田媛，弓志青，唐曉珍，王文亮，*

（1.山東省農業(yè)科學院農產品研究所，山東省農產品精深加工技術重點實驗室，農業(yè)農村部新食品資源加工重點實驗室，山東濟南250100；2.山東農業(yè)大學食品科學與工程學院，山東泰安271018）

1 微膠囊技術

1.1 微膠囊技術的概念

微膠囊是由聚合材料外殼包裹內容物的一種包容物或包裝物，其內部裝載的物質稱為芯材，外部包裹的物質稱為壁材。微膠囊技術是指由高分子的聚合材料作為壁材，使其在芯材表面形成連續(xù)的薄膜，隔絕內容物，從而形成微膠囊的一種新型技術。微膠囊技術可以將固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)的物質進行包覆，盡可能的保留芯材物質的色、香、味、營養(yǎng)及活性，如今已在食品、醫(yī)藥、日用品、化學材料等領域得到了廣泛的研究與應用[1]。

1.2 微膠囊技術的特點

特殊的芯材物質在經過微膠囊化處理后，其顏色、形態(tài)、體積、質量、溶解性以及貯藏性等都會發(fā)生一定的變化，在特定的條件下，芯材物質會被緩慢釋放從而發(fā)揮作用。微膠囊產品的粒徑一般在1 μm～1000 μm之間。微膠囊的形狀各異，主要有不規(guī)則型、簡單型、多芯型、多壁型、填質顆粒型等；按功能特性區(qū)分，包括緩釋型、壓敏型、熱敏型、光敏型、膨脹型、pH值敏感型等[2]。

1.3 芯材和壁材的選擇

芯材大多是單一的某種物質，也可以是幾種物質的混合物，常用作芯材的物質可大致分為精油、色素、油脂、菌種、酶、活性物質、營養(yǎng)成分等幾類，具體的芯材物質如表1所示。

表1 制備微膠囊常用的芯材分類Table 1 Preparation of commonly used core materials for microcapsule

一般來說，芯材只有從微膠囊的囊壁中釋放出來才會發(fā)揮其功效，釋放速率分為瞬間釋放和緩慢釋放兩種，釋放速率易受到壁材厚度、孔洞大小、反應方式等多種因素影響；芯材本身的溶解度、擴散系數也會對釋放速率產生影響，一般芯材的釋放過程遵循零級或一級釋放速率方程。在飲料工業(yè)的生產加工中，色素類、活性物質類和營養(yǎng)成分類的芯材選用較多，微膠囊化的芯材物質添加到飲料中，提升了飲料的品質和價值，豐富了飲料的口感與風味。

壁材的選擇對微膠囊應用的效果具有很大影響，如滲透性、溶解性、流動性等。所用壁材應符合國家標準中食品添加劑的要求，同時具有良好的成膜性、溶解性、乳化性、干燥性、相容性，且黏度低、無毒、無刺激、可降解、來源廣、成本低，不與芯材發(fā)生化學反應。此外，芯材和壁材也具有相互選擇性，通常情況下，油溶性的壁材可用于包裹水溶性的芯材，水溶性的壁材則包裹油溶性的芯材，在油相和水相之間形成的表面張力使溶液形成穩(wěn)定的油包水或水包油體系[24]。

常用的壁材分為天然高分子材料和人工合成高分子材料。天然高分子材料毒性較小，黏度大，可降解；人工合成高分子材料強度高，易修飾，但生物相容性較差[25]。植物膠類（如阿拉伯膠、果膠）黏度大，成膜性好，穩(wěn)定性高；糖類（如麥芽糖、蔗糖、殼聚糖）具有良好的溶解性，但成膜性較差；淀粉及其衍生物類（如羧甲基淀粉、低聚糖）來源廣泛，無污染；糊精類（如麥芽糊精、環(huán)糊精）具有很好的耐熱性；纖維素類（如羧甲基纖維素、乙基纖維素）毒性小，黏度大，但不耐高溫；蛋白質類（如明膠、大豆分離蛋白）和脂類（如石蠟、卵磷脂）具有良好的成膜性和乳化性[26]。PETROVIC等[27]利用噴霧干燥的方法，以羥丙基甲基纖維素為壁材，制備出向日葵油微膠囊，并通過實驗研究了陰離子表面活性劑對微膠囊形成過程的影響。

