微膠囊加工技術(shù)論文(2)
微膠囊加工技術(shù)論文篇二
微膠囊技術(shù)的功能特性及耐高溫型微膠囊的研究現(xiàn)狀
摘要：微膠囊技術(shù)是近年來(lái)應(yīng)用較為廣泛的生產(chǎn)技術(shù)，通過(guò)對(duì)食品成分的微膠囊化，可以有效保護(hù)其功能成分，增加產(chǎn)品的穩(wěn)定性。本文綜述了微膠囊技術(shù)的特點(diǎn)，功能，以及在食品工業(yè)中的應(yīng)用，同時(shí)指出了微膠囊制備技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)和前景。
關(guān)鍵詞：微膠囊 功能 應(yīng)用 食品工業(yè)
隨著人們生活水平的提高，食品工業(yè)飛速發(fā)展，微膠囊技術(shù)越來(lái)越受到人們的青睞。微膠囊技術(shù)就是指利用高分子材料，將固體，液體，氣體物質(zhì)包裹起來(lái)，形成具有半透性或密封囊膜的，粒子處于2-1000μm范圍內(nèi)的技術(shù)[1]。微膠囊內(nèi)部包埋的物質(zhì)稱為芯材，外部包囊的囊膜稱為壁材[2]。微膠囊自問(wèn)世以來(lái)， 得到了快速的發(fā)展， 已越來(lái)越多的應(yīng)用于醫(yī)藥、材料、日化、農(nóng)業(yè)方面， 尤其是在食品行業(yè)，許多由于技術(shù)屏障而難以利用的產(chǎn)品，通過(guò)微膠囊技術(shù)便得以實(shí)現(xiàn)，使原有產(chǎn)品的品質(zhì)得到了大大的提高，與人們的生活息息相關(guān)[3]。
1. 微膠囊的功能與作用
微膠囊的功能作用很多，很多產(chǎn)品利用微膠囊技術(shù)，其潛力可以得到大大提高。總的來(lái)說(shuō)，微膠囊的作用有如下幾個(gè)方面：
1.1 改變物質(zhì)的質(zhì)量、體積、狀態(tài)和性能
液體物質(zhì)或者氣態(tài)物質(zhì)由于自身物理性質(zhì)的決定，在運(yùn)輸、應(yīng)用、保存方面有較大的限制。但是若能將其制成微膠囊產(chǎn)品，便可以改變其物理狀態(tài)，由自由流動(dòng)的液體、氣體等物質(zhì)變成固態(tài)，便可以有效解決上述問(wèn)題，提高在保藏、運(yùn)輸方面的優(yōu)勢(shì)[4]。
1.2 控制芯材釋放
微膠囊產(chǎn)品最大的特點(diǎn)就是控制芯材釋放[5]。因?yàn)槲⒛z囊是具有半透性或全封閉式囊膜的微小粒子，因此在其中包裹的芯材，其釋放能夠得到一定的控制?？梢酝ㄟ^(guò)滲透原理，選擇合適的壁材或合適的制備方法制造出以設(shè)計(jì)好的釋放速度釋放芯材物質(zhì)的微膠囊，利用這一特點(diǎn)，可以很好的調(diào)節(jié)目標(biāo)物質(zhì)的釋放速度和釋放方式[6]。如在醫(yī)藥行業(yè)中使用某種藥品時(shí)，若想在一定時(shí)間內(nèi)慢慢釋放出藥物，就可以采用微膠囊技術(shù)，用具有一定半透性作用的材料為壁材，所制備出的微膠囊制劑就會(huì)在進(jìn)入人體后以一定的速度釋放出藥物，以達(dá)到調(diào)節(jié)控制藥物釋放的作用，這樣便可以制備出高質(zhì)量、具有一定控釋作用的藥品，增大了藥物的應(yīng)用空間[7]。
1.3 保護(hù)敏感成分
由于一些物質(zhì)很容易受氧氣、溫度、水分、pH值等環(huán)境因素的影響，從而產(chǎn)生不良的應(yīng)用效果，影響產(chǎn)品的品質(zhì)。利用微膠囊技術(shù)可以將這些不穩(wěn)定、易受環(huán)境因素影響的物質(zhì)包埋起來(lái)，便可阻擋其與環(huán)境的接觸，提高敏感成分在環(huán)境中的耐受力，免于氧化變質(zhì)，保證產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和應(yīng)用效果[8]。例如香精香料是一種廣泛用于食品的添加劑，若以阿拉伯膠、明膠包埋后既可提高該化合物的抗氧化能力，提高其穩(wěn)定性;又能控制易揮發(fā)物質(zhì)的揮發(fā)損失，延長(zhǎng)貯存時(shí)間[9]。
