微胶囊加工技术论文(2)
微胶囊加工技术论文篇二
微胶囊技术的功能特性及耐高温型微胶囊的研究现状
摘要：微胶囊技术是近年来应用较为广泛的生产技术，通过对食品成分的微胶囊化，可以有效保护其功能成分，增加产品的稳定性。本文综述了微胶囊技术的特点，功能，以及在食品工业中的应用，同时指出了微胶囊制备技术今后的发展趋势和前景。
关键词：微胶囊 功能 应用 食品工业
随着人们生活水平的提高，食品工业飞速发展，微胶囊技术越来越受到人们的青睐。微胶囊技术就是指利用高分子材料，将固体，液体，气体物质包裹起来，形成具有半透性或密封囊膜的，粒子处于2-1000μm范围内的技术[1]。微胶囊内部包埋的物质称为芯材，外部包囊的囊膜称为壁材[2]。微胶囊自问世以来， 得到了快速的发展， 已越来越多的应用于医药、材料、日化、农业方面， 尤其是在食品行业，许多由于技术屏障而难以利用的产品，通过微胶囊技术便得以实现，使原有产品的品质得到了大大的提高，与人们的生活息息相关[3]。
1. 微胶囊的功能与作用
微胶囊的功能作用很多，很多产品利用微胶囊技术，其潜力可以得到大大提高。总的来说，微胶囊的作用有如下几个方面：
1.1 改变物质的质量、体积、状态和性能
液体物质或者气态物质由于自身物理性质的决定，在运输、应用、保存方面有较大的限制。但是若能将其制成微胶囊产品，便可以改变其物理状态，由自由流动的液体、气体等物质变成固态，便可以有效解决上述问题，提高在保藏、运输方面的优势[4]。
1.2 控制芯材释放
微胶囊产品最大的特点就是控制芯材释放[5]。因为微胶囊是具有半透性或全封闭式囊膜的微小粒子，因此在其中包裹的芯材，其释放能够得到一定的控制。可以通过渗透原理，选择合适的壁材或合适的制备方法制造出以设计好的释放速度释放芯材物质的微胶囊，利用这一特点，可以很好的调节目标物质的释放速度和释放方式[6]。如在医药行业中使用某种药品时，若想在一定时间内慢慢释放出药物，就可以采用微胶囊技术，用具有一定半透性作用的材料为壁材，所制备出的微胶囊制剂就会在进入人体后以一定的速度释放出药物，以达到调节控制药物释放的作用，这样便可以制备出高质量、具有一定控释作用的药品，增大了药物的应用空间[7]。
1.3 保护敏感成分
由于一些物质很容易受氧气、温度、水分、pH值等环境因素的影响，从而产生不良的应用效果，影响产品的品质。利用微胶囊技术可以将这些不稳定、易受环境因素影响的物质包埋起来，便可阻挡其与环境的接触，提高敏感成分在环境中的耐受力，免于氧化变质，保证产品的营养品质和应用效果[8]。例如香精香料是一种广泛用于食品的添加剂，若以阿拉伯胶、明胶包埋后既可提高该化合物的抗氧化能力，提高其稳定性;又能控制易挥发物质的挥发损失，延长贮存时间[9]。
1.4 掩盖不良味道和色泽
有些物质因自身带有一些让人不愉快的气味，如臭味、海鲜类的腥味、花椒、辣椒等调味料的辛辣、刺激味等，影响整体食品体系的感官和应用[8]。或者因为一些物料色泽不佳也会影响整个食品体系的品质。利用微胶囊技术，能够有效地屏蔽隔离这些不良气味和色泽，同时还能保证产品的营养和作用，制得的微胶囊产品在口腔中不溶化，而在消化道中溶解，释放出内容物，发挥其营养作用。氨基酸有维持机体生长发育的氨平衡功能， 能治疗肝病及乙基砷、苯中毒， 但其奇特的臭味使人难以接受， 微胶囊化后， 就可掩盖其臭味。
1.5 降低对人体的毒副作用
