食品微膠囊技術發(fā)展前景
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1微膠囊的芯材和壁材
被包覆的芯材可以是油溶性、水溶性化合物或混合物，其狀態(tài)可為固體、液體或氣體。其主要包括的物質如表1所示。囊芯與壁材的溶解性能必須是不同的，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。為實現(xiàn)包囊化，包囊膜的表面張力應小于囊芯物的表面張力且包囊材料不與囊芯發(fā)生反應?？梢宰鳛槲⒛z囊壁材的物質很多，高分子材料是最為常用的微膠囊壁材。它主要分為天然高分子材料、半合成高分子材料、全合成高分子材料及無機材料［2］。其主要包括的物質如表2所示。另外，就微膠囊的結構而言，從最初制備單層微膠囊，已經(jīng)發(fā)展到制備雙層、三層微膠囊。
2微膠囊制備方法及原理
2．1化學法
2．1．1界面聚合法該法制備微膠囊的過程包括：1）通過適宜的乳化劑形成油／水乳液或水／油乳液，使被包囊物乳化；2）加入反應物以引發(fā)聚合，在液滴表面形成聚合物膜；3）微膠囊從油相或水相中分離［3］。該法的優(yōu)點是：制得的微膠囊致密性較好；反應速率較快；反應條件溫和；聚合物相對分子質量高；對單體純度和配比要求不嚴格；無抽提、脫揮工序，縮聚反應可達到不可逆。其缺點是，經(jīng)常會有一部分單體未參加成膜反應而遺留在微膠囊中。
2．1．2原位聚合法實現(xiàn)原位聚合法的必要條件是單體可溶，聚合物不可溶。與界面聚合法相比，可用于該法的單體很多，如氣溶膠、液體、水溶性或油溶性單體或單體的混合物，低相對分子質量的聚合物或預聚物等［4］。因此，各種各樣的材料均可用以構成囊壁。原位聚合法建立在單體或預聚體聚合反應形成不溶性聚合物壁材的基礎上，如何將形成的聚合物沉淀包覆在囊心表面上是該法的關鍵。
2．1．3銳孔法此法因聚合物的固化導致微膠囊囊壁的形成，即先將線性聚合物溶解形成溶液，當其固化時，聚合物迅速沉淀析出形成囊壁。因為大多數(shù)固化反應即聚合物的沉淀作用，是在瞬間進行并完成的，故有必要使含有芯材的聚合物溶液在加到固化劑中之前預先成型，銳孔法可滿足這種要求［5］。該法可采用能溶于水或有機溶劑的聚合物作壁材，通常加入固化劑或采用熱凝聚，也可利用帶有不同電荷的聚合物絡合實現(xiàn)固化。
2．2物理法
2．2．1噴霧干燥法它是一種較早采用且很實用的制備微膠囊的方法。首先將囊心物質分散在預先經(jīng)過液化的包囊材料的溶液中，然后將此混合液在熱氣流中進行霧化，以使溶解包囊材料的溶劑迅速蒸發(fā)，從而使囊膜固化并最終使得被包覆的囊心物質微膠囊化［6］。該法主要特點是成本低廉，工藝簡單，易于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。它也存在2個缺點：一是蒸發(fā)溫度高且暴露在有機溶劑／空氣中，活性物質易失活；二是由于溶劑的快速除去，囊壁上易有縫隙，致密性差。這些缺陷在低溫操作下可避免。
2．2．2空氣懸浮法該法是一種適合多種包囊材料的微膠囊化技術。先將固體粒狀的囊心物質分散懸浮在承載氣流中，然后在包囊室內(nèi)將包囊材料噴灑在循環(huán)流動的囊心物質上，囊心物質懸浮在上升的空氣流中，并依靠承載氣流本身的濕度調(diào)節(jié)對產(chǎn)品實行干燥。該法可使包囊材料以溶劑、水溶液乳化劑分散體系或熱溶物等形式進行包囊，通常只適用于包裹固體囊心物質，一般多用于香精、香料及脂溶性維生素等微膠囊化［7］。
