微胶囊技术在食品工业中的研究进展

微胶囊技术在食品工业中的研究进展摘要：微胶囊技术是21世纪重点研究开发的高新技术之一，用途广泛，其不仅仅增加产品的附加值更是获得具有优良特性新原料的良好来源。将食品成分微胶囊化，具有保护其中的功能成分，防止氧化，增加其稳定性，使产品具有较好的分散性、流动性以及较高的生物相容性的功能。微胶囊技术是指一种具有聚合物壁壳和微型容器或包装物。微囊技术被广泛应用于医药、食品、生物农药、香精香料等行业。主要介绍了微胶囊技术的特点，多种微胶囊化的方法以及在食品工业中的应用及其在技术方面的研发进展，并对其发展的前景进行了展望。关键词：微胶囊技术；食品工业；研究进展ResearchProgressofMicroencapsulationTechnologyinFoodIndustrySONGBao-yong,20110803137CollegeofFoodScienceandEngineering,XuzhouInstituteofTechnology,JangsuXuzhou221000Abstract:MicroencapsulationTechnologyisoneofthehighnewtechnologiesintwenty-firstCentury,awiderangeofuses,itnotonlyincreasesthevalue-addedproductbutobtainagoodsourceofexcellentpropertiesofnewmaterials.Themicroencapsulatedfoodingredientshavetheprotectionfunctionofthesecomponents,topreventoxidation,increasingstability,makingtheproducthasdispersed,liquidityandhighbiologicalcompatibilityfunctionbetter.Microencapsulationtechnologyisakindofpolymerwithawalloftheshellandthemicrocontainerorpackage.Microcapsuletechnologyiswidelyusedinmedicine,food,biologicalpesticides,flavorsandfragrancesindustry.Itmainlyintroducesthecharacteristicsofmicrocapsuletechnology,severalmethodsofmicroencapsulationandtheapplicationinfoodindustryanditsdevelopmentintermsoftechnology,Anditsdevelopmentprospectswerediscussed.Keywords:Microencapsulationtechnology;Foodindustry;Researchprogress微胶囊技术，也称微胶囊造粒技术，是一种用途广泛、发展迅速的新技术。微胶囊技术应用于食品工业始于20世纪80年代中期，这一新技术正为食品工业开发新产品、更新传统工艺和改善产品质量等发挥着越来越大的作用[1]。微胶囊技术的原理微胶囊是指一种能包埋和保护某些物质的具有聚合物壁壳的半透性或密封的微型“容器”或“包装物”，呈现多种形状，如球型、粒状、絮状、块状，其粒子的大小一般在5～200µm。通常把包在胶囊内的物料称为心材，而外面的壁囊称为壁材。心材可以是单核或多核，壁材可以是单层结构，也可以是多层结构。在一定的条件下，用壁材包埋心材，就形成微胶囊。微胶囊技术是指利用成膜材料将固体、液体或气体囊于其中，形成直径几十微米至上千微米的微小容器的技术。微小容器被称为微胶囊，器壁被称为壁材或壳材，而其内部包覆的物质则称为芯材或囊芯。