微胶囊技术在食品添加剂工业中的应用

微胶囊技术在食品添加剂工业中的应用

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（安徽农业大学 茶与食品科技学院 食品科学）

摘要：本文基于微胶囊技术理论知识，主要介绍了微胶囊壁材及其选择和微胶囊化的方法，同时阐述了微胶囊技术在食品添加剂工业中的应用，文章最后探讨了微胶囊技术在食品添加剂工业应用中存在的问题和发展前景。

关键词：微胶囊技术，食品，添加剂，应用

微胶囊技术是21世纪重点研究开发的高新技术之一，是一项用途广泛而又发展迅速的新技术[1]，该项技术的研究起步于20世纪30年代，在20世纪50年代获得重大发展。1949年，Wisconsin 大学的D.E.Wurster 教授利用空气悬浮法将药物粉末包裹起来制备了固体材料微胶囊，目前，该方法仍广泛应用于现代医药工业；1953年，美国的B.K.Green教授首次发明了制备液体材料微胶囊的复合凝聚法，开创了以相分离为基础制备微胶囊的新领域。至今已有60多年的历史，微胶囊的应用范围从最初的无碳复写纸扩展到医药、食品领域、农药、饲料、涂料、油墨、粘合剂、化妆品、洗涤剂、感光材料、纺织等行业，并取得广泛的应用。微胶囊技术是食品工业中的一项新技术，在欧美一些国家运用比较普及，其中在美国约有60%的食品已经采用了这种技术，相比较，我国的该项技术发展比较落后，我国是从80年代中期开始将微胶囊技术应用于食品，但主要是在近10年才得到了迅猛的发展[2]。微胶囊具有将液体粉末化，隔离活性组分，降低或掩盖食品中不良气味和苦味，保护对热、氧、水分等敏感食品组分及达到组分瞬间释放或控制释放的功能[3,4]。

随着科学技术的发展和人民生活水平的提高，消费者对食品质量的消费要求越来越高，有人说：“没有食品添加剂就没有食品工业”，仔细考虑这句话也是有道理的，因此，食品添加剂工业对食品高新技术的运用也是非常迫切的。采用微胶囊技术可以开发多种食品配料、营养强化剂及食品添加剂，以满足食品工业的需要和消费者的需求。

本文主要对微胶囊技术的概念以及其微胶囊化的方法进行了详细的阐述，在了解微胶囊技术理论的基础上，进一步对其在食品添加剂工业中的应用现状做了一些说明；最后讨论了，微胶囊技术在食品添加剂工业中的应用问题和发展前景，以期能为该项技术的进一步发展提供参考。

1微胶囊技术 微胶囊技术是采用特定设备和特殊方法，把分散的固体颗粒、液滴或气体完全包封在一层微小、半透性或封闭的膜内形成微小粒子的技术。该微小粒子即为微胶囊，其直径一般为1~1000微米，被包在微胶囊内部的固体、液体或气体物质称为囊芯，也称为芯材或包容物；微胶囊外部的成膜材料形成的包覆膜称为囊壁，也称为壁材或壳体。微胶囊技术可改善被包裹物质的物理性质(颜色、外观、表观密度、溶解性)；使物质免受环境的影响，提高物质的稳定性；屏蔽味道和气味[5]；降低物质毒性；将不相容的物质隔离；根据需要控制物质的释放等[6]。

1.1微胶囊壁材

可用作微胶囊壁材的物质很多，大致分为：天然高分子材料、半合成高分子材料、全合成高分子材料和无机材料[7]。不同的应用条件对于微胶囊壁材料有不同的要求。一般对其要求主要有：成膜性好、性质稳定、无毒、无刺激性、能与芯材共存且不影响的作用及含量、对芯材有合适的释放速率、有一定的强度及可塑性,具有符合要求的黏度、渗透性、亲水性和溶解性等；对于生物环境中应用的微胶囊壁材还应具有良好的生物相容性，有些则需要具有生物可降解性等。

对于包囊具有生物活性的功能因子，常用的囊材有聚赖氨酸/海藻酸钠、海藻酸钠/聚赖氨酸/海藻酸钠、羧甲基纤维素/海藻酸钙、脱乙酰几丁酯/海藻酸钠、聚赖氨酸/脱乙酰几丁酯/海藻酸钠双层膜、脱乙酰几丁酯/羧甲基纤维素微胶囊等，其中由于技术相对成熟而应用最广的是海藻酸钠/聚赖氨酸/海藻酸钠微胶囊，其他方法还处于研究阶段。

