微膠囊技術(shù)知多少

       微膠囊技術(shù)是將固體、液體或氣體包埋在微型膠囊內(nèi)形成具有半透性或密封性囊膜，并且能夠控制芯材釋放速度的技術(shù)。一般將被包埋的物質(zhì)稱為芯材，包埋物稱為壁材。其粒徑大小約為1~1000μm之間，形狀有方形、球形、米粒形或不規(guī)則形等，囊壁有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)，可包含一種或幾種的芯材。微膠囊化技術(shù)的優(yōu)勢在于：

       1、可以改善被包裹物的一些物理性質(zhì)(溶解性、表觀密度、外觀、顏色等)，降低環(huán)境對被包裹物質(zhì)的影響，從而提高了被包裹物質(zhì)的穩(wěn)定性；

       2、根據(jù)需要控制物質(zhì)的釋放;降低物質(zhì)毒性;將不相容的物質(zhì)隔離開來；

       3、屏蔽味道和氣味等等。隨著國民物質(zhì)生活水平和健康意識的不斷提高，食品安全與質(zhì)量問題越來越受到人們的重視，對食品的要求從普通食品向著功能性食品方向迅猛發(fā)展，微膠囊化食品的開發(fā)正屬于消費(fèi)者會要求的這類功能性食品之一。在食品及調(diào)味品方面微膠囊的應(yīng)用十分廣泛，在食品工業(yè)中微膠囊的應(yīng)用主要包括營養(yǎng)素微膠囊化、益生菌的微膠囊化、植物提取物的微膠囊化、酶的微膠囊化、食品成分微膠囊化及食品添加劑微膠囊化。但是微膠囊技術(shù)的缺點(diǎn)在于應(yīng)用范圍太窄、成本過高，而使其眾多的專利技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，國外利用微膠囊化生產(chǎn)的藥品和食品已在同類產(chǎn)品的總產(chǎn)量中占有相當(dāng)大的份額，尤其是在食品中的香精、香料及油脂中，微膠囊化比例己達(dá)到20%~35%，并且有不斷增大的趨勢。

       包埋的核心技術(shù)：壁材

       壁材是制備具有優(yōu)良性能微膠囊的關(guān)鍵核心技術(shù)之一。通常會由芯材的物理性質(zhì)來選擇合適的壁材:水溶性的芯材則選油溶性的壁材，油溶性芯材需選水溶性的壁材，即壁材與芯材不能發(fā)生混溶和反應(yīng)。理論上，只要能夠包裹芯材成膜的高分子材料都可作為微膠囊的壁材。近些年，微膠囊技術(shù)得到了快速進(jìn)展。不斷有新型的壁材被開發(fā)出來，如可以包埋50%左右風(fēng)味油具有疏水性的改性淀粉，像辛烯基琥珀酸酯改性淀粉等；氧敏感性的魚油類，可利用在碳水化合物和蛋白質(zhì)發(fā)生美拉德反應(yīng)后，制成的具有抗氧化作用的壁材包埋起來，噴霧冷卻法制備微膠囊，可采用那些脂肪酸甘油酯晶型結(jié)構(gòu)被改變的壁材；對于脂質(zhì)體微膠囊的研究、開發(fā)及應(yīng)用，可達(dá)到營養(yǎng)物和藥物靶向輸送的目的，使得營養(yǎng)物和藥物的利用率有了顯著提高，并且減少了毒副作用。

       微膠囊包埋技術(shù)制備工藝

       現(xiàn)有的微膠囊加工制備技術(shù)可大致分為三大類:化學(xué)方法、物理方法和物理化學(xué)方法?；瘜W(xué)法主要有乳化法、界面聚合法、銳孔法和輻射化學(xué)法等；物理方法主要包括擠壓法、噴霧干燥法、靜電結(jié)合法、氣相沉積法、空氣懸浮法和分子包埋法等；物理化學(xué)法有相分離法、干燥浴法和界面沉積法等。微膠囊包埋技術(shù)實(shí)施過程必須滿足以下條件:

       1、由于制作過程中要一直保持微膠囊的生理活性，所以制作過程要溫和、迅速；

       2、使用的壁材原料和改性劑必須是食品級的，且保持原有的營養(yǎng)價(jià)值并對菌體和宿主無毒害作用；

       3、要有較高的可生產(chǎn)性，適宜于在食品加工中生產(chǎn)，且制備出的微膠囊顆粒均勻適宜于食品添加。

       4、包埋壁材需有較好的生物相容性。目前在食品工業(yè)中研究較為成熟且具有推廣性的方法主要有擠壓法、乳化法、噴霧干燥法等。

       噴霧干燥

       噴霧干燥是用霧化器將料液分散成霧滴，再使霧滴直接接觸熱空氣(或其它氣體)從而使霧滴干燥變成粉粒狀產(chǎn)品的過程；其中料液可以是乳濁液、懸浮液或溶液，也可以是熔融液或膏狀物。霧滴干燥時(shí)通常需經(jīng)歷兩個(gè)過程，第一干燥過程即恒速干燥和第二干燥過程即降速干燥。目前噴霧干燥法在食品行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)如下:生產(chǎn)操作簡單，易于生產(chǎn)技術(shù)人員接受；可小批量或大批量的連續(xù)生產(chǎn)；無需使用專用設(shè)備，生產(chǎn)設(shè)備皆為食品工業(yè)中的常用設(shè)備，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；噴霧干燥的這種將液體原料粉末化的方法既經(jīng)濟(jì)又簡便，適用于食品工業(yè)中的粉末油脂及香精的生產(chǎn)制得；同時(shí)生產(chǎn)中并無廢物、廢水產(chǎn)生，是最為環(huán)保的生產(chǎn)方法之一。

