周文君，姜子濤，李 榮

(天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300134)

納米微膠囊在食品中應(yīng)用的最新進(jìn)展

周文君，姜子濤*，李 榮

(天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津食品生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300134)

隨著微膠囊技術(shù)的發(fā)展，納米微膠囊受到越來(lái)越多的關(guān)注，綜述了近些年來(lái)納米微膠囊技術(shù)在食品中應(yīng)用的最新進(jìn)展。

納米微膠囊，應(yīng)用，生物活性物質(zhì)，酶

納米微膠囊即具有納米尺寸的新型微膠囊。與傳統(tǒng)的微膠囊相比，納米微膠囊的分散性、靶向性和緩釋效果更加明顯［1］。納米微膠囊在食品中的應(yīng)用是近年來(lái)食品科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)新興的熱點(diǎn)研究課題，備受廣大食品科技工作者的重視［2］。納米微膠囊是一種利用天然或合成高分子材料，將固體或液體物質(zhì)包埋起來(lái)，形成具有半透性或密封囊膜的微膠囊新技術(shù)。其制備方法主要包括乳化法［3－4］、噴霧干燥法［5－6］、電噴霧法［7］、界面聚合法［8－9］、單凝聚法［10－11］、界面溶劑交換法［12］和逐層納米自組裝法［13］。關(guān)于納米微膠囊在生物醫(yī)藥、化妝品和紡織品等領(lǐng)域方面的應(yīng)用研究已有一些報(bào)道［14］，張團(tuán)紅、曾曉雄和Augustin等分別綜述了這方面的部分工作［10，15－16］。目前國(guó)內(nèi)關(guān)于納米微膠囊在食品方面的應(yīng)用與研究尚處于起步階段，而美國(guó)和澳大利亞等國(guó)則已經(jīng)走在了世界的前列［17－18］。Gouin［19］闡述了食品添加劑納米微膠囊緩釋與控釋技術(shù)的重要性，即適時(shí)地、靶向性地釋放被包埋的食品添加劑以提高添加劑的使用效率，拓展了食品添加劑的應(yīng)用范圍，確保了最佳劑量，從而提高食品企業(yè)的成本效率。精確控制釋放性能對(duì)于納米微膠囊來(lái)說(shuō)，不僅僅只是一個(gè)附加的技術(shù)指標(biāo)問(wèn)題，而更是現(xiàn)代食品的全新屬性，本文評(píng)述了國(guó)內(nèi)外在食品納米微膠囊方面所取得的最新研究成果。

1 生物活性物質(zhì)的納米微膠囊

功能性食品中往往需要添加生物活性物質(zhì)如多肽、蛋白質(zhì)類(lèi)、多糖等，這些生物活性物質(zhì)在食品的加工或貯藏過(guò)程中，易受外界環(huán)境因素的影響而喪失營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。利用納米微膠囊技術(shù)可以提高這些生物活性成分的穩(wěn)定性、達(dá)到延緩釋放、延長(zhǎng)半衰期，促使其活性最大發(fā)揮的目的［2］。保存活性物質(zhì)的最佳方法就是將活性物質(zhì)包埋到一個(gè)具有保護(hù)作用的“納米囊”中形成納米微膠囊，該微膠囊可以在一定的條件下溶解，或者在特定的條件下將活性成分釋放出來(lái)［20］。

1.1 類(lèi)胡蘿卜素的納米微膠囊

類(lèi)胡蘿卜素是一種天然色素，主要存在于具有光和作用的植物組織中。其中β－胡蘿卜素具有與維生素A相似的功能，是一種天然抗氧化劑，因此常被用作膳食補(bǔ)充劑和人造黃油和果汁中的著色劑。微膠囊化可解決類(lèi)胡蘿卜素在食品加工過(guò)程中容易因光和熱而氧化的問(wèn)題。

Pan等［21］制備了一種以β－胡蘿卜素作為芯材，右旋糖苷做壁材的納米微膠囊粒子。這種小球狀的納米粒子在pH 7.0的溶液中直徑約為200nm，在水溶液中可以穩(wěn)定存在，pH變化、離子強(qiáng)度變化、FeCl3氧化和長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)對(duì)其影響都不大。微膠囊化的β－胡蘿卜素可以通過(guò)胃蛋白酶和胰蛋白酶水解釋放。該實(shí)驗(yàn)成果證明了右旋糖苷做壁材的納米微膠囊可以作為疏水性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和藥物的載體。

