微膠囊技術(shù)及其在發(fā)酵產(chǎn)品中的研究進(jìn)展

鄭戰(zhàn)偉，夏德水，孫 娟

(陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710062)

微膠囊技術(shù)及其在發(fā)酵產(chǎn)品中的研究進(jìn)展

鄭戰(zhàn)偉，夏德水，孫 娟*

(陜西師范大學(xué)食品工程與營養(yǎng)科學(xué)學(xué)院，陜西西安 710062)

隨著發(fā)酵產(chǎn)品在食品中所占比例日益增長，采用微膠囊技術(shù)使得被包埋的內(nèi)含物更好地發(fā)揮其功能成為研究熱點(diǎn)。主要闡述了微膠囊技術(shù)在發(fā)酵產(chǎn)品方面的應(yīng)用進(jìn)展，并對微膠囊技術(shù)在食品中的應(yīng)用前景做出了展望。

微膠囊技術(shù)，發(fā)酵產(chǎn)品，應(yīng)用，前景

微膠囊技術(shù)是一種用成膜材料把固體或液體包覆形成微小粒子的技術(shù)，其研究始于20世紀(jì)30年代，50年代中期取得了重大成果，自90年代以來微膠囊技術(shù)的研究取得了更大進(jìn)展［1］。其應(yīng)用范圍從最初的藥物包覆和無碳復(fù)寫紙擴(kuò)展到醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥、飼料、化妝品、洗滌劑、感光材料和紡織等各個行業(yè)，Utai Klinkesorn等人研究了有關(guān)卵磷脂的殼聚糖微膠囊的物理穩(wěn)定性［2］。我國在微膠囊方面的研究在近十幾年取得了很大的進(jìn)步，尤其是該技術(shù)在發(fā)酵產(chǎn)品中的應(yīng)用研究也有了長足的發(fā)展。

1.1 微膠囊及微膠囊技術(shù)

微膠囊(Microcapsule，簡稱MC)是指一種具有聚合物壁材的微型包埋物。微膠囊技術(shù)是采用一定的方法，將固體、液體或氣體物質(zhì)包埋在一種微型膠囊內(nèi)，而成為固體微粒產(chǎn)品，在需要時將其釋放出來的一種技術(shù)。微膠囊粒子的大小和形狀因制備工藝的不同而有很大范圍的變化［3］。粒子大小通常在5～500μm范圍內(nèi)，而納米級微膠囊粒子大小在1～1000nm范圍，粒子形狀多為球型，但也有虹豆、谷粒等形狀。微膠囊技術(shù)的基本原理是針對不同的囊心和用途，選用一種或幾種復(fù)合壁材進(jìn)行包覆。

微膠囊體系的組成包括芯材和壁材。通常包在微膠囊內(nèi)部的物質(zhì)被稱為芯材，是微膠囊的活性組分，通常是液體、固體或氣體，其組成可以是單一物質(zhì)或混合物［4］。已經(jīng)知道被微囊化的物質(zhì)有溶劑類、酸堿類、色料類、催化劑類、香料類、藥物類、生物物質(zhì)類、食品類和化學(xué)藥劑類等。具體到農(nóng)產(chǎn)品加工中可作為芯材的物質(zhì)主要有甲苯、環(huán)己烷等溶劑;固化劑、發(fā)泡劑等加工助劑;油脂、酒類、飲料等食品;香精香料、防腐劑、甜味劑、維生素等食品添加劑，以及酶制劑、微生物細(xì)胞、茶多酚、DHA等生物材料類。除此之外還有諸如殺蟲劑、除草劑和飼料添加劑等［5］。

