1微膠囊技術的概述

1.1微膠囊技術的基本概念

微膠囊技術（Microencapsulationtechnology）是指將分散的固體顆粒、液滴甚至氣體用天然或合成的高分子材料包裹成微小的、具有半透性或密封囊膜的微型膠囊的技術。所得到的微小粒子叫做微膠囊（microcapsule），其內部所包裹的物料稱為芯材或囊芯，芯材可以是固體、液體或者氣體，也可以是他們的混合體；外部的囊膜稱為壁材或囊壁，通常是單層結構，也可由多層結構包埋。微膠囊粒徑一般為1μm～1000μm，小于1μm的微膠囊稱為納米微囊。微膠囊的囊壁可以在加壓、加熱或者輻射的條件下破裂，從而釋放包裹的芯材，達到所需要的應用效果；也可以不破壞囊壁，通過選擇成膜材料或改變膜囊厚度等方法調節芯材透過囊壁向外界釋放的時間和速度。微膠囊技術可以改變物質存在的狀態、保護敏感成分、隔離物料間的相互作用、降低揮發性、控制釋放、混合不相溶成分并降低某些化學添加劑毒性、延長貯存時間等，微膠囊技術所具有的這些獨特優點，正是該技術倍受人們關注的原因，如今，微膠囊技術已成功應用于食品、化工、醫學、農藥、生物技術等諸多領域。

1.2微膠囊技術的發展簡史

微膠囊技術的研究始于20世紀30年代，美國大西洋海岸漁業公司（AtlanticCoastFishers）于1936年提出在液體石蠟中，以明膠為壁材制備魚肝油—明膠微膠囊的方法，這是最早的微膠囊專利。20世紀40年代末，微膠囊技術開始取得重大成果，美國的Wurster采用空氣懸浮法制備微膠囊，并成功用于藥物包衣，是利用機械方法制備微膠囊的先驅者，空氣懸浮法也因此被稱為Wurster法。20世紀50年代，美國NCR公司的Green從當時制藥業的膠囊制劑中受到啟發，首次利用物理化學原理制備微膠囊，發明了第一代無碳復寫紙，開創了以相分離為基礎的物理化學制備微膠囊的新時代。50年代末到60年代，界面聚合法制備微膠囊的成功推動了微膠囊技術的發展。20世紀70年代后，微膠囊制備工藝日臻成熟，應用范圍逐步擴大，開發出了粒徑在納米范圍的微膠囊。20世紀80年代，微膠囊技術引入我國并得到了迅猛發展。

1.3微膠囊的制備方法

制備微膠囊的新工藝、新方法一直是許多科研工作者的主要研究方向之一，現有的微膠囊的制備技術已超過200種，根據微膠囊性質、成囊條件和囊壁形成原理可分為物理法、化學法、物理化學法等3大類20余種方法。其中物理方法可分為空氣懸浮法、噴霧干燥法、噴霧冷凍法、分子包埋法、擠壓法、靜電沉積法和氣相沉積法等；化學法可分為聚合法、乳化法、銳孔法和輻射化學法等；物理化學法有相分離法、界面沉積法和干燥浴法等。目前在食品工業中應用較成熟的方法有噴霧干燥法、空氣懸浮法、噴霧凍凝法、分子包埋法、物理吸附法、凝聚法、擠壓法等。不同的制備方法有著不同的特點和適用范圍。噴霧干燥法處理量大，速度快、物料溫度不會高于氣流溫度，適合熱敏性、疏水性、親水性及與水反應的材料的微膠囊化；空氣懸浮法是將懸浮的芯材固體在有囊壁成膜液的流化床中表面形成膠囊，壁材層厚度均勻適中，適于固體芯材；擠壓法是一種低溫微膠囊化產品的技術，可防止風味物質的揮發，適用于熱敏性物質的包埋，如各種風味劑、香料和色素等；界面聚合法的包封率高，可以很好的保護活性物，因此適合活性物質的包埋；銳孔法的操作簡單，不使用有機溶劑，無需高速攪拌且所得膠囊機械強度大、粒徑小，適于對紫外光敏感的生物活性體的包囊；單凝聚法工藝簡單，易控制，包埋率較高，可制成粒徑不同的微膠囊，適于油脂和精油的包埋；復凝聚法對非水溶性芯材具有高效、高產的特點，適于非水溶性的固體粉末或液體的包埋。

