微胶囊化油脂的壁材及应用进展

杨 佳，张君慧，谢 天，亓盛敏，惠 菊

(中粮营养健康研究院//营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京 102209)

微胶囊化油脂的壁材及应用进展

杨 佳，张君慧，谢 天，亓盛敏，惠 菊

(中粮营养健康研究院//营养健康与食品安全北京市重点实验室，北京 102209)

微胶囊化油脂是以油脂作为芯材，选择合适的壁材，通过微胶囊化技术制成的一种新型固体油脂产品。在简要介绍微胶囊化油脂技术的基础上,探讨该技术对壁材的要求，以及微胶囊化油脂在食品工业中的主要应用。

油脂；微胶囊化；壁材；食品

微胶囊技术(microencapsulation)是利用天然或合成的高分子成膜材料(壁材)把分散均匀的固体微粒、液体甚至是气体(芯材)包覆形成直径为几微米到上千微米微小颗粒的技术，在食品、化工等领域已有广泛应用。微胶囊化油脂是以油脂作为芯材，选择合适的壁材，通过微胶囊化技术制成的一种新型固体油脂产品。微胶囊化油脂不仅可以保持油脂的固有功能和特性，还能弥补一些不足，并赋予其诸多新的优良特性。如，微胶囊化能够强化对油脂及其它易氧化成分的保护，增强其稳定性，从而防止或延缓产品劣变的发生；油脂微胶囊化后，其溶解性、乳化分散能力都明显增强，且由液态转化为较稳定的固态形式，除了便于加工、贮藏和运输外，微胶囊化油脂的出现，还促成了许多方便食品的开发；微胶囊技术还可以掩盖某些油脂(如鱼油)所带有的不良气味,改善产品品质，扩大其适用范围。壁材选择对微胶囊化油脂的制备至关重要，我们综述了近年来相关的研究成果，以期为微胶囊化油脂的生产及在食品、饲料工业中的应用提供参考。

1 微胶囊化油脂的壁材

在微胶囊技术中，壁材的特性是影响微胶囊特性的重要因素，选择合适的壁材是微胶囊化工艺成功的关键。微胶囊的壁材一般要求具有良好的成膜性和流动性，且不能与芯材发生化学反应；还要价格合适，且容易制备。恰当的壁材，可以使粒子包埋效果更好，常用于油脂微胶囊化的壁材主要有以下几种。

1.1 碳水化合物类

碳水化合物，包括淀粉/变性淀粉、麦芽糊精、小分子糖、壳聚糖等常被用作微胶囊壁材，它们的共同点是在高固体含量时仍表现较低黏度，且具有很好的溶解性。辛烯基琥珀酸淀粉酯(n-octenylsuccinate derivatised starch，简称n-OSA淀粉)是微胶囊化过程中使用最广泛的变性淀粉，它是在淀粉链的基础上,引入了辛烯基作为疏水侧链，从而具有了亲水、亲油特性。n-OSA 淀粉乳化性和成膜性能较好，其溶液黏度低，易干燥，不易吸潮[2]。

喷雾干燥法是食品工业中最常用的微胶囊化技术之一。以喷雾干燥技术制备微胶囊产品时，低黏度的n-OSA淀粉可以使料液获得较高的固形物含量，且可以防止过多的空气混入微胶囊产品[3]。Drusch 等利用取代度相同但黏度不同的2种n-OSA淀粉包埋鱼油，研究表明，黏度的增加会造成乳液粒滴的重聚，从而使大油滴在体系中的比例增加，造成乳液稳定性不佳，因此，低黏度淀粉较中黏度淀粉具有更好的包埋特性[4]。

薛军等以蜡质玉米淀粉为原料，通过乙酸酐乙酰化和辛烯基琥珀酸酐酯化双重酯化，获得乙酰化辛烯基琥珀酸淀粉酯，将其作为乳化剂应用于油脂微胶囊化中，制备出包埋率达95.71%的粉末油脂产品[5]。

