微胶囊在食品业中的价值

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1微胶囊技术的概述

1.1微胶囊技术的基本概念

微胶囊技术（Microencapsulationtechnology）是指将分散的固体颗粒、液滴甚至气体用天然或合成的高分子材料包裹成微小的、具有半透性或密封囊膜的微型胶囊的技术。所得到的微小粒子叫做微胶囊（microcapsule），其内部所包裹的物料称为芯材或囊芯，芯材可以是固体、液体或者气体，也可以是他们的混合体；外部的囊膜称为壁材或囊壁，通常是单层结构，也可由多层结构包埋。微胶囊粒径一般为1μm～1000μm，小于1μm的微胶囊称为纳米微囊。微胶囊的囊壁可以在加压、加热或者辐射的条件下破裂，从而释放包裹的芯材，达到所需要的应用效果；也可以不破坏囊壁，通过选择成膜材料或改变膜囊厚度等方法调节芯材透过囊壁向外界释放的时间和速度。微胶囊技术可以改变物质存在的状态、保护敏感成分、隔离物料间的相互作用、降低挥发性、控制释放、混合不相溶成分并降低某些化学添加剂毒性、延长贮存时间等，微胶囊技术所具有的这些独特优点，正是该技术倍受人们关注的原因，如今，微胶囊技术已成功应用于食品、化工、医学、农药、生物技术等诸多领域。

1.2微胶囊技术的发展简史

微胶囊技术的研究始于20世纪30年代，美国大西洋海岸渔业公司（AtlanticCoastFishers）于1936年提出在液体石蜡中，以明胶为壁材制备鱼肝油—明胶微胶囊的方法，这是最早的微胶囊专利。20世纪40年代末，微胶囊技术开始取得重大成果，美国的Wurster采用空气悬浮法制备微胶囊，并成功用于药物包衣，是利用机械方法制备微胶囊的先驱者，空气悬浮法也因此被称为Wurster法。20世纪50年代，美国NCR公司的Green从当时制药业的胶囊制剂中受到启发，首次利用物理化学原理制备微胶囊，发明了第一代无碳复写纸，开创了以相分离为基础的物理化学制备微胶囊的新时代。50年代末到60年代，界面聚合法制备微胶囊的成功推动了微胶囊技术的发展。20世纪70年代后，微胶囊制备工艺日臻成熟，应用范围逐步扩大，开发出了粒径在纳米范围的微胶囊。20世纪80年代，微胶囊技术引入我国并得到了迅猛发展。

1.3微胶囊的制备方法

制备微胶囊的新工艺、新方法一直是许多科研工作者的主要研究方向之一，现有的微胶囊的制备技术已超过200种，根据微胶囊性质、成囊条件和囊壁形成原理可分为物理法、化学法、物理化学法等3大类20余种方法。其中物理方法可分为空气悬浮法、喷雾干燥法、喷雾冷冻法、分子包埋法、挤压法、静电沉积法和气相沉积法等；化学法可分为聚合法、乳化法、锐孔法和辐射化学法等；物理化学法有相分离法、界面沉积法和干燥浴法等。目前在食品工业中应用较成熟的方法有喷雾干燥法、空气悬浮法、喷雾冻凝法、分子包埋法、物理吸附法、凝聚法、挤压法等。不同的制备方法有着不同的特点和适用范围。喷雾干燥法处理量大，速度快、物料温度不会高于气流温度，适合热敏性、疏水性、亲水性及与水反应的材料的微胶囊化；空气悬浮法是将悬浮的芯材固体在有囊壁成膜液的流化床中表面形成胶囊，壁材层厚度均匀适中，适于固体芯材；挤压法是一种低温微胶囊化产品的技术，可防止风味物质的挥发，适用于热敏性物质的包埋，如各种风味剂、香料和色素等；界面聚合法的包封率高，可以很好的保护活性物，因此适合活性物质的包埋；锐孔法的操作简单，不使用有机溶剂，无需高速搅拌且所得胶囊机械强度大、粒径小，适于对紫外光敏感的生物活性体的包囊；单凝聚法工艺简单，易控制，包埋率较高，可制成粒径不同的微胶囊，适于油脂和精油的包埋；复凝聚法对非水溶性芯材具有高效、高产的特点，适于非水溶性的固体粉末或液体的包埋。