1.4 掩蓋不良味道和色澤
有些物質(zhì)因自身帶有一些讓人不愉快的氣味，如臭味、海鮮類的腥味、花椒、辣椒等調(diào)味料的辛辣、刺激味等，影響整體食品體系的感官和應(yīng)用[8]。或者因?yàn)橐恍┪锪仙珴刹患岩矔?huì)影響整個(gè)食品體系的品質(zhì)。利用微膠囊技術(shù)，能夠有效地屏蔽隔離這些不良?xì)馕逗蜕珴?，同時(shí)還能保證產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)和作用，制得的微膠囊產(chǎn)品在口腔中不溶化，而在消化道中溶解，釋放出內(nèi)容物，發(fā)揮其營(yíng)養(yǎng)作用。氨基酸有維持機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的氨平衡功能， 能治療肝病及乙基砷、苯中毒， 但其奇特的臭味使人難以接受， 微膠囊化后， 就可掩蓋其臭味。
1.5 降低對(duì)人體的毒副作用
在醫(yī)藥工業(yè)中，一些藥品會(huì)帶有一定的毒副作用，在使用中會(huì)對(duì)人體其他器官造成一定的傷害。將這些藥物制劑制成微膠囊已形成半透性或全封閉的囊膜，不光能大大提高藥物敏感成分的穩(wěn)定性，而且具有控制釋放、緩釋的作用，不會(huì)造成短時(shí)間內(nèi)大劑量對(duì)人體的傷害，還能降低藥物的添加量[11]。如乙酰水楊酸、FeSO4等藥物通過(guò)微膠囊的手段可以控制藥物在人體中的釋放速度來(lái)減輕腸胃疼痛。因此對(duì)于制藥工業(yè)來(lái)說(shuō)，可采用微膠囊技術(shù)制造一些藥物的靶制劑，已達(dá)到降低對(duì)人體的毒副作用的效果[12]。
1.6 隔離不相容組分[13]
一些物質(zhì)有可能在一個(gè)體系中互相反應(yīng)，從而影響整個(gè)食品的品質(zhì)。若能夠?qū)⑦@些能互相反應(yīng)成分分別進(jìn)行微膠囊化，就能有效避免不兼容的組分間相互影響的缺點(diǎn)。同時(shí)，由于微膠囊的緩釋控釋作用使得目的物有序釋放，分別發(fā)生作用，從而提高整個(gè)食品的質(zhì)量。比如說(shuō)有些食品對(duì)酸度敏感，若添加酸度大的添加劑，酸度值會(huì)變化很大，會(huì)引起食品感官品質(zhì)的變化，如能將這些添加劑制成微膠囊，便可以避免這些缺點(diǎn)，并且還能延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期[14]。
2.耐高溫微膠囊的制備技術(shù)及其研究進(jìn)展
隨著食品工業(yè)的飛速發(fā)展，研制適合不同加工條件需要的微膠囊已變得越來(lái)越重要，在某些加工條件較高的食品行業(yè)中，如高溫焙烤行業(yè)，加工的溫度常常高達(dá)200℃以上，如果將香精微膠囊應(yīng)用到焙烤食品、微波食品或油炸食品中時(shí)，要求香精微膠囊能夠在高溫中不釋放或緩慢釋放芯材，而在食用過(guò)程中大量釋放芯材。但目前工業(yè)上廣泛采用噴霧干燥法制備的微膠囊有多種缺陷。如：顆粒表面經(jīng)常有孔隙，會(huì)導(dǎo)致芯材滲出進(jìn)而氧化揮發(fā)。此外微膠囊壁材具有水溶性，特別是在焙烤制品制作過(guò)程中加水配料時(shí)會(huì)導(dǎo)致微膠囊壁材溶解破裂，芯材香精釋放，影響了其作為微膠囊的使用效果，因此，單純的噴霧干燥法不適宜直接制備具有耐高溫特性的微膠囊產(chǎn)品。應(yīng)該選擇其他方法制備此類微膠囊，目前應(yīng)用較多的方法有以下幾種：
