食品微膠囊技術應用現狀及其發展前景

◎ 侯澤淇，孔欣欣，張 杰

（鄭州科技學院 食品科學與工程學院，河南 鄭州 450064）

隨著科技進步發展，微膠囊技術作為一種新型“微封裝”技術，發展已越來越迅速，應用范圍也越來越廣。微膠囊技術通常指以天然的或合成的高分子材料為壁材，通過特定加工手段形成連續的薄膜包覆于以微小顆粒或微小液滴狀態存在的芯材表面，形成微膠囊的微包裝技術[1]。隨著這項技術在材料、工藝、設備等方面的不斷成熟、完善，其應用技術在食品工程制造領域越來越受到重視。多項研究成果證實，該技術不僅能降低食品成分在加工、貯藏過程中因光、氧、熱等外界因素造成的影響，減少損失，還能夠防止食品各成分發生相互作用，控制食品成分在特定環境、特定載體的釋放速度[2]。

1 食品微膠囊制備技術概述

1.1 微膠囊的結構與組成

微膠囊的“外殼”材料通常稱為壁材，被包裹在內的物質通常稱為芯材[3]。壁材通過一定的加工手段包裹芯材后，壁材形成囊膜，芯材成為囊核。微膠囊形貌特征是多樣化的，可以是球狀，也可以是不規則形狀；可以單獨存在，也可以呈葡萄串形聚集；微膠囊的外表面有光滑的，也有折疊的；微膠囊的囊膜可以是單層，也可以是雙層或者是多層的；而囊膜所包覆的囊核既可以是單核，也可以是多核；微膠囊的粒徑一般在微米級且大小不均，平均粒徑通常在1 ～ 10 μm[4]。

1.2 芯材、壁材的種類與要求

在食品工業中，被微膠囊包覆的芯材主要有香料精油及其油樹脂、功能性油脂、維生素、色素、氨基酸、菌種以及食物中的天然活性成分，如生物酶等[5]。可作為微膠囊壁材的物質包括天然高分子材料、半合成高分子材料、完全合成高分子材料及無機材料[6]。無論其來源如何，一般來說作為食品微膠囊的壁材，必須符合以下幾個特征。①安全無毒，生物可降解性好。②不與芯材發生反應。③穩定，成膜性質優良。④自身形成的溶液黏度低，吸濕性低。⑤無臭、無特殊刺激性氣味。⑥遇水可自動釋放出包埋的芯材。⑦價格便宜、容易購買[7]。此外，根據使用目的不同，還要適當考慮其機械強度、傳熱性能和高溫穩定性。常用的食品微膠囊壁材主要來源于天然高分子材料，有蛋白質類，如明膠、豌豆蛋白、乳清分離蛋白、大豆分離蛋白和絲素蛋白等；有碳水化合物類，如淀粉及變性淀粉，膠體類的果膠、阿拉伯膠、海藻酸鈉、瓊脂和卡拉膠，多糖類的殼聚糖等；還有脂類，如大豆卵磷脂、硬脂酸等。在使用時，根據成囊機理不同，壁材可以單一使用，也可以聯合使用。

1.3 微膠囊的制備工藝方法

微膠囊的制備技術一直是研究的熱點，科研人員已探索出200多種制備微膠囊的方法，可分為物理法、化學法、物理化學法等3大類[8]。其中物理方法可分為真空冷凍干燥法、噴霧干燥法、擠壓法和空氣懸浮法等，化學法可分為界面聚合法、復凝聚法、脂質體法和銳孔法等，物理化學法可分為溶劑蒸發法、界面沉積法、相分離法等。

1.4 微膠囊的質量評價方法

微膠囊制品的質量評價方法包括微膠囊一般性質的評價和微膠囊特有性質的評價。一般性質的評價主要有微膠囊的粒徑大小與分布、顆粒形態與結構、顆粒所帶荷電情況、顆粒流動性、密度和機械性能等。微膠囊特有性質的評價主要有囊膜厚度及滲透性、芯材保留率、微膠囊的包埋率、微膠囊的熱穩定性、微膠囊的生物相容性、微膠囊化效率和微膠囊化產率等[9-12]。另外，在微膠囊制品的質量評價中，要考慮各種因素之間的相互影響，才能更全面、更科學地評價微膠囊產品質量。

