油脂微膠囊化的研究進展

許彬

德樂綠莊園（徐州）食品有限公司（徐州 221000）

油脂來源廣泛、營養豐富，具有特殊的芳香氣味，被廣泛應用于醫藥、食品及化妝品等領域。油脂含有多種生物活性物質。葡萄籽油[1]、白刺籽油[2]均含有豐富的不飽和脂肪酸，其中，亞油酸的含量高于60%，具有降低膽固醇、預防動脈硬化等功效。魚油中富含ω-3多不飽和脂肪酸，其中二十碳五烯酸（EPA）可清除堆積在血液中脂質，顯著降低心血管疾病的發生概率。二十二碳六烯酸（DHA）可增強記憶力、注意力，維持腦部細胞正常新陳代謝[3]。大豆胚芽油富含生育酚、磷脂、植物甾醇等成分，具有降低血液中膽固醇含量、清除體內自由基、預防癌癥和皮膚老化等生理功效[4-5]。

雖然油脂在食品、醫藥中有很高的應用價值，但一些因素使油脂的開發利用受到限制。研究發現，不飽和脂肪酸含量高的油脂在貯藏時易氧化變質，產生哈喇味，甚至生成有毒有害物質，如醛類和酮類物質等，從而引發癌癥和機體衰老[6-7]。由于油脂的黏度較大，含油的調料和湯料在包裝時操作難度大。油脂不溶于水及強烈的不良風味等，使其在食品中的應用也受到一定限制，如魚油具有的魚腥味[8]。此外，木姜子油具也存在香味成分易揮發，留香時間短等問題[9]。隨著消費者對營養健康食品需求的日益旺盛，減少油脂對加工過程的制約、拓寬油脂的應用范圍，成為油脂產業研究的熱點和難點。

微膠囊技術是一種包埋和保護技術，其通過特定的方法利用高分子成膜材料制成密封性或半透性的微型膠囊，可將不同狀態的物料包埋在微膠囊內部，形成密閉的或具有一定通透性的微小顆粒[10]。在原物料的形態改變、緩釋和不良風味掩蔽等方面有顯著作用，可應用于食品類的脂肪、香料香精、維生素類、食用色素、甜味劑、膨松劑和調味料等原料加工上，也可應用于醫藥、印刷、化肥等領域[11-12]。微膠囊技術是一項偉大技術，它解決了許多方面難題，得到很多科學工作者的重視，使之在更為廣泛的領域中得到應用。概述近年來國內外在油脂微膠囊化的研究進展，并展望其發展趨勢。

1 微膠囊技術的概念

微膠囊技術是一種將高分子成膜材料制成密封性或半透性的微型膠囊，可將不同狀態的物料包埋在微膠囊內部，形成密閉的或具有一定通透性微小顆粒的方法，所制得的這一微小顆粒稱為微膠囊，制作微膠囊的這一過程稱為微膠囊化。微膠囊內部包埋的不同狀態的物料稱為芯材，外層的囊膜稱為囊殼或囊壁，所使用的高分子成膜材料稱為壁材[10]。壁材的結構多為單層，壁的厚度一般為0.5~150 μm。

微膠囊化所用的壁材、芯材和微膠囊化的方法都會影響微膠囊顆粒的大小和與形態。微膠囊顆粒的粒徑范圍一般從零點幾微米到數毫米，通常粒徑小于1 μm的微膠囊稱為納米膠囊[13]。噴霧干燥法微膠囊顆粒直徑在20~150 μm，單/復凝聚法微膠囊顆粒直徑在1~500 μm之間。微膠囊顆粒的形態包括橢球形、柱形、球形和無定形等，其形態與所制備的工藝技術密切相關。采用微膠囊技術可以達到將芯材與空氣隔離，控制芯材的釋放，延長產品的保質期，掩蔽不良氣味等目的[14]。

2 微膠囊常用的制備方法

微膠囊常用的制備方法有很多種，根據微粒制備原理不同，可分為三大類[15]。制備方法分類與技術特點見表1。

表1 微膠囊常用的制備方法與技術特點

微膠囊技術具有多方面的優勢：1）改變原料芯材原有的物理、化學性質，如液態油脂經微膠囊化后轉化為固體粉末油脂，其狀態、溶解性都發生變化；2）增強芯材對環境因素的抵抗力，保護敏感成分，主要體現在降低和減少有些易揮發物質和活性物質受外界環境的影響；3）改變芯材的釋放速率，使芯材按照需求在合適的時間以一定的速度釋放，有效利用芯材成分；4）掩蔽或減弱芯材的不良氣味和風味；5）制備方法多，且生產工藝操作簡單[16]。總的來說，通過微膠囊技術可增強芯材對外部環境的抵抗能力，延長其產品的保質期，同時通過這些改變增加使用方便性，微膠囊技術解決傳統生產工藝中出現的許多問題，極大地推動食品工業的進步。