2.1 環(huán)糊精法制備微膠囊
環(huán)糊精(CDs)是一種由淀粉經(jīng)過(guò)酶解后形成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的淀粉衍生物。整個(gè)分子成中空的環(huán)狀，環(huán)的外側(cè)由具有親水性的葡萄糖的多羥基組成，內(nèi)部由疏水性的C-H鍵和環(huán)氧基組成，所以整個(gè)分子具有外部親水內(nèi)部疏水的特殊結(jié)構(gòu)。因此可以利用這種特性來(lái)包埋疏水性的物質(zhì)，由于環(huán)中內(nèi)腔與疏水性的芯材物質(zhì)之間的作用力是較為緊密的氫鍵、疏水作用力等，因此結(jié)合較為緊密牢固，芯材物質(zhì)不容易逸出，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，在高溫的作用下這種結(jié)構(gòu)不易被破壞[36]。 朱衛(wèi)紅，許時(shí)嬰[37]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)β-環(huán)糊精包埋的薄荷油比辛烯基琥珀酸酯化淀粉制備的微膠囊具有更好的熱穩(wěn)定性。高晗等[38]研究了β- 環(huán)糊精對(duì)山楂黃銅的包合作用，優(yōu)選出的包合工藝條件為：芯材與壁材的比為1∶5 (mL/g)，壁材濃度為3%，包合時(shí)間為15min，在這種情況下，包埋效率達(dá)76.3%。李柱[39，40]對(duì)比了β-環(huán)糊精法和噴霧干燥法制備的甜橙油微膠囊，在200℃的高溫下，環(huán)糊精微膠囊的釋放速率低于噴霧干燥微膠囊，環(huán)糊精法制備的微膠囊在高溫下具有較好的熱穩(wěn)定性。趙星華[41]等用β-環(huán)糊精包埋了藍(lán)桉油，包和率達(dá)81.4%，穩(wěn)定性大大提高。同時(shí)，改性的β-環(huán)糊精也可以應(yīng)用于微膠囊的制備，改性之后，其各方面的性質(zhì)得到改觀，性質(zhì)更為穩(wěn)定，因此制得的微膠囊性質(zhì)也會(huì)更加穩(wěn)定，如進(jìn)行烷基化、羧基化、酰化等方法[42]。改性的環(huán)糊精也如改性纖維素一樣在食品、藥品中得到了較大的發(fā)展。
2.2 復(fù)合凝聚法
復(fù)凝聚法制備的微膠囊經(jīng)固化后壁膜能夠形成穩(wěn)定的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，即使在高溫，高濕作用下微膠囊也不易解聚，可以較好地保持微膠囊的狀態(tài)，能夠最大程度的減少芯材的損失。然而由于其制備過(guò)程較為繁瑣，生產(chǎn)成本也比較高，且在生產(chǎn)中使用甲醛、戊二醛等有毒化學(xué)物質(zhì)作為固化劑，不適合應(yīng)用于食品行業(yè)。關(guān)于復(fù)凝聚的研究并不是很多，很多都在實(shí)驗(yàn)室階段或處于專利保護(hù)狀態(tài)，但是復(fù)凝聚法的發(fā)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。
