食品业微胶囊技术分析

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1微胶囊的芯材和壁材

被包覆的芯材可以是油溶性、水溶性化合物或混合物，其状态可为固体、液体或气体。其主要包括的物质如表1所示。囊芯与壁材的溶解性能必须是不同的，即水溶性囊芯只能用油溶（疏水）性壁材包覆，而油溶性囊芯只能用水溶性壁材。为实现包囊化，包囊膜的表面张力应小于囊芯物的表面张力且包囊材料不与囊芯发生反应。可以作为微胶囊壁材的物质很多，高分子材料是最为常用的微胶囊壁材。它主要分为天然高分子材料、半合成高分子材料、全合成高分子材料及无机材料［2］。其主要包括的物质如表2所示。另外，就微胶囊的结构而言，从最初制备单层微胶囊，已经发展到制备双层、三层微胶囊。

2微胶囊制备方法及原理

2．1化学法

2．1．1界面聚合法该法制备微胶囊的过程包括：1）通过适宜的乳化剂形成油／水乳液或水／油乳液，使被包囊物乳化；2）加入反应物以引发聚合，在液滴表面形成聚合物膜；3）微胶囊从油相或水相中分离［3］。该法的优点是：制得的微胶囊致密性较好；反应速率较快；反应条件温和；聚合物相对分子质量高；对单体纯度和配比要求不严格；无抽提、脱挥工序膜反应而遗留在微胶囊中。

2．1．2原位聚合法实现原位聚合法的必要条件是单体可溶，聚合物不可溶。与界面聚合法相比，可用于该法的单体很多，如气溶胶、液体、水溶性或油溶性单体或单体的混合物，低相对分子质量的聚合物或预聚物等［4］。因此，各种各样的材料均可用以构成囊壁。原位聚合法建立在单体或预聚体聚合反应形成不溶性聚合物壁材的基础上，如何将形成的聚合物沉淀包覆在囊心表面上是该法的关键。

2．1．3锐孔法此法因聚合物的固化导致微胶囊囊壁的形成，即先将线性聚合物溶解形成溶液，当其固化时，聚合物迅速沉淀析出形成囊壁。因为大多数固化反应即聚合物的沉淀作用，是在瞬间进行并完成的，故有必要使含有芯材的聚合物溶液在加到固化剂中之前预先成型，锐孔法可满足这种要求［5］。该法可采用能溶于水或有机溶剂的聚合物作壁材，通常加入固化剂或采用热凝聚，也可利用带有不同电荷的聚合物络合实现固化。

2．2物理法

2．2．1喷雾干燥法它是一种较早采用且很实用的制备微胶囊的方法。首先将囊心物质分散在预先经过液化的包囊材料的溶液中，然后将此混合液在热气流中进行雾化，以使溶解包囊材料的溶剂迅速蒸发，从而使囊膜固化并最终使得被包覆的囊心物质微胶囊化［6］。该法主要特点是成本低廉，工艺简单，易于大规模工业化生产。它也存在2个缺点：一是蒸发温度高且暴露在有机溶剂／空气中，活性物质易失活；二是由于溶剂的快速除去，囊壁上易有缝隙，致密性差。这些缺陷在低温操作下可避免。

2．2．2空气悬浮法该法是一种适合多种包囊材料的微胶囊化技术。先将固体粒状的囊心物质分散悬浮在承载气流中，然后在包囊室内将包囊材料喷洒在循环流动的囊心物质上，囊心物质悬浮在上升的空气流中，并依靠承载气流本身的湿度调节对产品实行干燥。该法可使包囊材料以溶剂、水溶液乳化剂分散体系或热溶物等形式进行包囊，通常只适用于包裹固体囊心物质，一般多用于香精、香料及脂溶性维生素等微胶囊化［7］。