朱卫红等用n-OSA淀粉HI-CAP100和N-LOK为壁材，薄荷油为芯材，通过喷雾干燥法制备微胶囊化薄荷油。结果表明，HI-CAP100是制备微胶囊化薄荷油产品的理想壁材，较N-LOK 具有更强的乳化能力，以HI-CAP100为壁材制备的乳液具有更好的乳化稳定性和贮藏稳定性，当薄荷油载量为40%时，微胶囊化效率仍可达到95.4%[6]。

除淀粉外，大多碳水化合物类壁材的界面特性难以获得较高的微胶囊化效率，单独使用不能有效地包埋住油脂，因此它们通常与蛋白、胶体等复配使用，以提高微胶囊膜的致密性[7]。王芸芳等将麦芽糊精分别与乳清粉、变性淀粉、阿拉伯胶、乳糖以4∶1的比例复配作为壁材，通过乳液及粉末油脂分析考察混合壁材的特性，结果表明，麦芽糊精与乳清粉复配制得的乳液稳定性较好，油脂氧化稳定性最佳[8]。

Shamaei等比较了不同配方的乳液黏度与稳定性，并通过辛烯基琥珀酸淀粉钠、麦芽糊精作为复合壁材对辣椒籽油进行包埋。所制备的微胶囊含油量为30%，复合壁材浓度为10%，所采用的喷雾干燥工艺入口空气温度为160±2℃，出口空气温度为80±2℃。扫描电镜显示多面体微胶囊的粒径为3～20 μm，微胶囊化效率为94.35%，产品具有较好的流动性和均匀性[9]。Sanchez-Reinoso等以麦芽糊精、Hi-Cap 100作为壁材，通过喷雾干燥技术考察各工艺参数的影响。实验分别采用质量比3∶1和2∶1(壁材∶芯材)的料液，在150、180、210℃下进行干燥，评价指标包括微胶囊得率、湿度、水分活度、堆密度、复水性、颜色等。结果表明，微胶囊的得率在32.65%～58.77%，Hi-Cap100作为壁材时具有较高的得率；粉末湿度为1.05%～4.00%，且水分活度较低，控制在0.052～0.269，比较适宜在食品工业中应用。通过Hi-Cap100制备的微胶囊颗粒呈半球形，表面光滑，少有变形，能更好的保留可可香气(22.6%～32.5%)；相反，麦芽糊精制备的微胶囊颗粒表面十分不规则(褶皱、收缩或凹痕)，可可香气的保留度也较低(12.1%～19.2%)。但是，感官评价结果显示，添加质量分数20%的麦芽糊精制备的微胶囊于牛奶中时，其与巧克力饮料具有最接近的感官特性[10]。因此，对于壁材的选用，还要视应用领域而定。

1.2 蛋白质类

在食用油脂微胶囊领域，蛋白质因良好的功能特性而被广泛应用，它可以促进乳状液的形成，并通过减少界面张力及在油滴周围形成保护膜而达到稳定乳液的效果[11]。常用的蛋白质壁材包括动物来源的乳清蛋白、酪蛋白、明胶等，及植物来源的大豆蛋白、玉米蛋白等。

乳清蛋白是干酪生产过程中的副产品，经浓缩精制而得的一类蛋白质，主要分为乳清浓缩蛋白(WPC)和乳清分离蛋白(WPI)两大类。乳清蛋白的来源会显著影响脂肪球的大小及随后发生的聚合现象，相比较于WPC，WPI 更适合作为壁材用于微胶囊的制备[12]。李佳宁等以乳清蛋白和麦芽糊精为壁材，通过喷雾干燥法制备微胶囊化黑芝麻油。结果表明，乳清蛋白与麦芽糊精配比为7∶4，添加1.5%吐温80为乳化剂，壁材与芯材质量比为3∶2时，获得了较好的微胶囊化产率和包埋效率[13]。魏巍等以乳清蛋白和麦芽糊精为壁材，将1，3-二油酸-2-棕榈酸结构油脂微胶囊化后添加到婴儿液态奶中，研究结果表明，乳清蛋白与麦芽糊精配比为2∶1，芯材与壁材比例为1∶2时，可达到最佳微胶囊化效率，经过过氧化值测定，微胶囊化结构油脂的氧化稳定性也得到了显著的提高[14]。

