油脂微膠囊化的研究進(jìn)展

許彬

德樂綠莊園（徐州）食品有限公司（徐州 221000）

油脂來源廣泛、營養(yǎng)豐富，具有特殊的芳香氣味，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品及化妝品等領(lǐng)域。油脂含有多種生物活性物質(zhì)。葡萄籽油[1]、白刺籽油[2]均含有豐富的不飽和脂肪酸，其中，亞油酸的含量高于60%，具有降低膽固醇、預(yù)防動脈硬化等功效。魚油中富含ω-3多不飽和脂肪酸，其中二十碳五烯酸（EPA）可清除堆積在血液中脂質(zhì)，顯著降低心血管疾病的發(fā)生概率。二十二碳六烯酸（DHA）可增強(qiáng)記憶力、注意力，維持腦部細(xì)胞正常新陳代謝[3]。大豆胚芽油富含生育酚、磷脂、植物甾醇等成分，具有降低血液中膽固醇含量、清除體內(nèi)自由基、預(yù)防癌癥和皮膚老化等生理功效[4-5]。

雖然油脂在食品、醫(yī)藥中有很高的應(yīng)用價(jià)值，但一些因素使油脂的開發(fā)利用受到限制。研究發(fā)現(xiàn)，不飽和脂肪酸含量高的油脂在貯藏時易氧化變質(zhì)，產(chǎn)生哈喇味，甚至生成有毒有害物質(zhì)，如醛類和酮類物質(zhì)等，從而引發(fā)癌癥和機(jī)體衰老[6-7]。由于油脂的黏度較大，含油的調(diào)料和湯料在包裝時操作難度大。油脂不溶于水及強(qiáng)烈的不良風(fēng)味等，使其在食品中的應(yīng)用也受到一定限制，如魚油具有的魚腥味[8]。此外，木姜子油具也存在香味成分易揮發(fā)，留香時間短等問題[9]。隨著消費(fèi)者對營養(yǎng)健康食品需求的日益旺盛，減少油脂對加工過程的制約、拓寬油脂的應(yīng)用范圍，成為油脂產(chǎn)業(yè)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

微膠囊技術(shù)是一種包埋和保護(hù)技術(shù)，其通過特定的方法利用高分子成膜材料制成密封性或半透性的微型膠囊，可將不同狀態(tài)的物料包埋在微膠囊內(nèi)部，形成密閉的或具有一定通透性的微小顆粒[10]。在原物料的形態(tài)改變、緩釋和不良風(fēng)味掩蔽等方面有顯著作用，可應(yīng)用于食品類的脂肪、香料香精、維生素類、食用色素、甜味劑、膨松劑和調(diào)味料等原料加工上，也可應(yīng)用于醫(yī)藥、印刷、化肥等領(lǐng)域[11-12]。微膠囊技術(shù)是一項(xiàng)偉大技術(shù)，它解決了許多方面難題，得到很多科學(xué)工作者的重視，使之在更為廣泛的領(lǐng)域中得到應(yīng)用。概述近年來國內(nèi)外在油脂微膠囊化的研究進(jìn)展，并展望其發(fā)展趨勢。

1 微膠囊技術(shù)的概念

微膠囊技術(shù)是一種將高分子成膜材料制成密封性或半透性的微型膠囊，可將不同狀態(tài)的物料包埋在微膠囊內(nèi)部，形成密閉的或具有一定通透性微小顆粒的方法，所制得的這一微小顆粒稱為微膠囊，制作微膠囊的這一過程稱為微膠囊化。微膠囊內(nèi)部包埋的不同狀態(tài)的物料稱為芯材，外層的囊膜稱為囊殼或囊壁，所使用的高分子成膜材料稱為壁材[10]。壁材的結(jié)構(gòu)多為單層，壁的厚度一般為0.5~150 μm。

微膠囊化所用的壁材、芯材和微膠囊化的方法都會影響微膠囊顆粒的大小和與形態(tài)。微膠囊顆粒的粒徑范圍一般從零點(diǎn)幾微米到數(shù)毫米，通常粒徑小于1 μm的微膠囊稱為納米膠囊[13]。噴霧干燥法微膠囊顆粒直徑在20~150 μm，單/復(fù)凝聚法微膠囊顆粒直徑在1~500 μm之間。微膠囊顆粒的形態(tài)包括橢球形、柱形、球形和無定形等，其形態(tài)與所制備的工藝技術(shù)密切相關(guān)。采用微膠囊技術(shù)可以達(dá)到將芯材與空氣隔離，控制芯材的釋放，延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，掩蔽不良?xì)馕兜饶康腫14]。