3 微膠囊在油脂中的應用

通常情況下，常溫條件大部分油脂呈液態或半固態，不便于運輸和加工使用；油脂還容易氧化酸敗，產生不良的氣味并帶來食用健康問題。利用微膠囊技術將油脂制成固體粉末，可減緩油脂的氧化酸敗，同時對于一些不良氣味還具有遮蓋作用。油脂微膠囊化后得到的產品為粉末狀，在食品工業中具有很大市場空間。植脂末（奶精）是粉末油脂的代表產品，它應用廣泛，包括咖啡伴侶、奶茶、冰淇淋等食品；通常提到植脂末，人們常想到反式脂肪酸，事實上目前工業生產上已經可以提供零反式脂肪酸的植脂末，但由于價格等因素限制，在日常生活中還未普及。

近年來，越來越多的專家致力于油脂微膠囊化的研究，如油茶籽油、大豆胚芽油、亞麻籽油、松籽油等。葛昕等[17]以大豆分離蛋白與麥芽糊精為壁材，采用微膠囊技術包埋油茶籽油，制備的產品包埋效率高，顆粒形態完整，且具有較好的沖調性。吳隆坤等[18]以阿拉伯膠為壁材，采用微膠囊技術包埋大豆胚芽油，大豆胚芽油的微膠囊化延緩了油脂的氧化裂變，增加了油脂的貯藏穩定性。Asli等[19]以麥芽糊精與豆類蛋白為壁材，采用微膠囊技術包埋亞麻籽油，油脂的包埋率為88%。汪鴻等[20]以阿拉伯膠、β-環糊精、Tween 80為壁材，采用微膠囊技術包埋松籽油，油脂包埋率為92.84%。

4 噴霧干燥法制備微膠囊

噴霧干燥法是微膠囊技術中最常用的方法[21]。噴霧干燥是液態物料或者漿狀物料經過輸送進入霧化器形成霧狀小液滴，在干燥室內與熱風進行熱量質量傳遞，蒸發除去部分液體轉變成干粉的過程。該方法設備工藝簡單，操作方便，在食品、藥品及化妝品中得到廣泛應用[22]。噴霧干燥的初期壁材會形成網狀層，在熱風的作用下蒸發掉網狀層中的水分，但芯材不能移出留在網狀層內；噴霧干燥完成后水分完全蒸發，壁材形成致密的微膠囊，將芯材包埋在內部形成微膠囊產品[23]。

噴霧干燥成套設備包括物料輸送、熱風輸送、霧化、干燥和分離等五部分。物料輸送系統可由高壓泵、蠕動泵等完成；熱風輸送系統需要良好的能量交換器和風機；霧化系統依靠壓力、離心力等將乳液霧化為小液滴；干燥系統依靠不同的干燥器來完成；分離系統實現氣體與粉狀固體顆粒的分離。

噴霧干燥法生產微膠囊粉狀固體顆粒的流程：（1）芯材和壁材分別與相關原料、溶劑融合；（2）經由高剪切完成芯材、壁材的預乳化；（3）預乳化液經由均質機均質形成均一乳液；（4）乳液由輸送系統送入干燥室，在干燥室內完成霧化、干燥；（5）經由收集器收集完成加工。工藝流程見圖1。與其他方法相比，噴霧干燥法有諸多優勢：生產過程簡單，操控方便，制備時間短；可連續生產且批量可調；產品質量好，分散性和溶解性均較好，符合環保要求等。

圖1 噴霧干燥法生產微膠囊粉狀固體顆粒的工藝流程

5 微膠囊化的壁材

有很多種原料可以作為微膠囊化產品的壁材，壁材的選擇主要考慮幾種情況：（1）根據芯材的特性選擇壁材，芯材與壁材要兼容性好，不會發生化學反應；（2）壁材本身具有優勢，如具備較好的溶解分散性、乳化穩定性；（3）具有無毒無致癌性，尤其是食品工業用壁材要符合食品安全要求；（4）所選壁材要獲取方便且來源廣泛，做到質優價廉[24-25]。

微膠囊產品的壁材分為三大類：一是蛋白質類，包括酪蛋白（如酪蛋白酸鈉）、明膠、大豆蛋白；二是碳水化合物，包括變性淀粉（如磷酸酯類、辛烯基琥珀酸酐類），淀粉糖漿（如麥芽糖漿、葡萄糖漿），樹膠（如阿拉伯膠、桃膠）；三是蠟及脂類，包括動物油脂（如羊毛脂），植物油脂（如棕櫚油、氫化椰子油），動物蠟（如蜂蠟）、植物蠟（如棕櫚蠟）。

阿拉伯膠主要由多糖和蛋白質組成，兩者的比值約49︰1。阿拉伯膠中有一部分為阿拉伯半乳聚糖蛋白的混合物（APG），其蛋白質-多糖結構使其既具有水溶性又具有油溶性，可在油水兩相間形成具有黏彈性的膜，從而使乳液體系具有較強穩定性，所以阿拉伯膠的乳化穩定性較好[26-27]。阿拉伯膠還具有高濃度低黏度、熱穩定性和耐酸堿穩定性，所以它是一種制備乳化香精和香料香精微膠囊的傳統壁材[28]。阿拉伯膠應用實例見表2。