壁材是微膠囊外部由成膜材料形成的包覆膜，是影響微膠囊性能的關(guān)鍵。壁材通常由無縫堅(jiān)固的高分子材料或者無機(jī)化合物的薄膜構(gòu)成。常用的微膠囊壁材包括蛋白質(zhì)類、植物膠類、纖維素類、縮聚物類、共聚物類、均聚物類、蠟類和無機(jī)材料類等。壁材的選擇首先應(yīng)具有成膜性，能在囊心物質(zhì)上形成一層具有粘附力的薄膜，又不能與它發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，對它沒有毒副作用，還要考慮到產(chǎn)品的滲透性、穩(wěn)定性、強(qiáng)度及囊心的釋放速率等因素。工業(yè)上常用的壁材包括天然的、半合成的高分子化合物和合成高分子化合物兩類。天然的高分子化合物包括明膠、酪蛋白等蛋白質(zhì)類，例如Yoon Yeo等人對蛋白質(zhì)藥物微膠囊制備的研究，證明微囊化很適合蛋白質(zhì)的獨(dú)特性能的體現(xiàn)［6］。瓊脂和黃原膠等高分子碳水化合物，醋酸纖維素和羧甲基纖維素等纖維素類，軟脂酸、蟲膠等脂肪酸及衍生物以及水玻璃膠等無機(jī)高分子，如韓國的李訓(xùn)冬開發(fā)了一種新的能包裹乙醇和藥物的明膠微膠囊口服劑，并試圖以明膠作為一種水溶性聚合物殼來增加水不溶性藥物的溶解率［7］。合成高分子化合物包括聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和聚苯乙烯等乙烯基聚合物，也有聚酰胺、聚脲、氨基樹脂、聚硅氧烷和環(huán)氧樹脂等［8］。

1.2 微膠囊的分類

按微膠囊壁材與芯材性能的不同，可以將微膠囊分為以下六種類型。

1.2.1 緩釋型微膠囊 該微膠囊的囊壁相當(dāng)于一個半透膜，一定條件下可允許芯材物質(zhì)透過，以延長芯材物質(zhì)的作用時間［9］。根據(jù)壁材的來源不同，可分為天然高分子緩釋材料和合成高分子緩釋材料。

1.2.2 壓敏型微膠囊 該微膠囊芯材為待反應(yīng)的物質(zhì)，當(dāng)壓力作用于微膠囊超過一定限度后，膠囊壁破裂而釋放出芯材物質(zhì)［11］。

1.2.3 熱敏型微膠囊 該微膠囊所包埋的芯材物質(zhì)可因溫度升高，壁材軟化或破裂而釋放;或因溫度的改變而發(fā)生分子重排或幾何異構(gòu)而產(chǎn)生顏色的變化。

1.2.4 pH敏感型微膠囊 該類型微膠囊的壁材在某個pH范圍內(nèi)穩(wěn)定，當(dāng)pH變化時，壁材會溶解、降解、破裂，釋放出囊心物質(zhì)。

1.2.5 光敏型微膠囊 當(dāng)壁材破裂后，芯材中的光敏物質(zhì)通過選擇性吸收特定波長的光，發(fā)生感光或分子能量躍遷而產(chǎn)生相應(yīng)的變化［12］。

1.2.6 膨脹型微膠囊 壁材為熱塑性且高氣密性物質(zhì)，而芯材為易揮發(fā)的低沸點(diǎn)溶劑，當(dāng)溫度升高到高于溶劑的沸點(diǎn)后，溶劑蒸發(fā)而使膠囊膨脹，冷卻后膠囊依舊能維持膨脹前的狀態(tài)。

1.3 微膠囊的制備方法

各種微膠囊的制備按其原理不同可分為化學(xué)法、機(jī)械法和物理化學(xué)法三種［13］。

化學(xué)法是利用在溶液中單體或高分子通過聚合反應(yīng)或縮合反應(yīng)，產(chǎn)生囊膜制備成微膠囊［14］。本法的特點(diǎn)是不加凝聚劑，常先制成W/O形乳濁液，再利用化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)固化，例如Satoshi Iwamoto等人利用化學(xué)法形成乳濁液制備明膠微膠囊［15］。主要包括:界面聚合法、原位聚合法、液中硬化覆膜法、銳孔—凝固浴法等。

機(jī)械法主要包括:空氣懸浮法、噴霧干燥法、真空蒸汽沉積法、靜電結(jié)合法、多孔離心法、擠壓法、分子包埋法等。

物理化學(xué)法在液相中進(jìn)行，芯材與壁材在一定條件下形成新相析出，故又稱相分離法，其微膠囊化大體可分為芯材的分散、壁材的加入、壁材的沉積和壁材的固化四步。根據(jù)形成新相的方法不同，相分離又分為單凝聚法、復(fù)凝聚法、溶劑—非溶劑法和改變溫度法［14］。

一般而言，物理化學(xué)法和物理法的制備過程中常涉及高溫、大范圍的pH變化以及使用有機(jī)溶劑等，所以這兩種方法不利于細(xì)胞等生物活性物質(zhì)的固定化，生物微膠囊的制備大多采用化學(xué)法。

1.4 微膠囊的優(yōu)缺點(diǎn)