2．2．3沸騰床涂布法該法主要是對固體微?；蛭搅艘后w的多孔微粒進行膠囊化。通常沸騰床涂布器是通過懸吊一個沸騰床，或將固體微粒懸在一個流動的氣流柱中（一般是空氣流），然后將膠囊壁材液體噴射到微粒上，立即將被涂布了的微粒進行干燥、溶劑蒸發(fā)或冷凝，重復此涂布、干燥過程，直至獲得一個符合要求的涂布厚度。沸騰床有3種類型可被利用，即頂部噴射、底部噴射和切向噴射。應用一系列的循環(huán)步驟進行涂布，可最大限度地減小膠囊壁的缺陷，但較費時間；一步涂布過程較迅速，但得到的膠囊壁具有永久缺陷，對膠囊的控制釋放將有嚴重影響。
2．2．4離心擠壓法該法是基于芯材和壁材2種不相溶的液體，通過一個旋轉雙流體噴頭被排放。此過程將產(chǎn)生一個連續(xù)的雙流體柱從噴頭被排放后，立即自發(fā)分裂成球狀液滴的細流。每個液滴都呈液體壁材包含液體芯材的形式，這些液滴如何轉化成為膠囊取決于壁材的屬性。當壁材是一個相對較低粘度的熱熔體時，冷卻后迅速結晶，則當液滴從噴頭落下時，即轉變成固體微粒。若從噴頭擠出的液滴具有的外殼是能夠迅速凝膠的液態(tài)高分子溶液時，則液滴落入凝固浴，在浴中轉變成凝膠珠，凝膠珠被干燥即形成固體外殼的膠囊。通過離心擠壓法制備的膠囊直徑通常在250μm至幾個毫米。
2．2．5旋轉懸掛分離法在此過程中，芯材被分散到液體壁材中，然后被喂入一個旋轉盤，形成被涂布了的壁材的單個芯材液滴，該液滴連同少量純的壁材液滴被離心擲入旋轉盤的邊緣落下、冷卻，就制成了離散的微膠囊。當壁材被固化的同時，純的壁材液滴也被固化了，但在離散帶上被分開了，所以它們在膠囊中的含量很低。用該法制備的微膠囊直徑可小于150μm，為了獲得較好的產(chǎn)品，芯材必須有球形的幾何外形，這需要在膠囊化前先進行造粒。當膠囊壁不能被迅速固化時會產(chǎn)生一些問題，因為壁材若是晶態(tài)材料，在貯藏過程中，結晶質量分數(shù)及晶型轉變易受影響，所以這表明通過旋轉懸掛分離產(chǎn)生的膠囊外殼，在膠囊完全形成后并不是立刻可達到熱力學平衡。
2．3物理化學法
2．3．1復凝聚法此法適用于對非水溶性的固體粉末或液體進行包囊。實現(xiàn)復凝聚的必要條件是有關的2種聚合物離子的電荷相反，且離子所帶電荷數(shù)恰好相等。此外，還必須調(diào)節(jié)體系的溫度和鹽的含量。該法多與其他方法融合來制備微膠囊。它是經(jīng)典的微膠囊化方法，操作簡單，適用于難溶性藥物的微膠囊化。復凝聚法還具有這樣一個優(yōu)點，即非水溶性的液體材料不僅能夠被微膠囊化，而且具有高效率和高產(chǎn)率。
2．3．2油相分離法該法適用于水溶性或親水性物質的微膠囊化，分離出來的聚合物量和狀態(tài)，取決于體系中聚合物濃度、沉淀劑用量及溫度。其膠囊化的關鍵是在體系中形成可自由流動的凝聚相，并使其能穩(wěn)定地環(huán)繞在芯材微粒的周圍。還有一點是芯材在聚合物、溶劑和非溶劑中不溶解，且溶劑與非溶劑應相互混溶。由于采用油性溶劑作分散介質，因此油相分離法存在污染、易燃易爆、毒性等問題。另一方面，溶劑價格高，產(chǎn)品成本高。
2．3．3干燥浴法（復相乳液法）根據(jù)所用介質的不同，可分為W／O／W型和O／W／O型復相乳液。以W／O／W型復相乳液為例，該法應用于水溶物質的微膠囊化。其操作過程包括：將成膜聚合物溶解在與水不混溶的溶劑（此溶劑的沸點比水高）中，芯材的水溶液分散在上述溶液中形成W／O乳液。加入作保護膠穩(wěn)定劑的溶液并分散開，形成W／O／W型復相乳液。除去囊壁中的溶劑，形成微膠囊。最后將溶劑用蒸發(fā)、萃取、沉淀、冷凍干燥等手段除去。起始溶液的粘度、攪拌速度、溫度及穩(wěn)定劑的用量對微膠囊的粒度和產(chǎn)率有很大影響。
3微膠囊在食品工業(yè)中的應用
3．1在飲料工業(yè)中的應用
