油脂微胶囊化的研究进展

许彬

德乐绿庄园（徐州）食品有限公司（徐州 221000）

油脂来源广泛、营养丰富，具有特殊的芳香气味，被广泛应用于医药、食品及化妆品等领域。油脂含有多种生物活性物质。葡萄籽油[1]、白刺籽油[2]均含有丰富的不饱和脂肪酸，其中，亚油酸的含量高于60%，具有降低胆固醇、预防动脉硬化等功效。鱼油中富含ω-3多不饱和脂肪酸，其中二十碳五烯酸（EPA）可清除堆积在血液中脂质，显著降低心血管疾病的发生概率。二十二碳六烯酸（DHA）可增强记忆力、注意力，维持脑部细胞正常新陈代谢[3]。大豆胚芽油富含生育酚、磷脂、植物甾醇等成分，具有降低血液中胆固醇含量、清除体内自由基、预防癌症和皮肤老化等生理功效[4-5]。

虽然油脂在食品、医药中有很高的应用价值，但一些因素使油脂的开发利用受到限制。研究发现，不饱和脂肪酸含量高的油脂在贮藏时易氧化变质，产生哈喇味，甚至生成有毒有害物质，如醛类和酮类物质等，从而引发癌症和机体衰老[6-7]。由于油脂的黏度较大，含油的调料和汤料在包装时操作难度大。油脂不溶于水及强烈的不良风味等，使其在食品中的应用也受到一定限制，如鱼油具有的鱼腥味[8]。此外，木姜子油具也存在香味成分易挥发，留香时间短等问题[9]。随着消费者对营养健康食品需求的日益旺盛，减少油脂对加工过程的制约、拓宽油脂的应用范围，成为油脂产业研究的热点和难点。

微胶囊技术是一种包埋和保护技术，其通过特定的方法利用高分子成膜材料制成密封性或半透性的微型胶囊，可将不同状态的物料包埋在微胶囊内部，形成密闭的或具有一定通透性的微小颗粒[10]。在原物料的形态改变、缓释和不良风味掩蔽等方面有显著作用，可应用于食品类的脂肪、香料香精、维生素类、食用色素、甜味剂、膨松剂和调味料等原料加工上，也可应用于医药、印刷、化肥等领域[11-12]。微胶囊技术是一项伟大技术，它解决了许多方面难题，得到很多科学工作者的重视，使之在更为广泛的领域中得到应用。概述近年来国内外在油脂微胶囊化的研究进展，并展望其发展趋势。

1 微胶囊技术的概念

微胶囊技术是一种将高分子成膜材料制成密封性或半透性的微型胶囊，可将不同状态的物料包埋在微胶囊内部，形成密闭的或具有一定通透性微小颗粒的方法，所制得的这一微小颗粒称为微胶囊，制作微胶囊的这一过程称为微胶囊化。微胶囊内部包埋的不同状态的物料称为芯材，外层的囊膜称为囊壳或囊壁，所使用的高分子成膜材料称为壁材[10]。壁材的结构多为单层，壁的厚度一般为0.5~150 μm。

微胶囊化所用的壁材、芯材和微胶囊化的方法都会影响微胶囊颗粒的大小和与形态。微胶囊颗粒的粒径范围一般从零点几微米到数毫米，通常粒径小于1 μm的微胶囊称为纳米胶囊[13]。喷雾干燥法微胶囊颗粒直径在20~150 μm，单/复凝聚法微胶囊颗粒直径在1~500 μm之间。微胶囊颗粒的形态包括椭球形、柱形、球形和无定形等，其形态与所制备的工艺技术密切相关。采用微胶囊技术可以达到将芯材与空气隔离，控制芯材的释放，延长产品的保质期，掩蔽不良气味等目的[14]。

2 微胶囊常用的制备方法

微胶囊常用的制备方法有很多种，根据微粒制备原理不同，可分为三大类[15]。制备方法分类与技术特点见表1。

表1 微胶囊常用的制备方法与技术特点

微胶囊技术具有多方面的优势：1）改变原料芯材原有的物理、化学性质，如液态油脂经微胶囊化后转化为固体粉末油脂，其状态、溶解性都发生变化；2）增强芯材对环境因素的抵抗力，保护敏感成分，主要体现在降低和减少有些易挥发物质和活性物质受外界环境的影响；3）改变芯材的释放速率，使芯材按照需求在合适的时间以一定的速度释放，有效利用芯材成分；4）掩蔽或减弱芯材的不良气味和风味；5）制备方法多，且生产工艺操作简单[16]。总的来说，通过微胶囊技术可增强芯材对外部环境的抵抗能力，延长其产品的保质期，同时通过这些改变增加使用方便性，微胶囊技术解决传统生产工艺中出现的许多问题，极大地推动食品工业的进步。

