微膠囊化粉末油脂的研究與應(yīng)用進展

徐振波，梁軍，陳麗麗，王蕓芳,，劉元法，王興國

（1. 豐益(上海)生物技術(shù)研發(fā)中心有限公司 上海 200137 2. 江南大學(xué) 食品學(xué)院 江蘇 無錫 214122）

微膠囊技術(shù)是一種用成膜材料把固體或液體包覆形成微小粒子的技術(shù)。油脂的微膠囊化技術(shù)距今已有150多年的歷史，早在19世紀(jì)末，人們就通過冷固化法和吸附法來生產(chǎn)微膠囊化油脂。微膠囊化粉末油脂具有普通油脂的優(yōu)良特性，能夠提供能量、改善食品風(fēng)味和口感；不同的是，微膠囊化后的油脂克服了傳統(tǒng)油脂的應(yīng)用弊端。將油脂進行微膠囊化概括起來主要有以下幾個作用：改變物料的形態(tài)。即把液態(tài)原料固體化，變成微細的可流動性粉末，除便于使用、運輸、保存外，粉末的油脂的出現(xiàn)還促成了許多方便食品的開發(fā)，如咖啡伴侶、營養(yǎng)強化奶粉等。防止某些不穩(wěn)定的食品原輔料氧化、變質(zhì)。降低或掩蓋不良味道、降低揮發(fā)性。

微膠囊化為油脂工業(yè)化生產(chǎn)提供了方便，極大地拓寬了油脂的使用范圍。所以，粉末油脂的生產(chǎn)將成為油脂行業(yè)新的開發(fā)生產(chǎn)方向。

1. 油脂微膠囊化的研究

1.1 油脂原料

用于膠囊化的油脂原料主要分為兩大類，一類是液體或者半固體的普通油脂。例如大豆油、棕櫚仁油、椰子油、高油酸葵花籽油、菜籽油等。李佳棟等[1]研究了大豆粉末油脂包埋技術(shù)，在含油量為50%，酪蛋白酸鈉2.5%，變性淀粉2.5%，乳化劑2.0%（單甘酯0.6%、蔗糖酯1.4%）、麥芽糊精42.5%，加水配制物料濃度為40%時，所得大豆粉末油脂包埋率達到92%。高紅日等人[2]研究了以低溫壓榨的椰子油為芯材，采用乳化與噴霧干燥相結(jié)合的方法制備椰子油粉末油脂，制得產(chǎn)品含油率為48%、表面含油率為1.81%、包埋率為96%。

另一類芯材是功能性油脂。由于功能性油脂特殊的營養(yǎng)價值，可以提供ω-3脂肪酸，DHA，EPA等對人體健康有益的多不飽和脂肪酸，已越來越受到人們的關(guān)注。例如魚油、亞麻籽油、橄欖油、堅果油、胚芽油。微膠囊化功能性油脂可以保持油脂良好的氣味或掩蓋不良氣味，而且含高不飽和脂肪酸的油脂被包埋后（如亞麻油、魚油等），其氧化的速率大大降低，氧化穩(wěn)定性能明顯提高。目前國內(nèi)外已經(jīng)成功地對魚油[3，4]、堅果油[5]、亞麻籽油[6]、燕麥胚芽油[7]的微膠囊化工藝進行了優(yōu)化。

1.2 油脂微膠囊化的壁材

微膠囊壁材是用來保護芯材免受外界光、熱的影響，或者限制氣味揮發(fā)（如魚油），控制芯材物質(zhì)的釋放起到緩釋的作用。選擇恰當(dāng)?shù)陌癖诓?，可以使粒子包埋效果更好，制備的粉末油脂滲油達到最低，所以恰當(dāng)?shù)谋诓氖俏⒛z囊化工藝成功的關(guān)鍵。壁材選擇需依據(jù)芯材的特點及人們的需要。原則是：具有水溶性，乳化能力強、成膜性好，干燥性能好，溶液粘度低。基于以上特點，按化學(xué)性質(zhì)可將常用的壁材分為碳水化合物類、親水性膠體類和蛋白質(zhì)類。