明胶来源于动物结缔或表皮组织中的胶原蛋白，具有良好的乳化性、成膜性、水溶性，且来源广，价格低，符合微胶囊壁材对材质的要求。赵虹桥等以明胶、β-环糊精作为壁材，采用喷雾干燥法制备微胶囊化枳棋籽油。研究表明，明胶与β-环糊精配比为1∶6，芯材与壁材比例为1∶3.5时，微胶囊化效率最佳，制得的微胶囊产品颗粒呈球形，表面平整光滑、层次清晰，大小分布均匀，包埋效果好[15]。

1.3 胶体

亲水胶体通常是指能溶解于水，并在一定条件下能够充分水化形成黏稠、滑腻或胶冻溶液的大分子物质，在食品、医药、化工及其他许多领域中广泛应用。按照来源不同，亲水胶体可分为植物分泌物，如阿拉伯胶、果胶等；海藻提取物，如卡拉胶、海藻酸盐等；微生物发酵、代谢产物，如黄原胶、结冷胶等。在各种单体胶体在微胶囊领域的应用基础上，许多研究人员也致力于胶体之间或胶体与其他壁材的复配，以弥补胶体单独使用时性能的不足[16]。

Frascareli等以阿拉伯胶为壁材，采用中心复合旋转设计，考察喷雾干燥工艺，如总固体含量(质量分数10%～30%)、油脂浓度(占总固体质量分数10%～30%)、进风温度(150～190℃)等，对于咖啡油微胶囊化的影响，评价指标包括包埋效率、油脂保存率、水分含量、粉末吸湿性等。结果表明，油脂浓度和进风温度对于包埋效率和油脂保存率都有负面影响，而总固体含量与乳液黏度和粒径相关，会促进包埋结果。在优化的工艺条件下(总固体质量分数30%、油脂质量分数15%、进风温度170℃)制备的微胶囊颗粒在25℃的贮藏条件下较为稳定；在60℃的高温下，未被包埋油脂的氧化程度更高，这也证实了微胶囊产品对于油脂的保护作用[17]。阿拉伯胶虽然是使用最广泛的微胶囊壁材,但其性能很难达到标准化，不同的植物品种、地理及气候差异、采收后处理等都会造成其理化指标的改变。性能的不稳定及昂贵的价格都在一定程度上限制了阿拉伯胶的应用。因此,寻找与阿拉伯胶具有相同包埋效率的廉价壁材已成为许多研究者关注的问题。

果胶是从植物细胞壁中提取的天然多糖类高分子化合物。根据果胶分子中酯化的半乳糖醛酸基的比例可将果胶分为高甲氧基果胶和低甲氧基果胶。直接利用果胶作为壁材的报道还不是很多，Drusch等研究了以糖用甜菜果胶与葡萄糖浆作为复合壁材包埋鱼油，并认定甜菜果胶可以作为一种新型壁材，用于亲脂性成分的包埋，以替代传统的牛奶蛋白、阿拉伯胶等壁材[18]。

1.4 复合壁材

复合壁材是指两种或两种以上的壁材按照一定比例配成的一种新壁材，与单一壁材相比，复合壁材可以满足功能互补或增强，提高微胶囊产品品质，可以减少某些价格昂贵壁材的添加量，节约产品成本。

