微膠囊加工技術論文(2)
微膠囊加工技術論文篇二
微膠囊技術的功能特性及耐高溫型微膠囊的研究現(xiàn)狀
摘要：微膠囊技術是近年來應用較為廣泛的生產技術，通過對食品成分的微膠囊化，可以有效保護其功能成分，增加產品的穩(wěn)定性。本文綜述了微膠囊技術的特點，功能，以及在食品工業(yè)中的應用，同時指出了微膠囊制備技術今后的發(fā)展趨勢和前景。
關鍵詞：微膠囊 功能 應用 食品工業(yè)
隨著人們生活水平的提高，食品工業(yè)飛速發(fā)展，微膠囊技術越來越受到人們的青睞。微膠囊技術就是指利用高分子材料，將固體，液體，氣體物質包裹起來，形成具有半透性或密封囊膜的，粒子處于2-1000μm范圍內的技術[1]。微膠囊內部包埋的物質稱為芯材，外部包囊的囊膜稱為壁材[2]。微膠囊自問世以來， 得到了快速的發(fā)展， 已越來越多的應用于醫(yī)藥、材料、日化、農業(yè)方面， 尤其是在食品行業(yè)，許多由于技術屏障而難以利用的產品，通過微膠囊技術便得以實現(xiàn)，使原有產品的品質得到了大大的提高，與人們的生活息息相關[3]。
1. 微膠囊的功能與作用
微膠囊的功能作用很多，很多產品利用微膠囊技術，其潛力可以得到大大提高。總的來說，微膠囊的作用有如下幾個方面：
1.1 改變物質的質量、體積、狀態(tài)和性能
液體物質或者氣態(tài)物質由于自身物理性質的決定，在運輸、應用、保存方面有較大的限制。但是若能將其制成微膠囊產品，便可以改變其物理狀態(tài)，由自由流動的液體、氣體等物質變成固態(tài)，便可以有效解決上述問題，提高在保藏、運輸方面的優(yōu)勢[4]。
1.2 控制芯材釋放
微膠囊產品最大的特點就是控制芯材釋放[5]。因為微膠囊是具有半透性或全封閉式囊膜的微小粒子，因此在其中包裹的芯材，其釋放能夠得到一定的控制。可以通過滲透原理，選擇合適的壁材或合適的制備方法制造出以設計好的釋放速度釋放芯材物質的微膠囊，利用這一特點，可以很好的調節(jié)目標物質的釋放速度和釋放方式[6]。如在醫(yī)藥行業(yè)中使用某種藥品時，若想在一定時間內慢慢釋放出藥物，就可以采用微膠囊技術，用具有一定半透性作用的材料為壁材，所制備出的微膠囊制劑就會在進入人體后以一定的速度釋放出藥物，以達到調節(jié)控制藥物釋放的作用，這樣便可以制備出高質量、具有一定控釋作用的藥品，增大了藥物的應用空間[7]。
1.3 保護敏感成分
由于一些物質很容易受氧氣、溫度、水分、pH值等環(huán)境因素的影響，從而產生不良的應用效果，影響產品的品質。利用微膠囊技術可以將這些不穩(wěn)定、易受環(huán)境因素影響的物質包埋起來，便可阻擋其與環(huán)境的接觸，提高敏感成分在環(huán)境中的耐受力，免于氧化變質，保證產品的營養(yǎng)品質和應用效果[8]。例如香精香料是一種廣泛用于食品的添加劑，若以阿拉伯膠、明膠包埋后既可提高該化合物的抗氧化能力，提高其穩(wěn)定性;又能控制易揮發(fā)物質的揮發(fā)損失，延長貯存時間[9]。
1.4 掩蓋不良味道和色澤
有些物質因自身帶有一些讓人不愉快的氣味，如臭味、海鮮類的腥味、花椒、辣椒等調味料的辛辣、刺激味等，影響整體食品體系的感官和應用[8]。或者因為一些物料色澤不佳也會影響整個食品體系的品質。利用微膠囊技術，能夠有效地屏蔽隔離這些不良氣味和色澤，同時還能保證產品的營養(yǎng)和作用，制得的微膠囊產品在口腔中不溶化，而在消化道中溶解，釋放出內容物，發(fā)揮其營養(yǎng)作用。氨基酸有維持機體生長發(fā)育的氨平衡功能， 能治療肝病及乙基砷、苯中毒， 但其奇特的臭味使人難以接受， 微膠囊化后， 就可掩蓋其臭味。
1.5 降低對人體的毒副作用