1.2 葉黃素的納米微膠囊

葉黃素作為一種天然食用色素，是α－胡蘿卜素的派生物，廣泛的存在于蔬菜、水果、花以及一些藻類(lèi)中，多年前就已經(jīng)被用作食品添加劑。它因?yàn)榫哂锌梢苑乐估匣?、保護(hù)視力、抗氧化、抗心臟病和抗癌等功效而很受歡迎，可以作為一種功能性食品成分。

Jin等［22］利用超臨界反溶劑法制備了羥丙基甲基纖維素鄰苯二甲酸酯(HPMCP)/葉黃素納米微膠囊，并對(duì)影響納米微膠囊的產(chǎn)量、葉黃素包埋量和包埋率、粒徑大小與分布等一些因素進(jìn)行了研究。掃描電子顯微鏡的結(jié)果顯示，所獲得的納米微膠囊?guī)缀醵际乔蛐蔚模骄睆皆谶m當(dāng)?shù)牟僮鳁l件下可以控制在163～219nm之間。在葉黃素的初始濃度達(dá)到飽和時(shí)最高的產(chǎn)量可以達(dá)到95.35%。在11MPa，40℃，HPMCP和葉黃素濃度比為5∶1的條件下葉黃素裝載量最高可達(dá)到 15.80%，包埋率可達(dá)到88.41%。這個(gè)技術(shù)可以使葉黃素在食品工業(yè)和制藥工業(yè)中的應(yīng)用更加廣泛。

1.3 兒茶素的納米微膠囊

兒茶素是主要的類(lèi)黃酮化合物之一，其含量占茶樹(shù)鮮葉干重的12%～25%。作為茶葉的主要風(fēng)味物質(zhì)，兒茶素還具有抗氧化、抗誘變與防癌、抗心血管疾病、抗紫外線輻射等功能。胡冰等［23］利用分子自組裝原理，通過(guò)控制殼聚糖與 TPP質(zhì)量比為1.3～3.0，制備得到了粒徑為10～50nm，分散穩(wěn)定、形態(tài)規(guī)則、表面光滑的球形納米顆粒。pH對(duì)兒茶素－殼聚糖納米顆粒形成及其形態(tài)有顯著影響，pH= 4.6為制備兒茶素納米膠囊的最佳pH條件，完全適合于包埋兒茶素。兒茶素與殼聚糖初始質(zhì)量濃度比為0.4時(shí)，兒茶素的包埋率最高，達(dá)到50.46%，并且在納米膠囊包埋過(guò)程中能很好地保持兒茶素的穩(wěn)定性。

1.4 維生素D2的納米微膠囊

Semo等［24］在最小限度改變酪蛋白膠囊的功能特性的前提下，利用酪蛋白膠囊對(duì)疏水營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)行納米包埋和固定化以生產(chǎn)脫脂和低脂食品。這種納米膠囊可以存在于乳制品中且不改變其感官性狀。利用牛酪蛋白的天然自組裝趨勢(shì)對(duì)疏水性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)維生素D2微膠囊化，制得的微膠囊平均粒徑在150nm左右。膠囊中的維生素是血清中的5.5倍，且膠囊的形態(tài)和平均直徑都與自然形成的酪蛋白膠囊相似。證明了酪蛋白膠囊可以作為納米載體，有效地富集、保護(hù)和傳遞食品中的敏感疏水性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。

還有很多學(xué)者研究了生物活性物質(zhì)的納米微膠囊，如Chen［25］的文章中綜述了蛋白質(zhì)包埋生物活性物質(zhì)制備納米微膠囊的一些工作。蛋白質(zhì)作為食品中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性能，可以被視為一種包埋生物活性物質(zhì)的理想材料。

2 油脂的納米微膠囊

油脂在食品工業(yè)生產(chǎn)中需求量非常大，利用納米微膠囊技術(shù)可將本身不穩(wěn)定，易氧化變質(zhì)的原液狀油脂制成固態(tài)粉末油脂，從而能有效地提高油脂的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)產(chǎn)品的貨架期，使其更易保存、運(yùn)輸和使用;提高了所得產(chǎn)品的溶解性、乳化分散能力，因而大大拓寬了油脂的應(yīng)用范圍。

McClements［26］綜述了以納米生物聚合物包埋脂類(lèi)物質(zhì)時(shí)，壁材的理化性質(zhì)對(duì)脂類(lèi)物質(zhì)生物利用度的影響，并闡述了壁材的厚度、組成、電荷、滲透性、環(huán)境的反應(yīng)消化、釋放，對(duì)脂類(lèi)化合物的吸收等重要因素的影響。Jafari等［3］以魚(yú)油做芯材，麥芽糊精結(jié)合表面活性生物高聚物(改性淀粉或乳清蛋白濃縮劑)以3∶1比例混合作為壁材，制備得到尺寸在210～280nm范圍的納米微膠囊。

