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        微膠囊技術在保健食品中的應用進展

        2019-11-13 13:22:28曹侃李雙雙
        食品安全導刊 2019年10期
        關鍵詞:制備方法保健食品

        曹侃 李雙雙

        摘 要:近年來,微膠囊逐漸成為發(fā)展前景十分廣闊的一種新型給藥系統(tǒng)。尤其是在保健食品行業(yè),微膠囊技術有很大的應用價值。本文主要介紹了微膠囊技術的含義、制備方法、在保健食品中應用的優(yōu)勢所在,以及微膠囊的實際應用情況和發(fā)展前景,以期為后續(xù)的進一步深入研究與應用奠定基礎。

        關鍵詞:微膠囊技術? 制備方法? 保健食品

        微膠囊技術作為一種具有改變物質(zhì)形態(tài)、保護敏感成分、掩蓋不良氣味、隔離活性物質(zhì)、增加成分穩(wěn)定性、延長有效成分作用時間等特點的新技術,目前在食品、化工、醫(yī)藥、生物技術等領域被廣泛應用[1-2]。隨著大健康時代的來臨,保健食品的市場需求量大增,本文通過綜述近5年來微膠囊技術在保健食品中的有關應用,以期為該技術后續(xù)的進一步深入研究與應用奠定基礎。

        1 微膠囊技術簡介

        1.1 微膠囊技術的概念

        微膠囊技術是一種利用囊材,即壁材(通常為天然或合成的高分子材料)將囊心物(通常為固體或液體藥物)包裹成直徑為1~5000μm的封閉微小的膠囊,使被包裹的原材料與外界環(huán)境隔絕,并盡可能的保持原材料本來的顏色、味道和性能的一種新型技術[3]。

        1.2 微膠囊囊材的選擇

        囊材的選擇要求性質(zhì)穩(wěn)定、無毒、無刺激性,具有一定的強度和彈性,還要有符合要求的黏度、溶解性和滲透性等等。目前,市場上常用的囊材有天然高分子材料,如明膠、阿拉伯膠、殼聚糖、淀粉、環(huán)糊精等;半合成高分子材料,如甲基纖維素和羧甲基纖維素鈉等;合成高分子材料,如聚乙二醇和聚乙烯醇等。

        2 微膠囊的制備方法

        根據(jù)原材料與囊材的性質(zhì)對微膠囊粒度的大小與釋放的速度等要求,可選擇不同種類的制備方法,其主要包括3類——化學法、物理法和物理化學法。

        2.1 化學法

        2.1.1 原位聚合法

        原位聚合法是指在一定條件下,于基體內(nèi)的原位或目標位置通過化學反應生成一種或幾種增強相,在基體的材料中產(chǎn)生一種或幾種相對分子質(zhì)量相對較高、體積較大的聚合物,從而達到一種強化的目的[3]。徐傳芳等以熱固性脲樹脂為囊材,采用原位聚合物法制備茉莉香精微膠囊,對處于液態(tài)的茉莉香精進行微囊化,制備出流動性良好的粉末狀微膠囊版香精。液態(tài)的茉莉香精被囊材完整包裹,外表形態(tài)完整,同時還具有緩釋的良好性能[4]。該方法的特點是粒徑分布均勻,可制備出具有自我修復功能的微膠囊。

        2.1.2 復凝聚法

        采用復凝聚法制備微膠囊時,囊材一般為兩種或兩種以上的水溶性良好的高分子聚合物。制備時將囊心物分散在水溶液中,通過改變混合溶液的溫度、pH值或加入無機電解質(zhì)使囊材發(fā)生靜電相互作用,從而降低溶解度使相發(fā)生分離,形成囊材濃度較高時的相和囊心物濃度過高時的相,膠體從混合溶液中凝聚出來,從而將囊材包埋形成微膠囊[5]。該方法具有高效、高產(chǎn)率、作用條件溫和等優(yōu)點。

        2.1.3 銳孔-凝固浴法

        銳孔-凝固浴法在制備過程中需要將囊材與囊心物溶解混勻后,借助注射器將料液加入到固化劑中,囊材迅速凝固從而形成微型膠囊。王楠等為了提高對天然植物精油的囊化效果,將海藻酸鈉與多孔淀粉混合作為囊材,并使用該法制備精油膠囊,得到最佳工藝,制得的膠囊穩(wěn)定性較高,彌補了外觀上的缺陷[6]。

        2.1.4 脂質(zhì)體制備微膠囊

        脂質(zhì)體是由脂質(zhì)雙分子層形成的、具有球形特點的載體制劑組成,其可以將水溶性材料包埋在親水性的區(qū)域內(nèi),同時可將脂溶性的材料包埋在疏水區(qū)域的脂質(zhì)雙層內(nèi)。該方法的應用領域較為廣泛,主要應用分布在食品、藥品等的傳遞上,可以保護生物活性材料不受外在環(huán)境的影響,如溫度、pH值、高離子強度和酶等。