Luna-Guevara等通过喷雾干燥法分别制得核桃油、花生油、山核桃油微胶囊粉末，乳液中油脂质量分数分别为1%和3%，壁材由阿拉伯胶(3.1%)、麦芽糊精(4.7%)、明胶(2.2%)组成。粉末在室温下贮藏28 d，贮藏过程中，各类粉末油脂过氧化值从0.495 mmol/kg增加到1.420～1.485 mmol/kg；低载油量的粉末(1%)具有较低的水分活度；微胶囊粉末的抗氧化活性低于新鲜的油脂，然而高载油量粉末的抗氧化活性略高于低载油量粉末，贮藏过程中其抗氧化能力从21.3%增加至33.3%。高载油量粉末也具有更大的颗粒尺寸[19]。

Fernandes等研究了以阿拉伯胶、麦芽糊精、菊粉作为混合壁材对姜精油进行喷雾干燥包埋的影响。研究表明，利用超声波技术对喷雾干燥料液进行处理所得到的乳液更加稳定，具有更小的粒径(≤2.03 μm±0.01 μm)。使用麦芽糊精或菊粉与阿拉伯胶的混合物可以改善微胶囊粉末的润湿性(245 s±21 s)。以麦芽糊精部分取代阿拉伯胶会使包埋率明显提高(93.0%±0.8%)。阿拉伯胶(15.44 μm±0.13 μm)或阿拉伯胶与麦芽糊精(15.83 μm±0.14 μm)混合作为壁材的微胶囊具有更大的粒径。以菊粉或麦芽糊精与阿拉伯胶的混合物作为壁材制备的微胶囊颗粒，其物理、化学性质会大幅度改变。结果表明，以阿拉伯胶和麦芽糊精作为壁材制备的微胶囊粉末具有更好的润湿性、吸湿性和包埋效率[20]。

Chang等通过喷雾干燥技术以扁豆分离蛋白和麦芽糊精混合/或不混合卵磷脂和/或海藻酸钠作为壁材包埋芥花油。最初，以油脂含量(质量分数20%～30%)，蛋白质(质量分数2%～8%)，麦芽糊精(质量分数9.5%～18%)做预实验，考察乳液及微胶囊的稳定性、粒径、黏度、表面含油量及包埋率。结果发现油脂20%、蛋白质2%、麦芽糊精18%的微胶囊具有较高的包埋效率。以此进行后续实验，研究表明，以扁豆蛋白-麦芽糊精-海藻酸钠作为混合壁材，表现出了最好的包埋效率(88%)，相比较于扁豆蛋白-麦芽糊精作为壁材的微胶囊具有更好的氧化稳定性及结构[21]。

2 微胶囊化油脂在食品工业中的应用

微胶囊化油脂可广泛地应用在食品加工业，如咖啡伴侣、中西糕点、方便面、饮料、糖果等领域，是企业开发新产品，提升产品品质的好原料[22]。

2.1 烘焙食品

微胶囊化油脂在烘焙食品中的应用比较广泛。在面包、糕点的生产过程中，通常需要添加全脂奶粉，以改善烘焙制品的结构特性，加强面筋强度，延缓淀粉老化，并赋予产品特有的风味。目前，大多数厂家通过添加植物油或植物蛋白来替代奶粉，而微胶囊化油脂的主要成分也是植物油和植物蛋白，从产品功能特性和配料来看，粉末油脂完全可以替代奶粉，并起到提高产品货架期，简化生产过程及节约成本的作用[23]。汪磊等通过面粉粉质试验、蛋糕感官评定和质构分析，初步得出蛋糕预混粉微胶囊化油脂最适添加量为5%左右[24]。徐梁等通过添加3%的起酥油和微胶囊化粉末油脂进行面包对照试验，结果表明，粉末油脂能够很好地分散在面团中，不但减少了油脂用量，且能够制备出感官、质构俱佳的面包，还因为预混粉中的油脂被包埋，而减少了油脂的氧化[25]。