微膠囊技術(shù)目前之所以日益發(fā)展迅速、應(yīng)用廣泛，主要是基于其以下幾個優(yōu)點(diǎn)［16］:

1.4.1 能改變物料的狀態(tài) 能將液態(tài)、氣態(tài)或半固態(tài)物料固態(tài)化，如粉末油脂、粉末香精、固體飲料等，用以提高其溶解性、流動性和貯藏穩(wěn)定性。這種固體產(chǎn)品易與其他原料混合均勻，便于加工處理、使用、運(yùn)輸和保存。

1.4.2 能控制芯材釋放 控制釋放是指在易于控制的條件下，微膠囊中活性組分可以根據(jù)需要釋放出來，以達(dá)到使用效果。芯材的釋放分為瞬間釋放和緩慢釋放。瞬間釋放是利用機(jī)械壓碎、摩擦、變形等各種外力或利用加熱、酶攻擊、溶劑溶解等物理、化學(xué)等方法使膠囊破碎。微膠囊產(chǎn)品可通過預(yù)先設(shè)計(jì)的溶解和釋放機(jī)理，在最適時間以最適速率釋放芯材物質(zhì)。

1.4.3 能進(jìn)行組分隔離 運(yùn)用微膠囊技術(shù)將可能相互反應(yīng)的組分分別微膠囊化后，就可穩(wěn)定地共存于同一物系中，各種有效成分有序地釋放，分別可在相應(yīng)時間發(fā)生作用。

1.4.4 能降低或掩蓋不適味道 某些營養(yǎng)物質(zhì)具有令人不愉快的氣味或滋味，如臭味、辛辣味、苦味、異味等，用微膠囊技術(shù)可以對這些味道加以降低或掩蓋。

1.4.5 能保護(hù)敏感成分，增強(qiáng)其穩(wěn)定性 可防止某些不穩(wěn)定的食品原輔料揮發(fā)、氧化、變質(zhì)，以提高敏感性物質(zhì)對光、熱、氧、溫度等環(huán)境因素耐受力，確保營養(yǎng)成分不損失，特殊功能不喪失。例如龔平等人對SOD進(jìn)行微膠囊化后，發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性得到了顯著的提升。

然而微膠囊也存在著一些缺點(diǎn)和不足，諸如有些產(chǎn)率較低，一般情況下有些品系微膠囊的包埋率比較低，要從中選擇包埋完全的產(chǎn)品。再者，其適用性較差，例如原位聚合法中要求單體是可溶的，適宜于氣態(tài)、水溶性和油溶性的單體，每種制備方法有其適用范圍。同時，那些性能優(yōu)良，價格低廉的微膠囊壁材還有待于進(jìn)一步的開發(fā)。最后，某些方法的設(shè)備投資大、能耗大，比如噴霧干燥機(jī)，宜于熱敏性、親水性的物質(zhì)，且能用于工業(yè)化生產(chǎn)，但是包埋率較低、設(shè)備價格高、耗能大。

2 微膠囊技術(shù)在發(fā)酵產(chǎn)品中的應(yīng)用

2.1 微膠囊技術(shù)在固定化菌種發(fā)酵方面的應(yīng)用

采用微膠囊體系固定化菌種的應(yīng)用比較廣泛，纖維素硫酸鈉(NaCS)－聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDMDAAC)體系微膠囊因具備機(jī)械強(qiáng)度高、膠囊壁薄、物化性能穩(wěn)定、生物相容性好、制備簡單等優(yōu)點(diǎn)成為細(xì)胞微囊化的一個新研究方向。姚涇善教授利用NaCS－PDMDAAC微膠囊固定化粗壯假絲酵母生產(chǎn)脂肪酶、固定化紅曲霉菌生產(chǎn)紅曲色素、固定化Klebsiella pneumonia(肺炎克雷伯氏菌)發(fā)酵生產(chǎn)1，3－丙二醇及固定化黃色短桿菌生產(chǎn)谷氨酸等，通過微膠囊固定化提高了其生產(chǎn)效率［17］。同時陳國也利用NaCS－PDMDAAc微膠囊固定化技術(shù)研究了pH調(diào)控方式對微囊包埋Klebsiella pneumoniae(肺炎克雷伯氏菌)發(fā)酵生產(chǎn)的影響，優(yōu)化了發(fā)酵參數(shù)［18］。陳愛政等人進(jìn)行了ACA微膠囊固定化細(xì)胞發(fā)酵木糖醇研究，制備了莫格假絲酵母NaCS－PDMDAAc微膠囊用于發(fā)酵生產(chǎn)木糖醇，且優(yōu)化了木糖醇發(fā)酵培養(yǎng)基條件［19］。羅世翊用兩種微膠囊體系生產(chǎn)L－苯丙氨酸，分別是SA－CMC/CaCl2微膠囊固定化重組大腸桿菌萃取發(fā)酵和NaCS－PDMDAAC微膠囊固定化重組大腸桿菌萃取發(fā)酵［20］。同時微膠囊技術(shù)在微生物制藥方面也有應(yīng)用，徐寶多等人采用液芯羧甲基纖維素鈉－海藻酸鈣(CMC－ALG)體系固定化培養(yǎng)盤基網(wǎng)柄菌提高人類可溶性Fas配體的表達(dá)，而該配體的凋亡作用在治療腫瘤、AIDS、癌癥、關(guān)節(jié)炎等慢性疾病方面有著極其重要的作用。需要強(qiáng)調(diào)的是:許多的實(shí)踐證明了ACA微膠囊固定的酶催化效果甚好［21］。