在医药工业中，一些药品会带有一定的毒副作用，在使用中会对人体其他器官造成一定的伤害。将这些药物制剂制成微胶囊已形成半透性或全封闭的囊膜，不光能大大提高药物敏感成分的稳定性，而且具有控制释放、缓释的作用，不会造成短时间内大剂量对人体的伤害，还能降低药物的添加量[11]。如乙酰水杨酸、FeSO4等药物通过微胶囊的手段可以控制药物在人体中的释放速度来减轻肠胃疼痛。因此对于制药工业来说，可采用微胶囊技术制造一些药物的靶制剂，已达到降低对人体的毒副作用的效果[12]。
1.6 隔离不相容组分[13]
一些物质有可能在一个体系中互相反应，从而影响整个食品的品质。若能够将这些能互相反应成分分别进行微胶囊化，就能有效避免不兼容的组分间相互影响的缺点。同时，由于微胶囊的缓释控释作用使得目的物有序释放，分别发生作用，从而提高整个食品的质量。比如说有些食品对酸度敏感，若添加酸度大的添加剂，酸度值会变化很大，会引起食品感官品质的变化，如能将这些添加剂制成微胶囊，便可以避免这些缺点，并且还能延长产品货架期[14]。
2.耐高温微胶囊的制备技术及其研究进展
随着食品工业的飞速发展，研制适合不同加工条件需要的微胶囊已变得越来越重要，在某些加工条件较高的食品行业中，如高温焙烤行业，加工的温度常常高达200℃以上，如果将香精微胶囊应用到焙烤食品、微波食品或油炸食品中时，要求香精微胶囊能够在高温中不释放或缓慢释放芯材，而在食用过程中大量释放芯材。但目前工业上广泛采用喷雾干燥法制备的微胶囊有多种缺陷。如：颗粒表面经常有孔隙，会导致芯材渗出进而氧化挥发。此外微胶囊壁材具有水溶性，特别是在焙烤制品制作过程中加水配料时会导致微胶囊壁材溶解破裂，芯材香精释放，影响了其作为微胶囊的使用效果，因此，单纯的喷雾干燥法不适宜直接制备具有耐高温特性的微胶囊产品。应该选择其他方法制备此类微胶囊，目前应用较多的方法有以下几种：
2.1 环糊精法制备微胶囊
环糊精(CDs)是一种由淀粉经过酶解后形成的具有环状结构的淀粉衍生物。整个分子成中空的环状，环的外侧由具有亲水性的葡萄糖的多羟基组成，内部由疏水性的C-H键和环氧基组成，所以整个分子具有外部亲水内部疏水的特殊结构。因此可以利用这种特性来包埋疏水性的物质，由于环中内腔与疏水性的芯材物质之间的作用力是较为紧密的氢键、疏水作用力等，因此结合较为紧密牢固，芯材物质不容易逸出，结构较为稳定，在高温的作用下这种结构不易被破坏[36]。 朱卫红，许时婴[37]研究发现，经β-环糊精包埋的薄荷油比辛烯基琥珀酸酯化淀粉制备的微胶囊具有更好的热稳定性。高晗等[38]研究了β- 环糊精对山楂黄铜的包合作用，优选出的包合工艺条件为：芯材与壁材的比为1∶5 (mL/g)，壁材浓度为3%，包合时间为15min，在这种情况下，包埋效率达76.3%。李柱[39，40]对比了β-环糊精法和喷雾干燥法制备的甜橙油微胶囊，在200℃的高温下，环糊精微胶囊的释放速率低于喷雾干燥微胶囊，环糊精法制备的微胶囊在高温下具有较好的热稳定性。赵星华[41]等用β-环糊精包埋了蓝桉油，包和率达81.4%，稳定性大大提高。同时，改性的β-环糊精也可以应用于微胶囊的制备，改性之后，其各方面的性质得到改观，性质更为稳定，因此制得的微胶囊性质也会更加稳定，如进行烷基化、羧基化、酰化等方法[42]。改性的环糊精也如改性纤维素一样在食品、药品中得到了较大的发展。
2.2 复合凝聚法
