微胶囊技术及其在农产品加工领域中的应用
0 引言
研究高新技术在农产品加工领域中的应用决定着一个国家的先进程度和发展水平。在发达国家的农产品加工工业中，90％以上的商品都采用了高新技术。目前，国际上广泛应用于农产品加工领域的高新技术主要有：生物工程技术、速冻技术、真空冷冻干燥技术、超微粉碎技术、冷冻浓缩技术、膜分离技术、微波技术、膨化技术、挤压技术、超临界萃取技术、微电子技术、微胶囊技术、高压加工技术、特征红外干燥技术、新型贮运保鲜技术等。这些高新技术在我国农产品贮藏、保鲜和加工领域都将逐步推广，得到广泛运用。本文主要介绍微胶囊技术及其在农产品加工领域中的应用。
1微胶囊技术。
所谓微胶囊技术(Microencapsulation)，其实指的就是利用天然的或者是合成的高分子包囊材料，将固体的、液体的、甚至是气体的微小囊核物质包覆形成为直径1～5000~m的一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊技术。其中包被材料称之为壁材，被包囊的物质称为囊心物或芯材。微胶囊技术自1957年又GreenB．K提出，发展至尽已有四十多年历史。微胶囊技术具有独特的优越性，使许多传统方法难以克服的问题得到了解决。微胶囊技术可以改变物态，使液体或气体物质转化为固体颗粒，方便了保存与应用。将敏感性的组分包被起来，隔绝氧、光、紫外线，防止氧化变质，减少外界环境对囊心物的影响。某些挥发性的物质和具有不良气味的物质经微胶囊化后，既可防止这些物质挥发损耗，又能掩盖物质的不良气味，有利于产品品质的提高。通过微胶囊技术可将同一系统中相互反应的组分进行隔离，避免了相互问的反应。微胶囊技术的重要作用之一是可以有目的地调节囊心物的释放，使被包囊的物质在最适当的时间、最适合的部位释放，可以降低药物的使用剂量，延长作用的时间，减轻某些化学添加剂诸如人工色素、防腐剂等对人畜的危害¨
在食品工业中常用的微胶囊化方法有以下几种。
1．1喷雾干燥法
喷雾干燥法以其操作灵活，成本低廉，具有良好的产品质量而成为食品工业中应用最广泛的微胶囊化方法。该法微胶囊造粒的原理是：首先制备乳化分散相，即把心材分散在已液化的壁材中混合形成溶液，后加人乳化剂，热分散体系经均质变成水包油型乳状液，最后进行喷雾干燥即可。喷雾干燥法适用于热敏性物质的微胶囊化，处理最大，适宜工业化连续性作业。但有包埋率底，设备尺寸大，价格高，耗能大等缺点。传统喷雾干燥法的工艺流程为见图1。
1．2喷雾冷却法
喷雾冷却法是从喷雾干燥法发展起来的，其操作过程和喷雾干燥法相似，先将心材与熔融油脂混合调成胶囊化熔融液，再用雾化器形成熔融状微胶囊细颗粒后，然后用
冷空气快速冷却让壁材固化。对香精香料等对热敏感的活泼物质，使用该法造粒对保护其活性有很大的优越性，还可节约不少能量。不足之处是该法所制微胶囊不溶于水且需特定的贮藏温度。其工艺流程见图2。
1．3挤压法
挤压法是目前最受推崇的香精香料微胶囊化的方法。它是将心材物质分散于熔化了的糖类物质中，再将其挤压成细丝状，进入脱水溶液，糖类物质凝固，心材被包埋于其中，再经破碎、分离干燥即得成品。其操作过程如图3。
挤压法具有微胶囊表面孔面积非常小、表面心材物质含量低、操作温度较低及外观诱人的特点。不足上包埋率较低，只有70％，而喷雾干燥法可达90％～95％。
1．4凝聚法
凝聚法的特点是利用改变温度或在溶液中加入无机盐电解质、成膜材料的非溶剂，或创造条件诱发两种成膜材料问相互结合等方法，使壁材溶液产生相分离，形成两个亮相，一个是含壁材浓度很高的聚合物丰富相(又称包囊材料相)，另一个是含壁材很少的聚合物缺乏相。形成的聚合物丰富相是可以充分流动的，并能够稳定地逐步环绕在囊芯微粒的周围。相分离步骤是制备微胶囊的关键。凝聚微胶囊化过程见图4。