在實際應用中，為了節(jié)約成本、達到更好的包埋效果，常選用兩種或兩種以上的壁材復合進行包埋。CAI Xuran等[28]研究了5種比例羧甲基淀粉和黃原膠復合包埋藍莓花青素微膠囊的穩(wěn)定性，并通過體外釋放試驗證實了微膠囊主要在胃中保留、腸中釋放。LOLENY TAVARES等[29]用乳清蛋白和殼聚糖復合，對大蒜提取物進行微膠囊化，使大蒜中酚類化合物的保留效率達到了50%～60%。

1.4 微膠囊的制備方法

微膠囊的制備方法很多，根據原理可以分為物理法、化學法和物理化學法[30]。具體方法及其優(yōu)點如表2所示[31]。

表2 微膠囊的制備方法Table 2 The preparation methods for microencapsulation

在飲料工業(yè)中，為了實現大規(guī)模的工業(yè)化生產，常使用噴霧干燥法生產固體飲料。柴智慧等[34]以蔗汁、桂圓為原料，加入麥芽糊精后進行噴霧干燥，制備出蔗汁桂圓固體飲料，在最佳工藝條件下得到的蔗汁桂圓飲料溶解速度快、品質好，香甜可口，具有蔗汁、桂圓特有的風味。而在實際生產中更多的是將芯材在壁材溶液中混合均質形成穩(wěn)定的溶液，進料到噴霧干燥器中經過霧化和高溫干燥過程使溶劑迅速蒸發(fā)，溶質析出得到微膠囊后再添加到果汁飲料、固體飲料等中。經過噴霧干燥制備的微膠囊產品包埋效果好，顆粒細小均勻，溶解性好。

1.5 微膠囊的表征

微膠囊產品的表征有很多特定的方法：利用傅里葉變換紅外光譜、X射線衍射等技術確定微膠囊包埋的程度、驗證包埋結構；利用掃描電鏡觀察微膠囊的表面結構、包埋效果；利用粒徑分析儀分析微膠囊產品的粒徑分布；利用熱重分析儀檢測微膠囊產品的熱穩(wěn)定性；利用圖譜得到微膠囊的包埋率；利用色譜檢測微膠囊的緩釋性等。暴莎莎等[6]建立了一種低場核磁共振技術結合偏最小二乘回歸分析的方法，快速、無損且準確的檢測了南極磷蝦油微膠囊產品的包埋率。

2 微膠囊技術在飲料加工中的應用

2.1 微膠囊技術在飲料加工應用中的作用

1）液體飲料經過微膠囊化可以變成粉末狀或固體顆粒，方便加工、運輸、貯藏和食用[31]。

2）保護易揮發(fā)、性質不穩(wěn)定的芯材物質免受外界環(huán)境（光照、溫度、濕度、pH值等）的影響，防止芯材氧化變質或減緩氧化速度[24]，同時避免與飲料中的其他成分相互作用發(fā)生不良反應，導致危害人體健康。