2．2．3沸腾床涂布法该法主要是对固体微粒或吸附了液体的多孔微粒进行胶囊化。通常沸腾床涂布器是通过悬吊一个沸腾床，或将固体微粒悬在一个流动的气流柱中（一般是空气流），然后将胶囊壁材液体喷射到微粒上，立即将被涂布了的微粒进行干燥、溶剂蒸发或冷凝，重复此涂布、干燥过程，直至获得一个符合要求的涂布厚度。沸腾床有3种类型可被利用，即顶部喷射、底部喷射和切向喷射。应用一系列的循环步骤进行涂布，可最大限度地减小胶囊壁的缺陷，但较费时间；一步涂布过程较迅速，但得到的胶囊壁具有永久缺陷，对胶囊的控制释放将有严重影响。

2．2．4离心挤压法该法是基于芯材和壁材2种不相溶的液体，通过一个旋转双流体喷头被排放。此过程将产生一个连续的双流体柱从喷头被排放后，立即自发分裂成球状液滴的细流。每个液滴都呈液体壁材包含液体芯材的形式，这些液滴如何转化成为胶囊取决于壁材的属性。当壁材是一个相对较低粘度的热熔体时，冷却后迅速结晶，则当液滴从喷头落下时，即转变成固体微粒。若从喷头挤出的液滴具有的外壳是能够迅速凝胶的液态高分子溶液时，则液滴落入凝固浴，在浴中转变成凝胶珠，凝胶珠被干燥即形成固体外壳的胶囊。通过离心挤压法制备的胶囊直径通常在250μm至几个毫米。

2．2．5旋转悬挂分离法在此过程中，芯材被分散到液体壁材中，然后被喂入一个旋转盘，形成被涂布了的壁材的单个芯材液滴，该液滴连同少量纯的壁材液滴被离心掷入旋转盘的边缘落下、冷却，就制成了离散的微胶囊。当壁材被固化的同时，纯的壁材液滴也被固化了，但在离散带上被分开了，所以它们在胶囊中的含量很低。用该法制备的微胶囊直径可小于150μm，为了获得较好的产品，芯材必须有球形的几何外形，这需要在胶囊化前先进行造粒。当胶囊壁不能被迅速固化时会产生一些问题，因为壁材若是晶态材料，在贮藏过程中，结晶质量分数及晶型转变易受影响，所以这表明通过旋转悬挂分离产生的胶囊外壳，在胶囊完全形成后并不是立刻可达到热力学平衡。

2．3物理化学法

2．3．1复凝聚法此法适用于对非水溶性的固体粉末或液体进行包囊。实现复凝聚的必要条件是有关的2种聚合物离子的电荷相反，且离子所带电荷数恰好相等。此外，还必须调节体系的温度和盐的含量。该法多与其他方法融合来制备微胶囊。它是经典的微胶囊化方法，操作简单，适用于难溶性药物的微胶囊化。复凝聚法还具有这样一个优点，即非水溶性的液体材料不仅能够被微胶囊化，而且具有高效率和高产率。

2．3．2油相分离法该法适用于水溶性或亲水性物质的微胶囊化，分离出来的聚合物量和状态，取决于体系中聚合物浓度、沉淀剂用量及温度。其胶囊化的关键是在体系中形成可自由流动的凝聚相，并使其能稳定地环绕在芯材微粒的周围。还有一点是芯材在聚合物、溶剂和非溶剂中不溶解，且溶剂与非溶剂应相互混溶。由于采用油性溶剂作分散介质，因此油相分离法存在污染、易燃易爆、毒性等问题。另一方面，溶剂价格高，产品成本高。

2．3．3干燥浴法（复相乳液法）根据所用介质的不同，可分为W／O／W型和O／W／O型复相乳液。以W／O／W型复相乳液为例，该法应用于水溶物质的微胶囊化。其操作过程包括：将成膜聚合物溶解在与水不混溶的溶剂（此溶剂的沸点比水高）中，芯材的水溶液分散在上述溶液中形成W／O乳液。加入作保护胶稳定剂的溶液并分散开，形成W／O／W型复相乳液。除去囊壁中的溶剂，形成微胶囊。最后将溶剂用蒸发、萃取、沉淀、冷冻干燥等手段除去。起始溶液的粘度、搅拌速度、温度及稳定剂的用量对微胶囊的粒度和产率有很大影响