2.2 液态奶

魏巍等将微胶囊化结构油脂添加到婴儿液态奶中，研究结构油脂微胶囊的溶解性、流动性、热稳定性以及添加结构油脂微胶囊后婴儿液态奶的感官特性、抗氧化性和贮藏稳定性。结果表明，添加微胶囊化结构油脂的婴儿液态奶与添加结构油脂的婴儿液态奶相比，氧化稳定性明显提高，货架期也得以延长。此外，添加结构油脂的婴儿液态奶的离心沉淀率比添加微胶囊化结构油脂的婴儿液态奶的离心沉淀率高33.27%，从而证实添加微胶囊化结构油脂婴儿液态奶的稳定性得到明显提高[26]。

2.3 其他

微胶囊化油脂在固体饮料中的应用是十分广泛的，植脂末是一种最早开始使用的微胶囊化油脂。在咖啡、奶茶等产品中，植脂末的使用增强了这些固体饮料的风味，并且可以获得冲调后爽滑的口感，使其在口感及风味上均得到了很好的体现。

微胶囊化油脂在冰淇淋预拌粉中的添加能提高冰淇淋的抗融性和膨化率，与奶粉起到协同增效作用，使冰淇淋奶质感更饱满、更绵长，进一步提高产品品质，并有效降低成本。熊文珂等将粉末油脂用于制作冰淇淋，在保证蛋白质含量的前提下用粉末油脂代替部分奶粉，增加了产品的细腻度和白度，使其更具奶质感，品质得到提高[27]。

3 微胶囊化油脂的现状与展望

我国对于微胶囊化油脂技术的研究已取得了较大的进展,该技术在许多行业已经走向工业化生产。但由于生产工艺繁琐,产品价格相对较高，也在一定程度上限制了该技术的推广应用。因此，我国还需加强相关领域的基础研究,特别是开发性能优良且价格低廉的新型壁材，深入了解芯材的缓释机理,改善微胶囊产品的品质,以满足不同的市场需求，也将会为其发展带来新的契机。

[1] 张燕萍.变性淀粉制造与应用(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2007.

[2] 柳志强,杨 鑫,高嘉安,等.辛烯基琥珀酸淀粉酯研究进展[J].食品与发酵工业,2003,29(4):81-85.

[3] TESCH S,GERHARDS C H,SCHUBERT H.Stabilization of emulsions by OSA starches [J].Journal of Food Engineering,2002,54(2):167-174.

[4] DRUSCH S,SCHWARZ K.Microencapsulation properties oftwo different types of n-octenylsuccinate-derivatisedstarch [J].European Food Research and Technology,2006,222(1-2):155-164.

[5] 薛 军，郑为完，徐慧诠，等.蜡质玉米淀粉的双重酯化改性及其在油脂微胶囊化中的应用[J].食品工业科技，2011,32(12):297-300.

[6] 朱卫红,许时婴,江 波.以改性淀粉为壁材制备微胶囊化薄荷油[J].食品与生物技术学报，2006,25(2)：60-65.

[7] 黄英雄,华聘聘.用于油脂微胶囊化一些壁材[J].粮食与油脂,2002(1):26-29.

[8] 王芸芳，徐振波，陈芳芳，等.亚麻籽油粉末油脂壁材及抗氧化剂选择的研究[J].中国油脂,2014,39(10):49-54.

[9] SHAMAEI S,SEIIEDLOU SS,AGHBASHLO M,et al.Microencapsulation of walnut oil by spray drying: Effects of wall material and drying conditions on physicochemical properties of microcapsules[J].Innovative Food Science & Emerging Technologies,2017,39:101-112.

[10] SANCHEZ-REINOSO Z，OSORIO C，HERRERA A.Effect of microencapsulation by spray drying on cocoa aroma compounds and physicochemical characterisation of microencapsulates[J].Powder Technology,2017,318:110-119.

