功能性油脂微膠囊化及其穩定性評價

侯占群，龔樹立，劉凌，李國明，胡瑞連，李晨悅

1(中國食品發酵工業研究院，北京，100027)2(完美(中國)有限公司，廣東中山，528402)

現代社會的發展，生存環境的惡化以及社會壓力的加大對現代人的健康影響很大，使得越來越多的人群長期處于身體的亞健康狀態。近年來，隨著油脂與肥胖癥、動脈硬化、冠心病等有密切關系的各類報道的增多，消費者對食品中的脂肪越來越敏感。為此，開發具有理想的脂肪酸組成、良好生理功能和營養價值的功能性油脂，成為油脂研發的熱點［1］。

功能性油脂是一類具有特殊生理功能的油脂，是指那些屬于人類膳食油脂，為人類營養、健康所需要，并對人體一些相應缺乏癥和內源性疾病，特別是對高血壓、心臟病、癌癥、糖尿病等有積極防治作用的一大類脂溶性物質。然而，許多具有重要生理功能的油脂成分具有易氧化、易變性的化學特性，嚴重影響了其作為功能性油脂作用的發揮。因此，最大限度保持其生物活性，提高它們在食品體系中的穩定性成為功能性油脂發展急需要解決的問題［2-3］。

如今，各國的科學家為防止不飽和脂肪酸活性的損失和氧化，進行了大量的研究，主要是集中在氧化機理和影響因素方面。采取的方法主要是:(1)在油脂中添加抗氧化劑，來阻止、延遲防護不飽和脂肪酸自動氧化過程，它通過氧化還原降低食品內部氧含量、破壞過氧化物、與游離自由基競爭性化合、穩定氫過氧化物、抑制或降低催化劑及氧化酶的活性來阻礙氧化作用，增加食品保藏的時間?？寡趸瘎┰酁楹铣煽寡趸瘎?，但隨著人們對人體健康愈來愈關注，現正在研究天然氧化劑如茶多酚、香辛料類萃取物等及在食品和油脂中的應用。(2)通過微膠囊化技術，在脂肪酸周圍形成一層保護層，從而使其與外界環境隔絕，保持其原有的活性，改善產品品質，提高功能性油脂產品的貨架期。此外，通過微膠囊技術將功能性油脂轉化為固體微粒產品，豐富了其產品形式，拓寬了在食品領域的應用范圍，也為工業化加工、貯藏及運輸提供了便利。近年來，微膠囊技術在高附加值油脂產品制備領域中的研究十分活躍。本文在對其進行綜合分析的基礎上，總結了功能性油脂的保健功能及其微膠囊化方面的國內外研究進展［2，4-5］。

1 功能性油脂的保健功能

功能性油脂是一類具有特殊生理功能的油脂，是對人體有一定保健功能、藥用功能以及有益健康的一類油脂。主要包括有多不飽和脂肪酸、磷脂類以及現在新興起的結構油脂［1］。

1.1 多不飽和脂肪酸

多不飽和脂肪酸(PUFA)一般是指含2個或2個以上雙鍵、碳鏈長度在18或18個碳原子以上的脂肪酸，根據不飽和鍵的位置不同，可將脂肪酸分為n-3、n-6、n-7、n-9系列脂肪酸，其中n-6系列包括亞油酸、γ-亞麻酸、二十碳四烯酸等，n-3系列包括α-亞麻酸、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等。根據氫原子在不飽和鍵的同側或異側，可將脂肪酸分為順式不飽和脂肪酸和反式不飽和脂肪酸。其中，亞油酸及亞麻酸被公認為人體必需的脂肪酸，在人體內可進一步衍化成具有不同功能作用的高度不飽和脂肪酸，如花生四烯酸、EPA、DHA等。如今，多不飽和脂肪酸已成為功能性油脂研究和開發的主體與核心。