表2 阿拉伯膠在微膠囊技術中的應用實例

環糊精是一種無毒的環狀低聚糖，它是由淀粉在酶作用下分解形成的，作為壁材廣泛應用于油脂微膠囊化。環糊精最常見的形式分為α、β、γ這3種[33]。β-環糊精的“錐桶型”具備空腔，且兩端開口。空腔內側由于碳氫鍵的存在而具有疏水性，空腔外側分布著—OH而具有親水性，由于β-環糊精同時具有的疏水性和親水性，從而使其能夠與多種化合物形成復合物[34]。β-環糊精的特殊結構可以起到保護、穩定乳液體系，增加芯料溶解性的作用，因此在食品、醫藥、化妝品等諸多領域有很多應用。β-環糊精應用實例見表3。

表3 β-環糊精在微膠囊技術中的應用實例

辛烯基琥珀酸淀粉鈉又稱為純膠，是由辛烯基琥珀酸酐和淀粉經酯化反應制得的酯類物質，具有親水親油性。純膠既具有親油性的碳鏈，又有親水性的淀粉多糖鏈，這使其具有良好的乳化效果。由于純膠具備高濃度時黏度低、穩定性高、價格較低、產量穩定等特點，在一定程度上是阿拉伯膠的理想取代物[40]。純膠在食品上主要作為食品乳化劑和噴霧干燥的壁材使用。用其制得乳化香精與用阿拉伯膠制得的產品具有同樣的穩定性，但成本較低；由于辛烯基琥珀酸淀粉鈉乳化性、成膜性較好，且高濃度時黏度低，所以在噴霧干燥應用中能得到較高的包埋率和產率。

在選擇壁材時，考慮到一種壁材往往不能滿足生產的需求，通常會采用復合壁材。所謂復合壁材指的是將2種或者多種壁材原料混合后所形成的壁材。復合壁材由于在設計配方時考慮各單一壁材的性能互補、協同增效，所以較單一壁材具有低成本高性能優勢。

6 衡量微膠囊產品的質量標準

微膠囊產品的質量通常由感官標準、包埋量、包埋率、表面油率、產品流動性等方面衡量。

6.1 感官標準

微膠囊產品的顏色應是白色或乳白色，具有原料特有的氣味和滋味，無不良氣味，且具有良好的沖調性。

6.2 包埋量

包埋量指的是微膠囊產品芯材與壁材的比值，生產效率與包埋量呈正相關，包埋量越大生產效率越高。

6.3 包埋率

包埋率表示油脂芯材真正被壁材包埋的百分比，其值越高越好。

6.4 表面油率

在微膠囊化過程中由于工藝或配方原因，部分芯材未被包埋而附著在微膠囊表面，或者部分微膠囊破損不完整，逐漸釋放滲出芯材，這兩部分芯材占芯材總量的比值稱為表面油率，其值越低越好。

6.5 流動性

微膠囊粉末成品應有較好流動性，若成品的流動性不好，可通過添加抗結劑和噴霧干燥工藝優化提高其流動性[41]。

7 展望

采用微膠囊化技術包埋油脂過程中的主要問題：選擇正確的壁材、適宜的壁芯比及產品的制備工藝。壁材可保護油脂免受外界環境的干擾，減緩油脂的氧化酸敗，但油脂微膠囊化過程中性能優良且成本低廉的新型壁材較少，這就需要深入了解壁材的微觀結構、物化性質及包埋作用機理。壁芯比是油脂微膠囊化過程中的重要因素，壁芯比過低會導致油脂包埋率降低，過高會導致壁材的浪費，這就要求選擇合適的壁芯比，從而不僅提高油脂的包埋率，而且降低生產成本。適宜的制備工藝篩選，需要深入了解微膠囊在制備過程中壁材、芯材和水三者之間相互作用，以及水的動態變化過程。另外，油脂的微膠囊化從實驗室到工業化生產是一個漫長的過程，在進一步加大微膠囊化基礎研究的同時，還要加強工業化生產的應用研究。

8 結語

微膠囊技術是一項實用價值高且應用廣泛的新技術。油脂來源廣泛、營養豐富，被廣泛應用于醫藥、食品及化妝品等領域中，但其不飽和脂肪酸含量高，易被氧化變質，這限制了其應用范圍。采用微膠囊化技術將油脂包埋形成微膠囊，不僅增強了油脂對環境的抵抗能力，延長了保質期，掩蔽不良氣味，而且使油脂由液體轉化成固體，易于包裝、貯藏、運輸和使用，從而拓寬油脂的應用范圍。隨著我國居民生活水平的逐漸提高，對健康且營養食品的需求量會越來越大，進一步加強油脂微膠嚢化技術的理論和工業化應用研究具有重要且深遠的意義。