在醫(yī)藥工業(yè)中，一些藥品會帶有一定的毒副作用，在使用中會對人體其他器官造成一定的傷害。將這些藥物制劑制成微膠囊已形成半透性或全封閉的囊膜，不光能大大提高藥物敏感成分的穩(wěn)定性，而且具有控制釋放、緩釋的作用，不會造成短時間內大劑量對人體的傷害，還能降低藥物的添加量[11]。如乙酰水楊酸、FeSO4等藥物通過微膠囊的手段可以控制藥物在人體中的釋放速度來減輕腸胃疼痛。因此對于制藥工業(yè)來說，可采用微膠囊技術制造一些藥物的靶制劑，已達到降低對人體的毒副作用的效果[12]。
1.6 隔離不相容組分[13]
一些物質有可能在一個體系中互相反應，從而影響整個食品的品質。若能夠將這些能互相反應成分分別進行微膠囊化，就能有效避免不兼容的組分間相互影響的缺點。同時，由于微膠囊的緩釋控釋作用使得目的物有序釋放，分別發(fā)生作用，從而提高整個食品的質量。比如說有些食品對酸度敏感，若添加酸度大的添加劑，酸度值會變化很大，會引起食品感官品質的變化，如能將這些添加劑制成微膠囊，便可以避免這些缺點，并且還能延長產品貨架期[14]。
2.耐高溫微膠囊的制備技術及其研究進展
隨著食品工業(yè)的飛速發(fā)展，研制適合不同加工條件需要的微膠囊已變得越來越重要，在某些加工條件較高的食品行業(yè)中，如高溫焙烤行業(yè)，加工的溫度常常高達200℃以上，如果將香精微膠囊應用到焙烤食品、微波食品或油炸食品中時，要求香精微膠囊能夠在高溫中不釋放或緩慢釋放芯材，而在食用過程中大量釋放芯材。但目前工業(yè)上廣泛采用噴霧干燥法制備的微膠囊有多種缺陷。如：顆粒表面經常有孔隙，會導致芯材滲出進而氧化揮發(fā)。此外微膠囊壁材具有水溶性，特別是在焙烤制品制作過程中加水配料時會導致微膠囊壁材溶解破裂，芯材香精釋放，影響了其作為微膠囊的使用效果，因此，單純的噴霧干燥法不適宜直接制備具有耐高溫特性的微膠囊產品。應該選擇其他方法制備此類微膠囊，目前應用較多的方法有以下幾種：
2.1 環(huán)糊精法制備微膠囊
環(huán)糊精(CDs)是一種由淀粉經過酶解后形成的具有環(huán)狀結構的淀粉衍生物。整個分子成中空的環(huán)狀，環(huán)的外側由具有親水性的葡萄糖的多羥基組成，內部由疏水性的C-H鍵和環(huán)氧基組成，所以整個分子具有外部親水內部疏水的特殊結構。因此可以利用這種特性來包埋疏水性的物質，由于環(huán)中內腔與疏水性的芯材物質之間的作用力是較為緊密的氫鍵、疏水作用力等，因此結合較為緊密牢固，芯材物質不容易逸出，結構較為穩(wěn)定，在高溫的作用下這種結構不易被破壞[36]。 朱衛(wèi)紅，許時嬰[37]研究發(fā)現(xiàn)，經β-環(huán)糊精包埋的薄荷油比辛烯基琥珀酸酯化淀粉制備的微膠囊具有更好的熱穩(wěn)定性。高晗等[38]研究了β- 環(huán)糊精對山楂黃銅的包合作用，優(yōu)選出的包合工藝條件為：芯材與壁材的比為1∶5 (mL/g)，壁材濃度為3%，包合時間為15min，在這種情況下，包埋效率達76.3%。李柱[39，40]對比了β-環(huán)糊精法和噴霧干燥法制備的甜橙油微膠囊，在200℃的高溫下，環(huán)糊精微膠囊的釋放速率低于噴霧干燥微膠囊，環(huán)糊精法制備的微膠囊在高溫下具有較好的熱穩(wěn)定性。趙星華[41]等用β-環(huán)糊精包埋了藍桉油，包和率達81.4%，穩(wěn)定性大大提高。同時，改性的β-環(huán)糊精也可以應用于微膠囊的制備，改性之后，其各方面的性質得到改觀，性質更為穩(wěn)定，因此制得的微膠囊性質也會更加穩(wěn)定，如進行烷基化、羧基化、酰化等方法[42]。改性的環(huán)糊精也如改性纖維素一樣在食品、藥品中得到了較大的發(fā)展。