多不飽和脂肪酸不僅是人體不可缺少的必需脂肪酸，更重要的是由它們在體內代謝轉化并起著極為重要的生理作用。膳食中的多不飽和脂肪酸對維持正常的身體健康和防治一些慢性疾病有多種生理作用。主要表現在以下幾個方面:(1)降低膽固醇，血清中膽固醇和甘油三酯的升高是誘發心血管疾病的重要因素之一。n-3 PUFA具有降低血清中的膽固醇和甘油三酯的作用，每天食入 EPA 0.21 g和DHA 0.12 g可顯著降低高血脂患者血清中的甘油三酯;(2)防治心臟病的作用，越來越多的證據表明n-3 PUFA對于預防致命性心血管疾病有明顯保護作用這是由于體內n-3 PUFA可防止血小板凝集和抗心律不齊的作用使形成血凝塊趨勢減弱同時防血管栓塞大幅降低患心肌梗塞性心臟病危險性;(3)保護視力的作用，PUFA是細胞膜的重要組成成分決定了細胞的結構和功能研究表明DHA對膜的功能有特殊的作用尤其是對視網膜和神經元組織;(4)抗腫瘤作用，許多文獻指出高脂肪高熱量食物可能導致腫瘤發病率的提高而以海洋魚油為主要脂肪來源的格陵蘭愛司基摩人其癌癥發病率卻明顯低于其他人群其原因認為是與食物中n-3和n-6多不飽和脂肪酸比例有關。此外，PUFA還具有抗炎以及參與一些與脂肪代謝相關酶的基因的轉錄和表達作用［1，6-9］。

1.2 磷脂類

磷脂是指在分子中含有磷酸基及其衍生物的脂質類物質。根據與磷酸相連的取代基團的不同，又分為磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇。

磷脂對維持生物膜的生理活性和機體的正常代謝起關鍵作用，具有調節血脂、預防和改善心血管疾病、促進神經傳導，健腦益智，促進脂肪代謝、防止脂肪肝;使體內潤滑的作用;還可以起到防止老化，美化肌膚的作用。磷脂由于具有安全性、乳化性及生理活性等性質而在食品中得到廣泛應用。磷脂應用在嬰兒食品方面，可以補充腦發育最旺盛時期的必需營養物質，對促進神經細胞生長有很好的作用。

1.3 結構質脂

結構質脂是指將短碳鏈脂肪酸、中碳鏈脂肪酸中的1種或2種，與長碳鏈脂肪酸一起與甘油結合所形成的新型脂質。結構質脂具有天然油脂的物理特性，并對人體具有特殊的生理功能和營養價值而倍受人們的關注，這種新的脂質可最大限度地發揮各種脂肪酸的生理功能和營養價值。此外，結構質脂還可促進其他脂質的吸收、降低血清中甘油三酯和膽固醇含量、保護網狀內皮組織、弱化蛋白質代謝、促進氮平衡、生產低熱量脂肪、提高免疫功能、防止血栓、防癌、抗癌、用于腸道內外營養等作用。在歐美和日本等發達國家，結構脂質已經工業化生產并進入市場，我國在這一領域的研究尚處于起步階段［10-11］。

2 功能性油脂的微膠囊化研究進展

微膠囊造粒的基本原理是針對不同的芯材和用途，選用一種或幾種復合的成膜材料對其進行包覆，而形成粒徑在納米、微米或毫米范圍的粒子。成膜材料通常稱為壁材，壁材可以是天然產物，如蛋白質、多糖等，也可以為合成化合物，如聚甘油酯、蔗糖酯以及人工合成纖維素等。微膠囊的制備方法從原理上可分為物理法(機械法)、化學法和物理化學法3種。其中物理法包括噴霧干燥法、擠壓法、噴霧冷卻法、包合法以及空氣懸浮法等?；瘜W法主要利用單體發生聚合反應形成高分子壁材并將芯材包裹。根據原料和聚合方式的不同，可分為界面聚合法、原位聚合法和銳孔-凝固浴法等。而物理化學法制備微膠囊的技術特點是是通過改變條件(溫度、pH值和加入電解質等)使溶解狀態的成膜材料從溶液中凝聚出來，并將芯材包覆形成微膠囊。主要包括干燥浴法、熔化分散凝聚法等。

微膠囊化技術在功能性油脂生產應用較多的是噴霧干燥法、復凝聚法和包接絡合物法，其主要原理和特點如表1所示［12］。

表1 功能性油脂微膠囊化主要方法Table 1 Microencapsulation technologies for functional oils

2.1 噴霧干燥法

噴霧干燥法制備微膠囊時，首先通過均質乳化后將芯材分散在壁材溶液中，形成O/W型乳狀液。然后，經泵送至噴霧干燥塔進口處，乳狀液在熱氣流中被霧化成無數微小液滴，使溶解壁材的溶劑受熱迅速蒸除，促進壁膜形成并固化，壁材所形成的網狀結構，可使水分子從中蒸發而芯材則滯留在壁膜內，被包覆成為粉末狀固體微膠囊。液滴中水分蒸發后，壁材隨即形成更為致密的玻璃體結構，不但芯材難以通過，甚至在氧氣分子的進入也受到一定程度的阻礙，從而使芯材得到保護。正常情況下，微膠囊顆粒為球狀，無裂紋或破損，無裸露在微膠囊表面的芯材。通常噴霧干燥法制備微膠囊包括以下4個步驟:(1)乳狀液或分散體的形成;(2)乳狀液或分散體的均質;(3)乳狀液的霧化;(4)霧化顆粒的脫水［12-13］。

