第11期(总第298期) 2012年11月 农产品加工・学刊 Academic Periodical of Farm Products Processing No.1l N0v. 文章编号:1671—9646(2012)I 1-0139-04 微胶囊技术及其在功能性食品中应用的研究进展 陈小威, 孙尚德,周文雅 (河南工业大学粮油食品学院,河南郑州450001) 摘要:微胶囊技术是2l世纪的重点高新技术之一,应用非常广泛,尤其在功能性食品方面备受青睐。阐述了微胶囊 壁材、微胶囊制备方法以及微胶囊技术在功能性食品方面的应用,并展望了微胶囊技术的应用。 关键词:微胶囊技术;功能性食品;生物活性物质 中图分类号:TS201 文献标志码:A doi:10.3969/jissn.1671—9646(X).2012.11.037 Progress in Microcapsules Techniques Applications in Functional foods CHEN Xiao-wei,’SUN Shang-de,ZHOU Wen (College of Food Science and Technology,He’nan University of Technology,Zhengzhou,He’nan 450001,China) Abstract:Microcapsule technique is one of the high-new technologies in 21st century,and is widely used,especially in func- tional foods.In the present work,the wall materials and the preparation methods of microeneapsulation are summarized,the叩一 plication in funcfional foods and future are introduced. Key words:microcapsule technique;functional foods;bioactive substances 微胶囊技术最初始于2O世纪40年代,用于制备 鱼肝油的微胶囊。微胶囊技术是采用成膜材料将液体 或固体包封形成微小粒子,这些微小粒子称为微胶囊。 其直径大小一般在l~1 000 m,随着技术的进步, 已制备出纳米胶囊,其粒子大小在1~1 000 nm[ 1。包 封用的成膜材料称为壁材,许多天然物和合成物都 可以用作壁材。被包封的材料称为芯材或囊材,一 般是一些具有反应活性、敏感性或挥发性的液体、 固体或气体。微胶囊技术可以将芯材与周围环境隔 开,从而有效减少了芯材物质对水、光、氧气、温 度等环境因素的反应,从而改善和提高芯材物质的 表观和性质,因此,尤其适合在需要保持生物活性 的功能食品中应用。而通过适当地选取壁材,可赋 予功能食品(功能因子)靶向性和控缓释性 。 1微胶囊的壁材 用的壁材主要有植物胶类(如海藻酸钠、琼脂、阿 拉伯胶、卡拉胶、黄原胶等)、淀粉及其衍生物类 (如羧甲基淀粉、低聚糖)、糊精类(如麦芽糊精、 环糊精等)、糖类(如蔗糖、乳糖、麦芽糖等)、纤 维素类(如甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙基纤 维素等)、蛋白质类(如明胶、酪蛋白及其盐类、豆 分离蛋白、乳清蛋白等)和脂类(如虫腊、石蜡、 蜂蜡、硬脂酸甘油三酯、单甘酯、甘油二酯、卵磷 脂等) 。实际应用中,很少只用一种包膜材料来 实现微胶囊化,而是常用2种或2种以上的壁材复 合物来达到理想的包埋效果。微胶囊化的方法、壁 材的价格及来源、产品的要求等均会直接影响到壁 材的选择。 2微胶囊制备方法 2.1分子包埋法 对一种微胶囊产品来说,合适的壁材非常重要。 分子包埋法又称为分子包囊法或分子包接法, 选择适当的壁材是微胶囊化成功的关键,壁材在很 它是真正意义上的“分子微胶囊”,因为这是在分子 大程度上决定着产品的理化特性。理想的壁材必须 水平上进行包接的微胶囊化方法[51。