3）提高產品的化學穩(wěn)定性，延長貯藏期。

4）控制芯材在人體內的釋放位置、釋放時間和釋放速率，使具有療效功能的活性成分等得到有效、精準的釋放[35]，促進人體腸道吸收和利用。

5）掩蓋芯材自身的不良氣味，如魚腥味[10]、辛辣味、苦味等，改善飲料的口感和風味。

6）最大限度地保持飲料原有的色、香、味以及生物活性，保存營養(yǎng)價值甚至提高營養(yǎng)價值[31]。

7）降低食品添加劑的加入量，減少對人體健康的損害。

2.2 微膠囊技術在茶飲料中的應用

茶葉因其含有茶多酚等多種有益于人體健康的物質而深受消費者喜愛，但茶多酚在堿性條件下易氧化，易與咖啡因、蛋白質等物質反應生成茶乳酪；茶葉中的維生素受熱容易遭到破壞；芳香物質易揮發(fā)或釋放出不良風味；色素容易在光照條件下分解，有的還會出現渾濁沉淀、湯色褐變、香氣惡化的現象[36]。在茶類飲料的生產加工中應用微膠囊技術，可以有效解決以上問題。微膠囊技術的應用可以保護茶飲料中的茶多酚、維生素、芳香物質及色素等，防止成分揮發(fā)，保持茶葉色澤、風味，提高穩(wěn)定性和對光、熱、酸、堿的抵抗力，延長貨架期。寧恩創(chuàng)等[37]將金花茶多酚原液噴霧干燥制備成微膠囊，茶多酚能夠保留81.23%。陳欣[38]指出，在茶飲料中加入一種乳脂微膠囊可以增強口感，增加營養(yǎng)價值。在速溶茶的生產中，保持茶葉原本的風味、色澤和香氣是關鍵，加入β-環(huán)糊精不僅可以對風味成分包埋，避免其散失，還可以防止茶乳酪的產生，生產出香氣濃郁、色澤良好的茶飲料。

2.3 微膠囊技術在乳飲料中的應用

為了保證乳制品中的營養(yǎng)物質不被分解，利用微膠囊技術對營養(yǎng)物質進行處理，使生產出的乳粉質地均勻，風味良好，口感細膩。戴逸等[39]指出，將脂肪酸微膠囊化添加到嬰幼兒奶粉中，可保證配方的營養(yǎng)質量和安全性，提高脂肪酸的穩(wěn)定性，減緩氧化。二十二碳六烯酸（docosahexaenoic acid，DHA）是一種不飽和脂肪酸，對嬰幼兒生長發(fā)育至關重要，但易氧化變色，產生異味。微膠囊化的DHA添加到乳粉中，可避免魚腥味的產生，也能夠改善奶粉的溶解性。利用微膠囊還可以生產很多不同風味的乳制品，如果味奶粉、啤酒奶粉、發(fā)泡奶粉、姜汁奶粉等[11]。將嗜酸乳桿菌微膠囊化加入到酸奶中，可以增強酸奶的持水力，提高蛋白質含量，經實驗證實這種微膠囊的嗜酸乳桿菌在10周內性質能夠保持穩(wěn)定。Sung Ahn等[12]研究了腸溶性乳糖酶微膠囊的工藝，驗證了羥丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸酯微膠囊的體外釋放速率優(yōu)于玉米醇溶蛋白包埋的微膠囊，這種微膠囊化乳糖酶可應用到牛奶、酸奶中，解決人體內乳糖酶分泌不足的問題，減輕因乳糖不耐受出現的癥狀，從而保證人體健康。

2.4 微膠囊技術在功能飲料中的應用

微膠囊技術在功能飲料的生產中有很多應用，最具應用前景、維持人體腸道菌群平衡的益生菌，對生存的條件要求較高，制成益生菌微膠囊后，可以提高益生菌在腸道內的活性和穩(wěn)定性，添加益生菌微膠囊生產的果汁飲料、乳飲料具有廣闊的市場。MASSOUNGA B A F等[40]以乳清分離蛋白-低聚果糖復合物為壁材，以嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌為芯材，制備成益生菌微膠囊，加入到香蕉泥中凍干成粉，并模擬人體胃液腸液的處理，試驗表明加入了包埋的益生菌微膠囊香蕉粉保持了較高的菌活力和較好的貯藏穩(wěn)定性。丁柯等[41]將靈芝菌株微膠囊化，發(fā)酵的濾液與檸檬酸、蔗糖、蜂蜜按照一定的比例調配，經過均質、灌裝、殺菌后制成發(fā)酵飲料，營養(yǎng)豐富，口感較好。蔡向陽等[42]用紅花籽油制備的微膠囊研制了一款功能性復合飲料，通過人體實驗研究表明這種飲料對運動員的機體代謝能力具有促進作用，長期飲用還可以提高運動成績。

