微胶囊技术在食品中的应用进展

徐紫婷，黄小梨，巫胜源，黄文清，于 笛

（广州工商学院，广东佛山 528100）

随着科学技术的不断发展，微胶囊技术研究的不断深入，很多微胶囊化食品不断出现在人们的生活中，微胶囊技术的运用范围越来越广，受到了各行各界的广泛关注。微胶囊是具有聚合物或无机物壁的微型容器或包装物，它可以有效减少活性物质与外界环境因素的反应、减少芯材向环境的扩散和蒸发、控制芯材的释放以及改变芯材的物理性质和化学性质。同时，它能使利用传统工艺无法解决的问题得到解决。因此，微胶囊技术可用来开发多种产品以及配料，助推食品工业的发展和满足消费者的需求[1]。

1 微胶囊技术的概述

微胶囊也称微囊，是被覆盖层，或壳包围含有活性成分，或有核心物质的小颗粒。有时每个微胶囊可含有一些核心物质。目前，还没有公认的微胶囊大小的尺度，其直径在1～1 000 μm。其原理是将固体、液体或气体物料包埋在微型胶囊中，在一定的条件控制下，被包埋的物料缓慢释放出来[2]。同时，包囊材料应不与囊心物反应，不与囊心物混溶。

芯材物质绝大部分为对光、热、氧、潮湿、酸和碱等外界因素敏感的物料，如添加剂、香料、营养物质等。因此，利用高分子材料薄膜将其包裹起来，制成微型胶囊，使其在生产加工过程中免受环境因素影响，在适当的条件下，控制其时间、速率、温度等使其从薄膜中破裂而释放出来，从而使其功能发挥达到最佳水平。

壁材物质实际上是为了掩盖被包埋物质的某些性能缺陷，使其在加工使用过程中隔绝对其有不利影响的环境，防止出现不该发生的理化反应，保护原有的性质不受改变。通常是由一些高分子物质材料作为薄膜，如海藻酸钠、明胶、β-环糊精、甲基纤维素和聚乙烯等。微胶囊包埋的方法通常包括冷冻干燥法、喷雾干燥法、复凝聚法等，微胶囊的形态结构和粒径大小决定了包埋方法。

2 微胶囊的制备方法

微胶囊的制备方法一直以来是所有学者的研究热点。目前，依据微胶囊的应用环境和目标功能，学者们已研究出相关的制备方法，大致可分为物理法、化学法、物理化学方法和其他新方法。

2.1 物理法

物理法有喷雾干燥法、冷冻干燥法、空气悬浮法和溶剂挥发法等。其中，常用的是喷雾干燥法。喷雾干燥法是一种较为经济的制备方法，其原理是将包埋的芯材和壁材物质均匀混合在一起，形成均一的混合液，置于喷雾干燥器中，进行快速加热，液滴经过液体充分蒸发、溶质扩散、干燥和沉淀等步骤，使壁材充分包埋芯材，形成干燥的微胶囊粉末[3]。

2.2 化学法

化学法有凝聚法、挤压法、锐孔法、乳化聚合法、界面聚合法和原位聚合法等。凝聚法又分为单凝聚法和复凝聚法。其中，复凝聚法是工业中常用的技术，微胶囊常用阿拉伯胶和明胶进行制备，其作用机理为明胶为蛋白质，在水溶液中，分子链上含有其相应解离基团，受介质pH值的影响，当pH值低于明胶的等电点时，氨基数目多于羧基，溶液带/呈正电；当溶液pH高于明胶等电时，羧基数目多于氨基，溶液带/呈负电。明胶溶液在pH 4.0左右时，其正电荷最多。阿拉伯胶为多聚糖，在水溶液中，分子链上含有-COOH和-COO-，具有负电荷。因此在明胶与阿拉伯胶混合的水溶液中，调节pH约为4.0时，明胶和阿拉伯胶因荷电相反而中和形成复合物，其溶解度降低，自体系中凝聚成囊析出[4]。该方法主要通过改变混合物的温度和调节酸碱度等因素，诱导带相反电荷的聚合物瞬间产生去溶剂化，实现两相分离。其具有高效性、得率高以及反应条件温和等优点。

2.3 物理化学法

物理化学法有囊芯交换法、油相分离法、水相分离法和层层自组装法等。其中，层层自组装法起源于1966年，是迄今为止运用时间较长的一种微胶囊制备技术，其广泛运用于生物化学、材料等领域，它是利用分子之间的相互作用，如疏水作用、表面张力等，使分子之间相互堆叠，实现自主组装，达到包埋的效果。