此法使用B一环 具备如下特性:①能与芯材相配且不发生化学反应; 糊精及其衍生物为壁材,而芯材必须是有疏水端的 ②具有一定的强度及力学性能;③具备适当的溶解 分子,如维生素、脂溶性色素、香精油及油树脂等; 性、流动性、乳化性、渗透性和稳定性等。目前常 芯材和壁材通过氢键、范德华力和疏水效应等作用 收稿日期:2012—08—19 作者简介:陈小威(1987一),男,河南人,在读硕士,研究方向:油脂化学。E—mail:chenxiaowei409@126.conr。 为通讯作者:孙尚德,男,副教授,硕士生导师,E-mail:sunshangde@126.conr。 农产品加工・学刊 2012年第11期 连接。分子包埋法工艺简单、成本较低,但对芯材 酵母菌、原生虫等各类微生物进行研究,经过比较. 有比较严格的要求,必须是非极性分子,且分子大 发现以酵母菌作为微胶囊原料的效果最好。酵母微 小必须适应B一环糊精及其衍生物的疏水中心的空 胶囊法是以啤酒酵母或者面包酵母为壁材,用自溶 间位置。陈发河等人[61对胡萝b素B一环糊精微胶囊 法或酶溶法除去细胞内可溶化成分,使细胞壁内部 制备工艺进行了研究,结果在胡萝1一素油与B一环 空洞化,让内芯物质(如多不饱和脂肪酸)在一定 糊精的比值1:8,加水量80 mL,搅拌时间5 h,搅 条件下与酵母细胞壁高频度接触而进入细胞内,再 拌温度50℃,搅拌速度1 200 r/min的条件下,对 离心除去未封人内芯物质而形成酵母微胶囊。酵母 胡萝b素的微胶囊化取得良好效果。对各种不同的 微胶囊的直径一般为5—8 m,密度与水相近,在水 包埋物而言,虽然包埋情况复杂,需要深入研究的 中具有优良的分散性【l2_ 。因细胞壁有很强的韧度与 课题也很多,但在实际应用过程中,分子包埋法操 柔软度,即使经高压锅加压、加热处理或冷冻处理, 作方法和所需设备远比其他微胶囊化方法简单,故 被包埋的油脂、不饱和脂肪酸等仍十分稳定,耐加 在生产中更容易推广。 2.2喷雾干燥法 喷雾干燥法是微胶囊技术中最为广泛应用的方 法,也是最常见、最经济的方法。其原理为将芯材 分散在壁材溶液中,然后在高温气流中将芯壁材的 混合溶液雾化,使溶液中溶解壁材的溶剂迅速蒸发, 最终使壁材固化并最终将芯材微胶囊化【7j。该方法具 有成本低廉,生产工艺简单,适于大规模、连续化 生产,物料温度较低的特点,非常适用于热敏I生物质 的微胶囊化生产,且设备易得、操作灵活、无环境污 染。经过半个多世纪的发展,该技术已经很成熟。 2.3凝聚法 凝聚法通常被认为是最原始的微胶囊制备方法。 因凝聚方法的不同又可分为单凝聚法和复凝聚法。 凝聚法的原理为:首先将芯材稳定地乳化分散在壁 材溶液中,然后通过加入另一物质,调节温度和 pH值,或采用其他特殊的方法,以降低壁材的溶解 度,使壁材在溶液中凝聚包覆在芯材周围,实现微 胶囊化的过程[8 ̄91。明胶和阿拉伯胶系统是研究最为 深入的适合于凝聚的胶质系统,近年来也研发出许 多新的具有优良特性的凝聚系统,比如壳聚糖和海 藻酸钠凝聚系统等。 2.4挤压法 挤压法是一种新型微胶囊化方法。由于挤压法 在低温下进行,所以适用于该法的芯材通常为油溶 性的热敏性物质,如二十碳五烯酸(EPA)、二十二 碳六烯酸(DHA)、维生素以及香精香料等,壁材多 选用明胶、琼脂等可形成弹性膜的物质。挤压法的 优点是能够形成致密完整的玻璃态壁膜,具有优良 的阻隔性能,能显著延长产品的货架寿命,并且风 味物质损失小。其突出的缺点是包埋率较低、具有 硬糖颗粒物性;此外用于挤压法的包膜原料几乎都 是碳水化合物;挤压法得到的颗粒一般较大 “】。 2.5微生物微胶囊化法 最早是由英国科学家利用微生物菌体细胞制备 微胶囊。20世纪70年代发现霉菌、酵母菌等真菌微 生物适合作为胶囊原料。人们先后对纤维状霉菌、 工性非常好口41。 2.6纳米微胶囊制备技术 纳米微胶囊通常采用聚合法、界面溶剂交换法 和纳米自组装法等合成,与传统的微胶囊相比具有 更好的靶向性和缓释效果【151。由于纳米微胶囊通常是 采用聚合、相分离、双乳化或溶剂蒸发技术所获得 的,因此其成品稳定性好,便于加工和灭菌;由于 纳米微胶囊所使用的壁材是生物降解聚合物如聚乳 酸、明胶、树胶、阿拉伯胶等,因此纳米微胶囊生 物相容性好,能在体内降解,毒副作用小。