微胶囊技术在保健食品中的应用进展

来源:用户上传      作者:曹侃 李双双

　　摘 要：近年来，微胶囊逐渐成为发展前景十分广阔的一种新型给药系统。尤其是在保健食品行业，微胶囊技术有很大的应用价值。本文主要介绍了微胶囊技术的含义、制备方法、在保健食品中应用的优势所在，以及微胶囊的实际应用情况和发展前景，以期为后续的进一步深入研究与应用奠定基础。
　　关键词：微胶囊技术  制备方法  保健食品
　　微胶囊技术作为一种具有改变物质形态、保护敏感成分、掩盖不良气味、隔离活性物质、增加成分稳定性、延长有效成分作用时间等特点的新技术，目前在食品、化工、医药、生物技术等领域被广泛应用[1-2]。随着大健康时代的来临，保健食品的市场需求量大增，本文通过综述近5年来微胶囊技术在保健食品中的有关应用，以期为该技术后续的进一步深入研究与应用奠定基础。
　　1 微胶囊技术简介
　　1.1 微胶囊技术的概念
　　微胶囊技术是一种利用囊材，即壁材（通常为天然或合成的高分子材料）将囊心物（通常为固体或液体药物）包裹成直径为1～5000μm的封闭微小的胶囊，使被包裹的原材料与外界环境隔绝，并尽可能的保持原材料本来的颜色、味道和性能的一种新型技术[3]。
　　1.2 微胶囊囊材的选择
　　囊材的选择要求性质稳定、无毒、无刺激性，具有一定的强度和弹性，还要有符合要求的黏度、溶解性和渗透性等等。目前，市场上常用的囊材有天然高分子材料，如明胶、阿拉伯胶、壳聚糖、淀粉、环糊精等;半合成高分子材料，如甲基纤维素和羧甲基纤维素钠等;合成高分子材料，如聚乙二醇和聚乙烯醇等。
　　2 微胶囊的制备方法
　　根据原材料与囊材的性质对微胶囊粒度的大小与释放的速度等要求，可选择不同种类的制备方法，其主要包括3类——化学法、物理法和物理化学法。
　　2.1 化学法
　　2.1.1 原位聚合法
　　原位聚合法是指在一定条件下，于基体内的原位或目标位置通过化学反应生成一种或几种增强相，在基体的材料中产生一种或几种相对分子质量相对较高、体积较大的聚合物，从而达到一种强化的目的[3]。徐传芳等以热固性脲树脂为囊材，采用原位聚合物法制备茉莉香精微胶囊，对处于液态的茉莉香精进行微囊化，制备出流动性良好的粉末状微胶囊版香精。液态的茉莉香精被囊材完整包裹，外表形态完整，同时还具有缓释的良好性能[4]。该方法的特点是粒径分布均匀，可制备出具有自我修复功能的微胶囊。
　　2.1.2 复凝聚法
　　采用复凝聚法制备微胶囊时，囊材一般为两种或两种以上的水溶性良好的高分子聚合物。制备时将囊心物分散在水溶液中，通过改变混合溶液的温度、pH值或加入无机电解质使囊材发生静电相互作用，从而降低溶解度使相发生分离，形成囊材浓度较高时的相和囊心物浓度过高时的相，胶体从混合溶液中凝聚出来，从而将囊材包埋形成微胶囊[5]。该方法具有高效、高产率、作用条件温和等优点。
　　2.1.3 锐孔-凝固浴法
　　锐孔-凝固浴法在制备过程中需要将囊材与囊心物溶解混匀后，借助注射器将料液加入到固化剂中，囊材迅速凝固从而形成微型胶囊。王楠等为了提高对天然植物精油的囊化效果，将海藻酸钠与多孔淀粉混合作为囊材，并使用该法制备精油胶囊，得到最佳工艺，制得的胶囊稳定性较高，弥补了外观上的缺陷[6]。
　　2.1.4 脂质体制备微胶囊
　　脂质体是由脂质双分子层形成的、具有球形特点的载体制剂组成，其可以将水溶性材料包埋在亲水性的区域内，同时可将脂溶性的材料包埋在疏水区域的脂质双层内。该方法的应用领域较为广泛，主要应用分布在食品、药品等的传递上，可以保护生物活性材料不受外在环境的影响，如温度、pH值、高离子强度和酶等。
　　2.2 物理法
　　2.2.1 喷雾干燥法
　　喷雾干燥法具有成本低、操作简单、易于大规模工业生产等特点，在使用该方法时，首先需要将囊心物在囊材的溶液中混合均匀，使之形成稳定的溶液，然后将其进料送到喷雾干燥器中，经过雾化和热风干燥使之形成干燥的微胶囊颗粒。运用该方法制备的微型胶囊具有良好的水溶性、乳化能力和耐热性。