[11] DALGEISH D G.Conformations and structures of milkproteins adsorbed to oil-water interfaces[J].Food Research International,1996,29(5-6):541-547

[12] KEOGH M K,O'KENNEDY B T.Milk fat microencapsulation using whey proteins [J].International Dairy Journal,1999,9(9):657-663.

[13] 李佳宁，周惠明.微胶囊化黑芝麻油的制备及性质研究[J].中国油脂,2009,34(9):5-9.

[14] 魏 巍，李 敏，李 春，等.1-3-二油酸-2-棕榈酸结构油脂微胶囊的研制[J].食品工业科技，2013，34(20):294-301.

[15] 赵虹桥，卢成瑛，陈功锡，等.枳椇籽油的微胶囊化研究[J].食品科学，2008，29(8):391-393

[16] 杨 佳，侯占群，贺文浩，等.微胶囊壁材的分类及其性质比较[J].食品与发酵工业，2009，35(5):122-127.

[17] FRASCARELI E C，SILVA V M，TONON R V，et al.Effect of process conditions on the microencapsulation of coffee oil by spray drying[J].Food & BioproductsProcessing，2012，90(3):413-424.

[18] DRUSCH S.Sugar beet pectin:A novel emulsifying wallcomponent for microencapsulation of lipophilic food ingredients by spray-drying [J].Food Hydrocolloids，2007，21(7):1223-1228.

[19] LUNA-GUEVARA J J，OCHOA-VELASCO C E，HERNáNDEZ-CARRANZA P，et al.Microencapsulation of walnut,peanut and pecan oils by spray drying[J].Food Structure，2017,12:26-32.

[20] FERNANDES R V D B，BORGES S V，SILVA E K，et al.Study of ultrasound-assisted emulsions on microencapsulation of ginger essential oil by spray drying[J].Industrial Crops&Products，2016，94：413-423.

[21] CHANG C，VARANKOVICH N，NICKERSON M T.Microencapsulation of canola oil by lentil protein isolate-based wall materials[J].Food Chemistry，2016，212：264-273.

[22] 黄秀娟.微胶囊化油脂的生产技术[J].粮油食品科技，2006，14(3):17-19.

[23] 陈 莹.微胶囊化粉末油脂制品的生产及应用[J].中国食品工业，1997(2):28-30.

[24] 汪 磊，周 坚，孙启发，等.蛋糕预混合粉中粉末油脂添加的研究及SPSS软件在蛋糕品质分析中的应用[J].粮食与食品工业，2009，16(3):22-25.

[25] 徐 梁，丁文平.粉末油脂在面包预混合粉中应用的研究[J].粮油加工，2008(10):90-92.

[26] 魏 巍，李 春，张 微，等.结构油脂微胶囊提高婴儿液态奶的抗氧化性[J].中国食品学报，2014，14(8):180-189.

[27] 熊文珂，蒋 瑜，凌德娣，等.粉末油脂在软冰淇淋预拌粉中的应用[J].食品安全导刊，2011 (8):53-54.

(责任编辑：梅竹)

Wallmaterialofmicro-encapsulatedfatanditsapplicationprogress

YANG Jia，ZHANG Jun-hui，XIE Tian，QI Sheng-min，HUI Ju

(Nutrition & Health Research Institute,COFCO Corporation,Beijing Key Laboratory of Nutrition & Health and Food Safety,Beijing 102209,China)

Micro-encapsulated oil is a new kind of solid oil product,which is composed of the core material of oil,and the suitable wall material.Micro-encapsulation technology was introduced briefly,the characteristics of material used for capsule wall were discussed,and main application of oil micro-encapsulation in the food industry were summarized.

oil;microencapsulation;wall material;food

TS210

：A

：1003-6202(2017)09-0033-05

2017-05-16；

2017-07-19

杨 佳(1985-)，女，工程师，主要研究方向为粮油食品。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.09.010