2 微膠囊技術在食品相關領域的應用

2.1 微膠囊技術在油脂中的應用

油脂來源廣泛，營養豐富，功能頗多，在醫藥、食品及化妝品等領域中具有很高的應用價值，但因含有不飽和脂肪酸而極易氧化變質，導致其應用受到一定的限制。而微膠囊技術能有效地將油脂包裹在一個密封的、微小的囊中，使其由液態變成固態，有助于改善油脂的多方面性質，如體積、色澤、氣味等[13]。微膠囊化油脂芯材按油脂來源可分為植物油脂、動物油脂與微生物油脂3類[14]。常用于油脂微膠囊化的壁材主要有碳水化合物類和蛋白質類，常見的膠囊形成方法主要有噴霧干燥法、真空冷凍干燥法等。

葛昕[15]采用噴霧干燥技術，以麥芽糊精和大豆分離蛋白作為主要壁材，制備了茶油微膠囊，并對其加工工藝進行了優化。制成的微膠囊為乳白色粉末，表觀結構良好，粒徑分布較為均勻，具有良好的流動性和溶解性，可吸收的營養成分約占到總體質量的80%，微膠囊化后的油脂相對未經包埋的油脂有更長的貨架期，但微膠囊化過程會使油脂的抗氧化性有一定程度的降低。李橋妹[16]采用超聲波輔助提取法提取出山蒼子核仁油，并篩選出最佳脂肪酶后，采用酶水解制備出富含中碳鏈甘油二酯的山蒼子核仁油，并以辛烯基琥珀酸淀粉納為壁材，利用真空冷凍干燥法制備了山蒼子核仁油微膠囊，通過試驗獲得的微膠囊最佳工藝條件為：芯壁比1∶5，剪切速率13 500 r·min-1，剪切時間9 min。在該條件下的微膠囊包埋率為81.74%，制品呈乳黃色較疏松粉末狀態。

林彩平[17]則采用微膠囊技術包埋了魷魚肝油，并對產品的貯藏穩定性進行了初步研究。該微膠囊采用辛烯基琥珀酸淀粉納及環狀糊精為壁材，利用噴霧干燥制得。通過測定包埋率，考察光、熱、氧氣等因素對微膠囊貯藏性的影響，并運用掃描電鏡觀察微膠囊的外觀結構，認為微膠囊表面光滑緊致，無裂紋，無孔隙，內部組織結構細密，包埋率高，微膠囊化效果好。

微生物油脂也被稱為單細胞油脂，是由各種產油微生物在適宜條件下利用碳源、氮源和無機鹽等營養物質所生產的油脂或脂質[18]。張邈等[19]從微生物干菌體中提取出富含多不飽和脂肪酸的微生物油脂，以麥芽糊精為壁材，輔以單甘酯、蔗糖酯兩種乳化劑，經轉相、均質和噴霧干燥，制得粉末油脂。經測定，微膠囊化效率可達84.19%，獲得的產品不飽和脂肪酸含量高，性能穩定，方便保存。

2.2 微膠囊技術在飲料中的應用

隨著科技的進步，消費水平的提升，消費者對飲料的要求也越來越高，微膠囊技術的引入可以改善原有飲料缺陷或賦予其特殊的功能性。

利用微膠囊技術可以改善飲料產品缺陷，如褪色、褐變、沉淀分層、營養價值降低、風味劣變及溶解性差等。一些果蔬汁飲料會含有彩色微小纖維，使飲料的顏色不穩定，容易褪色并形成沉淀。如果采用微膠囊包埋微小彩色果肉或纖維顆粒，制成彩色微膠囊，則可以綜合改善果蔬飲料的色澤、風味甚至口感[20]。趙良忠等[21]以海藻酸鈉為主要壁材，采用微膠囊技術，對綠葉蔬菜、胡蘿卜、西紅柿和黃花菜等復合果蔬汁進行包埋，并對工藝過程和條件進行了優化，研制了一種復合蔬菜飲料，研究結果表明利用微膠囊技術可以生產出色澤艷麗、風味獨特、外形美觀的營養型復合果蔬飲料。

利用微膠囊技術還可以提高飲料產品營養價值或讓其獲得特定功能。陳劍兵等[22]采用微膠囊技術對橙皮苷進行包埋，并研究了該微膠囊添加到橙汁飲料中對產品品質的影響，確定微膠囊添加量低于1.5%時，對橙汁飲料產品品質無顯著影響。通過試驗優化后的原料配比為：果汁原汁濃度30%，微膠囊化橙皮苷0.8%，穩定劑0.2%，所制成的高橙皮苷橙汁飲料具有良好的風味，橙皮苷含量高達0.82 g·L-1，不但提高了橙汁飲料的營養價值，而且為橙皮苷的應用開辟了一條新的途徑。

2.3 微膠囊技術在乳制品中的應用

乳制品是營養強化或功能化的主要食品載體，但部分營養成分攜帶不愉快的氣味，或本身性質不穩定，增加了營養強化的難度。若將這些營養物質進行微膠囊包埋，既可增強產品的穩定性，又能使產品具有獨特的風味，掩蔽異味。對粉狀乳制品而言，還可以改善結塊性和沖調性，延長保質期[23]。