        2.2 物理法

        2.2.1 噴霧干燥法

        噴霧干燥法具有成本低、操作簡單、易于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)等特點,在使用該方法時,首先需要將囊心物在囊材的溶液中混合均勻,使之形成穩(wěn)定的溶液,然后將其進料送到噴霧干燥器中,經(jīng)過霧化和熱風干燥使之形成干燥的微膠囊顆粒。運用該方法制備的微型膠囊具有良好的水溶性、乳化能力和耐熱性。

        2.2.2 噴霧冷凍干燥法

        噴霧干燥法的應用范圍十分廣泛,但其缺點也較為明顯——加工過程中需要經(jīng)過高溫熱風干燥,這一做法會導致活性物質(zhì)的降解,從而影響產(chǎn)品的包埋率。因此,近年來許多研究人員研究出噴霧冷凍干燥法來制備微型膠囊的辦法。Semyonov等用麥芽糊精和海藻糖的混合物作為囊材,并通過實驗得出結論——使用噴霧干燥技術可獲得具有高活力的益生菌細胞微膠囊。在噴霧階段,較低的溫度不會影響細菌的生存能力[7],但該方法由于成本較高而很少用于工業(yè)生產(chǎn)。

        2.2.3 流化床包衣法

        流化床包衣法是通常用于包埋固體材料的一種方法,包埋過程分為:成核、轉(zhuǎn)變、球生長。流化床包衣法在包埋時,首先需要將被包埋的固體材料懸浮于包衣室內(nèi),然后囊材溶液經(jīng)過噴嘴霧化器噴射進入包衣室內(nèi),將其與固體藥物進行碰撞,經(jīng)蒸發(fā)形成微膠囊。該方法易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),且操作簡便,適用于食品工業(yè)的生產(chǎn)。

        2.3 物理化學法

        2.3.1 相分離法

        使用相分離法制備微膠囊需要3步:①形成3個不相混溶的相——囊心物溶液相、囊材溶液相和不與這兩個相相溶的相;②將3個相混合均勻;③加熱,干燥囊材。通過以上3步即可得到微膠囊。

        2.3.2 溶劑蒸發(fā)法

        溶劑蒸發(fā)法也稱脫溶劑法,具體步驟為:將囊材溶解在揮發(fā)溶劑中,然后再將囊心物溶解在其中,攪拌均勻后對溶劑進行蒸發(fā),這樣聚合物在囊材周圍收縮就形成了微膠囊[8]。該方法操作簡單,形成的溶液體系穩(wěn)定,溫度變化范圍較小,且溶劑可以進行回收再利用。

        2.3.3 層層自組裝技術

        該技術是利用物質(zhì)分子之間的相互作用力,使物質(zhì)與物質(zhì)之間在分子層面上相互疊加、自動組裝的一個過程。利用層層自組裝技術,在陰離子表面活性劑穩(wěn)定的基礎上,用陽離子多糖與陰離子多糖結合制備3層乳液,最后經(jīng)過噴霧干燥來制備微膠囊。趙瑞鵬等將殼聚糖作為囊材,利用層層自組裝技術來制備肉桂精油的微膠囊,發(fā)現(xiàn)制備得到的產(chǎn)品對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌有較好的抑制作用[9]。而且,該方法能夠從納米尺度上對微膠囊的粒徑大小、組成結構等方面進行控制,且對物質(zhì)的包埋程度較高。

        3 微膠囊技術在保健食品中的應用優(yōu)勢

        微膠囊具有改善和提高物質(zhì)外觀與性質(zhì)的能力,原材料經(jīng)過微囊化之后在食品或其他方面展現(xiàn)出諸多優(yōu)勢,尤其是在保健食品行業(yè)中的應用。

        3.1 增加保健食品的穩(wěn)定性

        一些保健品的原材料由于結構性質(zhì)不穩(wěn)定,可能會受到周圍環(huán)境的影響,例如溫度、pH值等。通過微囊化囊心物與外界環(huán)境隔離,可提高保健品的穩(wěn)定性。

        一些保健品的生理活性物質(zhì),如DHA、亞麻酸等,當周圍環(huán)境變化較大時,如光照強度增強、溫度上升、pH值發(fā)生變化等都會使其失去對人體的有益生理功能,甚至對機體造成傷害。將物質(zhì)微膠囊化后可以加強和提升保健品的品質(zhì),增強其對外在環(huán)境的適應能力。

        3.2 改善物質(zhì)的物理性質(zhì)

        一些液態(tài)或固態(tài)的物質(zhì)利用微囊化技術可以很好的改變其物理形態(tài),且改善了物質(zhì)的密度、流動性、分散性,服用起來也較為方便。

        3.3 緩釋控制

        微囊化后的物質(zhì)可以控制囊心物的釋放位置、時間與速度,且微囊化使一些易揮發(fā)的物質(zhì)得到有效保護并讓其在合適的時候釋放出來。例如,賀龍以海藻酸鈉或殼聚糖為囊材制備微膠囊化的甜橙油,其能夠應用到口香糖、膨化食品等的增香產(chǎn)品中[10]。

