許琳琳，鄭文靜，劉磊，李思佳，崔媛媛，劉容，孫衛(wèi)東

（廣西大學(xué) 輕工與食品工程學(xué)院，南寧 530000）

1 概述

微膠囊化也被定義為包裝技術(shù)，固體、液體或氣體材料的單個(gè)液滴或顆粒被包埋在微米至毫米范圍內(nèi)的膠囊中，可以在特定條件下控制性地釋放芯材［1，2］。微膠囊的壁材可以由多種材料配制，包括天然化合物和合成聚合物。在微膠囊化過(guò)程中使用天然聚合物壁材近年來(lái)受到相當(dāng)大的關(guān)注，特別是從成本、環(huán)境問(wèn)題和安全性的觀點(diǎn)來(lái)看，因?yàn)樵谧匀粭l件下，合成聚合物的生物降解非常緩慢，其中一些根本不經(jīng)歷生物降解［3］，這樣就造成了環(huán)境污染。已經(jīng)研究出的制備微膠囊的方法大致可以分為三類：物理機(jī)械法、化學(xué)法、物理化學(xué)法。其中，化學(xué)法包括界面聚合法、原位聚合法、界面配位法等；物理化學(xué)法包括相分離法、單凝聚法、復(fù)凝聚法、干燥浴法、熔化－冷凝法等；物理機(jī)械法包括噴霧干燥法、噴霧冷卻法、噴霧冷凝法、包結(jié)絡(luò)合法、擠壓法等［4］。在這些制備精油微膠囊的方法中，復(fù)凝聚法是最常用且最溫和的方法，因?yàn)榇朔ú簧婕案邷亍?/p>

2 復(fù)凝聚法

復(fù)凝聚法被認(rèn)為是真正的微膠囊化，因?yàn)樾静耐耆贿B續(xù)的壁材所包圍。復(fù)凝聚涉及一個(gè)或多個(gè)相互作用的水解膠體，特別是在同一反應(yīng)介質(zhì)中帶相反電荷的蛋白質(zhì)和多糖。復(fù)凝聚依賴于生物聚合物攜帶的電荷、凝聚混合物的pH、離子強(qiáng)度、兩種生物聚合物之間的比率和其他化學(xué)、物理因素。pH值在復(fù)雜的凝聚中起著重要的作用，因?yàn)樗ㄟ^(guò)影響蛋白質(zhì)官能團(tuán)（氨基）和碳水化合物（羧基）的電離度影響蛋白質(zhì)和碳水化合物凝聚的形成［5］。在一個(gè)混合物中含有一種陰離子多糖和一種蛋白質(zhì)，調(diào)節(jié)pH值低于等電點(diǎn)（pI）或等電點(diǎn)pH（IEP）會(huì)導(dǎo)致兩種生物聚合物的最大靜電吸引力攜帶相反的電荷。

Tiebackx等［6］最早使用復(fù)凝聚法制備微膠囊，但Bungenberg和Kruyt［7］是第一個(gè)系統(tǒng)地研究明膠－阿拉伯膠的凝聚現(xiàn)象并創(chuàng)造了復(fù)合凝聚這個(gè)名字的人。凝聚是在膠體體系中分離成兩個(gè)液相，更集中于膠體組分的相是凝聚層，另一相是平衡溶液。如果存在靜電吸引力，則會(huì)發(fā)生兩種聚合物在水中的締合相分離。復(fù)合凝聚是由兩個(gè)帶相反電荷的膠體相互作用引起的凝聚。之后，Overbeek和Voorn發(fā)展了第一個(gè)理論模型［8］。隨后的理論模型由 Veis等人開(kāi)發(fā)［9－12］。1957年，美國(guó)NCR公司的Green B K等發(fā)明了相分離法，首次將液體材料進(jìn)行微膠囊化［13］，采用復(fù)合凝聚原理制備出芯材為油相的微膠囊，并直接將微膠囊技術(shù)應(yīng)用于壓敏性無(wú)碳復(fù)寫(xiě)紙，開(kāi)創(chuàng)了以復(fù)凝聚法為基礎(chǔ)的相分離微膠囊技術(shù)制備新型功能材料的新領(lǐng)域［14，15］。從復(fù)合凝聚物的生物學(xué)和實(shí)際意義上來(lái)看，關(guān)于復(fù)合凝聚物的研究是相當(dāng)稀缺的。DNA與轉(zhuǎn)錄和儲(chǔ)存蛋白質(zhì)的相互作用以及肝素、透明質(zhì)酸和硫酸軟骨素與蛋白質(zhì)的結(jié)合是蛋白質(zhì)和聚電解質(zhì)之間體內(nèi)結(jié)合的實(shí)例。近些年，復(fù)凝聚法常用于制備精油微膠囊，如大蒜油微膠囊、芥末油微膠囊、薰衣草油微膠囊、茶樹(shù)油微膠囊、檸檬油微膠囊、甜橙油微膠囊、香茅油微膠囊等。