1.4纳米微胶囊

纳米胶囊的概念最早是由Narty等在20世纪70年代末提出，其直径在1nm～1μm，是一种多相功能材料，由于其粒度小，易于分散和悬浮在水中形成胶体溶液，外观上清澈透明，具有与传统微胶囊不同的独特性质，因此在许多领域得到新的应用，特别是在药物纳米胶囊的研究中，发现其靶向性和缓释效果更加明显，精确控制释放性能不仅是纳米微胶囊的一项附加的技术指标，更是一个无与伦比的全新属性。纳米微胶囊的制备技术主要包括乳液聚合法、界面聚合法、干燥浴法、单凝聚法和纳米自组装技术等。随着微胶囊技术的纵深发展，纳米微胶囊技术的理论也会越来越完善，应用更加广泛。

2微胶囊技术在食品工业中的应用

食品的微胶囊技术是当今国内外重点研究的一种食品加工技术，该技术最早应用于食品工业是在20世纪50年代末，Andeson等人研究了桔油的微胶囊化，在很长一段时间内，由于微胶囊化产品的成本较高，使微胶囊技术在食品中的应用受到了限制，但有关的研究工作从未停止，许多传统工艺中无法解决的难题依赖微胶囊技术迎刃而解，极大地促进了微胶囊技术在食品领域中的发展，使得微胶囊技术在食品中的应用越来越广泛，主要集中于某些食品添加剂或配料、保健食品或益生菌等的微胶囊化。

2.1营养素

氨基酸、维生素和矿物质等是食品中需要强化的主要营养素，这些物质在加工或贮藏过程中，外界因素的影响容易使其丧失营养价值或致使制品变色变味，将营养素包裹制成微胶囊制剂后，具有了更强的稳定性和实用性。如面粉或培烤制品用粉中所用到的硫酸亚铁会催化氧化酸败的进行，但将硫酸亚铁制成微胶囊后，不仅防止了其对氧敏感成分的接触，又掩蔽了硫酸亚铁的铁腥味。普通Vc加热3h～4h左右就会被完全破坏，采用挤压法将Vc制成微胶囊加入到食品中，经高温长时间加热Vc仍能保持一定的活性，证明微胶囊提高了Vc的使用性能，对Vc具有很好的保护作用，特别适合添加在需高温加热的食品中。

2.2香精和风味剂

食品加工中经常使用的香精是由许多易挥发、对环境敏感的化合物组成，当受到光、温度、湿度、氧等的影响时，香精的香味就会发生改变，从而影响了食品的风味。微胶囊香精已越来越受到世界各香料工业企业以及食品生产企业的重视，成为香精发展的一个方向。微胶囊化香料和风味剂，应用于食品工业的许多方面。焙烤制品中使用微胶囊化的香精，可以减少在焙烤中由于水分的蒸发而带走部分香料的呈味成分，避免香料在高温和高pH值的环境下遭破坏或挥发；固体饮料的生产中选用微胶囊香精，既可以避免添加液体香精所产生的黏结现象，又能避免饮料中的其他成分对香精的破坏，从而保持产品风味；应用于汤料食品中，可以避免香味物质在生产和贮运过程中变质与挥发，延长保质期，也可以掩盖如洋葱、大蒜之类的强烈气味。

2.3食品防腐剂

微胶囊化防腐剂可以延长防腐时间并减少毒性，目前食品防腐剂的微胶囊化有两种类型，一种是低醇类杀菌防腐剂的微胶囊化，即将乙醇制成微胶囊粉末制品，使其在密封包装的容器中缓慢气化放出的乙醇蒸气，从而达到杀菌的目的；另一种是对现有的食品防腐剂进行包埋，制成长效制剂，使其在食品中缓慢释放，从而减少添加量。

2.4甜味剂

食品生产中使用的甜味剂通常是各种天然产物的糖类，温度、湿度对这些甜味剂的性能影响很大，将甜味剂微胶囊化后可降低其吸湿性，同时微胶囊的缓释作用可使甜味持久。人造甜味剂阿斯巴甜，其甜度是蔗糖甜度的150倍～200倍，热量远低于同等量的糖，这种甜味剂在可乐、汽水等酸性食品中不稳定，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，因此他在食品工业中的应用十分广泛。美国专利中介绍了阿斯巴甜胶囊化的方法：将阿斯巴甜与凝聚剂加水混合润湿，经真空干燥、筛分后得到直径小于0.43mm的胶囊。这种胶囊单位时间的释放量与颗粒的半径有关，微小颗料在其中所占的比例越大，释放的速度越快，同时，不同水溶性的凝聚剂也会影响阿斯巴甜的释放速度。