近年来，微胶囊技术有了很大的进展，一些新型壁材不断被开发，而其中天然高分子材料作为微胶囊化壁材成为一种必然的趋势。微胶囊化壁材的最新研究有脂质体微胶囊，脂质体是由极性的脂质化合物分散在水溶液中形成的一层或多层球形囊泡；微生物微胶囊，它是利用霉菌、酵母菌等真菌微生物为原料制备微胶囊等；还有利用高温下蛋白质与碳水化合物发生美拉德反应的产物在油相表面所形成的致密壁壳，包埋了易氧化的营养素。

1.2微胶囊化方法

微胶囊制备方法通常根据其性质、囊壁形成的机制和成囊条件分为物理法、物理化学法、化学法等。再依据不同的操作工艺又可进一步分成若干种制备方法。其中①物理方法包括：喷雾干燥法[8,9]：将芯材分散于壁材料的稀溶液中形成悬浮液或乳浊液。用泵将此分散液送到含有喷雾干燥的雾化器中，分散液则被雾化成小液滴,液滴中所含溶剂迅速蒸发而使壁材析出成囊。静电结合法[10]：先将芯材与壁材各制成带相反电荷的气溶胶微粒，而后使其相遇，通过静电吸引凝结成囊。包结络合物法[11]：利用环糊精中空且内部疏水的结构特点，将疏水性芯材通过形成包结络合物而形成分子水平上的微胶囊。挤压法[12,13]：在低温条件下生产微胶囊的技术原理是将混悬在一种液化的碳水化合物介质中的芯材与壁材混合物经过模孔，用压力将其挤进壁材的凝固浴，壁材析出硬化成囊。②物理化学方法包括：溶剂蒸发法[14]，水相分离法[15]，油相分离法[15]。③化学方法：界面聚合法，原位聚合法，锐孔法。各种制备方法都具有各自的特点、适用范围，根据不同的食用对象选择不同的制备方法。

2微胶囊技术在食品添加剂工业中的应用

微胶囊技术应用于食品工业始于上世纪50年代末期，但由于微胶囊产品的成本较高，在相当长的一段时间内微胶囊技术在食品中的应用受到限制。随着生活水平的提高，人们更多的追求食品的营养、风味和功能,希望在食品中采用纯天然的风味配料或活性物质并且具有良好的贮存性能。传统的食品加工技术已不能满足这些要求，而微胶囊技术的独特功能可以使许多传统工艺无法解决的难题得以解决。这极大地促进了微胶囊技术的研究和开发工作，使得微胶囊技术成为当前食品工业重点开发的高新技术之一[16]。而食品添加剂又是食品工业中不可缺少的内容。

2.1微胶囊技术在食品抗氧化剂中的应用

随着人们生活水平的提高，人们不再满足于食品能带来的饱腹感，他们把注意力逐渐转移到食品的外观、质构以及营养价值，而食品中氧化反应又普遍存在，正因为这样，造成的食品外观色泽的变化和营养成分的损失，也正是有问题的存在及发现，促使一些科研人员重视了这方面的研究。目前，有报道研究的食品抗氧化剂有黄酮类[17]、生物碱类[18]、色素类[19]、多酚类[20]、粉末油脂[21]、酶制剂[22]、抗氧化剂BHT[23]。

2.2微胶囊技术在食品防腐剂中的应用

食品中防腐剂的过量摄入对人体健康不利，因此人们研制开发出防腐剂微胶囊，对现有食品防腐剂进行包埋，利用其在食品中缓慢释放的特点而制成长效制剂，达到减少防腐剂添加量的目的。这类微胶囊化产品主要有山梨酸、苯甲酸、乳酸、肉桂醛、山苍子油等。此外，目前也出现另一类微胶囊化的低醇类杀菌防腐剂，是将乙醇制成微胶囊粉末制品，应用于食品、水果的包装袋中，缓慢气化放出的乙醇蒸气起到杀菌的作用。 2.3微胶囊技术在甜味剂中的应用

许多人造甜味剂如阿斯巴甜、甜蜜素在食品工业中的应用十分广泛，与风味物质相似，其对湿、热敏感，易与其它物质反应，而微胶囊技术能够很好地保护这些物质。因此，这方面的研究也比较多，而且也有已投入生产，生产方法大多采取喷雾干燥法和流化床法等，相比较而言，采取这类方法更经济些。