復(fù)凝聚已經(jīng)在微膠囊化方面引起了很大興趣，它被用于農(nóng)業(yè)化學(xué)品、藥品和食品等產(chǎn)品［16］。復(fù)合凝聚相比于其他方法的最主要優(yōu)點(diǎn)是它非常高的裝載率（高達(dá)99%）和可以控制釋放或者緩釋。對(duì)比其他微膠囊技術(shù)如噴霧干燥，復(fù)凝聚是一個(gè)溫和的過(guò)程，因?yàn)槠洳簧婕案邷?。因此，在這個(gè)過(guò)程中可以避免風(fēng)味的退化或蒸發(fā)。凝聚微膠囊不透氧，因?yàn)樾静耐耆贿B續(xù)的壁材所包圍。因此，芯材可以被保護(hù)免受氧化或蒸發(fā)。

3 復(fù)合壁材

多糖和蛋白質(zhì)是兩種常見(jiàn)的天然水溶性高分子聚合物，它們生物相溶性好、易于生物降解、無(wú)毒無(wú)害的性質(zhì)也使它們成為復(fù)凝聚法中最常用的復(fù)合壁材。

3.1 多糖

常用于復(fù)凝聚法中的多糖包括阿拉伯膠、殼聚糖、果膠、瓊脂、海藻酸鈉和卡拉膠等。

阿拉伯膠也稱阿拉伯樹(shù)膠，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上帶有部分蛋白質(zhì)及鼠李糖等多糖，使其有良好的親水和親油特性，易溶于水，粘度低。阿拉伯膠也具備良好的乳化香精能力和優(yōu)越的成膜性能，對(duì)香氣物質(zhì)具有良好的保持能力，所以被廣泛應(yīng)用于包埋精油。

殼聚糖（CS）具有許多獨(dú)特的生物學(xué)性質(zhì)，如無(wú)毒，可生物降解性和有抗菌活性。CS是親水性陽(yáng)離子聚合物，在酸性溶液中能發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，能與聚陰離子發(fā)生成膜反應(yīng)，是一種性能良好的包埋壁材。

卡拉膠可以使用水或堿性水從紅藻里提取，隨后進(jìn)行醇沉淀。κ－卡拉膠是由半乳糖和脫水半乳糖通過(guò)糖苷鍵連接組成的線性多糖。它由一個(gè)帶負(fù)電荷的硫酸酯基組成，在高于60℃的溫度下可溶。通過(guò)足量的膠凝陽(yáng)離子，κ－卡拉膠可以毫無(wú)困難地形成凝膠。所以，卡拉膠是凝膠制劑的良好賦形劑、懸浮穩(wěn)定劑、食品和藥妝產(chǎn)品中的增稠劑，并且適合作為控釋和緩釋遞送載體［17］。

3.2 蛋白質(zhì)

蛋白可分為動(dòng)物蛋白（如明膠、乳蛋白、清蛋白、絲蛋白等）和植物蛋白（如豌豆蛋白、扁豆蛋白、大豆蛋白以及它們的分離物）［18］。

明膠是哺乳動(dòng)物膠原蛋白的部分水解產(chǎn)生的水溶性蛋白質(zhì)［19］。明膠可以分為兩類：A型明膠，是通過(guò)豬皮的酸水解產(chǎn)生；而B(niǎo)型明膠，是由堿水解動(dòng)物皮膚產(chǎn)生［20］。明膠的等電點(diǎn)范圍為pH 4.5～5.3。明膠具有良好的乳化性、成膜性、可降解性，生物相容性好，并且安全可食用，來(lái)源廣泛，所以是一種良好的包埋壁材。

大豆分離蛋白是食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種原料，具有較強(qiáng)的成膜性，已被應(yīng)用于活性成分的微膠囊化研究。大豆分離蛋白不僅來(lái)源豐富，而且是一種兩性電解質(zhì)，在其等電點(diǎn)（pH 4.5～4.8）以下帶正電［21］，當(dāng)調(diào)節(jié)pH在其等電點(diǎn)以上時(shí)，可以和聚陽(yáng)離子的殼聚糖產(chǎn)生靜電作用而形成復(fù)凝聚體系。