3 酶的納米微膠囊

3.1 L－天門(mén)冬酰胺酶

Wang等［27］利用靜電噴霧法在溫和條件下制備了CKGM－CS納米微膠囊，用于L－天門(mén)冬酰胺酶的固定化。當(dāng)CKGM和CS的濃度均為0.01%時(shí)，最高的包埋率可以達(dá)到68.0%，粒子尺寸在100～300nm。與未包埋的L－天門(mén)冬酰胺酶相比，固定化的酶顯示出了更高的熱穩(wěn)定性，且對(duì)酸堿環(huán)境具有更高的適應(yīng)力。這個(gè)研究證明，這種具有半滲透性的納米微膠囊可以用于熱敏感和pH敏感的酶的固定化。

3.2 α－淀粉酶

殼聚糖具有生物可降解性、生物相容性、生物活性和陽(yáng)離子性能等許多重要的生物和化學(xué)性質(zhì)。納米殼聚糖固定酶能較大提高其熱穩(wěn)定性、儲(chǔ)藏穩(wěn)定性和重復(fù)利用性。陳金日等［28］采用離子凝膠法制備了殼聚糖納米微膠囊，以此為載體通過(guò)吸附法固定了α－淀粉酶。由殼聚糖濃度(1.5mg/mL)與三聚磷酸鈉濃度(0.5mg/mL)比為3∶1時(shí)制成的納米膠囊，殼聚糖納米膠囊的形狀為類(lèi)球形，其粒度分布均勻，微粒的大小為50～100nm。固定化酶的最適溫度為70℃，而游離酶的最適溫度為50℃，固定化酶比游離酶的最適溫度提高了20℃。另外，在最適溫度下固定化酶也比游離酶的活力高約5.41%。固定化酶的最適pH與游離酶相同，均為6.5，但是在此pH條件下固定化酶的活力比游離酶高約16.43%;同時(shí)酶固定化以后明顯提高了酶的高溫?zé)岱€(wěn)定性。

4 展望

納米微膠囊是復(fù)合相功能材料，涉及膠體化學(xué)、高分子、納米加工等交叉學(xué)科，作為微膠囊化技術(shù)的延伸將具有更為寬廣的發(fā)展前景。納米膠囊的發(fā)展趨勢(shì)將朝著粒徑小、分布窄、膠囊的分散性好、選擇性高、應(yīng)用范圍廣等方面前進(jìn)。納米膠囊技術(shù)已被國(guó)際上列為二十一世紀(jì)重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)的高新技術(shù)。目前對(duì)于納米微膠囊技術(shù)本身而言，在理論上和應(yīng)用方面都還有一些問(wèn)題需要深入研究，相信隨著人們研究和認(rèn)識(shí)地不斷加深，納米微膠囊在食品領(lǐng)域的應(yīng)用將得到更進(jìn)一步地提升和推進(jìn)。

［1］郭慧林，趙曉鵬.納米膠囊的制備及其應(yīng)用［J］.功能材料，2003，34(6):609－611.

［2］楊安樹(shù)，陳紅兵.納米技術(shù)在食品加工中的應(yīng)用［J］.食品科技，2007(9):12－15.

［3］Lee MY，Min SG，Bourgeois S，et al.Development of a novel nanocapsule formation by emulsion－diffusion combined with high hydrostatic pressure［J］.J Microencapsules，2009，26(2): 122－129.

［4］Pandey R，Ahmad Z，Sharma S，et al.Nano－encapsulation of azole antifungals:Potential applications to improve oral drug delivery［J］.Int J Pharmac，2005，301:268－276.

［5］Jafari SM，Assaidpoor E，Bhandari B，et al.Nano－particle encapsulation of fish oil by spray drying［J］.Food Res Int，2008，41(2):172－183.

［6］Jafari SM，Assadpoor E，He YH，et al.Encapsulation efficiency of food flavours and oils during spray drying［J］.Drying Technol，2008，26(7):816－835.

［7］ Jaworek A，Sobczyk AT.Electrospraying route to nanotechnology:An overview［J］.J Electrostatics，2008，66 (3－4):197－219.