1.2.1 碳水化合物 常用的碳水化合物類微膠囊壁材有淀粉、麥芽糊精、小分子糖類、殼聚糖、淀粉糖漿干粉等。因為它們具有很好的溶解性，且在固形物含量較高時仍可以保持較低的黏度，所以常常被用于粉末油脂的制作。對于淀粉類壁材，由于其特殊的分子結(jié)構(gòu)，可通過物理化學(xué)的方法加以改變滿足人們的需要。王彪等[8]研究了以變性淀粉N-CREAMER46，代替?zhèn)鹘y(tǒng)配方中的酪蛋白酸鈉，制備了新型耐酸型植脂末產(chǎn)品。Serfert Y等[9]研究了以不同類型 n-辛烯基琥珀酸淀粉衍生物為壁材的微膠囊化魚油的氧化穩(wěn)定性。得出不同的衍生物因粒子大小不同，包含空氣量不同，從而對魚油的氧化穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

除淀粉外，其他碳水化合物壁材大都需要與膠體、蛋白等配合使用，因為單一使用這些壁材無法達到較高微膠囊化效率所必須的界面特性，包埋率也較低。葛昕等[10]研究了以大豆分離蛋白、麥芽糊精、殼聚糖、阿拉伯膠為壁材，通過復(fù)配組合，采取噴霧干燥法制備油茶籽油微膠囊產(chǎn)品，結(jié)果表明，以大豆分離蛋白與麥芽糊精為組合壁材的油茶籽油微膠囊產(chǎn)品具有良好的沖調(diào)性和氧化穩(wěn)定性，較高的微膠囊化效率及理想的顆粒形態(tài)和粒徑。

1.2.2 親水性膠體 親水膠體大多是溶解于水后，在一定條件下能夠充分水化形成滑膩、粘稠及膠凍溶液等的大分子物質(zhì)。按來源可將其分為：海藻膠提取物類，例如海藻酸鹽、瓊脂、卡拉膠等；微生物發(fā)酵及其代謝產(chǎn)物類，如黃原膠；植物分泌物類，如阿拉伯膠、瓜爾豆膠、果膠等。Drusch S[11]文中曾提到采用甜菜果膠為壁材，通過噴霧干燥制備魚油微膠囊。馬婷婷等人[12]對杜仲籽油的微膠囊化工藝研究中則采用的是以明膠和阿拉伯膠復(fù)配作為包埋壁材。

1.2.3 蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)是廣泛應(yīng)用于微膠囊領(lǐng)域的壁材，因較好的功能特性，可促進乳狀液的形成，并且可在油滴附近形成一層保護膜，減少界面張力使乳狀液的穩(wěn)定效果更佳。常用的蛋白質(zhì)包括植物來源的大豆蛋白及動物來源的明膠、酪蛋白、乳清蛋白等。Wang R X等[13]以大麥蛋白為載體對魚油進行微膠囊化。結(jié)果表明大麥蛋白微囊具有強大的抗氧化能力，使魚油適合用于在液體/半流質(zhì)食物。Quispe-Condori S等[14]的研究中則使用玉米醇溶蛋白為載體制備微膠囊亞麻籽油。

1.3 粉末油脂微膠囊化的方法

制備微膠囊化粉末油脂的方法，按照性質(zhì)可分為三類：即物理法(噴霧干燥法、冷凍干燥法等)、化學(xué)法(界面聚合法、分子包埋法等)、物理化學(xué)法(復(fù)凝聚法、多相乳液法)。常用的有噴霧干燥法，真空冷凍干燥法，復(fù)凝聚法。

噴霧干燥技術(shù)是芯材物質(zhì)與壁材混合物在熱氣流中被霧化成無數(shù)微小液滴，使溶解壁材的溶劑受熱迅速蒸發(fā)除去，促進壁膜形成并固化。由于壁膜的篩分作用，小分子的溶劑能順利地不斷蒸出而分子體積較大的芯材物質(zhì)則滯留在壁膜內(nèi)被包覆成為粉末狀固體微膠囊。由于干燥過程極短，物料中水分吸收熱能而快速蒸發(fā)，使芯材物質(zhì)始終處于冷卻狀態(tài)而免遭破壞。這種方法生產(chǎn)操作簡單，可大批量或小批量連續(xù)生產(chǎn)，成本較低，而且目前對此方法的研究已頗為成熟，所以較其他方法更具工業(yè)化優(yōu)勢，是目前較為常用的微膠囊化粉末油脂方法。Frascareli E.C等[15]研究了采用噴霧干燥的方法以阿拉伯膠為壁材包埋咖啡油，并得到最佳工藝條件為：總固體含量30%，油含量占總固體15%，出口空氣溫度170℃。