Gouin[ 6】 阐述了食品纳米微胶囊缓释与控释技术的重要性, 即适时地、靶向性地释放食品组分改善了食品添加 剂的效力,拓展了食品组分的应用范围,确保了最 佳剂量,从而提高了食品制造商的成本效率。目前 纳米微胶囊已被应用于食品添加剂、饮料加工、粉 末油脂和生物活性物质包埋等领域。 3微胶囊技术在功能性食品中的应用 采用微胶囊化功能性食品,既可以防止外界环 境中水分、氧气和阳光等对食品质量的影响,又可 以掩蔽功能因子自身的不良风味,防止营养素之间 及其和食品配料之间的相互作用,因此微胶囊技术 广泛应用于功能食品生产中。 3.1活性肽和功能性蛋白的微胶囊化 王芹等人【 睬用B一谷甾醇、豆甾醇、麦角甾醇 三种植物甾醇作为膜材构建新型脂质体,用于功能 性多肽的包载。采用薄膜分散法制备胰岛素脂质体, 并以CL一4B为介质分离溶液中游离的胰岛素。以包 封率为考察对象,胰岛素溶液质量浓度为1.0 mg/mL, 制备温度42.3℃时,调整卵磷脂与植物甾醇质量比 (1.75~6.00),以及3种植物甾醇在总甾醇中的比例, 对胰岛素脂质体进行配方优化。在最佳条件:卵磷 脂与植物甾醇质量比为2.96:1.00,B一谷甾醇与豆 甾醇质量比控制在1.00:1.13,微胶囊包封率可达到 58.23%。蛋白的易腐败性致使生产上不得不采用高 温或长时的杀菌,使得蛋白部分变性丧失营养功能 特性。而经过微胶囊化的脂质体强化的牛奶可耐受 2012年第1 1期 陈小威,等:微胶囊技术及其在功能性食品中应用的研究进展 ‘14l 巴氏消毒处理(63 65 ̄C/30 min),在冷藏条件下储 于微胶囊产品的贮藏。 4营养强化食品中的微胶囊化 存7 d还保持良好的稳定性。胡耀辉等人 报道了采 3.4.1.在婴幼儿营养强化食品中的应用 用喷雾干燥生产核桃蛋白肽微胶囊。得到了高达 3.婴幼儿成长期,婴幼儿每单位体质量所需要的 84%微胶囊的成品率,经过微胶囊化得核桃蛋白肽 显著提高了稳定性,延长了货架期,并且易于储存 热量、蛋白质及各种维生素、矿物质的数量比成年 与运输。 3.2食用油脂及功能性成分微胶囊化 以赤豆可溶性酶解产物为壁材,添加无水奶油 制备赤豆微胶囊固体粉末油脂,产品口感好,保质 期长,由于是以全赤豆为原料,不仅保留了赤豆的 各种营养和其他有效成分,而且增加了产品中膳食 人高出2倍~3倍。营养强化食品的合理应用是实现 均衡营养,促进婴幼儿健康成长的有效措施。但是 某些营养强化剂易氧化、稳定性比较差,如脂溶性 维生素。脂溶性维生素易受光、氧的影响,易发生 氧化降解,稳定性差,而通过进一步改进交联法, 交联过程系用辐射交联或酶法交联,克服了加热交 纤维的含量,并且溶解性较好,食用方便 91。 陈明星等人 报道了采用微胶囊技术包埋玉米胚 芽油。在对微胶囊技术中壁材构成比例、芯材添加 量、固形物质量分数等进行研究,发现在壁材B一 环糊精与大豆分离蛋白的质量比为l:l,芯材添加 量为40%,固形物质量分数为15%,得到的芯材包 埋率可达90.9%。微胶囊化后的产品具有贮存稳定、 使用方便等特点。 徐井水等人[2l1以大豆卵磷脂为芯材,采用喷雾干 燥法生产大豆卵磷脂微胶囊。研究确定了其最佳工 艺条件:壁材为大豆分离蛋白、明胶、麦芽糊精, 三者质量比为1.5:1.0:10.0,乳状液固形物含量为 25%,在45 qC,25 MPa条件下均质2次,进风温度 200 cIC,出风温度85℃。在此条件下,包埋率达到 67.4%。大豆卵磷脂微胶囊化后,吸湿性显著降低, 有利于延长其货架期。 采用O/W(水包油)微乳液法对植物甾醇乳化, 进行喷雾干燥得到植物甾醇微胶囊粉末。在乳化剂 蔗糖脂肪酸酯(HLB16)质量分数为12%,助乳化 剂蔗糖质量分数为12.5%,壁材为酪蛋白酸钠,在 6O℃水浴中乳化,高速剪切30 min后得到的植物甾 醇粉末在水性材料中分散稳定、均一 。 有报道提出了喷雾干燥法制备微胶囊大豆异黄 酮的工艺及技术,制备的大豆异黄酮微胶囊产品, 包埋率高达86%,且气味纯正,无异味;颜色浅黄; 颗粒细腻、均匀,大多呈球状;干燥,不结块;水 分含量1.83%;流动性好,溶解度高 。 3.3维生素的微胶囊化 马云标等人 通过乳化喷雾干燥的方法制备VE 微胶囊,得到的微胶囊的包埋率为89.02%,vE残留 率为91.73%,水分含量为2.67%,产品呈乳白色, 具有较好的色泽。