微膠囊多孔淀粉的制備及應用研究進展

尹卓林，解樂福，李艷杰，馬烽，*

（1.山東輕工業學院化學與制藥工程學院，山東濟南250353；2.威海新元化工有限公司，山東威海264205）

多孔淀粉，又稱為微孔淀粉，是指淀粉經酶水解作用而使顆粒呈現多孔狀的淀粉，是一種新型的變性淀粉。多孔產生很大的比表面積，因而多孔淀粉主要用作吸附的載體。多孔淀粉由于其表面具有很多伸向中心的小孔，因而具有良好的吸附性能，可用作功能性物質的吸附包埋[1-2]。

微膠囊技術是當今一項用途廣泛而又發展迅速的新技術，它是利用天然或合成的高分子材料（壁材），將固體、液體或氣體（芯材）經包囊所形成的一種具有半透性或密封囊膜的微型膠囊技術[3]。微膠囊技術具有保護活性物質，減少外界不良因素（如光、氧和水等）的影響，減少芯材向環境的擴散或蒸發，控制芯材的釋放，掩蔽芯材的不良風味，改變物質的物理性質和化學性質，便于加工和處理等優點[4]。

微膠囊技術應用的好壞很大程度上取決于壁材的選擇。壁材的性能會影響微膠囊的緩釋性、流動性以及滲透性等等。因此微膠囊技術的前提就是壁材的選擇。微膠囊壁材的選擇要遵循以下幾個原則：壁材能與芯材互相配伍、但不發生化學反應；耐高溫、耐擠壓；具有一定的滲透性、吸濕性、溶解性和穩定性；傳質性能良好、性質穩定、不易被生物分解；來源廣泛、容易得到、價格低廉等[5]。而隨著微膠囊技術的不斷發展，傳統壁材已無法滿足其應用，再加上人們環保意識的不斷增強，微膠囊多孔淀粉得到了迅速的發展。其具有許多優良特性，例如由于多孔淀粉具有較大的比孔容和比表面積，因此具有良好的吸附性，使得多孔淀粉具有更好的包埋性，同時多孔淀粉微膠囊化后具有良好的儲存穩定性，使用方便。其原料來源豐富，價格低廉，加工過程無毒無害，這些優良特性使得微膠囊多孔淀粉迅速發展，廣泛應用于食品、醫藥、日用化工等領域。

1 微膠囊多孔淀粉的制備方法

由于微膠囊的應用極為廣泛，因此自問世以來，它的制備工藝或者方法都得到了學者的廣泛關注。據不完全統計，目前微膠囊的制備方法已達200多種。根據微膠囊的形成機理、性質等可將其制備方法分為3類：物理化學法、物理法、化學法。其中物理化學法主要包括相分離法以及噴霧干燥法；物理法主要包括靜電沉積法、空氣懸浮法等；化學法有復凝聚法、單凝聚法、乳化法等。近年來隨著微膠囊制備技術的發展，出現了許多新的制備方法，如超微膠囊技術、膜乳化法等。

多孔淀粉的制備有以下幾種方式：物理方法（包括機械撞擊、噴霧、超聲波照射和醇變性）和化學方法以及生物方法（主要是酶法）[6]。目前廣泛采用的是生物酶解法，利用淀粉酶在糊化溫度下對淀粉進行水解。由于淀粉酶來源于微生物，容易進行大規模生產，同時生產工藝比較簡單，是目前最具有使用價值的生產方法。其一般工藝流程如下：顆粒態生淀粉→在糊化溫度下酶解（α-淀粉酶、葡萄糖淀粉酶、脫支酶）→過濾→洗滌干燥→多孔淀粉。

當前制備微膠囊多孔淀粉主要采取兩種方法：

1）直接吸附法：以多孔淀粉為芯材，吸附包埋目的物質，制成粉末物質，在選取合適的壁材，以適當比例與芯材制備成微膠囊。邱英華[7]等以木薯多孔淀粉為芯材，吸附蠶蛹油制成粉末蠶蛹油，制成淡黃色不結塊粉末蠶蛹油，再以玉米醇溶蛋白為壁材，按一定的比例制取蠶蛹油微膠囊，外觀為淡黃色，無氣味、流動性佳。許麗娜等[8]以多孔淀粉為壁材，吸附包埋葡萄籽油，制備微膠囊，研究得多孔淀粉包埋葡萄籽油微膠囊化最佳工藝參數：芯材與壁材比率2.9∶1，包埋時間58 min，包埋溫度50℃。

2）噴霧干燥法：將芯材物質分散在壁材溶液中形成均勻乳化液，乳化液通過氣流霧化成極微小的液滴，并均勻地分散于熱氣流中，使溶解壁材的溶劑閃蒸后壁材迅速固化，再將芯材物質包覆其中形成微膠囊。潘頡等[9]以木薯微孔淀粉為主要壁材、羅非魚油為芯材，利用噴霧干燥法制備微膠囊，研究羅非魚油噴霧干燥制備微膠囊的最佳工藝，結果表明，噴霧干燥用羅非魚油乳化液的工藝條件為乳化溫度55℃，乳化體系pH 6.0，均質時間6 min，芯材壁材配比1∶1.5。吳朝霞等[10]利用噴霧干燥法制備了多孔淀粉-葡萄籽原花青素微膠囊。

