微胶囊技术的研究进展及在食品行业中的应用

卢艳慧，李迎秋

(齐鲁工业大学(山东省科学院) 食品科学与工程学院，济南 250353)

微胶囊技术是一种已获得世界最高组织认可的新型技术，而且是21世纪重点研究开发的、可在食品行业中广泛应用的加工技术。微胶囊技术指的是将芯材(添加剂、油脂等)与乳化剂进行结合，再与适宜的壁材进行组合得到理想的微胶囊的一种新型技术[1]。目前，微胶囊技术已较为成熟，因其工艺、设备、材料的不断完善，使其在食品方面的应用更为广泛。

1 微胶囊的制备

1.1 微胶囊的组成结构

微胶囊相当于一种微型容器，外面是壁材，里面是芯材。用不同的芯材和乳化剂进行结合，再与壁材进行结合所得到的微胶囊结构形态各不相同。典型的微胶囊结构形态见图1[2]。

图1 典型的微胶囊结构形态

1.1.1 壁材

在制备微胶囊时，选用合适的壁材是重中之重，能够决定是否制备出的微胶囊包埋率和稳定性都非常好。理想壁材的主要特点是：芯材可以嵌入，而不影响其功能和含量；良好的成膜性能；良好的分散、乳化性能；无刺激性气味；有一定的强度和可塑性；使芯材在一定条件下可释放；有合适的粘度、溶解性和渗透性；无毒、价格适宜且易得到等。一般情况下，用两种以及多种壁材进行包埋才能满足以上所有的特点。

除了必要的芯材和壁材外，有些微胶囊的制备需要添加适量的乳化剂来提高芯材的包埋率[3]。乳化剂是制备微胶囊重要的物质之一，既有亲水性，又有亲油性，加入乳化剂防止油滴的聚集出现了油水界面。例如，油脂先与乳化剂进行乳化，再用壁材包埋来得到微胶囊。

1.1.2 芯材

微胶囊中通常用壁材包裹着的就是芯材，它通常由一种或者两种及以上的物质组成。芯材的溶解度和壁材的溶解度必须不同，若是亲水性的芯材，则应该用亲水的壁材进行包埋；若是亲脂性的芯材，则最好选择疏水性的壁材来进行包埋[4]。一般情况下，微胶囊芯材若要被人体很好地吸收需要从微胶囊中释放出来。

芯材释放分为两种：一种是瞬时释放，指通过搓揉、变形、碾碎等外力作用或者是受温度的影响使微胶囊结构形态发生改变而使芯材释放出来；另一种是缓慢释放，指微胶囊的壁材通过溶解或者是受到外部环境的影响而降解以及微胶囊壁材的自由扩散使得芯材释放出来。微胶囊中芯材的释放大多数情况下都符合零级或者是一级方程，而且芯材从微胶囊中释放的快慢还受多种因素的影响，例如：囊壁厚度、囊壁孔洞、交联度及形变方式等。

2 微胶囊化的方法

最近几年，由于人们对食物的营养及多方面的需求越来越多，使得微胶囊技术也在不断创新，并且微胶囊技术的应用也更为广阔。微胶囊化方式按照原理进行分类，见表1。

表1 微胶囊技术的方法、原理、适用范围及特点[5-10] Table 1 The methods, principles, application scopes and characteristics of microcapsule technology

续 表

3 微胶囊技术在食品行业中的应用

微胶囊技术具有使食品功能成分损失少、延长食品货架期、遮盖和减少异味等优点，微胶囊技术已经在食品的多个领域广泛使用，例如油脂、酶和微生物、果蔬饮料等。微胶囊技术使得人们品尝到了更多美味的食物，同时也使食物的营养和经济价值得到提高。