2.2 微膠囊技術(shù)在微生物制劑方面的應(yīng)用

隨著社會對環(huán)境安全、生態(tài)保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展意識的不斷增強(qiáng)，微生物制劑也在不斷地被開發(fā)和利用，微膠囊生物制劑將成為其重要的發(fā)展方向之一。在微生物農(nóng)藥制劑方面，一直以來研究蘇云金桿菌為主的細(xì)菌制劑居多，劉華亮等人進(jìn)行了蘇云金芽孢桿菌發(fā)酵液微濾濃縮和微膠囊劑研究，通過單因素實(shí)驗(yàn)及正交實(shí)驗(yàn)確定了制備微膠囊的復(fù)合凝聚體系的最佳條件，并在此基礎(chǔ)上制備了蘇云金芽孢桿菌微膠囊制劑，通過紫外線處理發(fā)現(xiàn)微膠囊制劑有較強(qiáng)的抗紫外線能力［22］。朱麗云等人利用蘇云金桿菌(Bt)微膠囊制劑來提供最好的控制釋放技術(shù)解決微生物農(nóng)藥貯藏穩(wěn)定性和田間使用持效性等問題。對真菌制劑的研究開發(fā)也很活躍，其中有白僵菌、綠僵菌和木霉菌等［23］。趙軍等人進(jìn)行了球孢白僵菌微膠囊劑的研制，微膠囊劑具有保護(hù)芯材物質(zhì)免受環(huán)境影響的顯著特點(diǎn)，能大大增強(qiáng)孢子的抗逆性，也提高了貯藏穩(wěn)定性、田間使用持效性［24］。此外，黃素芳等人以明膠和阿拉伯膠為壁材，通過復(fù)凝聚法進(jìn)行青枯病防生菌ANTI－8098A微膠囊的制備，以此改善防生菌在田間的穩(wěn)定性，進(jìn)一步提高防生菌對青枯病的防效，以避免活性物質(zhì)與外界環(huán)境直接接觸，提高防生菌的田間繁殖能力和其在田間條件下使用的穩(wěn)定性［25］。區(qū)偉佳等人通過生防芽孢桿菌粉劑噴霧干燥微膠囊化的研究，把生防菌包裹在囊壁物質(zhì)中，制成幾微米至幾百微米的微球體，具有調(diào)節(jié)有效成分釋放、降低施藥量、防治漂移、節(jié)省人工、擴(kuò)大防治幅度、使原來不能混用的藥劑可以混用和掩蓋忌避作用［26］。通過調(diào)節(jié)芯材濃度更能使農(nóng)用微生物產(chǎn)品的有效活菌數(shù)達(dá)到一般采用的深層發(fā)酵無法達(dá)到的程度。

2.3 微膠囊技術(shù)在發(fā)酵乳制品中的應(yīng)用

發(fā)酵乳制品中的益生菌的活性比較低，而微膠囊技術(shù)能提高益生菌發(fā)酵制品在腸道中的活性，而且近年來，微膠囊技術(shù)在發(fā)酵乳制品中的應(yīng)用非常廣泛。Steve Lubetkin發(fā)現(xiàn)乳化過程中加入陰離子表面活性劑有助于形成粒徑更小的乳液，從而影響微膠囊的粒徑分布。微膠囊技術(shù)的應(yīng)用主要集中在乳酸菌、乳桿菌、嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌等方面的研究。