3.3 復(fù)凝聚體系

特定pH下，帶不同電荷的蛋白質(zhì)和多糖可以組成復(fù)合壁材。因?yàn)楦淖僷H時(shí)，作為兩性電解質(zhì)的蛋白質(zhì)既能和陰離子多糖發(fā)生靜電作用又能和陽(yáng)離子多糖發(fā)生靜電作用而形成可溶或者難溶的凝聚物。已經(jīng)研究出的這樣的復(fù)凝聚體系有明膠－阿拉伯膠、明膠－殼聚糖、明膠－瓊脂、明膠－海藻酸鈉、明膠－果膠、乳清蛋白－阿拉伯膠、大豆分離蛋白－阿拉伯膠、大豆分離蛋白－殼聚糖、大豆分離蛋白－果膠、大豆分離蛋白－海藻酸鈉等。在特殊的條件下，兩種多糖間也可發(fā)生復(fù)合凝聚如殼聚糖－阿拉伯膠和殼聚糖－海藻酸鈉［22］。

4 復(fù)凝聚法制備精油微膠囊實(shí)例

Liu等［23］研究了殼聚糖和明膠作為壁材包埋廣藿香油制作微膠囊。通過(guò)掃描電子顯微鏡表征形態(tài)分析，結(jié)果表明微膠囊呈球形，粒徑分布在1～2μm范圍內(nèi)。包埋率和裝載量分別為50.69%和30.31%。然后，使用2D樹(shù)脂作為交聯(lián)劑將所得微膠囊接枝到棉織物上。掃描電子顯微鏡顯示微膠囊不僅被接枝到織物的表面，而且還插入了纖維里。最后，洗滌25次后，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌率均為65%左右，這表明其在諸如抗菌面膜、抑菌片和保健服裝等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。

Dong等［24］以谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶為固化劑，使用明膠和阿拉伯膠作壁材制作薄荷油微膠囊。在不同的分散介質(zhì)中研究薄荷油微膠囊的釋放規(guī)律。結(jié)果表明：其釋放規(guī)律遵循一級(jí)釋放動(dòng)力學(xué)熱水模型和高溫烘箱中的零級(jí)釋放動(dòng)力學(xué)模型。微膠囊在熱水中的釋放階段可以分為初始的快速釋放階段和后來(lái)的緩慢釋放階段。在冷水中貯存40天，僅釋放了約7%的薄荷油，表現(xiàn)出優(yōu)異的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。

Specos M M［25］以明膠－阿拉伯膠為壁材，以香茅油為芯材制備香茅油微膠囊并應(yīng)用于棉紡織品以研究所得織物的驅(qū)避效力。處理過(guò)的紡織品中釋放的香茅油是由其主要組分的可提取物間接監(jiān)測(cè)的。與用精油乙醇溶液噴過(guò)的織物相比，用香茅油微膠囊進(jìn)行處理的織物提供了更長(zhǎng)和更持久的昆蟲(chóng)防護(hù)，確保驅(qū)避效果高于90%的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)3周。

劉萬(wàn)龍［26］以明膠－阿拉伯膠作為壁材，以薰衣草精油為芯材，制備薰衣草油多核微膠囊?？疾炝藀H值、芯/壁比、壁材濃度、攪拌速度、交聯(lián)劑和均質(zhì)速度對(duì)微膠囊外觀、平均粒徑、產(chǎn)率、負(fù)載量和包埋率的影響。得出最佳條件是pH值3.5、芯/壁比3∶2、壁材濃度1%、攪拌速度450r/min，均質(zhì)速率19000r/min，戊二醛作為交聯(lián)劑。在最佳條件下，最高產(chǎn)率為（65.8±1.0）%；最大裝載量為（61.3±0.7）%；最高包埋率為（66.0±0.3）%。

Leefong S等［27］以A型或B型明膠和阿拉伯膠作為壁材，以大蒜油作為芯材制備大蒜油微膠囊。研究了pH值對(duì)其包埋率和裝載率的影響。結(jié)果顯示，在pH 4.5時(shí)包埋率最高，在pH 3.5時(shí)裝載率最高。掃描電子顯微鏡觀察顯示A型或B型明膠－阿拉伯膠制備的微膠囊呈球形，光滑。制備的微膠囊在pH為2的胃蛋白酶溶液中，5h期間表現(xiàn)出可以控制釋放大蒜油。在45℃貯存12天期間，由A型或B型明膠－阿拉伯膠制成的微膠囊凝聚層保護(hù)了大蒜油免受初次和二次氧化。