2.4微胶囊技术在酸味剂中的应用

随着各种方便食品的开发和食用，酸味剂的品种也越来越丰富，如果把某些酸味剂直接添加到食品配料中，会使配料中一些敏感成分发生劣变，如许多酸味剂会与食品配料中的果胶、蛋白质、淀粉、色素等成分作用而影响食品品质。此外，酸味剂还会促进食品氧化、改变配料系统的稳定值等，为了克服这些缺点，可采用微胶囊技术，将酸味剂包埋，缩短酸味剂对敏感成分的接触，进而延长储存期；另一方面，通过对酸味剂的部分包埋，可以在饮用时感觉爽口，而实际酸碱度值可达到酸性食品的标准，从而减少防腐剂的添加量。目前，微胶囊化柠檬酸、乳酸、苹果酸、抗坏血酸等产品已商品化，广泛应用在固体饮料、点心粉及肉类食品加工中。

2.5微胶囊技术在天然香精香料中的应用

由于传统香精香料易挥发、湿热敏感、相互反应的活性等，容易导致其在加工和储存过程中挥发损失和香型发生变化，采用微胶囊化可以很好地保护这些物质，提高其稳定性和加工性能。如今薄荷油、蒜油、姜油、葱油、花椒油、茴香油等天然香料已有微胶囊产品。据报道，目前已经把香精香料制成纳米微胶囊。

2.6微胶囊技术在天然色素中的应用

一些天然色素在应用中存在溶解性和稳定性差的问题，微胶囊化后可以改善这类特性，提高其稳定性。目前，有研究对姜黄色素进行微胶囊化，所得微胶囊化姜黄色素水溶性大大提高，且对热、酸、光、维生素及山梨酸钾等的稳定性也有一定的改善[24]；也有人研究了喷雾干燥法制备微胶囊番茄红素粉末的工艺[25]。此外，胡萝卜素、玉米色素、茶绿色素、花青素等多种色素的微胶囊化也均有相关研究。

2.7微胶囊化营养素

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，这些物质在加工或贮藏过程中，容易受外界环境的影响而损失其营养物质或使制品变色变味，若将其微胶囊化，可以很好的解决这些问题。就以微胶囊碘剂[26]具有稳定性好、成本低、碘剂使用效率高等优点，还具有极好的实用性，能够添加在任意需要碘成分的相关食品、药品中。将硫酸亚铁添加到面粉或培烤制品用粉中，它会催化氧化酸败反应的进行，但把硫酸亚铁制成微胶囊后，既可防止其对氧敏感成分的接触，又可掩蔽其铁腥味。维生素C遇潮易氧化，则可将其细粉分散在乙基纤维素的异丙醇溶液中，经喷雾干燥后得乙基纤维素包埋的维生素C胶囊，该制品在贮存期内质量较稳定。

2.8其它的产品

酶、抗氧化剂(BHA)、甜味剂(阿斯巴甜)的微胶囊化等。一些在微胶囊化研究的食品添加剂还有常见的维生素E、BHT、植物甾醇、大豆磷脂、香兰素等香精香料、原花青素、玉米胚芽油、变性淀粉等。

3微胶囊技术在食品添加剂工业中的发展前景

微胶囊化技术是食品添加剂行业中引入的一项新技术，人们已通过该技术开发了很多有价值的产品，对食品添加剂工业的发展产生了极大的推动作用。但仍有许多理论和实际问题需要我们进行深入研究并找到相对应的解决办法。目前，微胶囊技术在食品添加剂工业中遇到的问题有：①生产成本高，微胶囊技术中所用的壁材有很大一部分不属于食品添加剂范围内，所以必须要开发同样性能且在食品添加剂范围内壁材。②有些胶囊化方法需要对一些废液的回收和处理，尤其在我们国家这方面的技术还有待发展，所以会受到一定的限制。③微胶囊技术的一些领域理论研究还不够完善，比如囊壁厚度和囊芯材料都还没有制定具体的标准规范等。随着人们对微胶囊化技术认识的不断加深，新材料新设备的不断开发，就如现在已有的纳米技术和微胶囊技术的相结合研究，微胶囊化技术将会沿着它这一独特的方式活跃于食品添加剂工业中，这将产生巨大的经济效益和社会效益。总之，微胶囊技术在食品添加剂工业中的应用前景非常可观。

参考文献