2.2 復合凝聚法
復凝聚法制備的微膠囊經固化后壁膜能夠形成穩(wěn)定的網狀結構，即使在高溫，高濕作用下微膠囊也不易解聚，可以較好地保持微膠囊的狀態(tài)，能夠最大程度的減少芯材的損失。然而由于其制備過程較為繁瑣，生產成本也比較高，且在生產中使用甲醛、戊二醛等有毒化學物質作為固化劑，不適合應用于食品行業(yè)。關于復凝聚的研究并不是很多，很多都在實驗室階段或處于專利保護狀態(tài)，但是復凝聚法的發(fā)展方向主要集中在新型壁材的使用，固化方法的研究及不同芯材的包埋。
復凝聚法最最具代表性的壁材是明膠和阿拉伯膠，他們在微膠囊方面的應用已經比較成熟了，而近年來也在突破與此尋找更好的能夠代替他們的壁材。朱麗云[43]等用殼聚糖和阿拉伯膠為壁材，用復凝聚法對香精香料進行了包埋。在此基礎上加入多糖溶液或蛋白質溶液，再進行噴霧干燥，可以適當增加膜厚，提高產品的貨架期。有報道的一項專利[44]以陰離子糖類和乳清蛋白為壁材，用復凝聚法包埋維生素。經驗證，用乳清蛋白代替明膠也能取得較好的包埋效果，其優(yōu)點是條件溫和，生產的柑橘油微膠囊具有較長的貨架期及良好抗氧化性。肖作兵[45]等采用復凝聚-噴霧干燥法，以殼聚糖和三聚磷酸鈉為壁材，制備出了牛肉香精的納米級微膠囊，得到的香精的裝載量為71.6%，香氣穩(wěn)定。羧甲基纖維素、乙基纖維素等陰離子型多糖也可用來做壁材，常用來與殼聚糖復配 [46，47]，實驗證明，用這些壁材制得的微膠囊也能取得較好的包埋效果。近些年來，研究已突破傳統(tǒng)的壁材，尋找和開發(fā)新型壁材以提高復凝聚的效果，或與其他制備方法相結合，更好的發(fā)揮耐熱功效，這些都將具有重大的意義。
在固化過程中，通常是采用化工常用的甲醛、戊二醛等作為固化劑，其原理是在明膠分子的脯氨酸和羥脯氨酸之間形成共價聯(lián)接，生成具有穩(wěn)定性質的三維網狀結構的微膠囊。近年來許多學者研究開發(fā)利用其他對人體無害的固化劑或采用新型的工藝來達到固化效果，以免除對人體的危害。Subram[48]等用含有多酚類物質作為固化劑，將壁材固化，與傳統(tǒng)的用甲醛固化的效果相比，具有更好的熱穩(wěn)定性。一項專利表明[49]等以明膠、阿拉伯膠、改性纖維素為壁材，對油進行包埋。采用戊二醛、甲醛共同作為固化劑，沒有發(fā)現(xiàn)升溫后粘度提高、結塊、溶液變色等現(xiàn)象。而單獨以戊二醛作為固化劑時，會出現(xiàn)此類現(xiàn)象。
2.3 擠壓法
擠壓法以碳水化合物作為壁材對不穩(wěn)定、高敏性或易發(fā)揮發(fā)的香精香料等物質進行微膠囊，是目前研究較熱的方法。如二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、油樹脂以及香精香料等[50]，壁材多選用糖類、或可形成彈性膜的物質。這種方法的優(yōu)點是，產品的保質期時間長、敏感的風味物質能夠得以保護，但它的不足之處是，保藏溫度不能過于高，包埋率比較低;有報道以蛋白質作為微膠囊的壁材，采用擠壓法對許多調味香精如香蕉、香橙、草莓香精進行了微膠囊化，取得了良好的效果[51]。
3.展望
隨著微膠囊技術的不斷深入研究，其在食品工業(yè)中已經取得了很大進步，但仍存在許多亟待解決的問題，特別是在耐高溫微膠囊的領域中，有關報道還相對較少，目前主要的解決途徑是，探討壁材的作用機理，新型壁材的開發(fā)，壁材的復配，以及制備方法的開發(fā)，有助于開展具有耐高溫微膠囊的研究。
基金項目：研究生專項科研項目(12YKZ040)
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