材物质始终处于冷却状态而免遭破坏。这种方法生产操作简单，可大批量或小批量连续生产，成本较低，而且目前对此方法的研究已颇为成熟，所以较其他方法更具工业化优势，是目前较为常用的微胶囊化粉末油脂方法。Frascareli E.C等[15]研究了采用喷雾干燥的方法以阿拉伯胶为壁材包埋咖啡油，并得到最佳工艺条件为：总固体含量30%，油含量占总固体15%，出口空气温度170℃。

微胶囊效率是评价喷雾干燥粉末油脂产品优劣的重要指标。微胶囊效率较低不但会影响粉末油脂产品的平均粒径[16]，而且会对产品的储藏产生不利影响。已有研究得出油的浓度是影响喷雾干燥粉末油脂微胶囊效率的重要因素。Tonon R V 等[17]研究得出当油含量较高时，料液的粘度较低，液滴的平均粒径较小，故而喷雾干燥得出粉末油脂的微胶囊的效率较高。Drusch S[16]的研究也证实了，当液滴平均粒径增加时，微胶囊的表面油含量增加。

喷雾干燥进风温度还会影响粉末油脂微胶囊颗粒结构，水分含量和热敏性成分的稳定性[18,19]。孙兰萍[20]对微胶囊化杏仁油粉末油脂的研究中得出当喷雾干燥进风温度低于 160℃时，微胶囊含水分大，流动性不好，干燥速度慢，易粘壁；但进风温度高于200℃时，水分散失速度过快，囊壁表面凹陷，会使胶囊过热出现裂缝，同时还会使壁材变性，降低其溶解性，降低产品质量。另外出风温度不但影响到产品的干燥时间，对于微胶囊结构和含水率有较大的影响。出风温度高，有利于减少产品颗粒的降速干燥时间，有利于产品形成完整致密的微胶囊结构，但过高会导致胶囊过度受热出现裂缝，降低产品质量。出风温度低，芯材的挥发增强会导致微胶囊被胀破，包埋率下降，产品含水高，不利于保藏[18]。Drusch S[16]研究得出：尽管使用的壁材成膜性好，但是较高的进风温度和出风温度也可能会导致微胶囊充气，未包埋的芯材量较多，过氧化值较高。

真空冷冻是将物料置于真空环境，通过控制冻结温度保持在物料的共晶点温度以下，冻结湿物料，在供给一定热量后，迫使物料中的冰直接升华，达到除去物料中水分的目的。此方法适用于对热、氧气敏感型芯材油脂。Heinzelmann K等[4]研究得出，经真空冷冻干燥可得到高品质、氧化稳定性好的粉末鱼油，因为在喷雾干燥过程中接触热空气会造成油脂芯材的氧化，而真空冷冻工艺在低温低压下进行，能有效的保护油脂。

复凝聚法是指两种带相反电荷的聚合物分子，通过混合体系而自发地发生相分离的过程，其结果是形成一个富含壁材的凝聚相和一个与之平衡的稀释相。两种壁材之间的复合凝聚可以通过改变体系的温度、pH，加入无机盐电解质或稀释等条件达到，反应过程比较温和，适于一些受剧烈条件变化的活细胞或不稳定物质的微胶囊化[21]。胡莉[22]研究了复凝聚法制备鱼油微胶囊，因壳聚糖和阿拉伯胶这两种带相反电荷的聚电解质在一定条件下能发生复凝聚反应，形成具有粘弹性的膜，可以作为O/W型乳化液的壁材。鱼油为脂溶性的热敏物质，先后与阿拉伯胶均质乳化以及与壳聚糖复合凝聚，可在鱼油液滴的外层覆盖一层较厚的壳聚糖/阿拉伯胶膜，从而更好地保持鱼油的理化性质稳定。但是复凝聚的反应条件往往较难控制，且该反应体系必须控制在稀溶液中进行，因而在工业上的应用受到一定的限制，很多研究都还处于实验阶段。

2 粉末油脂的应用

粉末油脂作为一种操作简便、稳定性好、货架期长的油脂原料，其在食品工业和饲料工业中有广泛的应用。

2.1 在烘焙产品中的应用

粉末油脂在烘焙中的应用广泛。将其加入到面包中可以使面包具有良好的保湿性，柔韧的口感，延缓了淀粉的老化，提高产品的货架期。应用于蛋糕中具有提高蛋糕的膨发性及持气性的作用，并且可以延缓淀粉的老化，简化生产过程，一定程度上也节约了成本[23]。

