微胶囊包埋技术：科技赋能食品品质

       微胶囊技术知多少

       微胶囊技术是将固体、液体或气体包埋在微型胶囊内形成具有半透性或密封性囊膜，并且能够控制芯材释放速度的技术。一般将被包埋的物质称为芯材，包埋物称为壁材。其粒径大小约为1~1000μm之间，形状有方形、球形、米粒形或不规则形等，囊壁有单层结构或多层结构，可包含一种或几种的芯材。微胶囊化技术的优势在于：

       1、可以改善被包裹物的一些物理性质(溶解性、表观密度、外观、颜色等)，降低环境对被包裹物质的影响，从而提高了被包裹物质的稳定性；

       2、根据需要控制物质的释放;降低物质毒性;将不相容的物质隔离开来；

       3、屏蔽味道和气味等等。随着国民物质生活水平和健康意识的不断提高，食品安全与质量问题越来越受到人们的重视，对食品的要求从普通食品向着功能性食品方向迅猛发展，微胶囊化食品的开发正属于消费者会要求的这类功能性食品之一。在食品及调味品方面微胶囊的应用十分广泛，在食品工业中微胶囊的应用主要包括营养素微胶囊化、益生菌的微胶囊化、植物提取物的微胶囊化、酶的微胶囊化、食品成分微胶囊化及食品添加剂微胶囊化。但是微胶囊技术的缺点在于应用范围太窄、成本过高，而使其众多的专利技术无法实现工业化生产。据统计，国外利用微胶囊化生产的药品和食品已在同类产品的总产量中占有相当大的份额，尤其是在食品中的香精、香料及油脂中，微胶囊化比例己达到20%~35%，并且有不断增大的趋势。

       包埋的核心技术：壁材

       壁材是制备具有优良性能微胶囊的关键核心技术之一。通常会由芯材的物理性质来选择合适的壁材:水溶性的芯材则选油溶性的壁材，油溶性芯材需选水溶性的壁材，即壁材与芯材不能发生混溶和反应。理论上，只要能够包裹芯材成膜的高分子材料都可作为微胶囊的壁材。近些年，微胶囊技术得到了快速进展。不断有新型的壁材被开发出来，如可以包埋50%左右风味油具有疏水性的改性淀粉，像辛烯基琥珀酸酯改性淀粉等；氧敏感性的鱼油类，可利用在碳水化合物和蛋白质发生美拉德反应后，制成的具有抗氧化作用的壁材包埋起来，喷雾冷却法制备微胶囊，可采用那些脂肪酸甘油酯晶型结构被改变的壁材；对于脂质体微胶囊的研究、开发及应用，可达到营养物和药物靶向输送的目的，使得营养物和药物的利用率有了显著提高，并且减少了毒副作用。

       微胶囊包埋技术制备工艺

       现有的微胶囊加工制备技术可大致分为三大类:化学方法、物理方法和物理化学方法。化学法主要有乳化法、界面聚合法、锐孔法和辐射化学法等；物理方法主要包括挤压法、喷雾干燥法、静电结合法、气相沉积法、空气悬浮法和分子包埋法等；物理化学法有相分离法、干燥浴法和界面沉积法等。微胶囊包埋技术实施过程必须满足以下条件:

       1、由于制作过程中要一直保持微胶囊的生理活性，所以制作过程要温和、迅速；

       2、使用的壁材原料和改性剂必须是食品级的，且保持原有的营养价值并对菌体和宿主无毒害作用；

       3、要有较高的可生产性，适宜于在食品加工中生产，且制备出的微胶囊颗粒均匀适宜于食品添加。

       4、包埋壁材需有较好的生物相容性。目前在食品工业中研究较为成熟且具有推广性的方法主要有挤压法、乳化法、喷雾干燥法等。

       喷雾干燥

       喷雾干燥是用雾化器将料液分散成雾滴，再使雾滴直接接触热空气(或其它气体)从而使雾滴干燥变成粉粒状产品的过程；其中料液可以是乳浊液、悬浮液或溶液，也可以是熔融液或膏状物。雾滴干燥时通常需经历两个过程，第一干燥过程即恒速干燥和第二干燥过程即降速干燥。目前喷雾干燥法在食品行业有着广泛的应用，其优点如下:生产操作简单，易于生产技术人员接受；可小批量或大批量的连续生产；无需使用专用设备，生产设备皆为食品工业中的常用设备，易于实现工业化生产；喷雾干燥的这种将液体原料粉末化的方法既经济又简便，适用于食品工业中的粉末油脂及香精的生产制得；同时生产中并无废物、废水产生，是最为环保的生产方法之一。