3微胶囊在食品工业中的应用

3．1在饮料工业中的应用

随着食品工业科学技术的不断进步，消费者对产品的要求越来越高，针对这一问题，饮料工业引入微胶囊技术开发新产品，以满足消费者的需求［8］。如以海藻酸钠、蔬菜、天然果汁为原料，将微胶囊技术和饮料工艺相结合，制造微胶囊复合果蔬饮料。其产品含有叶酸、蛋白质、维生素C、钙等营养成分，具有色泽明快、风味独特、营养丰富、稳定性极佳等特点。从果蔬中提取可利用的营养物质，为保持其颜色、防止褐变而将蔬菜汁制成彩色胶囊，加入至饮料中，所得的产品色彩鲜艳、稳定性好、感官性好。

3．2在乳制品中的应用

乳制品中添加的营养物质具有不愉快的气味，其性质不稳定易分解，影响产品质量。将这些添加物利用微胶囊技术包埋，可增强产品的稳定性，使产品具有独特的风味，无异味，不结块，泡沫均匀细腻，冲调性好，保质期长。利用此法制成的产品有果味奶粉、姜汁奶粉、可乐奶粉、发泡奶粉等。

3．3在糖果中的应用

微胶囊技术可应用于糖果的调色、调香、调味以及糖果的营养强化和品质改善。糖果生产中的天然食用色素、香精、营养强化剂等物质易分解，利用喷雾干燥等方法将其微胶囊化以确保产品质量的稳定［9］。常用的壁材有水溶性食用胶、环状糊精、纤维素衍生物、明胶、酪蛋白等物质。用此法生产的糖果颜色鲜亮持久，产品货架期长。

3．4在食品添加剂中应用

1）酸味剂：用作微胶囊化酸味剂的壁材一般是氢化油，芯材的释放借助于热和水。具体包括肉制品用酸味剂、面团品质改良剂（主要指抗坏血酸）、其他用途的酸味剂如磷酸。2）风味与调味料：这方面是微胶囊技术在食品工业中应用最广的领域。最常见的如柠檬油、薄荷油、蒜油、咖喱油等。3）甜味剂：如阿斯巴甜（Aspartame）是目前最常用的一种甜味剂，其甜度高，为蔗糖的150～200倍，而热量却远远低于等量蔗糖，但由于这种甜味剂在酸性环境中不稳定，使其使用受到限制，通过微胶囊技术可克服阿斯巴甜在酸性环境不稳定的缺点。4）色素：一些天然色素在应用中存在溶解性与稳定性差的问题，微胶囊化后不仅可以改变溶解性能，同时也提高了其稳定性。

3．5在焙烤食品中应用

在焙烤食品加工中，常含有带有酸性配料，如水果布丁、酸奶油等，它们与焙烤用碳酸氢钠接触时会发生反应，在面团加工过程中释放出气体，因此，面团在焙烤过程中就失去膨胀能力，得到焙烤制品体积小且松软［10］。通过微胶囊技术，可使碳酸氢钠在特定条件下释放出来。

4结语

虽然微胶囊化技术取得了令人瞩目的成果，但其基础研究还不成熟，还有许多理论和实际问题需要深入研究和解决。首先，有必要完善表征微胶囊性能。全面准确地表征微胶囊的性能，是其深入研究的基础和有效应用的关键。通常认为微胶囊技术涉及到乳液和胶体领域，因此应对乳液和胶体深入研究。其次，就是性能优良、价格低廉的微胶囊壁材的开发。微胶囊化作为一项能够改善物质性能的新技术，将给人们提供许多新型产品，满足人们各种需求，可不断提高人们的生活质量，具有广阔的应用前景。目前国内微胶囊技术的研究才刚刚起步，而国外特别是美国和日本的微胶囊技术已取得了相当成就。我国应在人力、物力和财力方面加快微胶囊技术研究，缩短与世界发达国家的差距。，缩聚反应可达到不可逆。其缺点是，经常会有一部分单体未参加成