微膠囊技術在食品工業(yè)中應用

陳梅香

(保定學院教務處，河北 保定 071000)

1 微膠囊技術及其特殊功能

（1）微膠囊技術的定義。微膠囊技術采用天然或人工合成的高分子成膜材料，將固體、液體甚至氣體的核芯物質，包覆在一種具有半透性或密封囊膜內的一種包覆技術。微膠囊的大小可以在1~1000um之間，微膠囊的結構有單核膠囊、聚核膠囊和雙膜膠囊。微膠囊的特性由顆粒大小、顆粒分布、幾何特性、核芯物質、緩釋機制、穩(wěn)定性及其他參數(shù)決定。每一方面對其應用都是至關重要的。

（2）微膠囊化之后的核芯物質改變了原來的形狀和特性，微膠囊技術具有如下魔術般的微妙功能：① 除便于運輸、保存外，還能簡化食品生產工藝和開發(fā)出新型產品，如粉末香精就是固體飲料開發(fā)的前題。②防止某些不穩(wěn)定的食品原輔料揮發(fā)、氧化、變質。③降低或掩蓋食品中不良氣味或苦味等。④可以調節(jié)釋放。微膠囊使核芯物質以一定的速率逐漸向外釋放，在食品中添加可達到風味久，功效長等目的。⑤避免了多組分添加劑在食品中并用，不相配伍組分之間相互影響的弊端，提高了同一體系的穩(wěn)定性。⑥減少揮發(fā)性物質在食品加工和儲存中的損失，改善食品材料的質構，提高風味物質的利用率，降低了產品成本。⑦可通過預先設計，滿足不同產品要求的釋放模式，使某些毒性較高的食品添加劑加入食品后緩慢釋放，既達到一定效果又減小其毒性。

2 微膠囊的構成材料和選擇條件

（1）微膠囊的芯材：在食品工業(yè)生產中，凡食品中的必要成分或需要添加的材料都可作為芯材。由于囊芯物質的組成具有靈活性，因此可以設計研究出不同用途的微膠囊產品。目前，食品添加劑可以為核芯物質，進行微膠囊化的有：香精香料、酸味劑、抗氧劑、防腐劑、發(fā)酵劑、色素、甜味劑、維生素、微量元素、氨基酸、調味劑、酶制劑等。隨著食品新技術，新材料的開發(fā)，會有更多的材料被微膠囊化。

（2）微膠囊的壁材：微膠囊的壁材主要為天然高分子化合物、合成高分子化合物及其衍生物。在食品工業(yè)方面，可供選擇的包囊壁材有纖維素類：CMC、乙基纖維素、甲基纖維素；動植物膠類：明膠、阿拉伯膠、卡拉膠、海藻酸鈉、酪蛋白等；碳水化合物類：麥芽糊精、β-環(huán)糊精、糊精、淀粉、白糊精、單糖、雙糖和多糖及變性淀粉；蠟、脂類：石蠟、硬脂酸、單甘脂等；其他類等。

（3）包囊壁材選擇依據(jù)：一種微膠囊產品如何選擇適當?shù)陌冶诓氖侵陵P重要的，因為不同的包壁材料直接影響著微膠囊的物理、化學性質。所以在選取包囊壁材時，必須根據(jù)微膠囊產品的具體要求和核芯物質的物理性質選擇適宜的壁材。①如果囊芯物質是親油性物質，一般宜選用親水性聚合物作壁材。反之，則宜選用非水溶性材料為壁材。②包壁材料在包覆“核芯物質”時，具有成膜性和粘著力。③包壁材料與核芯物質不起化學反應，同時考慮其滲透性、吸濕性、溶解性、乳化性等。④包壁材料一定要符合食品衛(wèi)生要求，無毒、無臭。⑤材料來源廣泛、易得，成本比較低廉。

3 食品工業(yè)常用的幾種微膠囊化方法

微膠囊化方法大致可分為化學法、物理法和融合二者的物理化學法。具體方法有20余種，真正可用于食品工業(yè)的微膠囊方法則需符合以下條件：①能批量連續(xù)化生產。②生產成本低，能被食品工業(yè)接受。③有成套相應設備可引用，設備簡單。④生產中不產生大量污染物。⑤壁材可食用，符合食品衛(wèi)生法和食品添加劑標準。⑥使用微膠囊技術后確實可簡化生產工藝，提高食品質量。因此，目前能在食品工業(yè)應用的方法只有幾種。今后隨著微膠囊技術的進步，新材料的開發(fā)引進，會有更多的方法用于食品工業(yè)。

