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1、微胶囊技术微胶囊(micro-encapsulation)技术是一项用途广泛而又发展迅速的新技术。自从 1953 年微胶囊技术问世以来，经过许多科学家和专业公司的努力，微胶囊技术获得不断的发展和完善。微胶囊技术在国际先进国家发展很快，已达到将此技术应用于细胞载体及液晶等高精尖水平，技术方法也不断完善在食品、化工、医药、生物技术等许多领域中已得到成功的应用，尤其在食品工业，许多由于技术障碍而得不到开发的产品，通过微胶囊技术得以实现，使得传统产品的品质得到大大的提高，为食品工业高新技术的开发展现了良好前景。食品中应用微胶囊技术的目的主要为将液体或气体成分转化成易处理的固体；保护敏感成分，防止其被氧
2、化；控制释放的速度和时间等。由于这些特点，使该技术在食品中的应用越来越广泛。微胶囊技术近几十年来在西方国家食品中的应用十分活跃，美国、日本、西欧的食品中微胶囊应用较多。我国在此方面仍处于探索阶段，直接应用于食品中的实例不多。一、微胶囊技术原理及意义微胶囊技术又称微胶囊化，是用特殊手段将固体、液体或气体物质包裹在一微小的、半透性或封闭胶囊内的过程。微胶囊的直径一般为 22 0 0m，囊壁厚 1020m,此种微胶囊产品在一定条件下可有控制的将所包裹的材料 (称为心材 )释放出来。微胶囊可简单地看作由心材和壁材组成，食品工业中心材的范围很广泛，如维生素、色素、挥发性香料、风味物质、油脂、抗氧化剂、防
3、腐剂、缓冲盐及无机盐等；此外，食品中一些不易贮存的或对其它组分产生不良影响的物质均可作为心材。常用的壁材物质有蛋白类、植物胶类、纤维素类、缩聚物类、油类、无机盐类等，这些壁材既可单独使用，又可混合使用，同时还可添加一些增塑剂、表面活性剂、色素等改良剂来提高品质。食品工业中，壁材的选用需根据产品的粘度、渗透性、吸湿性、溶解性及澄清度等因素来决定，并要求无毒、无嗅，对心材无不良影响。微胶囊技术的优越性在于：（1）可有效减少活性物质对外界环境因素 (如光、氧、水)的反应；（2）减少心材向环境的扩散或蒸发；（3）控制心材的释放；（4）掩蔽心材的异味；（5）改变心材的物理性质（包括颜色、形状、密度、分散
4、性能） 、化学性质等。对于食品工业，可以使纯天然的风味配料、生理活性物质融入食品体系，并能保持生理活性，它可以使许多传统的工艺过程得到简化，同时它也使许多用通常技术手段无法解决的工艺问题得到解决。二、微胶囊化技术方法分类（一）微胶囊的组成 1 心材心材也称为囊心物质，可以是单一的固体、液体或气体，也可以是固液、液液、固固或气液混合体等。既可以是食品中的天然组分，也可以是食品添加剂，其选择具有很大的灵活性。可作为心材的物质有很多，在不同行业、不同用途中有不同的内容。在食品及饮料工业中，可作为心材的物质有：生物活性物质(如活性多糖、茶多酚、 SOD 等)，各种氨基酸、矿物质元素，各种食用油脂、维生
5、素、香料香精，各种酶制剂、防腐剂。此外甜味剂、酒类、微生物细胞、酸味剂、色素、酱油等也可作为囊心物质。2 微胶囊的壁材微胶囊技术实质上是一种包装技术,其效果的好坏与“包装材料”壁材的选择紧密相关。一种理想的壁材必须具有如下特点:（1）高浓度时有良好的流动性,保证在微胶囊化过程中有良好的可操作性能;（2）能够乳化心材并能稳定产生的乳化体系;（3）在加工过程以及贮存过程中能够将心材完整的包埋在其结构中;（4）易干燥以及易脱落;（5）良好的溶解性;（6）可食性与经济性。通常一种材料很难同时具备上述性能，因此在微胶囊技术中常常是采用几种壁材复合使用。常用的一些壁材如下所述 :2.1 碳水化合物用于微胶