隨著食品工業(yè)科學技術的不斷進步，消費者對產(chǎn)品的要求越來越高，針對這一問題，飲料工業(yè)引入微膠囊技術開發(fā)新產(chǎn)品，以滿足消費者的需求［8］。如以海藻酸鈉、蔬菜、天然果汁為原料，將微膠囊技術和飲料工藝相結合，制造微膠囊復合果蔬飲料。其產(chǎn)品含有葉酸、蛋白質、維生素C、鈣等營養(yǎng)成分，具有色澤明快、風味獨特、營養(yǎng)豐富、穩(wěn)定性極佳等特點。從果蔬中提取可利用的營養(yǎng)物質，為保持其顏色、防止褐變而將蔬菜汁制成彩色膠囊，加入至飲料中，所得的產(chǎn)品色彩鮮艷、穩(wěn)定性好、感官性好。
3．2在乳制品中的應用
乳制品中添加的營養(yǎng)物質具有不愉快的氣味，其性質不穩(wěn)定易分解，影響產(chǎn)品質量。將這些添加物利用微膠囊技術包埋，可增強產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使產(chǎn)品具有獨特的風味，無異味，不結塊，泡沫均勻細膩，沖調(diào)性好，保質期長。利用此法制成的產(chǎn)品有果味奶粉、姜汁奶粉、可樂奶粉、發(fā)泡奶粉等。
3．3在糖果中的應用
微膠囊技術可應用于糖果的調(diào)色、調(diào)香、調(diào)味以及糖果的營養(yǎng)強化和品質改善。糖果生產(chǎn)中的天然食用色素、香精、營養(yǎng)強化劑等物質易分解，利用噴霧干燥等方法將其微膠囊化以確保產(chǎn)品質量的穩(wěn)定［9］。常用的壁材有水溶性食用膠、環(huán)狀糊精、纖維素衍生物、明膠、酪蛋白等物質。用此法生產(chǎn)的糖果顏色鮮亮持久，產(chǎn)品貨架期長。
3．4在食品添加劑中應用
1）酸味劑：用作微膠囊化酸味劑的壁材一般是氫化油，芯材的釋放借助于熱和水。具體包括肉制品用酸味劑、面團品質改良劑（主要指抗壞血酸）、其他用途的酸味劑如磷酸。2）風味與調(diào)味料：這方面是微膠囊技術在食品工業(yè)中應用最廣的領域。最常見的如檸檬油、薄荷油、蒜油、咖喱油等。3）甜味劑：如阿斯巴甜（Aspartame）是目前最常用的一種甜味劑，其甜度高，為蔗糖的150～200倍，而熱量卻遠遠低于等量蔗糖，但由于這種甜味劑在酸性環(huán)境中不穩(wěn)定，使其使用受到限制，通過微膠囊技術可克服阿斯巴甜在酸性環(huán)境不穩(wěn)定的缺點。4）色素：一些天然色素在應用中存在溶解性與穩(wěn)定性差的問題，微膠囊化后不僅可以改變?nèi)芙庑阅埽瑫r也提高了其穩(wěn)定性。
3．5在焙烤食品中應用
在焙烤食品加工中，常含有帶有酸性配料，如水果布丁、酸奶油等，它們與焙烤用碳酸氫鈉接觸時會發(fā)生反應，在面團加工過程中釋放出氣體，因此，面團在焙烤過程中就失去膨脹能力，得到焙烤制品體積小且松軟［10］。通過微膠囊技術，可使碳酸氫鈉在特定條件下釋放出來。
4結語
雖然微膠囊化技術取得了令人矚目的成果，但其基礎研究還不成熟，還有許多理論和實際問題需要深入研究和解決。首先，有必要完善表征微膠囊性能。全面準確地表征微膠囊的性能，是其深入研究的基礎和有效應用的關鍵。通常認為微膠囊技術涉及到乳液和膠體領域，因此應對乳液和膠體深入研究。其次，就是性能優(yōu)良、價格低廉的微膠囊壁材的開發(fā)。微膠囊化作為一項能夠改善物質性能的新技術，將給人們提供許多新型產(chǎn)品，滿足人們各種需求，可不斷提高人們的生活質量，具有廣闊的應用前景。目前國內(nèi)微膠囊技術的研究才剛剛起步，而國外特別是美國和日本的微膠囊技術已取得了相當成就。我國應在人力、物力和財力方面加快微膠囊技術研究，縮短與世界發(fā)達國家的差距。