3.1 油脂的微胶囊化

将油脂制备成微胶囊需要将液体油脂与乳化剂相结合，再与壁材结合形成固体颗粒。食用油成为我们日常饮食中必不可少的物质，而且还有一部分油脂含有不稳定的不饱和脂肪酸，在光照、氧气和水等的影响下容易变质。变质后的油脂会产生刺激性味道，使油品的感官质量和经济价值受到影响。当人体食用变质油脂后，会导致人体的氧化和衰老，刺激癌症的产生。除此之外，油脂的流动性差，会影响调味品和汤类的包装、消费和运输。微胶囊化后，提高了油脂的耐环境性能，改善了贮藏稳定性，大大提高了加工和运输性能，扩大了其应用范围。李艳南等[11]使用的芯材是天然椰子油，而以明胶和阿拉伯胶为壁材，使用物理化学法中的复合凝聚法形成了微胶囊，包埋率为(93.75±0.28)%。

3.2 酶和微生物的微胶囊化

酶的催化效率很高而且广泛应用于食品方面，其特异性强，但是酶的使用条件很高，若不符合酶的应用条件易降低催化作用。将酶和微生物制成微胶囊，可以使酶和微生物的稳定性更高，达到缓释的目的。费国琴[12]研究分别以溶菌酶和海藻酸钠、壳聚糖为芯材和壁材，制备溶菌酶微胶囊包埋率为92.10%。溶菌酶是一种天然防腐剂而且广泛应用于食品方面，对其包埋后，能够阻断这种反应和结合，溶菌酶对微生物具有高效的靶向作用，大大提高了灭菌和防腐的效果。

3.3 常用食品添加剂的微胶囊化

3.3.1 防腐剂的微胶囊化

若食品中加入适量的防腐剂有利于增加食品的货架期，使食品的营养价值和经济价值更高。通常防腐剂在应用之前都需要进行毒理学实验测试，尽管大量或者过量使用，它们依然会对人体产生不利影响。微胶囊技术在防腐剂方面的应用不仅使防腐剂的毒性降低，而且使防腐剂的释放效果得到改善，使防腐剂的保存时间更久，使食品的保质期增加。杨靖等[13]对香根油提取工艺进行优化，并对它的抑菌效果进行研究，为制备香根油微胶囊做了充分准备，而且若产品中加入了适量的香根油微胶囊，会使产品的货架期更长。黄本婷等[14]对防腐添加剂在肉制品中的应用种类、机理和现状等进行了研究，使得肉制品既安全又耐储存。Vidal等[15]以从智利葡萄酒果实的叶子中萃取的多酚为芯材，并利用微胶囊技术得到了一种天然防腐剂。

3.3.2 甜味剂的微胶囊化

甜味剂在糕点、糖果、蜜饯的生产中应用广阔。这些添加剂受湿度和温度的影响很大，当外界环境发生改变时，甜味剂的功能特性也会随之发生改变，从而使食品的功能特性和感官质量受到影响。利用微胶囊技术，使甜味剂保存得更加完整，而且调味剂微胶囊应用于食品中，使得食品的甜度更加持久。箭牌口香糖中的甜味剂就是利用微胶囊技术制得的，制得的微胶囊表面覆盖着硬化油，具有易储存、耐高温、味道持久等特点。

3.3.3 酸味剂的微胶囊化

酸味剂可以使一些食品获得良好风味，但是若酸味剂不经任何处理嵌入到食品中，由于酸味剂的pH值很低，因此食品的营养和风味会受到影响。采用微胶囊技术对酸味剂进行微胶囊化，再嵌入到食品中使酸味剂不直接接触到食品，使酸味剂的功能特性保存得更加完整，因为制备成了微胶囊，所以酸味剂的释放速率更加合适，从而使食品风味更加完美。