1.4納米微膠囊

納米膠囊的概念最早是由Narty等在20世紀70年代末提出，其直徑在1nm～1μm，是一種多相功能材料，由于其粒度小，易于分散和懸浮在水中形成膠體溶液，外觀上清澈透明，具有與傳統微膠囊不同的獨特性質，因此在許多領域得到新的應用，特別是在藥物納米膠囊的研究中，發現其靶向性和緩釋效果更加明顯，精確控制釋放性能不僅是納米微膠囊的一項附加的技術指標，更是一個無與倫比的全新屬性。納米微膠囊的制備技術主要包括乳液聚合法、界面聚合法、干燥浴法、單凝聚法和納米自組裝技術等。隨著微膠囊技術的縱深發展，納米微膠囊技術的理論也會越來越完善，應用更加廣泛。

2微膠囊技術在食品工業中的應用

食品的微膠囊技術是當今國內外重點研究的一種食品加工技術，該技術最早應用于食品工業是在20世紀50年代末，Andeson等人研究了桔油的微膠囊化，在很長一段時間內，由于微膠囊化產品的成本較高，使微膠囊技術在食品中的應用受到了限制，但有關的研究工作從未停止，許多傳統工藝中無法解決的難題依賴微膠囊技術迎刃而解，極大地促進了微膠囊技術在食品領域中的發展，使得微膠囊技術在食品中的應用越來越廣泛，主要集中于某些食品添加劑或配料、保健食品或益生菌等的微膠囊化。

2.1營養素

氨基酸、維生素和礦物質等是食品中需要強化的主要營養素，這些物質在加工或貯藏過程中，外界因素的影響容易使其喪失營養價值或致使制品變色變味，將營養素包裹制成微膠囊制劑后，具有了更強的穩定性和實用性。如面粉或培烤制品用粉中所用到的硫酸亞鐵會催化氧化酸敗的進行，但將硫酸亞鐵制成微膠囊后，不僅防止了其對氧敏感成分的接觸，又掩蔽了硫酸亞鐵的鐵腥味。普通Vc加熱3h～4h左右就會被完全破壞，采用擠壓法將Vc制成微膠囊加入到食品中，經高溫長時間加熱Vc仍能保持一定的活性，證明微膠囊提高了Vc的使用性能，對Vc具有很好的保護作用，特別適合添加在需高溫加熱的食品中。

2.2香精和風味劑

食品加工中經常使用的香精是由許多易揮發、對環境敏感的化合物組成，當受到光、溫度、濕度、氧等的影響時，香精的香味就會發生改變，從而影響了食品的風味。微膠囊香精已越來越受到世界各香料工業企業以及食品生產企業的重視，成為香精發展的一個方向。微膠囊化香料和風味劑，應用于食品工業的許多方面。焙烤制品中使用微膠囊化的香精，可以減少在焙烤中由于水分的蒸發而帶走部分香料的呈味成分，避免香料在高溫和高pH值的環境下遭破壞或揮發；固體飲料的生產中選用微膠囊香精，既可以避免添加液體香精所產生的黏結現象，又能避免飲料中的其他成分對香精的破壞，從而保持產品風味；應用于湯料食品中，可以避免香味物質在生產和貯運過程中變質與揮發，延長保質期，也可以掩蓋如洋蔥、大蒜之類的強烈氣味。

2.3食品防腐劑

微膠囊化防腐劑可以延長防腐時間并減少毒性，目前食品防腐劑的微膠囊化有兩種類型，一種是低醇類殺菌防腐劑的微膠囊化，即將乙醇制成微膠囊粉末制品，使其在密封包裝的容器中緩慢氣化放出的乙醇蒸氣，從而達到殺菌的目的；另一種是對現有的食品防腐劑進行包埋，制成長效制劑，使其在食品中緩慢釋放，從而減少添加量。

2.4甜味劑

食品生產中使用的甜味劑通常是各種天然產物的糖類，溫度、濕度對這些甜味劑的性能影響很大，將甜味劑微膠囊化后可降低其吸濕性，同時微膠囊的緩釋作用可使甜味持久。人造甜味劑阿斯巴甜，其甜度是蔗糖甜度的150倍～200倍，熱量遠低于同等量的糖，這種甜味劑在可樂、汽水等酸性食品中不穩定，通過微膠囊技術，可克服阿斯巴甜在酸性環境不穩定的缺點，因此他在食品工業中的應用十分廣泛。美國專利中介紹了阿斯巴甜膠囊化的方法：將阿斯巴甜與凝聚劑加水混合潤濕，經真空干燥、篩分后得到直徑小于0.43mm的膠囊。這種膠囊單位時間的釋放量與顆粒的半徑有關，微小顆料在其中所占的比例越大，釋放的速度越快，同時，不同水溶性的凝聚劑也會影響阿斯巴甜的釋放速度。