       乳化法

       微胶囊的乳化分散法是将水相含有食材的混合液与有机相(如石蜡、植物油等)形成的油包水型乳液。把分散的液滴冷却或再添加胶凝剂或交联剂，当凝胶形成后，洗除油相并分离收集即可得到微胶囊。乳化法是一个可控的过程，且在制作过程中对物质的存活率影响较小。使用这种方法包埋的微胶囊可以有一个较小的平均粒径，其粒径可控制在0μm-1mm之间，可通过调节搅拌速度、水油比、乳化剂类型、乳化时间等来调控颗粒粒径。由于乳化法制备微胶囊的技术操作简易，设备常见，乳化剂量可控，所制得的微胶囊颗粒均匀且粒径较小，所以依据当今食品工业发展趋势，这种方法很可能大规模发展成为工业化技术。但是乳化法微胶囊包埋的过程中存在油耗量过大、成本较高等问题。

       凝聚法

       凝聚法又被称为相分离法，它是物理化学方法制备的，通过在壁材和芯材混合后，加入一种物质使壁材的溶解度下降，从溶液中沉淀出去而制备出微胶囊的方法。凝聚法根据操作条件不同，又可分为单凝聚法和复凝聚法。凝聚法制备过程可控制，操作简单，包埋率不低，可根据不同需求，制备出不同粒径大小的微胶囊。对比喷雾干燥法，凝聚法制得的微胶囊包埋性较严密，且粒径较小；但是此法成本过高，不适用于大规模应用。

       界面聚合法

       界面聚合法是利用化学方法制备微胶囊产品。此法适于活性物质，用此法制备微胶囊时，分散程度、粘度、搅拌速度等对微胶囊的质量有很大的影响。界面聚合法具有如下优点：

       1、制得的微胶囊包封率高，致密性好，能较好地保护芯材；

       2、反应速率较快，反应条件温和，在室温下就可进行。但其缺点是芯材必须具有良好的耐酸碱性能，不与单体反应改变其性质。

       微胶囊包埋技术在食品中的应用

       传统的香精香料组分容易在加工和储存过程中挥发损失甚至发生香型变化。将香精包埋在纳米微胶囊中。可使其免受外界不良因素如光、氧、酸、碱和高温的影响，进而使香精的留香时间延长。制成纳米微胶囊可提高香精的耐热性，从而增加其在糖果、焙烤食品、膨化食品等中的稳定性，由于其纳米颗粒极其细小。因此可明显地改善这砦食品的口感。油脂在食品工业生产中需求量非常大，利用纳米微胶囊技术可将本身不稳定、易氧化变质的原液状油脂制成固态粉末油脂，从而能有效地提高油脂的稳定性，延长产品的货架期，使其更易保存、运输和使用;提高了所得产品的溶解性、乳化分散能力，因而大大拓宽了油脂的应用范围。微胶囊技术可实现生物活性物质的包埋，功能性食品中往往需要添加生物活性物质如多肽、多糖、蛋白质类等，这些生物活性物质在食品的加工或贮藏过程中，易受外界环境因素的影响而丧失营养价值。利用纳米微胶囊技术可以提高生物活性成分的稳定性、延缓释放、延长半衰期，促使其活性的最大发挥。保存活性物质的一种方法就是将活性物质放入到一个具有保护作用的囊中，该"囊"可以在一定的条件下溶解，或者在特定的条件下将活性成分释放出来。

       文/Martin Yu

       作者简介：

       Martin Yu，食品科技工作者、营养师，长期负责特殊食品研发工作，主要方向为：FSMP、益生菌、特膳食品。