近年來，微膠囊技術被廣泛用于多不飽和脂肪酸和益生菌等的包埋，如DHA經過微膠囊化處理后，成分活性高、不易氧化、質量穩定，添加到乳制品中后掩蔽了魚腥味，提高了產品的適口性[24]。保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌和雙歧桿菌等益生菌經微膠囊技術包埋后，不易被胃酸破壞溶解，在腸液中經過2～3 min再釋放出來，保證了益生菌在腸道中的準確定植。乳制品加工企業在干酪生產中，也已借助微膠囊技術促進催熟作業流程的加快，進而提高企業的生產效率，降低生產成本。而胡姝敏等[25]則研究了植物甾醇酯微膠囊在夸克干酪中的強化，植物甾醇酯具有降低血漿總膽固醇和低密度脂蛋白膽固醇的功效。通過對添加工藝的研究，認為分別在牛奶殺菌前添加和排乳清后添加，并控制好發酵溫度，所制成的干酪感官質量好，且具有一定功能性。

2.4 微膠囊技術在烘焙食品中的應用

在焙烤食品加工過程中，若添加酸性配料，易與另一種配料碳酸氫鈉發生反應，釋放出CO2，降低面團的膨發效果，導致焙烤制品不夠蓬松[26]。利用微膠囊技術對碳酸氫鈉進行包埋，再于特定的條件下釋放出來，能夠最大程度保證焙烤制品的蓬松度。目前微膠囊在烘焙食品中的應用較少，還有較大的研究空間。

2.5 微膠囊技術在食品添加劑領域中的應用

食品添加劑是食品工業中不可或缺的角色，種類和功能多種多樣，合規使用能提高食品品質或延長保質期、改善加工性能。有關研究表明，經微膠囊技術處理后的部分食品添加劑，其功能、穩定性和使用效果會大大提高，主要表現在以下幾個方面。①改變食品添加劑的物理狀態，使其使用便捷性和易加工性被提高。②控制食品添加劑的釋放時間和速度，達到緩釋或定時作用的效果，有些食品添加劑的毒性還可以得到緩解。③增強食品添加劑的穩定性，降低環境因素對其的干擾或獲得保護。④掩蔽部分食品添加劑自身的不良氣味，擴大使用范圍[27-29]。

例如，天然香料很多為油溶性精油，在飲料、調味料中使用不方便，如果以水溶性高分子材料作為壁材，輔以乳化劑，采用噴霧干燥等方法對油溶性香料進行微膠囊包埋，制成粉狀香精，就可以添加到很多食品中，特別是固態食品[30]。山梨酸作為一種常見的食品防腐劑，若直接添加到肉制品中，極易引起蛋白質變性而使其失去彈性和保水性，通過微膠囊技術對其進行包埋，既能避免山梨酸與肉制品直接進行接觸，又能通過壁材的緩釋作用增加其殺菌有效期，延長了肉制品貨架期，消除負面效應。某些酸味劑作為食品配料直接添加到食品中，會使其他配料中某些敏感成分發生變化甚至劣變。為克服這些缺點，可采用微膠囊技術將酸味劑包埋，通過“隔離”酸味劑減少其與敏感成分的接觸，而延長食品貯存期；另外，通過對酸味劑的部分包埋，還可以在食用或飲用時提供更加爽口的口感，讓產品更具特色[31]。天然色素很多是光敏、熱敏性物質或對酸堿敏感，以淀粉、環狀糊精、明膠和阿拉伯膠等材料為壁材，通過復凝聚、噴霧干燥等方法對番茄紅素、β-胡蘿卜素、葉黃素和原花青素等進行微膠囊包埋，能夠不同程度抵抗光照、溫度、pH、氧濃度等變化造成的影響[32-33]。總之，微膠囊技術在食品添加劑中的應用比較廣泛，其技術也處于不斷研究和發展中。

3 結語

微膠囊技術除在上述食品領域中應用外，還在肉制品、糖果、保健食品、營養強化劑、食品包裝和生物酶等多個食品領域有所應用。隨著科學技術的不斷進步和發展，食品微膠囊制備技術一方面應向新方法創新、材料及工藝優化方向發展，另一方面應向工業化轉化發展，通過開發配套生產設備，優化工程化技術，降低生產成本，提升產品質量，讓更多食品微膠囊技術轉化為現實生產力。此外，應不斷拓展其在食品領域的應用，通過基礎性研究提升應用技術的科學性、可行性，成為促進食品工業蓬勃發展的有力支撐。