食品業(yè)微膠囊技術(shù)分析

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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(zhì)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(shí)現(xiàn)包囊化，包囊膜的表面張力應(yīng)小于囊芯物的表面張力且包囊材料不與囊芯發(fā)生反應(yīng)。可以作為微膠囊壁材的物質(zhì)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(jī)材料［2］。其主要包括的物質(zhì)如表2所示。另外，就微膠囊的結(jié)構(gòu)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(xué)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(yīng)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(diǎn)是：制得的微膠囊致密性較好；反應(yīng)速率較快；反應(yīng)條件溫和；聚合物相對分子質(zhì)量高；對單體純度和配比要求不嚴(yán)格；無抽提、脫揮工序膜反應(yīng)而遺留在微膠囊中。

2．1．2原位聚合法實(shí)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(zhì)量的聚合物或預(yù)聚物等［4］。因此，各種各樣的材料均可用以構(gòu)成囊壁。原位聚合法建立在單體或預(yù)聚體聚合反應(yīng)形成不溶性聚合物壁材的基礎(chǔ)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(guān)鍵。

2．1．3銳孔法此法因聚合物的固化導(dǎo)致微膠囊囊壁的形成，即先將線性聚合物溶解形成溶液，當(dāng)其固化時(shí)，聚合物迅速沉淀析出形成囊壁。因?yàn)榇蠖鄶?shù)固化反應(yīng)即聚合物的沉淀作用，是在瞬間進(jìn)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(yù)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(jī)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(luò)合實(shí)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(shí)用的制備微膠囊的方法。首先將囊心物質(zhì)分散在預(yù)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(jìn)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(zhì)微膠囊化［6］。該法主要特點(diǎn)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(gè)缺點(diǎn)：一是蒸發(fā)溫度高且暴露在有機(jī)溶劑／空氣中，活性物質(zhì)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(shù)。先將固體粒狀的囊心物質(zhì)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(dòng)的囊心物質(zhì)上，囊心物質(zhì)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(shí)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(jìn)行包囊，通常只適用于包裹固體囊心物質(zhì)，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(jìn)行膠囊化。通常沸騰床涂布器是通過懸吊一個(gè)沸騰床，或?qū)⒐腆w微粒懸在一個(gè)流動(dòng)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(jìn)行干燥、溶劑蒸發(fā)或冷凝，重復(fù)此涂布、干燥過程，直至獲得一個(gè)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(yīng)用一系列的循環(huán)步驟進(jìn)行涂布，可最大限度地減小膠囊壁的缺陷，但較費(fèi)時(shí)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(yán)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(gè)旋轉(zhuǎn)雙流體噴頭被排放。此過程將產(chǎn)生一個(gè)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(xì)流。每個(gè)液滴都呈液體壁材包含液體芯材的形式，這些液滴如何轉(zhuǎn)化成為膠囊取決于壁材的屬性。當(dāng)壁材是一個(gè)相對較低粘度的熱熔體時(shí)，冷卻后迅速結(jié)晶，則當(dāng)液滴從噴頭落下時(shí)，即轉(zhuǎn)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(shí)，則液滴落入凝固浴，在浴中轉(zhuǎn)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(gè)毫米。

2．2．5旋轉(zhuǎn)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(gè)旋轉(zhuǎn)盤，形成被涂布了的壁材的單個(gè)芯材液滴，該液滴連同少量純的壁材液滴被離心擲入旋轉(zhuǎn)盤的邊緣落下、冷卻，就制成了離散的微膠囊。當(dāng)壁材被固化的同時(shí)，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(jìn)行造粒。當(dāng)膠囊壁不能被迅速固化時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些問題，因?yàn)楸诓娜羰蔷B(tài)材料，在貯藏過程中，結(jié)晶質(zhì)量分?jǐn)?shù)及晶型轉(zhuǎn)變易受影響，所以這表明通過旋轉(zhuǎn)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(dá)到熱力學(xué)平衡。