在利用Avrami’S公式对VE微胶囊 在50 qC,相对湿度32%,50%和75%条件下的释放 机理及其速率常数进行了分析后发现微胶囊产品在 相对湿度32%条件下的释放更加接近于扩散限制动 力学,而在相对湿度75%条件下的释放更加接近于 一级动力学,这也表明在相对湿度高的情况下不利 联法的缺点,将不易分散的液态的脂溶性维生素制 成固体粉末[ ̄-2N。微胶囊化后克服了脂溶性维生素本 身的缺点,使其成为性质稳定、取用方便、流动性 好的适用于向婴幼儿食品中进行强化的优质原料。 3.4.2在孕妇营养强化食品中的应用 孕妇强化食品富含蛋白质、VC以及铁、钙等营 养物质,以满足孕妇对营养素的特殊需求,是实现 孕妇的合理营养、科学膳食十分必要的手段。对于 VC遇潮易氧化,则可将其细粉分散在乙基纤维素的 异丙醇溶液中,后经喷雾干燥后得乙基纤维素包埋 的VC胶囊,经过胶囊化后的VC胶囊在贮存期内质 量较稳定,可很好地满足市场上孕妇营养强化产品 的需求 。 3.4.3在军用强化食品中的应用 谷类蛋白质中缺乏的赖氨酸,影响蛋白质的功 效比值,而在军用强化食品加入的赖氨酸天门冬氨 酸盐强化剂有很强的异味。应用喷雾干燥法将赖氨 酸天门冬氨酸盐微胶囊化 ,作为营养强化剂加入谷 类食品,可以较好地解决上述问题。 3.5其他 王闯等人 报道了以反式叶黄素晶体为芯材,辛 烯基琥珀酸酯化淀粉和蔗糖为壁材,通过乳化、均 质、喷雾干燥等工艺,制备叶黄素微胶囊。得到的 叶黄素微胶囊溶解性高,流动性好,水分含量低于 5%,可长时间储存。 王永涛等人f30】通过制备洋葱皮黄酮微胶囊,以提 高洋葱皮黄酮的稳定性。以B一环糊精为壁材,研 究了分子包埋法制备微胶囊工艺中不同因素对微胶 囊化包埋率的影响。结果表明,芯材与壁材的最佳 配比为1.00:11.49,搅拌时间60.6 min,搅拌温度 61 cc。在此条件下,产品微胶囊化效率达到41.26%。 4微胶囊技术目前存在的问题 微胶囊技术作为一种食品加工新方法,在欧美 已十分普遍。同国外先进技术相比,我国的微胶囊 技术还处于起步阶段,微胶囊主要以进口为主,尤 其是在功能性食品方面的应用更是被国外垄断,因 ・142 农产品加工・学刊 2012年第11期 此还需要进一步拓展微胶囊技术的应用领域以及深 [141 王金宇,李淑芬,关文强,等.酵母细胞微胶囊化丁香 油的研究【J].食品科学,2006,27(4):154—157. 化基础理论的研究。 [151 Navy J J,Oppenheim R C.Speiser P.NanoparticleS a 参考文献: 【1 工,new colloidal drug deliveng system[J].Pharm Acta Helv, 芳莲, 武・微胶囊化技术及其应用【J】.天津化 1978,53(1):17—23. croeneapsulation industiral appraisal of existing 【16】 Gouin S.Mi1995(1):25—29. [2 Mi2】nfeng J P,Michael D,Svetlana Z.Production of COrn zein microparticles witl1 loaded lysozyme directly extracted r171 teehnologies and trends[J1.Trends in Food Sci Tech, 2004,15(7/8):330—347. from hen egg white using spray drying:Extraction studies[J】. Food Chemistry.2009.115(2):509—514. 王芹.混合甾醇卵磷脂脂质体包载胰岛素的研究【D】. 广州:华南理工大学,2009. [3】 韩路路,毕 武,赵振东,等.微胶囊的制备方法研究 [18J 胡耀辉,姜荣庆,于寒松.喷雾干燥法生产核桃蛋白肽 微胶囊的工艺研究fJ1.食品工程,2011,54(7): 进展生【J】.物质化学工程,2011,45(3):41—46. 张斌.酶法制备全赤豆饮料的研究鲍鲁生・1999 2食悬工业中应用的微胶囊技术【 6J1.食品科学, 【19】. 0(9): 8 . … -155-158. 【D】.