噴霧干燥過程中，溫度過高會破壞功能性油脂中活性成分，因此在滿足微膠囊產品水分含量的前提下，應盡可能選擇較低的操作溫度。如今，由于噴霧干燥法制備微膠囊具有工藝設備簡單、易操作、生產成本低等優勢，已成為油脂的微膠囊造粒最經濟適用的生產方法。噴霧干燥法制備微膠囊過程中，其關鍵工藝參數有進料濃度、乳化條件、進出風溫度、干燥速率等，因此確定這些工藝參數成為功能性油脂微膠囊研發的一個要點。本文就近年來各國科研工作者在功能性油脂微膠囊化方面的研究進行了匯總，結果如表2所示。

表2 噴霧干燥法制備功能性油脂微膠囊化研究Table 2 Functional oil encapsulation by spray drying

2.2 復凝聚法

復合凝聚法是指由2種或多種帶有相反電荷的高分子材料作壁材，將芯材分散在壁材的溶液中，在適當條件下(如改變pH值)，使得相反電荷的聚合物間發生靜電作用。相反電荷的高分子材料互相吸引后，溶解度降低并產生了新的復合凝聚相，復合凝聚相形成時，它和上清液中的稀釋液達到平衡，在這個兩相體系中，稀釋液是連續相，復合凝聚相是分散相。當一個水不溶的芯材分散到這個體系中，復合凝聚相濕潤芯材，分散的芯材液滴或微粒自然而然地被凝聚相包覆，這種液體膜固化后就形成微膠囊。復合凝聚技術能夠允許微膠囊大小和載量的較大變化，具有高的包埋產率，能夠生產出小粒徑的微膠囊。通過這種方法生產的微膠囊具有疏水性的芯材和水溶性的膠囊壁材［20，23］。

復合凝聚微膠囊技術最早主要應用于無碳復寫紙、紡織品工業中。如今，其優異的控制釋放特性，在食品、化妝品以及醫藥等領域也受到了越來越多的關注。據報道，應用復合凝聚法制備的不飽和脂肪酸以及風味油和活性藥物微膠囊，具有耐高溫、高濕和控制釋放等功能特性。這主要是由于復合凝聚微膠囊的囊壁具有剛性的交聯網狀結構，在高溫、高濕的環境中，微膠囊的結構不會被破壞，能夠較好地保護內部芯材，特別是熱敏性、易氧化、易揮發的活性物質。因此，復合凝聚微膠囊技術在維生素、多酚、不飽和脂肪酸、多肽的穩態化方面受到了廣泛關注［21-23］。但是，由于復合凝聚微膠囊在制備過程中需要用到固化劑以形成穩定的微膠囊膜結構，這種固化劑通常為甲醛、戊二醛等化學試劑。因此，尋找可食用的固化劑就成為該技術研究的重點之一。

由于兩相的分離是可逆的，凝聚相的構成和數量不僅受pH值、溫度和體系濃度的影響，而且也受體系中離子濃度的影響。因此，在實際微膠囊化過程中，根據變化的參數，可分為調節pH值法、調節溫度法和稀釋法3種。在功能性油脂研發中，明膠與阿拉伯膠的組合研究最多，如王海鷗心等按m(魚油)∶m(阿拉伯膠)∶m(明膠)=1∶1.2∶0.8 比例投料，采用復凝聚法制備魚油微膠囊，提高了精制魚油對光、熱、濕的穩定性［20］。路宏波等以谷氨酰胺轉氨酶為固化劑，應用阿拉伯膠與明膠的交聯，制備了魚油微膠囊，研究了制備溫度、pH值、壁材組成、芯材與壁材比例、固化劑用量以及攪拌速率等對魚油微膠囊產率及效率的影響。結果表發現:固化劑用量為25 U/g明膠，固化時間為4 h，微膠囊化產率和效率分別達到94.79%和 93.11%，多核微膠囊最優工藝條件為40℃，pH 4.0，m(明膠)∶m(阿拉伯膠)1∶1，壁材總濃度 1%，芯壁為 1∶2，攪拌速度 400 r/min［21］。Ocak 等以明膠為壁材，戊二醛為交聯劑，以山茶油為芯材，研究了明膠濃度、戊二醛添加量及山茶油載量對微膠囊包封率及釋放特性的影響［23］。