2.5酸味剂

很多酸味剂的酸味有刺激性，有的酸味剂还会促进食品的氧化、改变配料系统的pH等，如直接添加到食品配料中会与果胶、淀粉、蛋白质等对酸敏感的成分作用而影响食品品质，而添加了微胶囊化的酸味剂后，酸味剂与敏感成分的接触大大减少，食品品质得以保障，并延长了食品的贮存期，通过控制释放，还可以增进风味。目前，微胶囊化苹果酸、柠檬酸、抗坏血酸等已广泛用于布丁粉、点心粉、馅饼填充物及肉类的加工业中。

2.6抗氧化剂

食品抗氧化剂作为一种添加剂掺入食品，主要用于防止或减慢食品发生氧化作用，他先于食品与氧气发生反应，从而有效防止食品中脂类物质的氧化，避免了食品品质劣变。如天然维生素E作为一种抗氧化剂，能够全面有效地保护机体细胞膜及生物大分子对抗氧自由基的侵犯，在增强机体活力、延缓细胞衰老、提高免疫力、降低血胆固醇和抗肿瘤方面具有良好的效果。维生素E是一种溶于酒精和脂肪溶剂的黏性油，不溶于水，难以均匀地添加于食品、药品中，若将维生素E制成微胶囊型，则既能保持维生素E的固有特性，又能弥补其易氧化和不易用于水溶性产品等的不足。有实验研究证明，微胶囊型天然维生素E在水溶性、流动性、分散性及稳定性等方面上均有很大的改善。

2.7生理活性物质

保健品是具有机能性的生理活性物质，这些物质具有增强人体免疫力、抗衰老、防疾病等功能，如DHA、EPA、亚麻酸、膳食纤维、多不饱和脂肪酸、活性肽和活性蛋白等，这些物质大多不稳定，易与其他配料发生相互作用或受光、热、氧等因素生成各种氧化和分解产物，所以可用微胶囊化处理以提高他们在功能性食品中的可用性。螺旋藻含有多种生理活性成分，因其营养均衡、全面而成为最佳的健康保养食品，但由于其具有特殊的藻腥味，很难被所有的消费者所接受，其细胞壁的特殊结构也在一定程度上影响了人体的充分消化，降低了营养价值，而微胶囊化的螺旋藻不仅具有了良好的水溶性，也大大降低了藻腥味，同时提高了螺旋藻贮藏的稳定性。

2.8益生菌

乳酸菌是一类有益微生物，其重要生理功能是调节消化道的微生态平衡、增强机体的免疫力、降低胆固醇等，而乳酸菌制品在从生产到运输、销售、再经消化道到达肠道的过程中，需经受一系列不利环境，最后到达肠道的活菌数大量减少，限制了乳酸菌生理作用的发挥，而微胶囊技术是解决这一问题的有效方法，采用微胶囊技术包裹乳酸菌，能增强菌体对外界环境的抵抗力，显著提高菌体在到达肠道后的存活率，使乳酸菌更好地发挥益生作用。双歧杆菌是人体肠道正常菌群的优势菌，可改善维生素代谢、降低胆固醇、提高人体免疫机能、具有抗癌抗衰老作用。但是由于双歧杆菌受外界因素的影响，对营养要求高，不耐氧、不耐胃酸、不耐胆汁和不耐高温，常温下货架期短，经口服到达肠道时活性菌量极少，使这类产品的开发和利用受到了很大限制。惠永华等采用双层包裹法，用棕榈油作内层壁材，大分子明胶溶液作外层壁材将双歧杆菌包裹，微胶囊化的双歧杆菌活菌数高、保存性好，使尽可能多的菌体到达人体肠道，发挥相应的生理功能，真正起到益生作用。

3微胶囊技术的发展前景

微胶囊技术问世以来，因其赋予微胶囊化产品的独特性能而被广泛应用于各行各业，受到了众多研究者的重视和青睐，成为一项重点研究开发的高新技术。作为一种食品加工的新技术，微胶囊技术在欧美等国家的应用已十分普遍，微胶囊化产品在现代国际食品工业也占有重要地位。在美国，60%的固体饮料采用微胶囊技术生产；日本每年申请有关微胶囊技术的专利达上百项。同国外的发展相比，我国的微胶囊技术起步较晚，技术推广存在一定的障碍，被投人市场的微胶囊化产品同其巨大应用潜力相比还是很小，因此仍需对微胶囊技术进行更深入的理论和实践研究，提供新的适用于工业化生产的方法，进一步开发微胶囊技术的应用领域。目前影响微胶囊技术在食品工业中推广的障碍主要是生产成本较高，所用壁材中很大一部分不属于食品添加剂范围，因此在开发安全、经济高效的壁材，改善微胶囊产品的应用性能等方面有待于进一步突破。随着人们对微胶囊技术的不断学习，加深认识，开发新材料新设备，微胶囊技术将会在食品工业中更加活跃。