復(fù)凝聚法最最具代表性的壁材是明膠和阿拉伯膠，他們?cè)谖⒛z囊方面的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟了，而近年來(lái)也在突破與此尋找更好的能夠代替他們的壁材。朱麗云[43]等用殼聚糖和阿拉伯膠為壁材，用復(fù)凝聚法對(duì)香精香料進(jìn)行了包埋。在此基礎(chǔ)上加入多糖溶液或蛋白質(zhì)溶液，再進(jìn)行噴霧干燥，可以適當(dāng)增加膜厚，提高產(chǎn)品的貨架期。有報(bào)道的一項(xiàng)專利[44]以陰離子糖類和乳清蛋白為壁材，用復(fù)凝聚法包埋維生素。經(jīng)驗(yàn)證，用乳清蛋白代替明膠也能取得較好的包埋效果，其優(yōu)點(diǎn)是條件溫和，生產(chǎn)的柑橘油微膠囊具有較長(zhǎng)的貨架期及良好抗氧化性。肖作兵[45]等采用復(fù)凝聚-噴霧干燥法，以殼聚糖和三聚磷酸鈉為壁材，制備出了牛肉香精的納米級(jí)微膠囊，得到的香精的裝載量為71.6%，香氣穩(wěn)定。羧甲基纖維素、乙基纖維素等陰離子型多糖也可用來(lái)做壁材，常用來(lái)與殼聚糖復(fù)配 [46，47]，實(shí)驗(yàn)證明，用這些壁材制得的微膠囊也能取得較好的包埋效果。近些年來(lái)，研究已突破傳統(tǒng)的壁材，尋找和開發(fā)新型壁材以提高復(fù)凝聚的效果，或與其他制備方法相結(jié)合，更好的發(fā)揮耐熱功效，這些都將具有重大的意義。
在固化過(guò)程中，通常是采用化工常用的甲醛、戊二醛等作為固化劑，其原理是在明膠分子的脯氨酸和羥脯氨酸之間形成共價(jià)聯(lián)接，生成具有穩(wěn)定性質(zhì)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的微膠囊。近年來(lái)許多學(xué)者研究開發(fā)利用其他對(duì)人體無(wú)害的固化劑或采用新型的工藝來(lái)達(dá)到固化效果，以免除對(duì)人體的危害。Subram[48]等用含有多酚類物質(zhì)作為固化劑，將壁材固化，與傳統(tǒng)的用甲醛固化的效果相比，具有更好的熱穩(wěn)定性。一項(xiàng)專利表明[49]等以明膠、阿拉伯膠、改性纖維素為壁材，對(duì)油進(jìn)行包埋。采用戊二醛、甲醛共同作為固化劑，沒有發(fā)現(xiàn)升溫后粘度提高、結(jié)塊、溶液變色等現(xiàn)象。而單獨(dú)以戊二醛作為固化劑時(shí)，會(huì)出現(xiàn)此類現(xiàn)象。
2.3 擠壓法
擠壓法以碳水化合物作為壁材對(duì)不穩(wěn)定、高敏性或易發(fā)揮發(fā)的香精香料等物質(zhì)進(jìn)行微膠囊，是目前研究較熱的方法。如二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)、油樹脂以及香精香料等[50]，壁材多選用糖類、或可形成彈性膜的物質(zhì)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是，產(chǎn)品的保質(zhì)期時(shí)間長(zhǎng)、敏感的風(fēng)味物質(zhì)能夠得以保護(hù)，但它的不足之處是，保藏溫度不能過(guò)于高，包埋率比較低;有報(bào)道以蛋白質(zhì)作為微膠囊的壁材，采用擠壓法對(duì)許多調(diào)味香精如香蕉、香橙、草莓香精進(jìn)行了微膠囊化，取得了良好的效果[51]。
3.展望
隨著微膠囊技術(shù)的不斷深入研究，其在食品工業(yè)中已經(jīng)取得了很大進(jìn)步，但仍存在許多亟待解決的問(wèn)題，特別是在耐高溫微膠囊的領(lǐng)域中，有關(guān)報(bào)道還相對(duì)較少，目前主要的解決途徑是，探討壁材的作用機(jī)理，新型壁材的開發(fā)，壁材的復(fù)配，以及制備方法的開發(fā)，有助于開展具有耐高溫微膠囊的研究。
基金項(xiàng)目：研究生專項(xiàng)科研項(xiàng)目(12YKZ040)
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