2在农产品加工业中的应用
2．1 在饮料工业中的应用
随着食品工业科学技术的不断进步，消费者对产品的要求越来越高，针对这一问题，饮料工业引入微胶囊技术开发新产品，以满足消费者的需求。如以海藻酸钠、蔬菜、天然果汁为原料，微胶囊技术和饮料工艺想结合，制造微胶囊复合果蔬饮料。产品具有叶酸、蛋白质、维生素c、钙等营养成分。产品具有色泽明快、风味独特、营养丰富、稳定性极件等特点。或以海藻提取物为主要原料，利用滴入到另一种液体物料之中，发生化学变化，从而形成珍珠状球形胶囊颗粒。将之加入到饮料中制成海藻酸钠珍珠胶囊饮料，饮料的颜色与珍珠胶囊的颜色可相同也可不同，增加饮料的营养价值，改善饮料的外观和口感，对于阻碍人体对胆固醇的吸收，抑制有害金属离子在人体内积累具有特殊功效。从果蔬中提取可利用的营养物质，为保持气颜色、防止褐变而将蔬菜汁制成彩色胶囊，加入到饮料中，所得的产品色彩鲜艳、稳定性好、感官性好。
2．2在乳制品中的应用
乳制品中添加的营养物质具有不愉快的气味，其性质不稳定易分解，影响产品质量。将这些添加物月度年个微胶囊技术包埋，可增强产品的稳定性，使产品具有独特的风味，无异味，不结块，跑摸均匀细腻，冲调性好，保质期长。利用此法制成的产品有果味奶粉、姜汁奶粉、可乐奶粉、发泡奶粉等。
1)果味奶粉的生产。把果汁等调味剂先包人微胶囊后再与奶粉等成分合调配，可避免蛋白质与有机酸等物质的接触，从而也就克服了因为蛋白质的主为性使奶粉结块等现象的发生，并且延长了果昧奶粉的货架期。
2)姜汁奶粉的生产。姜汁直接与奶粉混合，很容易造成姜汁中香辛成分．挥发或酸败，把姜汁先行微胶囊化处理后，再和其他辅料一起与奶粉混合，不但可以保持姜汁奶粉独特的辛辣口感，而且还能使奶粉在整个保质期内无结块现象发生。
3)发泡奶粉的生产。把奶粉与柠檬酸及发泡剂碳酸氢钠等按常规方法直接混合，极易造成奶粉结块和产品冲调后缺乏泡末等。若把柠檬酸先行微胶囊化后再与其他配料一起混合，则可免除奶粉的结块，并使产品在冲调后泡沫量充足持久，并使该产品在贮存期内质量稳定。
4)可乐奶粉的生产。可乐饮料中的香精和可乐膏等成分极易挥发，且磷酸又属液体。若将可乐饮料中的香精、膏剂及磷酸等先进行微胶囊化处理，再与奶粉及碳酸氢钠等发泡剂混合生产，则可既保存可乐包料的风味，防止奶粉结块，同时还可使奶粉冲调后泡沫丰富、持久、细腻。
2．3在糖果中的应用
微胶囊技术应可应用于糖果的调色、调香、调味以及糖果的营养强化和品质改善。糖果生产中的天然食用色素、香精、营养强化剂等物质易分解，利用喷雾干燥等方法将其微胶囊化以确保产品质量的稳定。常用的壁材有水溶性食用胶、环状糊精、纤维素衍生物、明胶、酪蛋白等物质，用此法生产的糖果颜色鲜亮持久，产品货架期长。
2．4在食品添加剂中的应用
酸味剂：近年来，随着各种方便食品的开发，酸味剂的品种也越来越丰富，添加剂技术也大有改进。如果把某些酸为剂直接添加到食品配料中，会使配料中某些敏感成分发生劣变。为了克服这些缺点。采用微胶囊技术，将酸味剂包埋，延长酸味剂对敏感成分的接触，而延长储存期；另一方面，通过对酸味剂的部分包埋，可以在饮用时感觉爽口，而实际PH可达到酸性食品的标准，从而少加防腐剂。
微胶囊花酶制剂：采用某些高分子物质为壁材，将多种酶或微生物以微胶囊形式包埋于半透性膜内。制成微胶囊化酶制剂。它能保持酶的活性，延长作用时间，实现连续化酶促生产或发酵。