广州:华南理 f51 Bhesh R, Bhandafi, Bruce R。et a1.Encaosulati0n of 工大学,2007. [20】 陈明星,陈冬梅,李静.玉米胚芽油微胶囊化技术的研 lem。n。il8 by paste method using Bcyclodextrin: Encapsula一 tion efficiency and proifle of oils volatiles[J].Ag,4c Food Chem,1999,47:5 194—5 197.…、 LLI J 究『J].农产品加工(学刊),2011(3):84—86. 徐井水,熊华,彭地纬.微胶囊化大豆卵磷脂的制备【J]. 中国油脂,2010,35(1):51—54. 【6】 陈发河,吴光斌,陈志辉.天然胡萝卜素B一环糊精微胶 囊制备工艺的研究【J].中国食品学报,2006,6(1): 110-115. 。 钱伟,张春枝,吴文忠.植物甾醇微胶囊的制备fJ】.大 连工业大学学报,2009,28(3):165—168. r' 1 [7] 吴克刚,佘纲哲.油脂喷雾干燥微胶囊化的研究【J].食 品科学,1998,19(1):34—36. 【8l 马小明.食品工业中的微胶囊技【M】。北京:学苑出版 社,1991. ] I251 孙肖明,霍学芹.喷雾干燥工艺制备大豆异黄酮微胶囊 的研究fJ].食品研究与开发,2011,32(10):97—100. 马云标,周惠明,朱科学.VE微胶囊的制备及性质研 究『J1.食品科学,2010,31(2):1-5 Leuenberger.Process for preparing fat soluble beadles: [9】 孟宏昌,泰明利,樊军浩,等.微胶囊粉末香精fJ]. 一 United States,US 6444227【P].2002—09—03. 食品工业科技,2003(8):84-86. … J1.粮食与油 [10】罗艳,陈水林.微胶囊技术『J1.环球科技,1999,10 126J 汤化钢,夏文水.VE功能及其微胶囊化f(183):3-7. 1271 脂,2005(3):7—9. 【11】吴克刚,钱银川.玻璃态微胶囊化技术『J].食品科学, :朱会霞,孙金旭,张卿.抗氧化剂中微胶囊技术的应用 及展望【J】.食品研究与开发,2008(12):145—147. 【12]李川fl2] 等.微生物细胞壁微囊化姜油 李兆华,蒋和体,等.微生物细胞壁微囊化姜油 及其缓释效应研究[J】.中国高新技术企业,2009 ,, (14):8-9. [28】 孙兰萍,许晖,张斌,等.食品成分微胶囊制备技术及发 展趋势展望田.农产品加工(学刊),2008(5):1 l7. [291 王闯,宋江峰,李大婧.叶黄素微胶囊化研究[J】.食品 … 科学,2011,32(2):43—48. 王永涛,张桂,赵国群.洋葱皮黄酮微胶囊技术研究【J】. 食品工业技术,2010,31(1):291—293. [13】王金宇,李淑芬,关文强.丁香油的超临界c0:萃取及 其微胶囊的制备『J].高校化学工程学报,2007,21 (1):37—42. ・+”+w+・・+・・+一+一+一+・・+”+”+一+一+・・+・・+-+・・+一+一+・・+一+”十-+一+一+一+一+・・+”—。卜-—+一一—。’卜・ (上接第118页) 中国标准出版社,2006. 糖浆制作果脯,对于降低果脯的含糖量效果十分明 2】J殷冬梅,胡责成.麦芽糖醇的特性及应用【J].河北化 显,所制成的青枣脯经测定总糖含量为5.953%,比 [工,2007(5):34—35. 市售红枣脯的糖含量降低了91%。 M】.北京:中国农业出版 【3] 李桂琴.实用果脯加工工艺【(3)产品选用真空干燥,烘干时间短,与其他 社,2002. 2种方法比较节约干燥时间13 h,既很好地保持了产 J]. 『4] 郑红莲,林勤保,蒋海峰,等.无添加糖果脯的研制【品风味和色泽,又节能降耗。 农产品加工(学刊),2009(1 1):21—25. 参考文献: [1】 陈岩,赵燕萍.GB/T 10782--2006蜜饯通则【s].北京: [51 吴竹青,黄群,傅伟昌,等.低糖雪莲果果脯的生产工 艺[J].食品科学,2009(18):440—441.