（1）噴霧干燥法。噴霧干燥法是微膠囊技術中應用最廣泛的方法。噴霧干燥法可連續(xù)生產，且批量可大可小，產量可由數(shù)公斤到數(shù)百公斤，甚至以噸計。噴霧干燥法最適于親油性液體物料的微膠囊化，芯材的增水性越強，包埋效果越好，它的壁材是易溶于水的，所以復水后壁材立即溶解，芯材得以全部釋放，它不適于緩釋的要求，噴霧干燥過程很短，只有數(shù)秒鐘生產，又是連續(xù)進行，產品可免于長時間受熱，因而更適合許多熱敏性材料。

（2）空氣懸浮法(流化床法)。此法是化工、食品、制藥行業(yè)中傳統(tǒng)的干燥方法。它是在多孔板從下而上排出一定壓力的熱風，濕的物料懸浮在熱風上，由于熱風有一定的壓力形成氣墊，被干燥的物料始終在氣墊上沸騰翻滾，使物料與熱風接觸充分，因此干燥速度遠高于靜態(tài)干燥。在這種狀態(tài)下，如果處于沸騰狀態(tài)的物料為芯材，從多方向不斷以一定速度噴射霧化的壁材溶液，溶液包附于芯材顆粒表面，顆粒變重而下降，接近多孔篩板的出風口時，風溫比上層高而水分蒸發(fā)，干燥后又上升重新與壁材霧滴接觸，又下降被干燥。這樣循環(huán)往復直至表面完全被壁材包裹，形成一層完整的“殼”達到包埋效果，這就形成了空氣懸浮法微膠囊化技術。這種方法既適合于固體芯材，也可以使用水溶性壁材，還可以適用于各種膠類等水溶性高分子材料、也可以使用不可燃的有機溶劑溶解的非極性高分子材料。

（3）分子包埋法。此法也稱為分子包接法。此法使用β-環(huán)糊精為壁材，芯材是必須有疏水端的分子。β-環(huán)糊精是由7個葡萄糖殘基構成的環(huán)狀分子；分子量1130，形狀就象一個沒有底的木桶，其桶高7.0A，外徑15.3A，內徑7.8A,常溫下在水中溶解度為1.85g/100g.β-環(huán)糊精分子的桶腔內為疏水性，而親水的羥基分布在“桶”壁的上下端面上，外來分子如果小則可能完全進入；如果分子大或另有親水端，則會一端進入腔內而親水端露在外面。芯材分子因為連接著這個“殼”而改變原有性質。它的理化性質也相應變化；又由于這種連接只依靠疏水基的親合力不是穩(wěn)定的化學鍵，所以它又是不穩(wěn)定的，可以釋放出芯材分子，但在干粉狀態(tài)下，它是相當穩(wěn)定的。

（4）擠壓法。擠壓法是一種低溫微膠囊技術，與噴霧干燥法相比，可說是一種新的方法。其方法是將核芯物質分散在熔融的碳水化合物中。通過壓穿臺將混合物擠壓入脫水劑中，包囊壁材即脫水固化包覆核芯物質，然后再將固化物取出干燥。該方法適宜食品工業(yè)中多種熱敏性物質的包覆，產品的包覆效果好，儲存期長。除以上這幾種常見的微膠囊化方法外，在食品工業(yè)中到現(xiàn)在為止，比較常見的還有噴霧冷卻法、噴霧冷凍法、水相分離法(也稱絮凝-相分離法)、油相分離法。另外，尚有界面聚合法、原位聚合法、粉末床法等多種方法，隨著技術的改進和設備的開發(fā)今后會走向實用。

4 微膠囊在食品工業(yè)中的應用

（1）微膠囊化天然色素。許多天然色素如類胡蘿卜素、姜黃色素等只能溶于油脂中，因而使用嚴重受限。其中的β-胡蘿卜素因具有維生素A活性而引起人們極大興趣。但β-胡蘿卜素對光、氧十分敏感，難溶于水，因而對其微膠囊化是必要的。天然紅曲色素是我國民間傳統(tǒng)食用色素，應用范圍很廣，但目前生產的紅曲色素溶解性、分散性、穩(wěn)定性較差，對加工食品著色不盡理想。為此，開發(fā)天然紅曲色素微膠囊產品以增強其氧化穩(wěn)定性，延長色素的保存期是勢在必行的。