　　2.2.2 喷雾冷冻干燥法
　　喷雾干燥法的应用范围十分广泛，但其缺点也较为明显——加工过程中需要经过高温热风干燥，这一做法会导致活性物质的降解，从而影响产品的包埋率。因此，近年来许多研究人员研究出喷雾冷冻干燥法来制备微型胶囊的办法。Semyonov等用麦芽糊精和海藻糖的混合物作为囊材，并通过实验得出结论——使用喷雾干燥技术可获得具有高活力的益生菌细胞微胶囊。在喷雾阶段，较低的温度不会影响细菌的生存能力[7]，但该方法由于成本较高而很少用于工业生产。
　　2.2.3 流化床包衣法
　　流化床包衣法是通常用于包埋固体材料的一种方法，包埋过程分为：成核、转变、球生長。流化床包衣法在包埋时，首先需要将被包埋的固体材料悬浮于包衣室内，然后囊材溶液经过喷嘴雾化器喷射进入包衣室内，将其与固体药物进行碰撞，经蒸发形成微胶囊。该方法易于实现工业化生产，且操作简便，适用于食品工业的生产。
　　2.3 物理化学法
　　2.3.1 相分离法
　　使用相分离法制备微胶囊需要3步：①形成3个不相混溶的相——囊心物溶液相、囊材溶液相和不与这两个相相溶的相;②将3个相混合均匀;③加热，干燥囊材。通过以上3步即可得到微胶囊。
　　2.3.2 溶剂蒸发法
　　溶剂蒸发法也称脱溶剂法，具体步骤为：将囊材溶解在挥发溶剂中，然后再将囊心物溶解在其中，搅拌均匀后对溶剂进行蒸发，这样聚合物在囊材周围收缩就形成了微胶囊[8]。该方法操作简单，形成的溶液体系稳定，温度变化范围较小，且溶剂可以进行回收再利用。
　　2.3.3 层层自组装技术 　　该技术是利用物质分子之间的相互作用力，使物质与物质之间在分子层面上相互叠加、自动组装的一个过程。利用层层自组装技术，在阴离子表面活性剂稳定的基础上，用阳离子多糖与阴离子多糖结合制备3层乳液，最后经过喷雾干燥来制备微胶囊。赵瑞鹏等将壳聚糖作为囊材，利用层层自组装技术来制备肉桂精油的微胶囊，发现制备得到的产品对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有较好的抑制作用[9]。而且，该方法能够从纳米尺度上对微胶囊的粒径大小、组成结构等方面进行控制，且对物质的包埋程度较高。
　　3 微胶囊技术在保健食品中的应用优势
　　微胶囊具有改善和提高物质外观与性质的能力，原材料经过微囊化之后在食品或其他方面展现出诸多优势，尤其是在保健食品行业中的应用。
　　3.1 增加保健食品的稳定性
　　一些保健品的原材料由于结构性质不稳定，可能会受到周围环境的影响，例如温度、pH值等。通过微囊化囊心物与外界环境隔离，可提高保健品的稳定性。
　　一些保健品的生理活性物质，如DHA、亚麻酸等，当周围环境变化较大时，如光照强度增强、温度上升、pH值发生变化等都会使其失去对人体的有益生理功能，甚至对机体造成伤害。将物质微胶囊化后可以加强和提升保健品的品质，增强其对外在环境的适应能力。
　　3.2 改善物质的物理性质
　　一些液态或固态的物质利用微囊化技术可以很好的改变其物理形态，且改善了物质的密度、流动性、分散性，服用起来也较为方便。
　　3.3 缓释控制
　　微囊化后的物质可以控制囊心物的释放位置、时间与速度，且微囊化使一些易挥发的物质得到有效保护并让其在合适的时候释放出来。例如，贺龙以海藻酸钠或壳聚糖为囊材制备微胶囊化的甜橙油，其能够应用到口香糖、膨化食品等的增香产品中[10]。
　　3.4 隔绝味道与不良气味
　　一些药物由于其味道易让人产生不愉快的情绪，如臭味、辣味、辛味等，而微囊化可以很好地解决该问题。将产品微胶囊化之后，其在口中不会溶解，这样的使用效果较好，有效成分也能得到保证。
　　3.5 减少复方制剂配伍的禁忌