2.4 其他新方法

其他新方法主要包括模板法、多流体复合电喷技术、超临界流体快速膨胀技术等，在各领域中也不断被运用。

3 微胶囊技术在食品领域的应用进展

3.1 多肽的微胶囊化

肽是α-氨基酸以肽键连接在一起而形成的化合物，是蛋白质水解的中间产物。蛋白经水解得到多肽，多肽分子量小，具有降低血清胆固醇含量、促进脂肪代谢、抗氧化、降血压、低抗原性、迅速恢复疲劳及促进Ca2+吸收等功能特性，可以增加能量，快速恢复体能，促进人体生命健康，被称为“21世纪的维生素”[5-6]。但由于其易受环境因素的影响，具有不稳定性，导致蛋白多肽的释放率低，生理活性下降。因此，将多肽进行微胶囊化可以提高其活性成分稳定性、有效增加生物利用率等，十分具有研究意义。郑颖[7]研究发现，利用锐孔凝固浴法制备鸡蛋蛋清抗氧化肽微胶囊，并对其缓释性能和活性进行评价，结果表明，抗氧化肽微胶囊在胃部较为稳定，在肠道中释放性好，能使人体较好地吸收小分子肽，并通过测定抗氧化活性表明微胶囊有利于蛋清抗氧化肽的活性保护。马子淇[8]为解决玉米黄粉中的蛋白质因水溶性差、不易消化吸收而不被研究利用的问题，将玉米黄粉蛋白酶解制成玉米黄粉免疫活性肽微胶囊，有效提高了肽的稳定性。综上，微胶囊化的多肽更有利于发挥其活性，同时为多肽食品相关产品的研发提供了一定的参考。

3.2 油脂的微胶囊化

油脂是油和脂肪的统称，其具有贮存和供应热能的作用，在代谢中可以提供的能量比糖类和蛋白质约高1倍，在化妆品、食品领域应用较广，但由于其含有的不饱和脂肪酸易受环境中的氧气、水分、光照等的影响而发生酸败和变质，影响油脂的感官和品质，从而不利于发挥它的价值。经过微胶囊化后的油脂会变成颗粒或粉末状，不会因环境的变化而改变其质构和品质，微胶囊化后的油脂抗氧化性强于裸露的油脂。贾有青等[9]为了保持元宝枫籽油中营养物质的稳定性及功能性，采用喷雾干燥法处理元宝枫籽油，将其微胶囊化，得到了包埋结构良好、稳定性强的元宝枫籽油微囊，更有利于油脂产品的进一步研究和利用。张维[10]的相关研究表明，榛子油是一种优质高端食用油，且具有降血脂、抗氧化和改善心血管疾病等功能。该学者利用微胶囊技术将榛子油制备成粉末油脂，既保护了榛子油使其不易受外界环境因素的影响、提高稳定性，同时也利于加工生产，扩大其应用范围。其经过体外消化实验和小鼠实验，证实了榛子油微胶囊能促进体内血脂代谢，有效降低人体血脂功能。因此，微胶囊粉末油脂在食品工业中的应用会日益广泛，逐渐被人们使用和接受。

3.3 益生菌的微胶囊化

益生菌是通过定殖在人体内，改变宿主某一部位菌群组成的一类对宿主有益的活性微生物。它具有调节人体的肠道菌群平衡，促进营养吸收、保持肠道健康的作用[11]。但益生菌在加工、储藏和消化过程中易暴露在恶劣的环境中，影响其存活率和益生功能，而益生菌微胶囊技术是一种应用广泛的益生菌保护技术，可使包埋后的益生菌具有抗氧化、抗酸和存活率高等优点，使益生菌在人体内发挥积极作用，达到益生功能，提高其被人体摄入后的存活率[12]。周莉等[13]采用微胶囊技术将沙棘益生菌发酵液进行包埋，并对沙棘益生菌微胶囊进行抗酸性和肠溶性研究，结果表明沙棘益生菌微胶囊在胃液中具有耐酸性，在肠液中具有一定的肠溶性，环境抗逆性强，存活率高，为益生菌微胶囊在食品工业中的应用奠定坚实基础。常柳依等[14]为解决益生菌不耐低pH值、不耐氧的缺点，采用微胶囊包埋技术，利用海藻酸钠外包壳寡糖为壁材，长双歧杆菌藻酸盐为壁芯，制备海洋寡糖益生菌微胶囊，体外实验表明其可提高在模拟消化液后或在4 ℃贮藏期内的存活率；体内实验表明其可显著提高动物体内肠道菌群中益生菌的含量，同时降低肠道中有害菌群或致病菌的量，具有最佳的调节肠道平衡的作用，为益生菌微胶囊制成功能性食品开辟了一条新途径。

4 结语

微胶囊技术的出现，给各大行业带来无限可能。除了在上述食品领域中应用外，还在食品添加剂、调料、乳制品、肉制品、生物酶和营养强化剂等食品中有所应用。由于制作微胶囊的芯材和壁材种类繁多，制备方法也多种多样，应利用芯材的功能性质选取最佳的壁材进行包埋，增强其稳定性、缓释性以及靶向响应性等，保证微胶囊化产品呈现最佳效果。同时，随着科学技术的不断创新和发展，微胶囊技术的不断深入研究和探索，其科学性和可行性将会不断得到提升，为功能性食品的研发和规模生产提供巨大的市场潜力。相信在不久的将来，微胶囊技术能给予食品行业更大的拓展和创造空间，助推食品工业的创新性发展，满足消费者对风味和营养等多样的需求。