含固体的微胶囊形状一般与固体相同，含液体或气体的微胶囊的形状一般为球形。微胶囊技术的特点在食品工业中，微胶囊化可以改变物质的色泽、形状、质量、体积、溶解性、反应性、耐热性和贮藏性等，这些特性使微胶囊技术在食品工业中发挥着重要的作用。微胶囊技术的应用现状随着微胶囊技术的发展，其在食品工业中的应用越来越广泛[2]，主要有以下领域：1．营养素食品中需要强化的营养素主要有氨基酸、维生素和矿物质等，这些物质在加丁或贮藏过程中，易受外界环境因素的影响而丧失营养价值或使制品变色变味。如微胶囊碘剂[3]具有稳定性好、成本低、碘剂使用效率高等优点，既可用于加碘盐、碘片中，又可用于其他食品、保健品和药品中，显示了极好的实用性。段翰英等[4]采用挤压法制备微胶囊化VC，对其工艺和影响产品稳定性的因素进行了研究。实验表明，微胶囊对VC具有很好的保护作用，加入到食品中后，经高温长时间加热仍能保持一定的活性，而普通VC加热3～4h左右便完全被破坏。微胶囊化提高了VC的使用性能，特别适合添加在需高温加热的食品中。2．香料香精香精香料易挥发、对湿热敏感、易与其它组分反应等，在食品加工和贮存过程中的损失经常发生，微胶囊化技术可以很好的保护这些物质，提高其稳定性和加工性。微囊化香精香料可应用于食品工业的许多方面，如用于口香糖中使其具有良好的释放性，并提高其强度；另外还可利用β-环状糊精分子包接法微囊技术掩蔽一些不良风味，如大蒜强烈的辛辣味。颜铭池等[5]引用包结络合法，采用β-环糊精作为壁材，用非离子表面活性剂作为乳化剂，对油溶性香精进行包埋，得到了稳定性和缓释性较好的香精微胶囊。由于微胶囊可延缓挥发性物质的挥发，现已相继出现许多液体香料如薄荷、柠檬、香蕉、草莓、橙油、茴香油、生姜油、花椒油等微囊化产品。保香率一般提高到50％～95％。这类产品在美国市场上已占食品香料销量的50％之多。3．甜味剂食品工业中使用的甜味剂通常是各种天然产物的糖类，湿度、温度对这些甜味剂的性能有很大影响。将甜味剂微胶囊化后可使其吸湿性大为降低，同时微胶囊的缓释作用能使甜味持久。国外著名的箭牌口香糖中的甜味剂就是用硬化油包覆的微胶囊，有贮存稳定、释放温度提高、释放时间延长等优点。许多人造甜味剂，如阿斯巴甜，在食品工业中的应用十分广泛，与风味物质相似，其不稳定，对热、湿敏感，易与其它物质反应。美国专利[6]中介绍了将阿斯巴甜胶囊化的方法：将阿斯巴甜与凝聚剂(如：羟丙基甲基纤维素)加水混合润湿，经真空干燥、筛分后得到直径不超过0.43mm的胶囊。这种胶囊单位时间的释放量与颗粒半径的分布有关，微小颗料在其中所占的比例越大，则释放的速度越快。同时，选用不同水溶性的凝聚剂，可以调节阿斯巴甜的释放速度。4．酸味剂许多酸味剂直接添加到食品配料中会与果胶、蛋白质、淀粉、色素等成分作用而影响食品品质。酸味剂还可促进食品氧化、改变配料系统的PH值等。微胶囊化酸味剂的出现，使其在添加剂技术上有了很大的改进。某些酸味剂如柠檬酸、乳酸、苹果酸等，直接添加作为食品的配料，易使配料中某些敏感成分劣变。因此，采用微胶囊技术，将酸味剂包埋起来，大大减少了酸味剂与外界的接触，延长食品的贮存期，并可通过控制释放，以增进风味。目前，美国、日本微胶囊化酸味剂已广泛使用于布丁粉、馅饼、点心粉及固体饮料等多种方便食品。5．抗氧化剂不饱和脂肪酸易于氧化变质，在食品工业中常用油溶性天然VE。作为抗氧化剂，其氧化产物可以与抗坏血酸反应重新生成VE。但其氧化产物存在于油相中很难与水相中的抗坏血酸盐反应。最近研究[7]用脂质体包埋抗氧化剂如VE。形成稳定的微囊系统，VE被包裹在脂质体壁内，而抗坏血酸盐被亲水相捕获。微胶囊加到亲水相中，并聚集在水油界面，因此，抗氧化剂就集中在氧化反应发生的地方，也避免了与其它食品组分的反应。6．防腐剂食品中添加大量的防腐剂不仅影响产品的感观，而且对人类的健康也不利，为了解决这些矛盾，开发研制了微胶囊化防腐剂，在实际应用中主要利用了微胶囊的控制释放和缓释性能。