        3.4 隔絕味道與不良氣味

        一些藥物由于其味道易讓人產(chǎn)生不愉快的情緒,如臭味、辣味、辛味等,而微囊化可以很好地解決該問題。將產(chǎn)品微膠囊化之后,其在口中不會溶解,這樣的使用效果較好,有效成分也能得到保證。

        3.5 減少復方制劑配伍的禁忌

        有些原材料有拮抗作用,也有一些原物質(zhì)混合在一起會發(fā)生毒副作用,將藥物微囊化處理可以阻止活性成分之間的反應,保持有效成分的穩(wěn)定性。

        4 微膠囊的實際應用情況

        4.1 用于營養(yǎng)素

        礦物質(zhì)元素、維生素、氨基酸等作為人體需要的主要營養(yǎng)素,其在生產(chǎn)加工與儲藏的過程中會受到外界許多因素的影響而導致結構發(fā)生改變,營養(yǎng)價值有所降低,甚至會改變顏色與口感。為防止這種情況的發(fā)生,可以將這些營養(yǎng)物質(zhì)進行包埋,增強其對抗外界不良環(huán)境的能力,待其穩(wěn)定性提高后,生物利用率也會升高。例如,維生素D(VD)是人體重要的維生素類型,其能夠促進人體對鈣、鐵和磷的吸收,以及預防兒童的骨質(zhì)疏松等疾病。酪蛋白微粒是天然的納米傳遞系統(tǒng),同樣也是牛奶酪蛋白中礦物質(zhì)的重要組成成分,以該物質(zhì)作為囊材,對脂溶性維生素D2進行包埋,制成微膠囊后可對VD2起到保護作用,避免紫外線對其造成傷害[11]。

        4.2 用于功能性油脂

        隨著現(xiàn)代社會肥胖癥、冠心病、高血壓等病癥患者的不斷增加,人們對食物中脂肪的關注度也越來越高。但是功能性油脂的功能成分對環(huán)境的要求較高,限制了其應用擴展。

        功能性油脂多指不飽和脂肪酸、磷脂以及膽堿,其對平衡人體有著極其重要的作用。同樣,它也是市場研發(fā)新型保健食品的重要成分及首要添加的材料之一[12]??梢岳枚嗵?、蛋白質(zhì)、淀粉等作為功能性油脂的囊材,通過對功能性油脂的微膠囊化,避免其與外界環(huán)境接觸,從而延緩其氧化速率,最大限度的保證其生物活性。同時,該做法還能掩蓋油脂中的不良氣味,改善油脂物理狀態(tài),使其固態(tài)化。

        4.3 用于添加劑

        酚類物質(zhì)、生物堿類、黃酮類和茶多酚均為抗氧化劑,尤其是茶多酚,其具有能夠清除人體自由基、抗衰老、抗菌、消炎等作用,但是也有缺陷之處,如易溶于水、難溶于油等。微膠囊技術可以提高抗氧化劑的穩(wěn)定性,還能使其抗氧化范圍得到擴大。

        阿斯巴甜是一種應用廣泛的甜味劑,將其微囊化可以防止水分或高溫對它的破壞[13]。目前,花青素、番茄紅素、玉米色素等都是天然色素,在食品加工過程中,由于天然色素存在溶解性和不穩(wěn)定性,而微膠囊技術可以改善天然色素的這一特性。

        4.4 用于果蔬飲料

        當前,市場上的果蔬飲料主要應用海藻酸鈉的鈣化,那么利用微膠囊技術與果蔬飲料的結合可以使飲料中具有維生素C、鈣、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分。將果蔬飲料微囊化還可以提高飲料的色澤,使其風味更加獨特。

        由于篇幅有限,本文主要講解了以上幾種微膠囊的應用。另外,微膠囊還有其他方面的應用,如醫(yī)學、乳制品方面等。

        5 目前存在的問題與解決方法

        微膠囊保健食品的發(fā)展前景廣闊,也是食品工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的重要趨勢。但是,微膠囊技術也面臨著更多的創(chuàng)新和挑戰(zhàn),如目前食品市場的生產(chǎn)成本較高,原材料的選擇較難,需要考慮原材料是否安全,以及經(jīng)濟高效的壁材有所欠缺[14]。因此,微膠囊的技術水平還有待提高。

        現(xiàn)如今,市場上常用的微膠囊壁材大多為一些高分子材料,這在方便保健品行業(yè)應用的同時也產(chǎn)生了一些難題,尤其是壁材難降解和有毒害等問題,在制備的過程中可能涉及一些有毒的溶劑[15]。那么,探索研發(fā)出一種既無毒且易降解的材料成為了一個重要的探討課題。

        6 展望

        作為一種新興技術,微膠囊技術具有很好的發(fā)展?jié)撃埽瑸榱烁玫难芯窟@個項目,未來應該針對其中的大多問題尋找解決辦法,尋找技術突破點,推動該項技術能更好地成熟和發(fā)展。

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        基金項目:安徽省教育廳自然科學研究重點項目(KJ2015A401);安徽省高校優(yōu)秀拔尖人才培育資助項目(gxfx2017246);2016年安徽省質(zhì)量工程項目《藥品生產(chǎn)技術專業(yè)綜合改革試點》(2016zy048)。

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