微膠囊效率是評價噴霧干燥粉末油脂產(chǎn)品優(yōu)劣的重要指標(biāo)。微膠囊效率較低不但會影響粉末油脂產(chǎn)品的平均粒徑[16]，而且會對產(chǎn)品的儲藏產(chǎn)生不利影響。已有研究得出油的濃度是影響噴霧干燥粉末油脂微膠囊效率的重要因素。Tonon R V 等[17]研究得出當(dāng)油含量較高時，料液的粘度較低，液滴的平均粒徑較小，故而噴霧干燥得出粉末油脂的微膠囊的效率較高。Drusch S[16]的研究也證實了，當(dāng)液滴平均粒徑增加時，微膠囊的表面油含量增加。

噴霧干燥進風(fēng)溫度還會影響粉末油脂微膠囊顆粒結(jié)構(gòu)，水分含量和熱敏性成分的穩(wěn)定性[18,19]。孫蘭萍[20]對微膠囊化杏仁油粉末油脂的研究中得出當(dāng)噴霧干燥進風(fēng)溫度低于 160℃時，微膠囊含水分大，流動性不好，干燥速度慢，易粘壁；但進風(fēng)溫度高于200℃時，水分散失速度過快，囊壁表面凹陷，會使膠囊過熱出現(xiàn)裂縫，同時還會使壁材變性，降低其溶解性，降低產(chǎn)品質(zhì)量。另外出風(fēng)溫度不但影響到產(chǎn)品的干燥時間，對于微膠囊結(jié)構(gòu)和含水率有較大的影響。出風(fēng)溫度高，有利于減少產(chǎn)品顆粒的降速干燥時間，有利于產(chǎn)品形成完整致密的微膠囊結(jié)構(gòu)，但過高會導(dǎo)致膠囊過度受熱出現(xiàn)裂縫，降低產(chǎn)品質(zhì)量。出風(fēng)溫度低，芯材的揮發(fā)增強會導(dǎo)致微膠囊被脹破，包埋率下降，產(chǎn)品含水高，不利于保藏[18]。Drusch S[16]研究得出：盡管使用的壁材成膜性好，但是較高的進風(fēng)溫度和出風(fēng)溫度也可能會導(dǎo)致微膠囊充氣，未包埋的芯材量較多，過氧化值較高。

真空冷凍是將物料置于真空環(huán)境，通過控制凍結(jié)溫度保持在物料的共晶點溫度以下，凍結(jié)濕物料，在供給一定熱量后，迫使物料中的冰直接升華，達到除去物料中水分的目的。此方法適用于對熱、氧氣敏感型芯材油脂。Heinzelmann K等[4]研究得出，經(jīng)真空冷凍干燥可得到高品質(zhì)、氧化穩(wěn)定性好的粉末魚油，因為在噴霧干燥過程中接觸熱空氣會造成油脂芯材的氧化，而真空冷凍工藝在低溫低壓下進行，能有效的保護油脂。