3 微胶囊在油脂中的应用

通常情况下，常温条件大部分油脂呈液态或半固态，不便于运输和加工使用；油脂还容易氧化酸败，产生不良的气味并带来食用健康问题。利用微胶囊技术将油脂制成固体粉末，可减缓油脂的氧化酸败，同时对于一些不良气味还具有遮盖作用。油脂微胶囊化后得到的产品为粉末状，在食品工业中具有很大市场空间。植脂末（奶精）是粉末油脂的代表产品，它应用广泛，包括咖啡伴侣、奶茶、冰淇淋等食品；通常提到植脂末，人们常想到反式脂肪酸，事实上目前工业生产上已经可以提供零反式脂肪酸的植脂末，但由于价格等因素限制，在日常生活中还未普及。

近年来，越来越多的专家致力于油脂微胶囊化的研究，如油茶籽油、大豆胚芽油、亚麻籽油、松籽油等。葛昕等[17]以大豆分离蛋白与麦芽糊精为壁材，采用微胶囊技术包埋油茶籽油，制备的产品包埋效率高，颗粒形态完整，且具有较好的冲调性。吴隆坤等[18]以阿拉伯胶为壁材，采用微胶囊技术包埋大豆胚芽油，大豆胚芽油的微胶囊化延缓了油脂的氧化裂变，增加了油脂的贮藏稳定性。Asli等[19]以麦芽糊精与豆类蛋白为壁材，采用微胶囊技术包埋亚麻籽油，油脂的包埋率为88%。汪鸿等[20]以阿拉伯胶、β-环糊精、Tween 80为壁材，采用微胶囊技术包埋松籽油，油脂包埋率为92.84%。

4 喷雾干燥法制备微胶囊

喷雾干燥法是微胶囊技术中最常用的方法[21]。喷雾干燥是液态物料或者浆状物料经过输送进入雾化器形成雾状小液滴，在干燥室内与热风进行热量质量传递，蒸发除去部分液体转变成干粉的过程。该方法设备工艺简单，操作方便，在食品、药品及化妆品中得到广泛应用[22]。喷雾干燥的初期壁材会形成网状层，在热风的作用下蒸发掉网状层中的水分，但芯材不能移出留在网状层内；喷雾干燥完成后水分完全蒸发，壁材形成致密的微胶囊，将芯材包埋在内部形成微胶囊产品[23]。

喷雾干燥成套设备包括物料输送、热风输送、雾化、干燥和分离等五部分。物料输送系统可由高压泵、蠕动泵等完成；热风输送系统需要良好的能量交换器和风机；雾化系统依靠压力、离心力等将乳液雾化为小液滴；干燥系统依靠不同的干燥器来完成；分离系统实现气体与粉状固体颗粒的分离。

喷雾干燥法生产微胶囊粉状固体颗粒的流程：（1）芯材和壁材分别与相关原料、溶剂融合；（2）经由高剪切完成芯材、壁材的预乳化；（3）预乳化液经由均质机均质形成均一乳液；（4）乳液由输送系统送入干燥室，在干燥室内完成雾化、干燥；（5）经由收集器收集完成加工。工艺流程见图1。与其他方法相比，喷雾干燥法有诸多优势：生产过程简单，操控方便，制备时间短；可连续生产且批量可调；产品质量好，分散性和溶解性均较好，符合环保要求等。

图1 喷雾干燥法生产微胶囊粉状固体颗粒的工艺流程

5 微胶囊化的壁材

有很多种原料可以作为微胶囊化产品的壁材，壁材的选择主要考虑几种情况：（1）根据芯材的特性选择壁材，芯材与壁材要兼容性好，不会发生化学反应；（2）壁材本身具有优势，如具备较好的溶解分散性、乳化稳定性；（3）具有无毒无致癌性，尤其是食品工业用壁材要符合食品安全要求；（4）所选壁材要获取方便且来源广泛，做到质优价廉[24-25]。

微胶囊产品的壁材分为三大类：一是蛋白质类，包括酪蛋白（如酪蛋白酸钠）、明胶、大豆蛋白；二是碳水化合物，包括变性淀粉（如磷酸酯类、辛烯基琥珀酸酐类），淀粉糖浆（如麦芽糖浆、葡萄糖浆），树胶（如阿拉伯胶、桃胶）；三是蜡及脂类，包括动物油脂（如羊毛脂），植物油脂（如棕榈油、氢化椰子油），动物蜡（如蜂蜡）、植物蜡（如棕榈蜡）。

阿拉伯胶主要由多糖和蛋白质组成，两者的比值约49︰1。阿拉伯胶中有一部分为阿拉伯半乳聚糖蛋白的混合物（APG），其蛋白质-多糖结构使其既具有水溶性又具有油溶性，可在油水两相间形成具有黏弹性的膜，从而使乳液体系具有较强稳定性，所以阿拉伯胶的乳化稳定性较好[26-27]。阿拉伯胶还具有高浓度低黏度、热稳定性和耐酸碱稳定性，所以它是一种制备乳化香精和香料香精微胶囊的传统壁材[28]。阿拉伯胶应用实例见表2。