2 微膠囊常用的制備方法

微膠囊常用的制備方法有很多種，根據(jù)微粒制備原理不同，可分為三大類[15]。制備方法分類與技術(shù)特點(diǎn)見表1。

表1 微膠囊常用的制備方法與技術(shù)特點(diǎn)

微膠囊技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢：1）改變原料芯材原有的物理、化學(xué)性質(zhì)，如液態(tài)油脂經(jīng)微膠囊化后轉(zhuǎn)化為固體粉末油脂，其狀態(tài)、溶解性都發(fā)生變化；2）增強(qiáng)芯材對環(huán)境因素的抵抗力，保護(hù)敏感成分，主要體現(xiàn)在降低和減少有些易揮發(fā)物質(zhì)和活性物質(zhì)受外界環(huán)境的影響；3）改變芯材的釋放速率，使芯材按照需求在合適的時間以一定的速度釋放，有效利用芯材成分；4）掩蔽或減弱芯材的不良?xì)馕逗惋L(fēng)味；5）制備方法多，且生產(chǎn)工藝操作簡單[16]。總的來說，通過微膠囊技術(shù)可增強(qiáng)芯材對外部環(huán)境的抵抗能力，延長其產(chǎn)品的保質(zhì)期，同時通過這些改變增加使用方便性，微膠囊技術(shù)解決傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的許多問題，極大地推動食品工業(yè)的進(jìn)步。

3 微膠囊在油脂中的應(yīng)用

通常情況下，常溫條件大部分油脂呈液態(tài)或半固態(tài)，不便于運(yùn)輸和加工使用；油脂還容易氧化酸敗，產(chǎn)生不良的氣味并帶來食用健康問題。利用微膠囊技術(shù)將油脂制成固體粉末，可減緩油脂的氧化酸敗，同時對于一些不良?xì)馕哆€具有遮蓋作用。油脂微膠囊化后得到的產(chǎn)品為粉末狀，在食品工業(yè)中具有很大市場空間。植脂末（奶精）是粉末油脂的代表產(chǎn)品，它應(yīng)用廣泛，包括咖啡伴侶、奶茶、冰淇淋等食品；通常提到植脂末，人們常想到反式脂肪酸，事實(shí)上目前工業(yè)生產(chǎn)上已經(jīng)可以提供零反式脂肪酸的植脂末，但由于價(jià)格等因素限制，在日常生活中還未普及。

近年來，越來越多的專家致力于油脂微膠囊化的研究，如油茶籽油、大豆胚芽油、亞麻籽油、松籽油等。葛昕等[17]以大豆分離蛋白與麥芽糊精為壁材，采用微膠囊技術(shù)包埋油茶籽油，制備的產(chǎn)品包埋效率高，顆粒形態(tài)完整，且具有較好的沖調(diào)性。吳隆坤等[18]以阿拉伯膠為壁材，采用微膠囊技術(shù)包埋大豆胚芽油，大豆胚芽油的微膠囊化延緩了油脂的氧化裂變，增加了油脂的貯藏穩(wěn)定性。Asli等[19]以麥芽糊精與豆類蛋白為壁材，采用微膠囊技術(shù)包埋亞麻籽油，油脂的包埋率為88%。汪鴻等[20]以阿拉伯膠、β-環(huán)糊精、Tween 80為壁材，采用微膠囊技術(shù)包埋松籽油，油脂包埋率為92.84%。

4 噴霧干燥法制備微膠囊

噴霧干燥法是微膠囊技術(shù)中最常用的方法[21]。噴霧干燥是液態(tài)物料或者漿狀物料經(jīng)過輸送進(jìn)入霧化器形成霧狀小液滴，在干燥室內(nèi)與熱風(fēng)進(jìn)行熱量質(zhì)量傳遞，蒸發(fā)除去部分液體轉(zhuǎn)變成干粉的過程。該方法設(shè)備工藝簡單，操作方便，在食品、藥品及化妝品中得到廣泛應(yīng)用[22]。噴霧干燥的初期壁材會形成網(wǎng)狀層，在熱風(fēng)的作用下蒸發(fā)掉網(wǎng)狀層中的水分，但芯材不能移出留在網(wǎng)狀層內(nèi)；噴霧干燥完成后水分完全蒸發(fā)，壁材形成致密的微膠囊，將芯材包埋在內(nèi)部形成微膠囊產(chǎn)品[23]。