復(fù)凝聚法是指兩種帶相反電荷的聚合物分子，通過混合體系而自發(fā)地發(fā)生相分離的過程，其結(jié)果是形成一個富含壁材的凝聚相和一個與之平衡的稀釋相。兩種壁材之間的復(fù)合凝聚可以通過改變體系的溫度、pH，加入無機鹽電解質(zhì)或稀釋等條件達到，反應(yīng)過程比較溫和，適于一些受劇烈條件變化的活細胞或不穩(wěn)定物質(zhì)的微膠囊化[21]。胡莉[22]研究了復(fù)凝聚法制備魚油微膠囊，因殼聚糖和阿拉伯膠這兩種帶相反電荷的聚電解質(zhì)在一定條件下能發(fā)生復(fù)凝聚反應(yīng)，形成具有粘彈性的膜，可以作為O/W型乳化液的壁材。魚油為脂溶性的熱敏物質(zhì)，先后與阿拉伯膠均質(zhì)乳化以及與殼聚糖復(fù)合凝聚，可在魚油液滴的外層覆蓋一層較厚的殼聚糖/阿拉伯膠膜，從而更好地保持魚油的理化性質(zhì)穩(wěn)定。但是復(fù)凝聚的反應(yīng)條件往往較難控制，且該反應(yīng)體系必須控制在稀溶液中進行，因而在工業(yè)上的應(yīng)用受到一定的限制，很多研究都還處于實驗階段。

2 粉末油脂的應(yīng)用

粉末油脂作為一種操作簡便、穩(wěn)定性好、貨架期長的油脂原料，其在食品工業(yè)和飼料工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。

2.1 在烘焙產(chǎn)品中的應(yīng)用

粉末油脂在烘焙中的應(yīng)用廣泛。將其加入到面包中可以使面包具有良好的保濕性，柔韌的口感，延緩了淀粉的老化，提高產(chǎn)品的貨架期。應(yīng)用于蛋糕中具有提高蛋糕的膨發(fā)性及持氣性的作用，并且可以延緩淀粉的老化，簡化生產(chǎn)過程，一定程度上也節(jié)約了成本[23]。

汪磊等[24]研究了粉末油脂的添加對蛋糕預(yù)混合粉粉質(zhì)的影響，并通過對蛋糕感官評定與質(zhì)構(gòu)分析，基本確定了蛋糕預(yù)混合粉中粉末油脂的添加量為5%。楊芳等[25]進行了馬芬蛋糕預(yù)拌粉的研究，配方中使用了0.6%的粉末油脂。徐梁等[26]研究了粉末油脂對面包專用粉流變學(xué)的影響，通過添加3%的起酥油和不同比率的粉末油脂進行面包對照試驗，借助感官評定和質(zhì)構(gòu)儀分析，最終確定添加6%的粉末油脂，可做出感官和質(zhì)構(gòu)俱佳的面包。

2.2 在配方奶粉、米粉、固體飲料等中的應(yīng)用

粉末油脂產(chǎn)品與乳粉、米粉等性狀相同，具有非常好的流動性和溶解特性，方便各種原料的混合均勻。配方奶粉中使用粉末油脂，主要有豆油、玉米油、棕櫚油、菜籽油、高油酸葵花籽油、椰子油等油種。也可以根據(jù)不同類型的配方奶粉，選擇不同脂肪酸組成的粉末油脂。

末油脂在固體飲料中已得到廣泛的應(yīng)用。植脂末是一種最早開始使用的粉末油脂。在市售咖啡、奶茶等固體飲料中均使用植脂末產(chǎn)品。植脂末可使固體飲料沖調(diào)后有奶質(zhì)感，提高產(chǎn)品的速溶性，提升產(chǎn)品的柔滑感。

2.3 在冰淇淋中的應(yīng)用

粉末油脂在軟冰淇淋預(yù)拌粉中的添加能顯著提高軟冰淇淋的膨化率和抗融性。粉末油脂與奶粉搭配可起到協(xié)同增效作用，改善奶粉重頭香、輕尾香的缺陷，使軟冰淇淋奶質(zhì)感更飽滿、更綿長，進一步提高產(chǎn)品品質(zhì)，并能有效降低成本。熊文珂等[27]根據(jù)《GB/T 20976-2007軟冰淇淋預(yù)拌粉》中的理化要求制定配方，在保證蛋白質(zhì)含量≥7.7%的前提下用粉末油脂代替部分奶粉，使軟冰淇淋產(chǎn)品成本降低，品質(zhì)得到提高。