［8］Galindo－Rodriguez S，Allemann E，F(xiàn)essi H，et al. Physicochemical parameters associated with nanoparticle formation in the salting－out，emulsification－diffusion，and nanoprecipitation methods［J］.Pharmac Res，2004，21(8):1428－1439.

［9］朱銀燕，安學(xué)勤.微乳中界面聚合法制備包載胰島素納米膠囊［J］.日用化學(xué)工業(yè)，2009，39(1):5－8.

［10］吳克剛，柴向華.食品微膠囊技術(shù)［M］.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2006:71－72.

［11］王錦成，陳思浩，徐子成，等.辣椒素的納米膠囊的合成及性能研究［J］.化工新型材料，2007，35(2):55－57.

［12］張團(tuán)紅，胡小玲，喬吉超，等.納米膠囊的制備與應(yīng)用進(jìn)展［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2007，25(1):143－146.

［13］葉琳，肖作兵.納米微膠囊技術(shù)與納米化妝品研究進(jìn)展［J］.香精香料化妝品，2006(4):22－26.

［14］Dalpiaz A，Leo E，Vitali F，et al.Development and characterization of biodegradable nanospheres as delivery systems of anti－ischemic adenosine derivatives［J］.Biomaterials，2005，26:1299－1306.

［15］曾曉雄.納米技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，33(1):90－94.

［16］Augustin MA，Hemar Y.Nano－and micro－structured assemblies for encapsulation of food ingredients［J］.Chem Soc Rev，2009，38(4):902－912.

［17］Hoffbauer J.The utilization of nano particles in food and cosmetics status report［J］.J Cons Prot Food Safety，2008，3(3): 290－293.

［18］肖作兵，葉琳，章蘇寧，等.牛肉香精納米微膠囊的制備研究［J］.食品科學(xué)，2007，28(3):155－157.

［19］Gouin S.Microencapsulation－industrial appraisal of existing technologies and trends［J］.Trends in Food Sci Technol，2004，15 (7－8):330－347.

［20］袁飛，徐寶梁，黃文勝，等.納米技術(shù)在世界范圍內(nèi)食品工業(yè)中的應(yīng)用［J］.食品科技，2007(2):17－20.

［21］Pan XY，Yao P，Jiang M，et al.Simultaneous nanoparticle formation and encapsulation driven by hydrophobic interaction of casein－graft－dextran and β－carotene［J］.J Coll Inter Sci，2007，315(2):456－463.

［22］Jin HY，Xia F，Jiang CL.et al.Nanoencapsulation of lutein with hydroxypropylmethyl cellulose phthalate by supercritical antisolvent［J］.Chin J Chem Eng，2009，17(4):672－677.

［23］胡冰，周蓓，孫怡，等.芯－殼復(fù)合納米顆粒及其納米營(yíng)養(yǎng)物制備技術(shù)的研究Ⅰ.兒茶素納米膠囊的研制［J］.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2007，33(3):353－357.

［24］Semo E.Kesselman E，Danino D.et al.Casein micelle as a natural nano－capsular vehicle for nutraceuticals［J］.Food Hydrocoll，2007，21(5－6):936－942.

［25］Chen LY，Remondetto GE，Subirade M.et al.Food proteinbased materials as nutraceutical delivery systems［J］.Trends in Food Sci Technol，2006，17(5):272－283.

［26］McClements DJ.Design of nano－laminated coatings to control bioavailability of pophilic food components［J］.J Food Sci，2010，75(1):30－42.

［27］Wang R，Xia B，Li BJ.et al.Semi－permeable nanocapsules of konjac glucomannan－chitosan for enzyme immobilization［J］.Int J Pharmac，2008，364(1):102－107.

［28］陳金日，冉旭，王利.殼聚糖納米膠囊固定化α－淀粉酶及其特性的研究［J］.中國(guó)釀造，2009(7):81－83.

Recent progress of nano－microcapsules in food applications

ZHOU Wen－jun，JIANG Zi－tao*，LI Rong
(Tianjin Key Laboratory of Food Biotechnology，College of Biotechnology and Food Science，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，China)

With the development of microcapsule techniques，nano－microcapsules have

more attention. The newest progress of nano－microcapsule technologies applied in food fields in recent years was reviewed.

nano－microcapsules;application;bioactive compound;enzyme

TS201.1

A

1002－0306(2012)02－0427－03

2010－05－25 *通訊聯(lián)系人

周文君(1986－)，女，碩士研究生，研究方向:食品添加劑。

天津市高校科技發(fā)展基金資助項(xiàng)目。