表2 阿拉伯胶在微胶囊技术中的应用实例

环糊精是一种无毒的环状低聚糖，它是由淀粉在酶作用下分解形成的，作为壁材广泛应用于油脂微胶囊化。环糊精最常见的形式分为α、β、γ这3种[33]。β-环糊精的“锥桶型”具备空腔，且两端开口。空腔内侧由于碳氢键的存在而具有疏水性，空腔外侧分布着—OH而具有亲水性，由于β-环糊精同时具有的疏水性和亲水性，从而使其能够与多种化合物形成复合物[34]。β-环糊精的特殊结构可以起到保护、稳定乳液体系，增加芯料溶解性的作用，因此在食品、医药、化妆品等诸多领域有很多应用。β-环糊精应用实例见表3。

表3 β-环糊精在微胶囊技术中的应用实例

辛烯基琥珀酸淀粉钠又称为纯胶，是由辛烯基琥珀酸酐和淀粉经酯化反应制得的酯类物质，具有亲水亲油性。纯胶既具有亲油性的碳链，又有亲水性的淀粉多糖链，这使其具有良好的乳化效果。由于纯胶具备高浓度时黏度低、稳定性高、价格较低、产量稳定等特点，在一定程度上是阿拉伯胶的理想取代物[40]。纯胶在食品上主要作为食品乳化剂和喷雾干燥的壁材使用。用其制得乳化香精与用阿拉伯胶制得的产品具有同样的稳定性，但成本较低；由于辛烯基琥珀酸淀粉钠乳化性、成膜性较好，且高浓度时黏度低，所以在喷雾干燥应用中能得到较高的包埋率和产率。

在选择壁材时，考虑到一种壁材往往不能满足生产的需求，通常会采用复合壁材。所谓复合壁材指的是将2种或者多种壁材原料混合后所形成的壁材。复合壁材由于在设计配方时考虑各单一壁材的性能互补、协同增效，所以较单一壁材具有低成本高性能优势。

6 衡量微胶囊产品的质量标准

微胶囊产品的质量通常由感官标准、包埋量、包埋率、表面油率、产品流动性等方面衡量。

6.1 感官标准

微胶囊产品的颜色应是白色或乳白色，具有原料特有的气味和滋味，无不良气味，且具有良好的冲调性。

6.2 包埋量

包埋量指的是微胶囊产品芯材与壁材的比值，生产效率与包埋量呈正相关，包埋量越大生产效率越高。

6.3 包埋率

包埋率表示油脂芯材真正被壁材包埋的百分比，其值越高越好。

6.4 表面油率

在微胶囊化过程中由于工艺或配方原因，部分芯材未被包埋而附着在微胶囊表面，或者部分微胶囊破损不完整，逐渐释放渗出芯材，这两部分芯材占芯材总量的比值称为表面油率，其值越低越好。

6.5 流动性

微胶囊粉末成品应有较好流动性，若成品的流动性不好，可通过添加抗结剂和喷雾干燥工艺优化提高其流动性[41]。

7 展望

采用微胶囊化技术包埋油脂过程中的主要问题：选择正确的壁材、适宜的壁芯比及产品的制备工艺。壁材可保护油脂免受外界环境的干扰，减缓油脂的氧化酸败，但油脂微胶囊化过程中性能优良且成本低廉的新型壁材较少，这就需要深入了解壁材的微观结构、物化性质及包埋作用机理。壁芯比是油脂微胶囊化过程中的重要因素，壁芯比过低会导致油脂包埋率降低，过高会导致壁材的浪费，这就要求选择合适的壁芯比，从而不仅提高油脂的包埋率，而且降低生产成本。适宜的制备工艺筛选，需要深入了解微胶囊在制备过程中壁材、芯材和水三者之间相互作用，以及水的动态变化过程。另外，油脂的微胶囊化从实验室到工业化生产是一个漫长的过程，在进一步加大微胶囊化基础研究的同时，还要加强工业化生产的应用研究。

8 结语

微胶囊技术是一项实用价值高且应用广泛的新技术。油脂来源广泛、营养丰富，被广泛应用于医药、食品及化妆品等领域中，但其不饱和脂肪酸含量高，易被氧化变质，这限制了其应用范围。采用微胶囊化技术将油脂包埋形成微胶囊，不仅增强了油脂对环境的抵抗能力，延长了保质期，掩蔽不良气味，而且使油脂由液体转化成固体，易于包装、贮藏、运输和使用，从而拓宽油脂的应用范围。随着我国居民生活水平的逐渐提高，对健康且营养食品的需求量会越来越大，进一步加强油脂微胶嚢化技术的理论和工业化应用研究具有重要且深远的意义。