2.4 在功能食品中的應(yīng)用

粉末油脂在功能食品中應(yīng)用主要體現(xiàn)在兩個方面。一是依據(jù)實際需要改善微膠囊壁材組成以提升功能性油脂在人體中消化吸收利用率、生物效價。二是采用特殊的油脂芯材營養(yǎng)強化食品。例如粉末魚油、粉末藻油、粉末胚芽油等微膠囊化功能性油脂可作為食品配料應(yīng)用于功能性飲料、食品中強化食品的營養(yǎng)價值。Gallardo G[28]等對微膠囊化亞麻籽油在面包中的應(yīng)用進行了研究，亞麻籽油營養(yǎng)強化面包與對照面包比較，具有外觀相同，但是營養(yǎng)強化后的面包α-亞麻酸含量顯著提高，提高了面包的營養(yǎng)價值。

2.5 在其他產(chǎn)品中的應(yīng)用

油脂作為畜禽生產(chǎn)中不可或缺的能量來源，可提高畜禽飼糧能量濃度；改善飼糧的適口性和外部感官特性；延長食糜在消化道中的停留時間，提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化率和動物的采食量；改善動物的生產(chǎn)性能和肉質(zhì)品質(zhì)[29]。已有研究[2,30]將油脂制作成粉末油脂作為畜禽飼料。例如將中短鏈脂肪酸含量多的椰子油制作的粉末油脂，容易被幼齡動物吸收，適用于乳豬料和斷奶仔豬料。

粉末油脂也可應(yīng)用到糖果、速凍食品餡料、方便食品調(diào)味包等產(chǎn)品中，相對于固體油脂和液體油脂來說，粉末油脂帶來的方便性和可操作性是顯而易見的，同時也對產(chǎn)品品質(zhì)帶來了改善。

3 展望

現(xiàn)在對于微膠囊粉末油脂的研究較成熟，已經(jīng)走向工業(yè)化生產(chǎn)。但是在微膠囊粉末油脂（尤其是含有不飽和脂肪酸的粉末油脂）的制備、儲存和應(yīng)用中還存在不少的問題和矛盾。例如工藝條件與產(chǎn)品穩(wěn)定性之間，微膠囊效率與載油量之間，特殊氣味的掩蓋方面（例如魚油、藻油），特殊營養(yǎng)需要（低反式酸、低飽和脂肪酸）方面，產(chǎn)品的多樣化、個性化方面等等。目前要解決這些問題主要靠不斷研制和復(fù)配出新型壁材(包括乳化劑)，開發(fā)新的微膠囊化方法并將兩者結(jié)合起來。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的新興技術(shù)將應(yīng)用于微膠囊化粉末油脂，以滿足不同的市場需求，也將會為其發(fā)展帶來新的契機。

[1]李佳棟，陳昊，許慧，等. 微膠囊化大豆粉末油脂包埋技術(shù)的研究[J]. 食品工業(yè)科技，2013(5):244-246.

[2]高紅日，鄭聯(lián)合，陳艷，等. 椰子油粉末油脂制備工藝研究[J]. 糧食與油脂，2011(9):24-26.

[3]Aghbashlo M，Mobli H，Rafiee S，et al. Optimization of emulsification procedure for mutual maximizing the encapsulation and exergy efficiencies of fish oil microencapsulation[J]. Powder Technology，2012，225:107-117.

[4]Heinzelmann K，F(xiàn)ranke K. Using freezing and drying techniques of emulsions for the microencapsulation of fish oil to improve oxidation stability[J]. Colloids and Surfaces B:Biointerfaces，1999(12):223-229.

[5]Laohasongkrama K， Mahamaktudsanee T，Chaiwanichsiri S. Microencapsulation of Macadamia oil by spray drying[J]. Procedia Food Science，2011，1:1660-1665.

[6]Quispe-Condori S， Salda? a M.D.A，Temelli F. Microencapsulation of flax oil with zein using spray and freeze drying[J]. LWT-Food Science and Technology，2011，44:1880-1887.

[7]張曉斌，陳強. 燕麥胚芽油的提取及微膠囊化工藝研究[J]. 糧食科技與經(jīng)濟，2012，37(1):34-35.

[8]王彪，劉杰. 以變性淀粉為壁材制備耐酸型植脂末的研究[J]. 中國食品添加劑，2013(1):165-169.