張松等［28］以殼聚糖、海藻酸鈉、氯化鈣為復(fù)合壁材，以檸檬醛為芯材制備微膠囊，研究了殼聚糖、氯化鈣、海藻酸鈉用量對(duì)微膠囊含油量、粒徑、孔徑和比表面積的影響，確定了檸檬醛微膠囊的最佳制備條件，并測(cè)試了其緩釋性能。檸檬醛微膠囊的最佳制備工藝條件為：在殼聚糖1.2011g/50mL H2O、海藻酸鈉3g/dL H2O、氯化鈣1.5g/50mL H2O、精油1mL時(shí)，檸檬醛含量為2.18%。

Lv等［29］使用明膠和阿拉伯樹(shù)膠作為模型系統(tǒng)建立凝聚層和相應(yīng)的微膠囊之間的緊密相關(guān)性。通過(guò)比濁滴定和ζ電位測(cè)量，在pH 4.1、混合比例為1∶1（W/W）下獲得最佳的凝聚層。其中zeta電位測(cè)量有助于建立壁材的混合比率；濁度分析有利于找到適合最高濁度的最佳pH值，從而制成完美的微膠囊。

近10年國(guó)內(nèi)外復(fù)凝聚法制備的精油微膠囊種類見(jiàn)表1。

表1 近10年國(guó)內(nèi)外復(fù)凝聚法制備的精油微膠囊

5 精油微膠囊在調(diào)味品中的應(yīng)用

將天然香辛料直接加入食品，這種方法的不足之處是不能最大限度利用原料，況且有些香辛料必須要經(jīng)過(guò)預(yù)先發(fā)制，這樣使用起來(lái)會(huì)很不方便。為了改善這種情況，學(xué)者們研究并提取了芥末精油、生姜精油、大蒜精油等調(diào)味精油，為方便調(diào)味品譜寫(xiě)了新的篇章。然而，這些精油又存在易揮發(fā)、易被氧化的缺點(diǎn)，所以儲(chǔ)存周期短、效益較低。近些年，學(xué)者們又提出將這些精油進(jìn)行微膠囊化，相繼制備出芥末精油微膠囊、生姜精油微膠囊、大蒜精油微膠囊等精油微膠囊，抑制了精油的揮發(fā)損失，提高了其有效成分含量，方便儲(chǔ)存，商品貨架期變長(zhǎng)。微膠囊化方法有很多，復(fù)凝聚法以其制備過(guò)程溫和而常被學(xué)者們應(yīng)用，吳珺［30］研究了復(fù)凝聚法可控制備生姜精油微/納米膠囊，結(jié)果顯示：生姜精油微膠囊耐熱性好，大小均勻，囊壁厚度適中，能夠長(zhǎng)時(shí)間保持穩(wěn)定，包埋前后生姜精油主要成分沒(méi)有變化，緩釋性能良好。黃國(guó)清等［31］研究了大豆分離蛋白－殼聚糖復(fù)凝聚法制備大蒜油微膠囊，結(jié)果顯示：此法制備的大蒜油微膠囊保留了典型的蒜香味，且降低了大蒜油的刺激性氣味。

6 結(jié)論與展望

從大量的文獻(xiàn)來(lái)看，相分離主要是由熵驅(qū)動(dòng)的，并且最可能歸因于蛋白質(zhì)和多糖的相反離子的離域。在強(qiáng)聚酸的情況下，通常是形成沉淀物而不是液體凝聚相。濃縮聚合物相的結(jié)構(gòu)似乎與連續(xù)聚合物相似，蛋白質(zhì)以及單個(gè)多糖分子可以在其中擴(kuò)散。時(shí)間尺度的擴(kuò)散從幾毫秒到幾天，取決于互動(dòng)的強(qiáng)度。從流變學(xué)的角度來(lái)看，濃縮相比彈性更粘稠，并且流變學(xué)類似于濃縮顆粒分散體的行為。由于難以描述系統(tǒng)中相關(guān)的電荷分布，理論發(fā)展是有限的。

蛋白質(zhì)和多糖的絡(luò)合在理論和實(shí)際上都是令人感興趣的。關(guān)于實(shí)際的復(fù)配有明確的結(jié)論。它們可以被認(rèn)為是新的膠體實(shí)體，實(shí)際上是不帶電的，并且相互吸引形成稱為凝聚相的濃縮相。增加的離子強(qiáng)度減少了相互作用。因此，離子強(qiáng)度在氣液過(guò)渡中具有與溫度類似的作用。與此觀察一致的是凝聚相轉(zhuǎn)變的溫度獨(dú)立性。在高濃度下，濃縮相似乎是亞穩(wěn)態(tài)的。在理論層面上，一致地描述一系列實(shí)際現(xiàn)象是一個(gè)相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。所以，復(fù)合凝聚層的實(shí)際應(yīng)用仍需繼續(xù)研究。