6、囊壁材的碳水化合物主要有麦芽糊精、玉米淀粉糖浆、环糊精、壳聚糖、纤维素、蔗糖及变性淀粉等物质。麦芽糊精和玉米淀粉糖浆这两种碳水化合物本身不具备乳化能力，成膜能力也差，但它们与其他具有乳化性的壁材配合后，可提高体系的固形物浓度，有利于降低干燥能耗，减少生产成本。环糊精也不具备乳化能力，但其分子中疏水性空腔能同具有一定大小与形状的疏水性分子形成稳定的非共价复合物，从而起到稳定心材，掩盖心材异味的作用，但环糊精在微胶囊制品中应用有一定的局限性。壳聚糖主要用在复凝聚法微胶囊技术，纤维素及其衍生物主要用在水溶性食品添加剂如甜味剂、酸味剂以及酶或细胞的包埋剂。蔗糖具有溶解速度快、热稳定性高、价格低、来源广
7、的特点，常被用来作为微胶囊的壁材，以往的研究主要限于在挤压法、共结晶两种微胶囊化工艺中使用，最近已开始有将蔗糖用作喷雾干燥法微胶囊工艺的壁材的报道。具有乳化性能的碳水化合物只有辛酰基琥珀酸酯化变性淀粉，这种淀粉分子结构中同时包含亲水亲脂基团，因此具备乳化心材的能力，且已被 FDA 正式批准使用，它还具备高固形物浓度时低粘度的特点，比传统的阿拉伯胶具有更强的优越性，但它的来源依赖于进口。综上所述，用作微胶囊壁材的碳水化合物以麦芽糊精，玉米淀粉糖浆，蔗糖较为切合实际，这三种碳水化合物中由于玉米淀粉糖浆的价格较高，因此又以麦芽糊精与蔗糖最具实用性。2.2 胶质海藻胶、瓜儿胶、卡拉胶可分别用于高脂食品
8、，风味料，汤料与果汁等的包埋剂。阿拉伯胶由于含有约 1 %左右具乳化性的蛋白质，能够乳化心材，而且溶解性能好，因此在微胶囊技术中用途最为广泛，它主要应用在风味料的微胶囊化技术中,但阿拉伯胶的来源价格高且供应不稳定。黄原胶是一种微生物多糖，它在溶液中粘度较大，利于改善乳状液的流变性，增加乳化体系的稳定性，另外在体系固形物含量较低时添加适量的黄原胶，可以提高进料粘度，这对于喷雾干燥过程中形成较大的雾滴十分有利，因此在体系中使用黄原胶有利于微胶囊化工艺过程的实现，便于降低生产成本，黄原胶来源广，因此黄原胶是较为实用的一种微胶囊壁材辅料。2.3 脂质腊质一般用作喷雾冷却法微胶囊工艺的壁材，主要用于水溶
9、性材料或固体物质等的微胶囊技术，以它为壁材的微胶囊产品在水中不溶解但具有一定条件释放的功能，卵磷脂应用于微胶囊技术的主要在于它在较低温度下就可形成卵磷脂胶束，因而可用于生物活性物质如酶类的微胶囊。卵磷脂作为乳化剂与其他壁材如聚乙烯复配可对甜味剂、风味料等进行微胶囊化，作为一种营养强化剂，它本身也已被制成微胶囊化产品。脂质体微胶囊化技术主要应用在医学上作为药物载体，除保持药物的生理活性外，还有定向释放的作用，该技术对于食品工业而言尚不现实。2.4蛋白质采用蛋白质作为微胶囊壁材主要在于蛋白质的乳化性能，能够在两相界面形成有良好粘弹性的界面膜，从而有效的促进了微胶囊过程。研究表明乳清蛋白能与麦芽糊精
10、配合作为奶油或挥发性良好的微胶囊化壁材。大豆蛋白是一种分子量极大的球状蛋白，在制备/乳状液时能定向吸附到油 /水界面形成较强的界面膜，但乳化油滴过程中其球状结构的受热展开使大量憎水基团暴露，导致其在水相的溶解度大大下降。因此以其为主要壁材的微胶囊产品溶解性能欠佳，人们在大豆蛋白功能性质的长期研究中发现采用酶法改性是解决大豆蛋白溶解性的行之有效的方法，一方面减小分子的大小，另一方面由于肽键的断裂，使体系的亲水基团大大增加，从而使分子的亲水性增加，达到改善溶解性之目的。研究表明大豆分离蛋白经酶法改性后溶解性大幅度上升，在 pH8.0 后可完全溶于水中，而且尚有一定的乳化能力，因此用它来作为水溶性微
11、胶囊化产品的壁材有一定的可能性。明胶是亲水胶体，也是一种重要的蛋白源，已成为许多食品中的重要功能性成分，有许多广泛的用途，明胶同时具备乳化性，成膜性，而且也易溶于水，符合作为胶囊壁材中蛋白源要求。另一方面，明胶还有价格低，来源广的优势，更适合于工业化大生产中使用，实际上明胶也是微胶囊技术中至今为止用得最为广泛的一种蛋白源。目前为止大部分报道主要集中于明胶与其他一些离子型多糖采用复凝聚法形成微胶囊。（二）微胶囊化技术方法分类1 喷雾干燥法喷雾干燥法以其操作灵活，成本低廉，具有良好的产品质量而成为食品工业中应用最广泛的微胶囊化方法。喷雾干燥微胶囊化过程，首先是制备心材和壁材的混合乳化液，然后将乳化