（2）微膠囊化酸味劑。近年來，隨著各種方便食品的開發(fā)，酸味劑的品種也越來越豐富，添加劑技術也大有改進。如果把某些酸味劑直接添加到食品配料中，會使食品配料中某些食品成分發(fā)生劣變。為了克服這些缺點，可采用微膠囊技術，將酸味劑包埋，隔離酸味劑對敏感成分的接觸，從而延長儲存期。目前，膠囊化酸味劑已廣泛用于固體飲料、點心粉、布丁粉及陷餅充填物中。

（3）微膠囊化香料。食品工業(yè)中最早使用微膠囊技術制備固體香料，生產的主要方法有：噴霧干燥法、擠壓法、包接絡合法。由于微膠囊可沿緩揮發(fā)性物質的揮發(fā)，現(xiàn)已相繼出現(xiàn)許多液體香料微膠囊化產品。許多微膠囊化香料已用于口香糖、湯粉食品、膨化食品、煙草制品等食品的加工生產中。

（4）微膠囊化營養(yǎng)素。用某些無機鹽類強化食品時，常會引起食物中香味的劣變或產生其他形式的劣變。如將硫酸亞鐵添加到面粉或食品中時，它會催化氧化酸敗的進行。將硫酸亞鐵微膠囊化后添加即可防止與氧的接觸，又掩蔽其不良味道，提高了質量。通過微膠囊化來克服某些維生素及氨基酸的不良氣味，如維生素C遇潮易氧化，則可將其細粉分散在乙基纖維素的異丙醇溶液中，經噴霧干燥后的乙基纖維素包埋的維生素C膠囊，該制品在儲存期內質量較穩(wěn)定。

（5）微膠囊化食品防腐劑。此類產品更加體現(xiàn)了微膠囊的緩釋特點。它能在食品中緩慢釋放且相應地減少添加量，保證了消費者的食用安全。目前有兩種類型，一是微膠囊化的低醇類殺菌防腐劑，是將乙醇制成膠囊化粉末制品，在應用中利用其在密封的包裝容器中緩慢氣化放出的乙醇蒸氣來達到殺菌防腐目的；另一類是對現(xiàn)有食品防腐劑進行包埋，利用其在食品中緩慢釋放的特點，而制成長效制劑，達到減少添加量的目的。

（6）微膠囊化雙歧桿菌。雙歧桿菌是人體腸道中的有益菌。但雙歧桿菌不耐氧、不耐酸、活性保持較為困難，限制了雙歧桿菌制劑的制備，可用腸溶性的壁材將雙歧桿菌微膠囊化，避免雙歧桿菌受到胃酸的破壞，達到腸道定位釋放的目的。

5 微膠囊技術在食品工業(yè)中的應用前景及展望

當前在食品工業(yè)中應用最廣的微膠囊技術是噴霧干燥法，應用領域主要是粉末香精、香料、粉末油脂，今后它們仍然占主導地位。借用醫(yī)藥工業(yè)中的經驗與技術，對食品中的營養(yǎng)素、添加物進行微膠囊化加工，一方面提高了這些成分耐儲、耐加工性能，另一方面免除了它們給食品帶來的苦味、異味、顏色等不利因素，還能使某些腸道吸收的成分順利通過胃釋放，使某些不耐胃酸的活性菌或酶類在胃中保存其活性，順利進入腸道發(fā)揮作用，利用微膠囊技術拓寬了食品添加劑的應用范圍，給人們帶來新的品味，給人們的健康帶來福音。

綜上所述，微膠囊技術在食品工業(yè)中的應用，隨著人民生活不斷提高，保健食品、療效食品、方便食品、微波食品的發(fā)展，其應用前景十分廣闊，將會大大促進食品工業(yè)的發(fā)展。

[1]劉斌.天然食用香料的微膠囊化[J].食品研究與開發(fā),2002,23(3):3～4.

[2]徐冬梅.微膠囊的功能及應用[J].精細石油化工,2003，（6）:55.