[9]Serfert Y，Drusch S，Schmidt-Hansberg B，et al. Process engineering parameters and type of n-octenylsuccinate-derivatised starch affect oxidative stability of microencapsulated long chain polyunsaturated fatty acids[J]. Journal of Food Engineering，2009(95):386-392.

[10]葛昕，費學(xué)謙，陳焱，等. 不同壁材組合油茶籽油微膠囊的性能研究[J]. 中國油脂，2013，38(2):26-29.

[11]Drusch S. Sugar beet pectin: A novel emulsifying wall component for microencapsulation of lipophilic food ingredients by spray-drying[J]. Food Hydrocolloids，2007(21):1223-1228.

[12]馬婷婷，郝果，賈琳斐，等. 杜仲籽油的提取及其微膠囊的制備[J]. 農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊，2012(10):81-85.

[13]Wang R X，Tian Z G，Chen L Y. A novel process for microencapsulation of fish oil with barley protein[J]. Food Research International，2011(44):2735-2741.

[14]Quispe-Condori S， Salda? a M D，Temelli F. Microencapsulation of flax oil with zein using spray and freeze drying [J]. LWT - Food Science and Technology，2011(44):1880-1887.

[15]Frascareli E C，Silvaa V M，Tonona R V. et al. Effect of process conditions on the microencapsulation of coffee oil by spray drying[J]. Food and Bioproducts Processing，2012(90):413-424.

[16]Drusch S，Berg S. Extractable oil in microcapsules prepared by spray-drying: Localisation，determination and impact on oxidative stability[J]. Food Chemistry. 2008，109:17-24.

[17]Tonon R V，Grosso C R，Hubinger M D. Influence of emulsion composition and inlet air temperature on the microencapsulation of flaxseed oil by spray drying[J]. Food Research International. 2011，44:282-290.

[18]王麗娟，李志芬，閆心麗，等. 芝麻油微膠囊化復(fù)合壁材的選擇及工藝條件的研究[J]. 糧油加工. 2007，3:56-59.

[19]牛廣財，朱丹，李志江，等. 南瓜籽油微膠囊化的研究[J]. 食品科學(xué). 2007，23:181-185.

[20]孫蘭萍，龍馬，斌張，等. 杏仁油微膠囊制備工藝的優(yōu)化[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2008，24:253-259.

[21]Kosaraju S L，D’ath L，Lawrence A. Preparation and characterisation of chitosan microspheres for antioxidant delivery[J]. Carbohydrate Polymers，2006，64(2):163-167.

[22胡莉. 殼聚糖/阿拉伯膠復(fù)凝聚制備魚油微膠囊的研究[D]. 青島：中國海洋大學(xué)，2010.

[23]孫艷輝，張宜鳳，梁軍. 粉末油脂的開發(fā)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J]. 農(nóng)業(yè)機械，2012(3):38-40.

[24]汪磊，周堅，孫啟發(fā)，等. 蛋糕預(yù)混合粉中粉末油脂添加的研究及 SPSS軟件在蛋糕品質(zhì)分析中的應(yīng)用［J］. 等糧食與食品工業(yè)，2009，16 (3):22-25.

[25]楊芳，馬林云，鄭淑珍. 馬芬蛋糕預(yù)拌粉的研究［J］. 中國食品添加劑， 2011(2):191-192.

[26]徐梁，文平. 粉末油脂在面包預(yù)混合粉中應(yīng)用的研究［J］. 糧油加工， 2008（10）：90-92.

[27]熊文珂，蔣瑜，凌德娣，等. 粉末油脂在軟冰淇淋預(yù)拌粉中的應(yīng)用[J]. 食品安全導(dǎo)刊，2011(8):53-54.

[28]Gallardo G，Guida Leticia ，Martinez V ，et al. Microencapsulation of linseed oil by spray drying for functional food application[J]. Food Research International，2013(52):473-482.

[29]宋永泉，李東章.粉末油脂的生產(chǎn)及其在飼料中的應(yīng)用[J].中國商辦工業(yè)，1999，11(3):40-42.

[30]李新華，路新. 飼料用粉末油脂制備工藝參數(shù)研究[J]. 飼料工業(yè)，2013，34(1):15-18.