12、液在干燥器内进行喷雾干燥而成。壁材在遇热时形成一种网状结构，起着筛分作用，水或其它溶剂等小分子物质因热蒸发而透过“网孔”顺利的移出，分子较大的心材滞留在“网”内，使微胶囊颗粒成型。心材通常是香料等风味物质和油类，壁材常选用明胶、阿拉伯胶、变性淀粉、蛋白质、纤维酯等食品级胶体。2 喷雾冷冻法与喷雾冷却法这两者与喷雾干燥法的不同点在于干燥室所用的空气温度以及所用的壁材性质不同，喷雾干燥法中采用热空气以将水分去除，而在喷雾冷冻法与喷雾冷却法之中，干燥室空气为室温或经冷却处理，远低于所用壁材如脂质或腊质的凝固点。这两种工艺适应面较窄，一般用于水溶性心材如矿物质、酶、水溶性维生素、酸味剂等的微胶囊化。喷
13、雾冷冻还可用于固体心材，例如 :硫酸亚铁、酸味剂、维生素、固体风味料等的微胶囊化，也可用于一般溶剂中溶解困难的生理活性物质的微胶囊化，同样通过将液态物质冷冻成固态，可实现对液滴的微胶囊。这两种方法所选壁材具有缓释功能的特点。3 空气悬浮法空气悬浮法又称硫化床法或喷雾包衣法，其工作原理是将心材颗粒置于硫化床中，冲入空气使心材随气流做循环运动，溶解或熔融的壁材通过喷头雾化，喷洒在悬浮上升的心材颗粒上，并沉积于其表面。这样经过反复多次的循环，心材颗粒表面可以包上厚度适中且均匀的壁材层，从而达到微胶囊化目的。4 相分离法相分离法又称凝聚法，该方法自 50 年代以来主要用于无碳复写纸的生产。主要原理为，
14、将作为壁材的液相从连续相中分离，包覆于心材表面，形成囊壁结构。在这类方法中以复凝聚法最为主要，其他还有 :单凝聚法、盐凝聚法、调节 -聚合物沉淀法。复凝聚法可分为水相相分离法、非水相相分离法两种方法。4.1水相相分离法两种带相反电荷的胶体彼此中和而引起相分离，在此方法中由于微胶囊化是在水溶液中进行的，故心材必须是非水溶性的固体粉末或液体。这种方法中最常用壁材是明胶，在水溶液中当 pH 大于其等电点时为聚阴离子，而小于其等电点时则成为聚阳离子。利用这一特性当体系中存在其他电解质时，一般为聚阴离子，如：阿拉伯胶、海藻酸钠、琼脂、甲基纤维素等，二者发生相互作用在心材表面形成凝聚相，实现微胶囊化作用。
15、4.2非水相相分离法又称为油相分离法，在此方法中用来作为微胶囊化介质的是聚合物的有机溶剂，首先在体系中形成可充分流动的聚合物凝聚相，使其能够稳定在心材微粒上。一般过程是：首先乳化心材至聚合物与其溶剂构成的“油相”中，然后再加入引发剂或通过调节条件等手段使聚合物覆盖在心材表面并发生相分离，从而实现心材的微胶囊。这方面的应用如药物阿斯匹林，硫酸亚铁的微胶囊化等。相分离法尽管是一种非常有效的微胶囊化技术，但其生产成本很高，而且由于在这种方法中尚缺少可食用的壁材来源，因此对于食品工业而言不是很现实。5 挤压法挤压法是一种比较新的微胶囊技术，特别适用于包埋各种风味物质、香料、维生素 C 和色素等热敏感性
16、物质，因为其处理过程采用低温方式。工艺流程为先将心材分散到熔融的碳水化合物中，然后将混合液装入密封容器，在压穿台上利用压力作用压迫混合液通过一组膜孔而呈丝状液，挤入吸水剂中。当丝状混合液与吸水剂接触后，液状的壁材会脱水、硬化，将心材包裹在里面成为丝状固体，而后将丝状固体打碎并从液体中分离出来，干燥而成。6 包接络合法包接络合法又称分子包埋法，利用具有特殊分子结构的壁材进行包埋而成。如常用的 -环糊精进行分子包埋取得了令人满意的效果。- 环糊精是由 7 个吡喃型葡萄糖分子以 -1，4- 糖苷键连接成环状化合物，其外形成圆台状，亲水性基团分布在表面而形成亲水区，内部的中空部位则分布着疏水性基团 (疏水中心 )，疏水中心可与许多物质形成包接络合物将外来分子置于中心部位而完成包埋过程。包接络合法的方法较简单，一般将环糊精配制成饱和溶液，加入等摩尔量的心材，混合后充分搅拌 3 0 min，即得到所需络合物。对一些溶解度大的心材分子，其络合物在水中的溶解度也比较大，可加入有机溶剂促使析出沉淀，对不溶于水的固体心材，需先用