噴霧干燥成套設(shè)備包括物料輸送、熱風(fēng)輸送、霧化、干燥和分離等五部分。物料輸送系統(tǒng)可由高壓泵、蠕動泵等完成；熱風(fēng)輸送系統(tǒng)需要良好的能量交換器和風(fēng)機(jī)；霧化系統(tǒng)依靠壓力、離心力等將乳液霧化為小液滴；干燥系統(tǒng)依靠不同的干燥器來完成；分離系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)氣體與粉狀固體顆粒的分離。

噴霧干燥法生產(chǎn)微膠囊粉狀固體顆粒的流程：（1）芯材和壁材分別與相關(guān)原料、溶劑融合；（2）經(jīng)由高剪切完成芯材、壁材的預(yù)乳化；（3）預(yù)乳化液經(jīng)由均質(zhì)機(jī)均質(zhì)形成均一乳液；（4）乳液由輸送系統(tǒng)送入干燥室，在干燥室內(nèi)完成霧化、干燥；（5）經(jīng)由收集器收集完成加工。工藝流程見圖1。與其他方法相比，噴霧干燥法有諸多優(yōu)勢：生產(chǎn)過程簡單，操控方便，制備時間短；可連續(xù)生產(chǎn)且批量可調(diào)；產(chǎn)品質(zhì)量好，分散性和溶解性均較好，符合環(huán)保要求等。

圖1 噴霧干燥法生產(chǎn)微膠囊粉狀固體顆粒的工藝流程

5 微膠囊化的壁材

有很多種原料可以作為微膠囊化產(chǎn)品的壁材，壁材的選擇主要考慮幾種情況：（1）根據(jù)芯材的特性選擇壁材，芯材與壁材要兼容性好，不會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；（2）壁材本身具有優(yōu)勢，如具備較好的溶解分散性、乳化穩(wěn)定性；（3）具有無毒無致癌性，尤其是食品工業(yè)用壁材要符合食品安全要求；（4）所選壁材要獲取方便且來源廣泛，做到質(zhì)優(yōu)價(jià)廉[24-25]。

微膠囊產(chǎn)品的壁材分為三大類：一是蛋白質(zhì)類，包括酪蛋白（如酪蛋白酸鈉）、明膠、大豆蛋白；二是碳水化合物，包括變性淀粉（如磷酸酯類、辛烯基琥珀酸酐類），淀粉糖漿（如麥芽糖漿、葡萄糖漿），樹膠（如阿拉伯膠、桃膠）；三是蠟及脂類，包括動物油脂（如羊毛脂），植物油脂（如棕櫚油、氫化椰子油），動物蠟（如蜂蠟）、植物蠟（如棕櫚蠟）。

阿拉伯膠主要由多糖和蛋白質(zhì)組成，兩者的比值約49︰1。阿拉伯膠中有一部分為阿拉伯半乳聚糖蛋白的混合物（APG），其蛋白質(zhì)-多糖結(jié)構(gòu)使其既具有水溶性又具有油溶性，可在油水兩相間形成具有黏彈性的膜，從而使乳液體系具有較強(qiáng)穩(wěn)定性，所以阿拉伯膠的乳化穩(wěn)定性較好[26-27]。阿拉伯膠還具有高濃度低黏度、熱穩(wěn)定性和耐酸堿穩(wěn)定性，所以它是一種制備乳化香精和香料香精微膠囊的傳統(tǒng)壁材[28]。阿拉伯膠應(yīng)用實(shí)例見表2。

表2 阿拉伯膠在微膠囊技術(shù)中的應(yīng)用實(shí)例

環(huán)糊精是一種無毒的環(huán)狀低聚糖，它是由淀粉在酶作用下分解形成的，作為壁材廣泛應(yīng)用于油脂微膠囊化。環(huán)糊精最常見的形式分為α、β、γ這3種[33]。β-環(huán)糊精的“錐桶型”具備空腔，且兩端開口。空腔內(nèi)側(cè)由于碳?xì)滏I的存在而具有疏水性，空腔外側(cè)分布著—OH而具有親水性，由于β-環(huán)糊精同時具有的疏水性和親水性，從而使其能夠與多種化合物形成復(fù)合物[34]。β-環(huán)糊精的特殊結(jié)構(gòu)可以起到保護(hù)、穩(wěn)定乳液體系，增加芯料溶解性的作用，因此在食品、醫(yī)藥、化妝品等諸多領(lǐng)域有很多應(yīng)用。β-環(huán)糊精應(yīng)用實(shí)例見表3。