2 微膠囊多孔淀粉的性能

近年來，隨著人們對環保要求的不斷提高，隨著微膠囊技術的不斷發展，各種新型壁材也得到了大力發展。比如有學者采用微生物的細胞壁[11]作為壁材，有學者制備出可生物降解的脂質體材料作為壁材。而多孔淀粉是近年來發展迅速的一種壁材。由于其具有良好的吸附性，許多學者將其用作微膠囊的壁材，取得了良好的效果。許麗娜等[8]用多孔淀粉包埋葡萄籽油，并對產品進行氧化實驗，結果表明產品的抗氧化性明顯提高，可顯著延長保質期。劉勛等[12]采用多孔淀粉包埋花椒精油，認為此方法工藝簡單，只需在常溫常壓下將多孔淀粉和花椒精油混合均勻即可，多孔淀粉對花椒精油的吸附量達到0.92 g/g，包埋率達48%，高于其它包埋材料，且微膠囊化后的產品具有良好的貯存穩定性以及使用更方便等特點。

微膠囊多孔淀粉的性能測定方法有：以噴霧干燥法制備木薯多孔淀粉微膠囊化羅非魚油[9]為例。

1）包埋率

包埋率（%）=（1-微膠囊表面油含量/微膠囊總油含量）×100%

微膠囊表面油的測定采用石油醚直接萃取法，微膠囊總油含量的測定采用羅紫-哥特里測定法。

2）微膠囊水分含量測定

稱取樣品放入烘箱中干燥，烘至最后兩次質量相差不超過2 mg即為恒重。以干燥前后失去的質量差，計算出產品中水分含量。

3）水溶性實驗

分別置于溫、冷水中，觀察是否溶解，溶解的速度如何。

衡量微膠囊多孔淀粉性能最主要的指標就是其包埋率，包埋率越高，微膠囊化效果越好。

3 微膠囊多孔淀粉的應用

多孔淀粉已可作為各種物質微膠囊化材料。如醫藥品和農藥埋設在淀粉孔內可將其徐緩地釋放；也可包埋比重不同物質，并易于均質、混合，且不會分離；一些易氧化和對光不穩定物質，若埋在孔內，可防止這些物質氧化、分解；包埋目的物質后，在特定條件特定場合下釋放目的物[13]。

目前，微膠囊多孔淀粉的應用主要有以下幾個方面：

1）空氣中易氧化、易分解發生變化或易遇光退色等在通常環境下不穩定物質經包埋使之穩定化。如DHA、EPA、VE、VA、胡蘿卜素、蕃茄紅素、大豆磷脂等[14]。XianWei X[15]用多孔淀粉作為芯材吸附含有20%DHA魚油，并用玉米醇溶蛋白作壁材進行包埋，經胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶作體外消化實驗及小鼠實驗證明，微膠囊中魚油消化率很高，達96.8%。潘頡等[9]利用多孔淀粉將羅非魚油制作成微膠囊，減少外界因素對其營養成分的破壞，將極大地提高羅非魚油的營養價值。

2）賦予醫藥品、化妝品、農藥、香精香料等緩釋性。例如，Tetsuro Y等[16]利用多孔淀粉使蛋白酶YPSS及Alcalase微膠囊化，添加在食物中，使它們能夠在胃和上腸道中降解蛋清中主要的過敏原-卵清蛋白（OVA），從而達到使人們抗過敏的目的。1996年P&G公司用多孔淀粉吸附香味或織物柔軟劑后，再用碳水化合物包埋做成顆粒狀添加劑加到洗滌劑中，達到了增香或柔軟藥物的目的。

3）封閉苦味、異味物質。如蠶蛹油具有較高的營養價值，但其本身具有特征性氣味，不易被大眾所接受，邱英華等[7]利用多孔淀粉將其制備成微膠囊，封閉其異味，同時延長其貯存穩定性，使蠶蛹油在食品和保健品行業中具有更廣闊的應用空間。將呈有苦味大豆肽、多孔淀粉和玉米蛋白乙醇溶液高速攪拌后噴霧干燥，可得到內部為吸附大豆蛋白肽多孔淀粉，外面包裹玉米醇溶蛋白的微膠囊，蛋白肽包埋量達20.3%，且微膠囊粉末無苦味[17]。森林匙羹藤酸是一種印度產Gymnema sylverstre R.Br提取物，在印度傳統醫學上有健胃、強腎、利尿、治療糖尿病功效，最近有些學者認為其提取物對糖、脂肪吸收有抑制作用，也就是說，其可能有減肥功效。但其提取物與茶多酚類物質一樣有特有苦味，若作為食品添加劑發揮其生理功能，那么這種味道可能影響食品風味，從而限制其在食品中添加量，用多孔淀粉和一些粘性多糖類物質將其制成微膠囊化產品，則可以完全解決上述問題[18]。

4）使油脂或溶于油脂的物質粉末化[19]。覃懿等[20]利用木薯多孔淀粉將植物精油、蠶蛹油等粉末化，使其具備緩釋及使用便利的特性，且延長貯存穩定性，使各類油脂在日化產品、食品和保健品行業中具有更廣闊的應用空間。

4 微膠囊多孔淀粉的展望

近年來，隨著人們對環境、生態和可持續發展等問題的意識不斷增強，使用環保型微膠囊壁材更成為當今重要的研究方向。多孔淀粉作為微膠囊壁材有其獨特優勢，其來源廣泛，價格低廉，無毒無害，便于降解，同時由于其具備較大的比孔容，吸附能力優良，因此作為微膠囊壁材有極好的應用前景。但同時也有其局限性，例如其乳化性較差，形成的乳狀液不穩定，淀粉形成多孔后，結構強度下降，物理性能低于原淀粉等等。因此未來微膠囊多孔淀粉的研究重點將集中在優化多孔淀粉本身的優勢及拓展應用領域等方面，相信在不久的將來微膠囊多孔淀粉的應用領域會更加廣闊，性能更加優良。

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