2．3物理化學(xué)法

2．3．1復(fù)凝聚法此法適用于對非水溶性的固體粉末或液體進(jìn)行包囊。實(shí)現(xiàn)復(fù)凝聚的必要條件是有關(guān)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(fù)凝聚法還具有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，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(zhì)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(guān)鍵是在體系中形成可自由流動(dòng)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(diǎn)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(yīng)相互混溶。由于采用油性溶劑作分散介質(zhì)，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(jià)格高，產(chǎn)品成本高。

2．3．3干燥浴法（復(fù)相乳液法）根據(jù)所用介質(zhì)的不同，可分為W／O／W型和O／W／O型復(fù)相乳液。以W／O／W型復(fù)相乳液為例，該法應(yīng)用于水溶物質(zhì)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(diǎn)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(hù)膠穩(wěn)定劑的溶液并分散開，形成W／O／W型復(fù)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(yīng)用

3．1在飲料工業(yè)中的應(yīng)用

隨著食品工業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，消費(fèi)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(shù)開發(fā)新產(chǎn)品，以滿足消費(fèi)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(shù)和飲料工藝相結(jié)合，制造微膠囊復(fù)合果蔬飲料。其產(chǎn)品含有葉酸、蛋白質(zhì)、維生素C、鈣等營養(yǎng)成分，具有色澤明快、風(fēng)味獨(dú)特、營養(yǎng)豐富、穩(wěn)定性極佳等特點(diǎn)。從果蔬中提取可利用的營養(yǎng)物質(zhì)，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(yīng)用

乳制品中添加的營養(yǎng)物質(zhì)具有不愉快的氣味，其性質(zhì)不穩(wěn)定易分解，影響產(chǎn)品質(zhì)量。將這些添加物利用微膠囊技術(shù)包埋，可增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使產(chǎn)品具有獨(dú)特的風(fēng)味，無異味，不結(jié)塊，泡沫均勻細(xì)膩，沖調(diào)性好，保質(zhì)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(yīng)用

微膠囊技術(shù)可應(yīng)用于糖果的調(diào)色、調(diào)香、調(diào)味以及糖果的營養(yǎng)強(qiáng)化和品質(zhì)改善。糖果生產(chǎn)中的天然食用色素、香精、營養(yǎng)強(qiáng)化劑等物質(zhì)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(zhì)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(zhì)。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(yīng)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(tuán)品質(zhì)改良劑（主要指抗壞血酸）、其他用途的酸味劑如磷酸。2）風(fēng)味與調(diào)味料：這方面是微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用最廣的領(lǐng)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)可克服阿斯巴甜在酸性環(huán)境不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。4）色素：一些天然色素在應(yīng)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?，同時(shí)也提高了其穩(wěn)定性。

3．5在焙烤食品中應(yīng)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(shí)會(huì)發(fā)生反應(yīng)，在面團(tuán)加工過程中釋放出氣體，因此，面團(tuán)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(shù)，可使碳酸氫鈉在特定條件下釋放出來。

4結(jié)語

雖然微膠囊化技術(shù)取得了令人矚目的成果，但其基礎(chǔ)研究還不成熟，還有許多理論和實(shí)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(zhǔn)確地表征微膠囊的性能，是其深入研究的基礎(chǔ)和有效應(yīng)用的關(guān)鍵。通常認(rèn)為微膠囊技術(shù)涉及到乳液和膠體領(lǐng)域，因此應(yīng)對乳液和膠體深入研究。其次，就是性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的微膠囊壁材的開發(fā)。微膠囊化作為一項(xiàng)能夠改善物質(zhì)性能的新技術(shù)，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(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)微膠囊技術(shù)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(shù)已取得了相當(dāng)成就。我國應(yīng)在人力、物力和財(cái)力方面加快微膠囊技術(shù)研究，縮短與世界發(fā)達(dá)國家的差距。，縮聚反應(yīng)可達(dá)到不可逆。其缺點(diǎn)是，經(jīng)常會(huì)有一部分單體未參加成