2.5 微膠囊技術在果汁飲料中的應用

利用微膠囊技術生產水果果汁飲料，通常以海藻酸鈉、天然果汁或復合果汁為原料，不同口味的微膠囊化果汁飲品原料來源廣泛、工藝簡單，在生產過程中不易使營養(yǎng)成分損失過多，消費者在飲用時可以體驗到豐富的口感。劉春菊等[43]將香櫞精油微膠囊應用到果汁中，保留了精油中多種有益的香氣成分，具有特征性的風味，接受度較高，這種精油在果汁方面的應用具有很大開發(fā)利用的價值。陳劍兵等[44]采用了微膠囊技術對橙皮苷進行包埋，添加到橙汁飲料中，通過研究對果汁品質的影響，確定了最佳配方為：原果汁濃度30%，橙皮苷微膠囊0.8%，穩(wěn)定劑0.2%，在此工藝條件下生產出的橙汁飲料具有良好的風味，橙皮苷含量高達0.82 g/L，同時提高了果汁飲料的營養(yǎng)價值。還有研究將蘋果汁用脂類包埋制成微膠囊后，再加到水中制成微膠囊蘋果汁，有利于人體吸收，比普通蘋果汁在人體內保留時間長，生物利用率也高[45]。NAMBIAR等[46]使用噴霧干燥的方法得到了微膠囊化椰子汁，并通過實驗證明了微膠囊可以保護酚類化合物在特定條件下有效控制釋放。此外，明膠對果蔬汁澄清的作用也與微膠囊技術的應用有關。

2.6 微膠囊技術在固體飲料中的應用

在美國，超過一半的固體飲料生產工藝都使用了微膠囊技術。王玉彤等[47]以混合谷物膨化粉為壁材包埋β-胡蘿卜素，經噴霧干燥制備了一種微膠囊固體飲料，使固體飲料具有較好的溶解性與流動性，且營養(yǎng)價值有所提高。在速溶咖啡的生產加工中，微膠囊化可以保護不穩(wěn)定的醇類、醛類、酮類物質不被分解，對于提供咖啡特有的風味特征至關重要[48]。通過微膠囊化得到的含氣發(fā)泡粉，可以使飲料產生豐富的泡沫。通過微膠囊技術生產的植脂末，可以用于咖啡、奶茶的配料中，增加奶質感和柔滑感，提高速溶性。將包埋天然水果果汁的微膠囊顆粒加入到固體飲料中，天然又營養(yǎng)，具有果香氣味。吳蜀東等[49]從柑橘皮渣中提取了黃酮，用β-環(huán)糊精包埋后加入到固體飲料中，沖調口感細膩，酸甜適中。

3 前景與展望

微膠囊技術的應用使傳統的飲料生產工藝得到簡化，推動了飲料工業(yè)由低級向高深方向的發(fā)展，創(chuàng)造了很多有價值的產品。隨著技術的成熟，微膠囊技術也逐漸應用于酸味劑、防腐劑等飲料添加劑的使用中，微膠囊技術已成為促進飲料工業(yè)不斷前進的重要手段。當前我國的微膠囊技術處于快速發(fā)展階段，根據市場需求和目前狀況，進一步的理論研究和廣泛應用，對于新型環(huán)保無毒壁材的開發(fā)和芯材的挖掘，以及拓寬功能性評價手段等都具有重大的意義[19]。如今微膠囊技術正向著微細化、高品質化、環(huán)?；较虬l(fā)展，今后微膠囊技術將在飲料工業(yè)發(fā)揮更大的作用，不斷開發(fā)出益于人體健康的新產品，取得更大突破，帶給人類和社會更多效益。