3.3.4 着色剂的微胶囊化

番茄红素含有多种功能特性，其中类胡萝卜素的抗氧化能力最强，它是一种应用于食品中的新型功能特性的天然色素、食品添加剂，它已经被联合国委员会(JECFA)视为一种含有丰富营养的物质，在保健食品方面已有广泛应用。最近几年，不管是国内还是国外都对番茄红素和姜黄素产生了浓厚的科研兴趣，特别是因为番茄红素和姜黄素的功能特性。例如，贾新超等[16]利用研磨工艺和喷雾-淀粉流化技术，对番茄红素微粒产品制备工艺条件进行优化，得到的番茄红素微粒产品，稳定性更高。Gomez-Estaca等[17]利用电液驱技术制备的玉米醇溶蛋白纳米颗粒为壁材，以姜黄为芯材，制备了微胶囊，在避光、温度为23 ℃的环境下贮存3个月，微胶囊性状均无明显变化。

3.3.5 香精香料的微胶囊化

香精香料极不稳定，易氧化、受潮，而且其味道容易流失，还可与其他物质或成分发生反应，在储藏和运输过程中也容易发生损耗。利用微胶囊化技术把香精香料制备成微胶囊，使香精香料的功能特性和风味保存得更加完整，稳定性也更好。许琳琳等[18]对利用复凝聚法制备精油微胶囊实例进行了综述，李伟等[19]对白豆蔻油化学组成进行了研究，权美平[20]对国产孜然精油化学成分进行了分析，为未来精油微胶囊的发展奠定了基础；Sarkar等[21]以瓜尔胶和阿拉伯胶为复合壁材得到的薄荷油微胶囊应用于食品的效果比仅仅以阿拉伯胶为壁材得到的微胶囊应用于食品的效果好得多；Estevinho等[22]用水溶性壳聚糖包裹桃味香精，并且利用喷雾干燥法制备微胶囊，并用扫描电镜进行分析；它也可以掩盖一些不受欢迎的味道，如大蒜的强烈刺鼻味道，使用微糊精分子封装技术。

3.3.6 营养强化剂的微胶囊化

氨基酸、维生素、益生菌和其他营养食品受外部环境的影响，容易氧化损失。而维生素是应用最为广泛的营养强化剂，若不放在适宜的条件下进行保存，会产生刺激性味道，使其功能特性降低，因此，通常将维生素制备成微胶囊进行销售。孙欣等[23]以壳聚糖和大豆分离蛋白作为壁材通过复凝聚法来包埋维生素E，得到了理想的微胶囊，并且测定微胶囊的稳定性是否更好。结果表明维生素E微胶囊受环境影响而降低，使其应用更稳定。Jimenez-Pranteda等[24]研究表明，在pH 2.0，壁材中黄原胶∶结冷胶为1∶0.75条件下，乳酸杆菌的生命活力可延长6 h，经过微胶囊技术将维生素、脂肪酸、益生菌等营养物质进行处理得到的产品可以添加到婴幼儿奶粉中，使婴幼儿更好地生长发育。

3.4 果蔬饮料的微胶囊化

目前，果蔬饮料多采用海藻酸钠钙化，微胶囊技术与果蔬饮料制备流程相融合，可使果蔬饮料中的营养成分更加丰富。利用微胶囊技术对果蔬饮料进行处理，可以改善果蔬饮料的色泽和风味。赵良忠等[25]以海藻酸钠、绿色蔬菜、黄花菜、西红柿、胡萝卜和天然果汁为原料，生产出色、香、味俱全而且稳定性极好的功能型果蔬饮料。

4 展望

由于微胶囊的技术优势众多，在食品方面应用广泛，不仅使功能性物质得到有效开发，而且提高了其经济价值。目前，微胶囊技术在很多领域都取得了很大的进步，但仍存在环境污染、芯材释放时间长等问题。微胶囊技术可以从三个方面再做进一步的研究：(1)核心材料智能释放，有效追踪功能性物质；(2)做到壁材梯度化，有效感应环境压力；(3)做到微胶囊直径更短，使胶囊与载体涂层间的相容性和更多的功能特性得到改善。

随着微胶囊技术研究的越来越透彻，微胶囊技术将为食品行业同行提供更广阔的应用，更多的控制和更灵活的方式，不断创造出使人们更感兴趣的食品。