风味与调味料：这方面是微胶囊技术在食品工业中应用最广的领域。最常见的如：柠檬油、花椒油、薄荷油、蒜、咖喱油、孜然油等。甜味剂：如阿斯巴甜。色素：一些天然色素在应用中存在溶解性与稳定性差的问题，微胶囊化后不仅可以改变溶解性能，同时也提高了其稳定性。
2．5在饲料工业中的应用
1)反刍动物饲料中的应用。为了提高牛奶中不饱和脂肪酸的含量，需要在奶牛饲料中添加油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸或脂肪酸含量高的植物油。但是这些脂肪酸进入牛胃后即被吸收，并在消化过程中被软化成饱和脂肪酸。如将不饱和脂肪酸包被后掺到饲料中喂牛，就可以使这些不饱和脂肪酸被肠吸收，并在新陈代谢过程中以不饱和脂肪酸的形式进入牛奶，使牛奶的营养价值提高。有实验表明，用掺有亚油酸微胶囊的饲料喂奶牛，牛奶脂肪酸中亚油酸含量占总脂肪酸含量的13．6％；而用未微胶囊化的亚油酸喂奶牛，牛奶中亚油酸含量只占总脂肪酸含量的2．7％。
2)在鱼饲料中的应用。微胶囊形式的鱼饲料，不仅不会使氨基酸和维生素等饲料成分因溶于水而散失或在海水环境中被破坏，而且可以通过控制胶囊的粒径和密度，使其悬浮在水中酷似浮游生物，有利于幼鱼捕食。这样可以用廉价的植物蛋白代替动物蛋白或活的浮游生物做饲料。维生素和饲料添加剂微胶囊化后，不仅可以减少它们之间的互助，提高饲料的适口性，而且可以减少在加工过程的损失，并可以控制在消化道不同部位释放。
3)在饲料添加剂中的应用。近年来，对饲料添加剂微胶囊化的研究越来越热。由于食品工业中较早的采用了微胶囊化技术，对维生素及各种食品添加剂进行了微胶囊化包装。微胶囊化技术在饲料工业方面也是在食品工业应用基础上发展起来的。目前，报道的微胶囊化饲料添加剂的产品很多，如“百宝菌”、“赐美健”等。尤其是微生态制剂方面，由于微生物在饲料加工及存放过程中，存活率会大大降低，所以研究更多。由于该技术具有较高的经济价值，多数研究结果已申请了专利。总体上讲，饲料添加剂经微胶囊化后，产品的性能有很到达提高，但同时也提高了生产成本，如何降低饲料添加剂微胶囊化的生产成本，取得最大的经济效益，是今后研究微胶囊化技术的关键。
2．6在稻米加工中的应用
β一胡罗卜素因具有维生素A活性而引起人们极大兴趣．美国癌症研究所经过研究证实，B胡罗卜素是一种良好的自由基清除剂和捕集剂，现已作为预防及治疗恶性肿瘤的药品．由于B胡罗卜素对光、氧十分敏感，难溶于水，因而使其在大米强化应用方面受到限制。如将其进行微胶囊化处理，增强氧化稳定性，延长色素的保存期，即可应用于大米的强化、着色。
维生素B具有较强异味，采用微胶囊制粒技术对其进行处理，可很好地掩蔽其不良味道。
用二价铁对大米进行营养强化时，它能催化氧化酸败的进行，同时具有不良味道。将二价铁微胶囊化后添加既可防止其与氧的接触，又可掩蔽其异味。美国用硬脂酸包埋硫酸亚铁和抗坏血酸获得的胶囊化铁，对热、氧、光具有较好的稳定性。
3结论
目前影响微胶囊技术在食品工业中推广应用的障碍主要是生产成本较高：其次是；没有良好性能的食品级的壁材；再者没有工业化生产设备。因此，要不断开发简便经济的食品微胶囊技术的新材料、新设备、新工艺，生产更多的微胶囊化食品。微胶囊技术虽然发展时间不长，但已给食品工业带来了极大的革新和进步。许多以前不能解决的技术难题，因该技术的出现迎刃而解。我国在这一方面的研究已落后于工业发达的国家，应深入研究心材的释放机理，加强开发新的壁材。利用微胶囊技术结合其它食品工程高新技术，开发新产品、促进我国食品工业的进步。随着食品工业的发展，微胶囊技术一定会发挥越来越大的作用。将有更多的营养丰富，味美价廉的微胶囊化食品。
洪柯江，滕斌，李宜
(1．杭州市农业局；2．杭州市农业机械化技术学校)
中国农机化，2010年第2期