表3 β-環(huán)糊精在微膠囊技術(shù)中的應(yīng)用實(shí)例

辛烯基琥珀酸淀粉鈉又稱為純膠，是由辛烯基琥珀酸酐和淀粉經(jīng)酯化反應(yīng)制得的酯類物質(zhì)，具有親水親油性。純膠既具有親油性的碳鏈，又有親水性的淀粉多糖鏈，這使其具有良好的乳化效果。由于純膠具備高濃度時黏度低、穩(wěn)定性高、價(jià)格較低、產(chǎn)量穩(wěn)定等特點(diǎn)，在一定程度上是阿拉伯膠的理想取代物[40]。純膠在食品上主要作為食品乳化劑和噴霧干燥的壁材使用。用其制得乳化香精與用阿拉伯膠制得的產(chǎn)品具有同樣的穩(wěn)定性，但成本較低；由于辛烯基琥珀酸淀粉鈉乳化性、成膜性較好，且高濃度時黏度低，所以在噴霧干燥應(yīng)用中能得到較高的包埋率和產(chǎn)率。

在選擇壁材時，考慮到一種壁材往往不能滿足生產(chǎn)的需求，通常會采用復(fù)合壁材。所謂復(fù)合壁材指的是將2種或者多種壁材原料混合后所形成的壁材。復(fù)合壁材由于在設(shè)計(jì)配方時考慮各單一壁材的性能互補(bǔ)、協(xié)同增效，所以較單一壁材具有低成本高性能優(yōu)勢。

6 衡量微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量通常由感官標(biāo)準(zhǔn)、包埋量、包埋率、表面油率、產(chǎn)品流動性等方面衡量。

6.1 感官標(biāo)準(zhǔn)

微膠囊產(chǎn)品的顏色應(yīng)是白色或乳白色，具有原料特有的氣味和滋味，無不良?xì)馕?，且具有良好的沖調(diào)性。

6.2 包埋量

包埋量指的是微膠囊產(chǎn)品芯材與壁材的比值，生產(chǎn)效率與包埋量呈正相關(guān)，包埋量越大生產(chǎn)效率越高。

6.3 包埋率

包埋率表示油脂芯材真正被壁材包埋的百分比，其值越高越好。

6.4 表面油率

在微膠囊化過程中由于工藝或配方原因，部分芯材未被包埋而附著在微膠囊表面，或者部分微膠囊破損不完整，逐漸釋放滲出芯材，這兩部分芯材占芯材總量的比值稱為表面油率，其值越低越好。

6.5 流動性

微膠囊粉末成品應(yīng)有較好流動性，若成品的流動性不好，可通過添加抗結(jié)劑和噴霧干燥工藝優(yōu)化提高其流動性[41]。

7 展望

采用微膠囊化技術(shù)包埋油脂過程中的主要問題：選擇正確的壁材、適宜的壁芯比及產(chǎn)品的制備工藝。壁材可保護(hù)油脂免受外界環(huán)境的干擾，減緩油脂的氧化酸敗，但油脂微膠囊化過程中性能優(yōu)良且成本低廉的新型壁材較少，這就需要深入了解壁材的微觀結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)及包埋作用機(jī)理。壁芯比是油脂微膠囊化過程中的重要因素，壁芯比過低會導(dǎo)致油脂包埋率降低，過高會導(dǎo)致壁材的浪費(fèi)，這就要求選擇合適的壁芯比，從而不僅提高油脂的包埋率，而且降低生產(chǎn)成本。適宜的制備工藝篩選，需要深入了解微膠囊在制備過程中壁材、芯材和水三者之間相互作用，以及水的動態(tài)變化過程。另外，油脂的微膠囊化從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化生產(chǎn)是一個漫長的過程，在進(jìn)一步加大微膠囊化基礎(chǔ)研究的同時，還要加強(qiáng)工業(yè)化生產(chǎn)的應(yīng)用研究。

8 結(jié)語

微膠囊技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)用價(jià)值高且應(yīng)用廣泛的新技術(shù)。油脂來源廣泛、營養(yǎng)豐富，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品及化妝品等領(lǐng)域中，但其不飽和脂肪酸含量高，易被氧化變質(zhì)，這限制了其應(yīng)用范圍。采用微膠囊化技術(shù)將油脂包埋形成微膠囊，不僅增強(qiáng)了油脂對環(huán)境的抵抗能力，延長了保質(zhì)期，掩蔽不良?xì)馕?，而且使油脂由液體轉(zhuǎn)化成固體，易于包裝、貯藏、運(yùn)輸和使用，從而拓寬油脂的應(yīng)用范圍。隨著我國居民生活水平的逐漸提高，對健康且營養(yǎng)食品的需求量會越來越大，進(jìn)一步加強(qiáng)油脂微膠嚢化技術(shù)的理論和工業(yè)化應(yīng)用研究具有重要且深遠(yuǎn)的意義。