汪磊等[24]研究了粉末油脂的添加对蛋糕预混合粉粉质的影响，并通过对蛋糕感官评定与质构分析，基本确定了蛋糕预混合粉中粉末油脂的添加量为5%。杨芳等[25]进行了马芬蛋糕预拌粉的研究，配方中使用了0.6%的粉末油脂。徐梁等[26]研究了粉末油脂对面包专用粉流变学的影响，通过添加3%的起酥油和不同比率的粉末油脂进行面包对照试验，借助感官评定和质构仪分析，最终确定添加6%的粉末油脂，可做出感官和质构俱佳的面包。

2.2 在配方奶粉、米粉、固体饮料等中的应用

粉末油脂产品与乳粉、米粉等性状相同，具有非常好的流动性和溶解特性，方便各种原料的混合均匀。配方奶粉中使用粉末油脂，主要有豆油、玉米油、棕榈油、菜籽油、高油酸葵花籽油、椰子油等油种。也可以根据不同类型的配方奶粉，选择不同脂肪酸组成的粉末油脂。

末油脂在固体饮料中已得到广泛的应用。植脂末是一种最早开始使用的粉末油脂。在市售咖啡、奶茶等固体饮料中均使用植脂末产品。植脂末可使固体饮料冲调后有奶质感，提高产品的速溶性，提升产品的柔滑感。

2.3 在冰淇淋中的应用

粉末油脂在软冰淇淋预拌粉中的添加能显著提高软冰淇淋的膨化率和抗融性。粉末油脂与奶粉搭配可起到协同增效作用，改善奶粉重头香、轻尾香的缺陷，使软冰淇淋奶质感更饱满、更绵长，进一步提高产品品质，并能有效降低成本。熊文珂等[27]根据《GB/T 20976-2007软冰淇淋预拌粉》中的理化要求制定配方，在保证蛋白质含量≥7.7%的前提下用粉末油脂代替部分奶粉，使软冰淇淋产品成本降低，品质得到提高。

2.4 在功能食品中的应用

粉末油脂在功能食品中应用主要体现在两个方面。一是依据实际需要改善微胶囊壁材组成以提升功能性油脂在人体中消化吸收利用率、生物效价。二是采用特殊的油脂芯材营养强化食品。例如粉末鱼油、粉末藻油、粉末胚芽油等微胶囊化功能性油脂可作为食品配料应用于功能性饮料、食品中强化食品的营养价值。Gallardo G[28]等对微胶囊化亚麻籽油在面包中的应用进行了研究，亚麻籽油营养强化面包与对照面包比较，具有外观相同，但是营养强化后的面包α-亚麻酸含量显著提高，提高了面包的营养价值。

2.5 在其他产品中的应用

油脂作为畜禽生产中不可或缺的能量来源，可提高畜禽饲粮能量浓度；改善饲粮的适口性和外部感官特性；延长食糜在消化道中的停留时间，提高营养物质的消化率和动物的采食量；改善动物的生产性能和肉质品质[29]。已有研究[2,30]将油脂制作成粉末油脂作为畜禽饲料。例如将中短链脂肪酸含量多的椰子油制作的粉末油脂，容易被幼龄动物吸收，适用于乳猪料和断奶仔猪料。

粉末油脂也可应用到糖果、速冻食品馅料、方便食品调味包等产品中，相对于固体油脂和液体油脂来说，粉末油脂带来的方便性和可操作性是显而易见的，同时也对产品品质带来了改善。

3 展望

现在对于微胶囊粉末油脂的研究较成熟，已经走向工业化生产。但是在微胶囊粉末油脂（尤其是含有不饱和脂肪酸的粉末油脂）的制备、储存和应用中还存在不少的问题和矛盾。例如工艺条件与产品稳定性之间，微胶囊效率与载油量之间，特殊气味的掩盖方面（例如鱼油、藻油），特殊营养需要（低反式酸、低饱和脂肪酸）方面，产品的多样化、个性化方面等等。目前要解决这些问题主要靠不断研制和复配出新型壁材(包括乳化剂)，开发新的微胶囊化方法并将两者结合起来。随着科学技术的发展，越来越多的新兴技术将应用于微胶囊化粉末油脂，以满足不同的市场需求，也将会为其发展带来新的契机。

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