       乳化法

       微膠囊的乳化分散法是將水相含有食材的混合液與有機(jī)相(如石蠟、植物油等)形成的油包水型乳液。把分散的液滴冷卻或再添加膠凝劑或交聯(lián)劑，當(dāng)凝膠形成后，洗除油相并分離收集即可得到微膠囊。乳化法是一個(gè)可控的過程，且在制作過程中對物質(zhì)的存活率影響較小。使用這種方法包埋的微膠囊可以有一個(gè)較小的平均粒徑，其粒徑可控制在0μm-1mm之間，可通過調(diào)節(jié)攪拌速度、水油比、乳化劑類型、乳化時(shí)間等來調(diào)控顆粒粒徑。由于乳化法制備微膠囊的技術(shù)操作簡易，設(shè)備常見，乳化劑量可控，所制得的微膠囊顆粒均勻且粒徑較小，所以依據(jù)當(dāng)今食品工業(yè)發(fā)展趨勢，這種方法很可能大規(guī)模發(fā)展成為工業(yè)化技術(shù)。但是乳化法微膠囊包埋的過程中存在油耗量過大、成本較高等問題。

       凝聚法

       凝聚法又被稱為相分離法，它是物理化學(xué)方法制備的，通過在壁材和芯材混合后，加入一種物質(zhì)使壁材的溶解度下降，從溶液中沉淀出去而制備出微膠囊的方法。凝聚法根據(jù)操作條件不同，又可分為單凝聚法和復(fù)凝聚法。凝聚法制備過程可控制，操作簡單，包埋率不低，可根據(jù)不同需求，制備出不同粒徑大小的微膠囊。對比噴霧干燥法，凝聚法制得的微膠囊包埋性較嚴(yán)密，且粒徑較??；但是此法成本過高，不適用于大規(guī)模應(yīng)用。

       界面聚合法

       界面聚合法是利用化學(xué)方法制備微膠囊產(chǎn)品。此法適于活性物質(zhì)，用此法制備微膠囊時(shí)，分散程度、粘度、攪拌速度等對微膠囊的質(zhì)量有很大的影響。界面聚合法具有如下優(yōu)點(diǎn)：

       1、制得的微膠囊包封率高，致密性好，能較好地保護(hù)芯材；

       2、反應(yīng)速率較快，反應(yīng)條件溫和，在室溫下就可進(jìn)行。但其缺點(diǎn)是芯材必須具有良好的耐酸堿性能，不與單體反應(yīng)改變其性質(zhì)。

       微膠囊包埋技術(shù)在食品中的應(yīng)用

       傳統(tǒng)的香精香料組分容易在加工和儲存過程中揮發(fā)損失甚至發(fā)生香型變化。將香精包埋在納米微膠囊中?？墒蛊涿馐芡饨绮涣家蛩厝绻狻⒀?、酸、堿和高溫的影響，進(jìn)而使香精的留香時(shí)間延長。制成納米微膠囊可提高香精的耐熱性，從而增加其在糖果、焙烤食品、膨化食品等中的穩(wěn)定性，由于其納米顆粒極其細(xì)小。因此可明顯地改善這砦食品的口感。油脂在食品工業(yè)生產(chǎn)中需求量非常大，利用納米微膠囊技術(shù)可將本身不穩(wěn)定、易氧化變質(zhì)的原液狀油脂制成固態(tài)粉末油脂，從而能有效地提高油脂的穩(wěn)定性，延長產(chǎn)品的貨架期，使其更易保存、運(yùn)輸和使用;提高了所得產(chǎn)品的溶解性、乳化分散能力，因而大大拓寬了油脂的應(yīng)用范圍。微膠囊技術(shù)可實(shí)現(xiàn)生物活性物質(zhì)的包埋，功能性食品中往往需要添加生物活性物質(zhì)如多肽、多糖、蛋白質(zhì)類等，這些生物活性物質(zhì)在食品的加工或貯藏過程中，易受外界環(huán)境因素的影響而喪失營養(yǎng)價(jià)值。利用納米微膠囊技術(shù)可以提高生物活性成分的穩(wěn)定性、延緩釋放、延長半衰期，促使其活性的最大發(fā)揮。保存活性物質(zhì)的一種方法就是將活性物質(zhì)放入到一個(gè)具有保護(hù)作用的囊中，該"囊"可以在一定的條件下溶解，或者在特定的條件下將活性成分釋放出來。

       文/Martin Yu

       作者簡介：

       Martin Yu，食品科技工作者、營養(yǎng)師，長期負(fù)責(zé)特殊食品研發(fā)工作，主要方向?yàn)椋篎SMP、益生菌、特膳食品。