2.5酸味劑

很多酸味劑的酸味有刺激性，有的酸味劑還會促進食品的氧化、改變配料系統的pH等，如直接添加到食品配料中會與果膠、淀粉、蛋白質等對酸敏感的成分作用而影響食品品質，而添加了微膠囊化的酸味劑后，酸味劑與敏感成分的接觸大大減少，食品品質得以保障，并延長了食品的貯存期，通過控制釋放，還可以增進風味。目前，微膠囊化蘋果酸、檸檬酸、抗壞血酸等已廣泛用于布丁粉、點心粉、餡餅填充物及肉類的加工業中。

2.6抗氧化劑

食品抗氧化劑作為一種添加劑摻入食品，主要用于防止或減慢食品發生氧化作用，他先于食品與氧氣發生反應，從而有效防止食品中脂類物質的氧化，避免了食品品質劣變。如天然維生素E作為一種抗氧化劑，能夠全面有效地保護機體細胞膜及生物大分子對抗氧自由基的侵犯，在增強機體活力、延緩細胞衰老、提高免疫力、降低血膽固醇和抗腫瘤方面具有良好的效果。維生素E是一種溶于酒精和脂肪溶劑的黏性油，不溶于水，難以均勻地添加于食品、藥品中，若將維生素E制成微膠囊型，則既能保持維生素E的固有特性，又能彌補其易氧化和不易用于水溶性產品等的不足。有實驗研究證明，微膠囊型天然維生素E在水溶性、流動性、分散性及穩定性等方面上均有很大的改善。

2.7生理活性物質

保健品是具有機能性的生理活性物質，這些物質具有增強人體免疫力、抗衰老、防疾病等功能，如DHA、EPA、亞麻酸、膳食纖維、多不飽和脂肪酸、活性肽和活性蛋白等，這些物質大多不穩定，易與其他配料發生相互作用或受光、熱、氧等因素生成各種氧化和分解產物，所以可用微膠囊化處理以提高他們在功能性食品中的可用性。螺旋藻含有多種生理活性成分，因其營養均衡、全面而成為最佳的健康保養食品，但由于其具有特殊的藻腥味，很難被所有的消費者所接受，其細胞壁的特殊結構也在一定程度上影響了人體的充分消化，降低了營養價值，而微膠囊化的螺旋藻不僅具有了良好的水溶性，也大大降低了藻腥味，同時提高了螺旋藻貯藏的穩定性。

2.8益生菌

乳酸菌是一類有益微生物，其重要生理功能是調節消化道的微生態平衡、增強機體的免疫力、降低膽固醇等，而乳酸菌制品在從生產到運輸、銷售、再經消化道到達腸道的過程中，需經受一系列不利環境，最后到達腸道的活菌數大量減少，限制了乳酸菌生理作用的發揮，而微膠囊技術是解決這一問題的有效方法，采用微膠囊技術包裹乳酸菌，能增強菌體對外界環境的抵抗力，顯著提高菌體在到達腸道后的存活率，使乳酸菌更好地發揮益生作用。雙歧桿菌是人體腸道正常菌群的優勢菌，可改善維生素代謝、降低膽固醇、提高人體免疫機能、具有抗癌抗衰老作用。但是由于雙歧桿菌受外界因素的影響，對營養要求高，不耐氧、不耐胃酸、不耐膽汁和不耐高溫，常溫下貨架期短，經口服到達腸道時活性菌量極少，使這類產品的開發和利用受到了很大限制。惠永華等采用雙層包裹法，用棕櫚油作內層壁材，大分子明膠溶液作外層壁材將雙歧桿菌包裹，微膠囊化的雙歧桿菌活菌數高、保存性好，使盡可能多的菌體到達人體腸道，發揮相應的生理功能，真正起到益生作用。

3微膠囊技術的發展前景

微膠囊技術問世以來，因其賦予微膠囊化產品的獨特性能而被廣泛應用于各行各業，受到了眾多研究者的重視和青睞，成為一項重點研究開發的高新技術。作為一種食品加工的新技術，微膠囊技術在歐美等國家的應用已十分普遍，微膠囊化產品在現代國際食品工業也占有重要地位。在美國，60%的固體飲料采用微膠囊技術生產；日本每年申請有關微膠囊技術的專利達上百項。同國外的發展相比，我國的微膠囊技術起步較晚，技術推廣存在一定的障礙，被投人市場的微膠囊化產品同其巨大應用潛力相比還是很小，因此仍需對微膠囊技術進行更深入的理論和實踐研究，提供新的適用于工業化生產的方法，進一步開發微膠囊技術的應用領域。目前影響微膠囊技術在食品工業中推廣的障礙主要是生產成本較高，所用壁材中很大一部分不屬于食品添加劑范圍，因此在開發安全、經濟高效的壁材，改善微膠囊產品的應用性能等方面有待于進一步突破。隨著人們對微膠囊技術的不斷學習，加深認識，開發新材料新設備，微膠囊技術將會在食品工業中更加活躍。