复凝聚法制备的微胶囊经固化后壁膜能够形成稳定的网状结构，即使在高温，高湿作用下微胶囊也不易解聚，可以较好地保持微胶囊的状态，能够最大程度的减少芯材的损失。然而由于其制备过程较为繁琐，生产成本也比较高，且在生产中使用甲醛、戊二醛等有毒化学物质作为固化剂，不适合应用于食品行业。关于复凝聚的研究并不是很多，很多都在实验室阶段或处于专利保护状态，但是复凝聚法的发展方向主要集中在新型壁材的使用，固化方法的研究及不同芯材的包埋。
复凝聚法最最具代表性的壁材是明胶和阿拉伯胶，他们在微胶囊方面的应用已经比较成熟了，而近年来也在突破与此寻找更好的能够代替他们的壁材。朱丽云[43]等用壳聚糖和阿拉伯胶为壁材，用复凝聚法对香精香料进行了包埋。在此基础上加入多糖溶液或蛋白质溶液，再进行喷雾干燥，可以适当增加膜厚，提高产品的货架期。有报道的一项专利[44]以阴离子糖类和乳清蛋白为壁材，用复凝聚法包埋维生素。经验证，用乳清蛋白代替明胶也能取得较好的包埋效果，其优点是条件温和，生产的柑橘油微胶囊具有较长的货架期及良好抗氧化性。肖作兵[45]等采用复凝聚-喷雾干燥法，以壳聚糖和三聚磷酸钠为壁材，制备出了牛肉香精的纳米级微胶囊，得到的香精的装载量为71.6%，香气稳定。羧甲基纤维素、乙基纤维素等阴离子型多糖也可用来做壁材，常用来与壳聚糖复配 [46，47]，实验证明，用这些壁材制得的微胶囊也能取得较好的包埋效果。近些年来，研究已突破传统的壁材，寻找和开发新型壁材以提高复凝聚的效果，或与其他制备方法相结合，更好的发挥耐热功效，这些都将具有重大的意义。
在固化过程中，通常是采用化工常用的甲醛、戊二醛等作为固化剂，其原理是在明胶分子的脯氨酸和羟脯氨酸之间形成共价联接，生成具有稳定性质的三维网状结构的微胶囊。近年来许多学者研究开发利用其他对人体无害的固化剂或采用新型的工艺来达到固化效果，以免除对人体的危害。Subram[48]等用含有多酚类物质作为固化剂，将壁材固化，与传统的用甲醛固化的效果相比，具有更好的热稳定性。一项专利表明[49]等以明胶、阿拉伯胶、改性纤维素为壁材，对油进行包埋。采用戊二醛、甲醛共同作为固化剂，没有发现升温后粘度提高、结块、溶液变色等现象。而单独以戊二醛作为固化剂时，会出现此类现象。
2.3 挤压法
挤压法以碳水化合物作为壁材对不稳定、高敏性或易发挥发的香精香料等物质进行微胶囊，是目前研究较热的方法。如二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、油树脂以及香精香料等[50]，壁材多选用糖类、或可形成弹性膜的物质。这种方法的优点是，产品的保质期时间长、敏感的风味物质能够得以保护，但它的不足之处是，保藏温度不能过于高，包埋率比较低;有报道以蛋白质作为微胶囊的壁材，采用挤压法对许多调味香精如香蕉、香橙、草莓香精进行了微胶囊化，取得了良好的效果[51]。
3.展望
随着微胶囊技术的不断深入研究，其在食品工业中已经取得了很大进步，但仍存在许多亟待解决的问题，特别是在耐高温微胶囊的领域中，有关报道还相对较少，目前主要的解决途径是，探讨壁材的作用机理，新型壁材的开发，壁材的复配，以及制备方法的开发，有助于开展具有耐高温微胶囊的研究。
基金项目：研究生专项科研项目(12YKZ040)
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