3 功能油脂微膠囊穩定性評價及其影響因素

微膠囊產品的質量及其在貯藏過程中的穩定性直接影響到微膠囊產品的可接受性及其應用前景。通常，功能油脂微膠囊質量需要從油脂在微膠囊中穩定性及微膠囊本身物理特性2個方面考慮，即，一方面是功能性油脂微膠囊化產率、油脂有效載量、微膠囊表面油含量等;另一方面是微膠囊顆粒結構、粒徑大小與分布、微膠囊表面形態、囊壁厚度即滲透性等。微膠囊的貯藏期限稱為貨架壽命，功能性油脂微膠囊在貯藏期間會發生各種物理及化學變化，但最為常用的評價指標為油脂過氧化值、酸價等的變化。在優化微膠囊制備工藝過程中，通常會應用加速貨架壽命試驗(ASLT)，這種方法經過科學的設計和有效的貨架壽命實驗，可以在較短時間內獲得最大量的信息，從而成功制備具有良好物理及化學穩定性的功能性油脂微膠囊產品。

影響功能性油脂微膠囊貯藏穩定性的因素不僅包括貯藏期間的環境因素，還應包括微膠囊配方及制備工藝，如壁材選擇、工藝參數等。具體來講主要有以下幾個方面:(1)微膠囊壁材組成，壁材的選擇對于功能性油脂微膠囊來說至關重要，優良的壁材組合可制得結構致密、穩定的微膠囊產品，使得油脂與外界環境充分隔絕。同時，具有一定抗氧化能力的壁材還可進一步提高油脂的化學穩定性［24］;(2)微膠囊制備工藝，微膠囊制備過程中包括剪切、均質及噴霧干燥等工藝參數的變化對微膠囊產品物理形態、油脂載量及表面油含量影響很大;(3)微膠囊中抗氧化劑種類及添加量，研究表明，功能性油脂微膠囊制備過程中添加一定抗氧化劑如VE、TBHQ、BHT、BHA以及酚類物質等可顯著提高產品的貨架期［25-29］;(4)微膠囊產品包裝形式，良好的包裝材料可充分阻隔空氣、氧氣等小分子物質的滲透。此外，影響功能性油脂微膠囊穩定性的因素還包括微膠囊產品貯藏期間環境因素(如溫度、光、氧氣、壓力等);微膠囊產品油脂含量、水分含量等理化指標以及微膠囊產品微生物安全及質量指標等。

4 展望

微膠囊技術不僅能防止油脂氧化、酸敗，而且能保持功能性油脂的生理活性，增強了其在貯藏、加工及運輸過程中的穩定性，從而提高產品的貨架期。作為粉末狀食品配料，功能性油脂微膠囊具有穩定性高、流動性好，顆粒大小均勻等優點，且能依據實際需要改善微膠囊壁材組成，從而提升功能性油脂在人體中消化吸收利用率、生物效價等特點。

如今營養與健康逐漸成為了人群消費的主題，因此，研究與開發具備良好營養價值和生理功效的保健食品勢必成為食品領域重要發展方向。微膠囊化功能性油脂可作為食品配料應用于乳飲料、植物蛋白飲料、功能性飲料、糕點、面制品、肉制品以及各種固體飲料中，不僅能改善產品原有口感，而且強化了食品的營養價值。隨著人們保健意識的增強，我國“十二五”規劃的逐步實施，功能性油脂行業也將迎來巨大的發展機遇。

［1］ 孫志芳，高蔭榆，鄭淵月.功能性油脂的研究進展［J］.中國食品添加劑，2005(3):4-7.

［2］ 黃秋婷，黃惠華.微膠囊技術在功能性油脂生產中的應用［J］.中國油脂，2005(3):27-29.

［3］ 李加興，李忠海，劉飛，等.超微細處理技術在功能性油脂加工中的應用［J］.中國油脂，2010(4):14-17.

［4］ 項惠丹.抗氧化微膠囊壁材的制備及其在微膠囊化魚油中的應用［D］.無錫:江南大學，2008.