郭爱莲等(1994)报道，将合成的食用防腐剂苯甲酸钠等用β-环状糊精包接成微胶囊，对比实验显示，微胶囊防腐剂能显著延长防腐的有效期[18]。日本有微胶囊化的乙醇保鲜剂，在密封包装中缓慢释放乙醇蒸汽以防止霉菌[9]日本开发的质量分数为6％的乙醇微胶囊，杀菌能力相当于70％的乙醇，将微胶囊化的乙醇置人乙醇蒸汽不易透过的密封包装中，利用胶囊缓慢释放的乙醇气体达到杀菌防腐的目的[10]。选用山梨酸做为防腐剂并且用硬化油脂为壁材形成微胶囊，一方面可避免山梨酸与食品直接接触，另一方面利用微胶囊的缓释作用，缓慢释放出防腐剂以达到杀菌的目的。有专利报道，采用硬化油脂为壁材包埋山梨酸，既可避免山梨酸与肉制品直接接触，还可以通过壁材缓释出山梨酸而起到防腐杀菌作用，延长肉制品货架寿命。7．酶制剂在食品工业中，从食品保鲜、食品生产等方面，微胶囊酶都得到深入全面应用。溶菌酶作为一种天然防腐剂，但易与奶酪中酪蛋白结合，从而降低杀菌作用；采用脂质体包埋后，不仅能阻止溶菌酶与奶酪中酪蛋白结合，且可使其定向到有腐败微生物处，从而极大提高杀菌作用[11]。果葡萄糖浆是由葡萄糖异构酶催化葡萄糖异构化后生成部分果糖而得，葡萄糖甜度为蔗糖70％，而果糖甜度是蔗糖1.5～1.7倍，因此当糖浆中果糖含量为42％时，其甜度与蔗糖相同[12]。由于甜度提高，减少糖使用量，且摄取果糖后血糖不易升高，更符合现代人保健观念，因此受到欢迎。但葡萄糖异构酶在温度超过70℃时容易变性失活，为提高其耐热性，Novo公司将其微囊化后成功用于果葡萄糖浆生产。8．膨松剂利用微胶囊技术对膨松剂进行包埋，可有效地控制气体的产气速度，林家莲等[13]用淀粉和固体奶油采用复相乳化法对Ca(H2PO4)·H2O进行包埋，并在馒头中应用，试验发现可改善膨松剂的产气性能，效果佳。9．粉末油脂油脂是组成人类膳食结构的必需成分，也是食品工业生产中应用最广泛的原材料之一、其需求量与使用量都非常大。但传统生产和使用的油脂，因其奉身不易保存，易氧化变质，影响产品质量及货架期，而且使用也不方便，极大地限制了油脂在食品工业中的应用。而采用微胶囊技术生产制造的粉末油脂，不仅克服了传统油脂的上述弊病，更具有入水即溶、稳定性高、便于运输、生产、保存等优点，极大地拓宽了油脂的使用范围。所以，粉末油脂的生产将成为油脂行业新的开发生产方向。O’Brien等[14]研究了氢化植物粉末油在起酥饼干中的应用，试验发现不同微胶囊化工艺参数对粉末油的功能性具有显著的影响，均质压力低游离脂肪含量高，制得的饼干特性良好，因此高脂肪含量的粉末油脂可代替脂肪∕油用于饼干加工。10．固体饮料利用微胶囊技术制备固体饮料，可使产品颗粒均匀一致，具有独特浓郁的香味，在冷热水中均能迅速溶解，色泽与新鲜果汁相似，不易挥发，产品能长期保存。如芦荟中含有多种游离氨基酸和生物活性物质，其营养价值和有效成分都很高。但新鲜的芦荟液汁中有效成分的性质不稳定，易挥发，而且芦荟汁中有一种令人难以接受的青草味和苦涩味，直接应用于食品不宜被人们接受。采用微胶囊技术将其包埋处理，可减少或消除异味、稳定其性质，并能延长保存期。11．天然色素一些天然色素在应用中存在溶解性和稳定性差的问题，微胶囊化后不仅可以改变溶解性能，同时也提高了其稳定性。赵晓燕等[15]研究了番茄红素微胶囊在不同时间、光、热及微波条的稳定性。结果表明，番茄红素经微胶囊化后，在低温(4℃)、避光条件下贮藏，其色素保存率受温度影响较小，保存期明显延长，增加了产品的贮存稳定性，为番茄制品的护色与安全贮藏提供了参考和依据。12．微胶囊化微生物双歧杆菌必需到达人体肠道才能发挥生理功能，而其对营养条件要求高、对氧极为敏感、对低PH值的抵抗力差以及胃酸的杀菌作用等使得产品中绝大多数活菌被杀死。采用微胶囊技术可以保护双歧杆菌以抵抗不利的环境，有报道[16]采用双层包裹法，用棕榈油作内层壁材将双歧杆菌包裹起来，再用大分子明胶溶液包裹制成双层微囊，活菌数高、保存性好，可到达人体肠道