　　有些原材料有拮抗作用，也有一些原物质混合在一起会发生毒副作用，将药物微囊化处理可以阻止活性成分之间的反应，保持有效成分的稳定性。
　　4 微胶囊的实际应用情况
　　4.1 用于营养素
　　矿物质元素、维生素、氨基酸等作为人体需要的主要营养素，其在生产加工与储藏的过程中会受到外界许多因素的影响而导致结构发生改变，营养价值有所降低，甚至会改变颜色与口感。为防止这种情况的发生，可以将这些营养物质进行包埋，增强其对抗外界不良环境的能力，待其稳定性提高后，生物利用率也会升高。例如，维生素D（VD）是人体重要的维生素类型，其能够促进人体对钙、铁和磷的吸收，以及预防儿童的骨质疏松等疾病。酪蛋白微粒是天然的纳米传递系统，同样也是牛奶酪蛋白中矿物质的重要组成成分，以该物质作为囊材，对脂溶性维生素D2进行包埋，制成微胶囊后可对VD2起到保护作用，避免紫外线对其造成伤害[11]。
　　4.2 用于功能性油脂
　　随着现代社会肥胖症、冠心病、高血压等病症患者的不断增加，人们对食物中脂肪的关注度也越来越高。但是功能性油脂的功能成分对环境的要求较高，限制了其应用扩展。
　　功能性油脂多指不饱和脂肪酸、磷脂以及胆碱，其对平衡人体有着极其重要的作用。同样，它也是市场研发新型保健食品的重要成分及首要添加的材料之一[12]。可以利用多糖、蛋白质、淀粉等作为功能性油脂的囊材，通过对功能性油脂的微胶囊化，避免其与外界环境接触，从而延缓其氧化速率，最大限度的保证其生物活性。同时，该做法还能掩盖油脂中的不良气味，改善油脂物理状态，使其固态化。
　　4.3 用于添加剂
　　酚类物质、生物碱类、黄酮类和茶多酚均为抗氧化剂，尤其是茶多酚，其具有能够清除人体自由基、抗衰老、抗菌、消炎等作用，但是也有缺陷之处，如易溶于水、难溶于油等。微胶囊技术可以提高抗氧化剂的稳定性，还能使其抗氧化范围得到扩大。
　　阿斯巴甜是一种应用广泛的甜味剂，将其微囊化可以防止水分或高温对它的破坏[13]。目前，花青素、番茄红素、玉米色素等都是天然色素，在食品加工过程中，由于天然色素存在溶解性和不稳定性，而微胶囊技术可以改善天然色素的这一特性。
　　4.4 用于果蔬饮料
　　当前，市场上的果蔬饮料主要应用海藻酸钠的钙化，那么利用微胶囊技术与果蔬饮料的结合可以使饮料中具有维生素C、钙、蛋白质等营养成分。将果蔬饮料微囊化还可以提高饮料的色泽，使其风味更加独特。
　　由于篇幅有限，本文主要讲解了以上几种微胶囊的应用。另外，微胶囊还有其他方面的应用，如医学、乳制品方面等。
　　5 目前存在的问题与解决方法
　　微胶囊保健食品的发展前景广阔，也是食品工业生产发展的重要趨势。但是，微胶囊技术也面临着更多的创新和挑战，如目前食品市场的生产成本较高，原材料的选择较难，需要考虑原材料是否安全，以及经济高效的壁材有所欠缺[14]。因此，微胶囊的技术水平还有待提高。
　　现如今，市场上常用的微胶囊壁材大多为一些高分子材料，这在方便保健品行业应用的同时也产生了一些难题，尤其是壁材难降解和有毒害等问题，在制备的过程中可能涉及一些有毒的溶剂[15]。那么，探索研发出一种既无毒且易降解的材料成为了一个重要的探讨课题。
　　6 展望
　　作为一种新兴技术，微胶囊技术具有很好的发展潜能，为了更好的研究这个项目，未来应该针对其中的大多问题寻找解决办法，寻找技术突破点，推动该项技术能更好地成熟和发展。
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　　基金项目：安徽省教育厅自然科学研究重点项目（KJ2015A401）;安徽省高校优秀拔尖人才培育资助项目（gxfx2017246）;2016年安徽省质量工程项目《药品生产技术专业综合改革试点》（2016zy048）。
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