［5］ Renata V Tonon，Carlos R F Grosso，Míriam D Hubinger.Influence of emulsion composition and inlet air temperature on the microencapsulation of flaxseed oil by spray drying［J］.Food Research International，2011，44:282-289.

［6］ 陳文偉，劉晶晶，.新型功能性油脂—共軛亞油酸［J］.中國食品添加劑，2007(2):140-144.

［7］ 劉平，段玉峰，肖紅，張欣.功能性油脂共軛亞油酸及其在食品工業中的應用［J］.食品研究與開發，2004(6):3-5.

［8］ 李高陽，李忠海，任國譜.配方食品中功能油脂及其微膠囊化研究進展［J］.食品與機械，2011(2):156-160.

［9］ 葉凱貞，周家華，黎碧娜，等.功能性油脂共軛亞油酸的研究進展［J］.糧油加工與食品機械，2003(11):37-39.

［10］ 高向陽，陳昊，富校軼，等.低熱量功能性油脂——結構脂質的研究與開發前景［J］.大豆科技，2012(3):39-43.

［11］ 王瑛瑤.新型功能性油脂——結構脂質的研究現狀［J］.食品研究與開發，2008(4):162-165.

［12］ 許時嬰，張小鳴編.微膠囊技術——原理與應用［M］.北京:化學工業出版社，2006.

［13］ Seid Mahdi Jafari a，Elham Assadpoor，Bhesh Bhandari，et al.Nano-particle encapsulation of fish oil by spray drying［J］.Food Research International，2008，41:172-183.

［14］ 黃卉，李來好，楊賢慶，吳燕燕，周婉君，郝淑賢.噴霧干燥微膠囊化羅非魚油的研究［J］.南方水產，2009(5):19-23.

［15］ 解秀娟.藻油DHA微膠囊的乳化噴霧干燥法制備及在乳品中的應用［D］.武漢:華中農業大學，2009.

［16］ 陳晶.水酶法提取亞麻籽油及其微膠囊化［D］.無錫:江南大學，2007.

［17］ Sócrates Quispe-Condori，Marleny D A Salda?a，Feral Temelli.Microencapsulation of flax oil with zein using spray and freeze drying［J］.LWT-Food Science and Technology，2011，44(9):1 880-1 887.

［18］ 聶斌英.沙棘油微膠囊化工藝研究［J］.中國油脂，2008(11):9-12.

［19］ 徐海萍.亞麻籽膠為壁材制備沙棘油微膠囊研究［J］.青海師范大學學報:自然科學版，2012，(02):48-51.

［20］ 王海鷗.精制魚油微囊穩定性考察［J］.實用醫技雜志，2002，9(3):172-173.

［21］ 路宏波.富多不飽和脂肪酸魚油的微膠囊化研究［D］.無錫:江南大學，2008.

［22］ Liu S.Low N H.Michael T.Nickerson Entrapment of flaxseed oil within gelatin-gum arabic capsules［J］.Journal of American Oil Chemistry Society，2010，87:809-815.

［23］ Bu gˇra Ocak，Gürbüz Gülümser，Esra Balo gˇlu.Microencapsulation of Melaleuca alternifolia(tea tree)oil by using simple coacervation method［J］.Journal of Essential Oil Research，2011，23(4):58-65.

［24］ Helena C F Carneiro，Renata V Tonon，Carlos R F Grosso，et al.Hubinger.Encapsulation efficiency and oxidative stability of flaxseed oil microencapsulated by spray drying using different combinations of wall materials［J］.Journal of Food Engineering，2013，115(4):443-451，

［25］ 黃惠芝，馬林，黃小燕.微膠囊抗氧化劑對油脂穩定性作用的研究［J］.食品工業科技，2000(1):14-15.

［26］ 熊衛東.天然食品抗氧化劑茶多酚的提取及應用研究［J］.食品工業科技，2003(7):42-44.

［27］ Fuchs M，Turchiuli C，Bohin M，et al.Encapsulation of oil in powder using spray drying and fluidised bed agglomeration［J］.Journal of Food Engineering，2006，75(1):27-35.

［28］ Jang-Hyuk Ahn，Young-Pil Kim，Hak-Sung Kim.Effect of natural antioxidants on the lipid oxidation of microencapsulated seed oil［J］.Food Control，2013，23(2):528-534.

［29］ Alison Matalanis，Eric Andrew Decker，David Julian Mc-Clements.Inhibition of lipid oxidation by encapsulation of emulsion droplets within hydrogel microspheres［J］.Food Chemistry，2012，132(2):766-772.