在乳酸菌方面，Peter Torley等人通過噴霧干燥法測量的乳酸桿菌的粒徑以及其結(jié)構(gòu)的研究得出，微膠囊化不僅增加了嗜酸乳桿菌在貯藏期間的存活率，延長產(chǎn)品的貨架壽命，而且還使嗜酸乳桿菌微膠囊終產(chǎn)品具有良好的分散性［27］。黃亮對利用NaCSPDMDAAC生物微膠囊培養(yǎng)乳酸菌進(jìn)行了研究，得出用微膠囊培養(yǎng)乳酸菌底物和產(chǎn)物的抑制作用較小，微膠囊固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵能提高微生物的耐性、利用率和反應(yīng)效率，減少后期分離的工藝程序［28］。孫欣也進(jìn)行了吸附與包埋技術(shù)固定化乳酸菌及其性質(zhì)研究，提出基于雙乳化法(W/O/W)的微膠囊技術(shù)，該方法可以將益生菌包埋在一個相對穩(wěn)定的內(nèi)部環(huán)境中，抵抗外部有害環(huán)境的影響，并且該方法較冷凍干燥、噴霧干燥等方法所需的制備條件較溫和，不會嚴(yán)重影響被包埋細(xì)菌的活性。

在乳桿菌方面，Prevost等人利用包埋的保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌連續(xù)生產(chǎn)酸奶，這種方法雖然比較復(fù)雜，但是它可以保持穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，牛奶的連續(xù)接種、發(fā)酵時間、酸度和恒定的桿/球比率都能得到有效控制。這些菌在整個包囊過程以及以后的貯藏過程中能夠保持很高的活性，同時可以減少50%～60%的培養(yǎng)時間。葉子堅(jiān)等人采用 MaCSPDMDAAC微膠囊對兩種乳桿菌進(jìn)行了固定化發(fā)酵研究，該乳桿菌比游離培養(yǎng)產(chǎn)率高出十倍以上，且能與游離發(fā)酵一樣產(chǎn)生乳酸，糖耗時間可縮短1/3～2/3［29］。

在嗜酸乳桿菌方面，張玉磊應(yīng)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%海藻酸鈉和3%明膠作為包埋材料對嗜酸乳桿菌NCFM菌株進(jìn)行微膠囊化處理，包埋后的微膠囊在36m in內(nèi)完全崩解，釋放出的活菌數(shù)最多，可達(dá)1.15×109g－1［30］。經(jīng)人工胃液處理 3h 后，微膠囊化的活菌數(shù)分別為3.85 ×109mL－1和 2.53 ×109mL－1，顯著高于兩種條件的對照處理的活菌數(shù)(分別為2.80×109mL－1和2.01×109mL－1)。羅佳琦采用噴霧干燥法和高壓靜電法對嗜酸乳桿菌進(jìn)行微膠囊化研究，旨在保持細(xì)菌在微膠囊內(nèi)的活性，解決產(chǎn)品長期保存問題。而高壓靜電法則著重解決發(fā)酵工業(yè)中細(xì)菌的生長、發(fā)酵產(chǎn)物在線分離等問題。

在雙歧桿菌方面，李德斌分別比較了兩種微膠囊化方法，分別做了腸溶性和胃酸模擬實(shí)驗(yàn)，明膠－阿拉伯樹膠體系形成的微膠囊具有形態(tài)好、產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)［31］。還對微膠囊化時的包囊率和包埋產(chǎn)率作了評估，從而優(yōu)化出雙歧桿菌微膠囊技術(shù)的生產(chǎn)工藝。張玉華等人根據(jù)微膠囊在人工胃液中的耐酸性和在人工腸液中的崩解性，確定空氣懸浮法制備微膠囊的最佳工藝條件，從而制備出長雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌二聯(lián)活菌微膠囊，以期提高口服時的存活率和常溫下的保存期，確定了該法制備二聯(lián)活菌微膠囊的最佳工藝條件，制備的微膠囊具有良好的耐酸性、腸溶性和穩(wěn)定性［32］。

除益生菌微膠囊化的研究外，微膠囊技術(shù)在干酪和乳酸菌發(fā)酵飲料中也有應(yīng)用。鄧海燕對微膠囊技術(shù)制備酶改性干酪粉的工藝優(yōu)化及行業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)研究，根據(jù)乳液穩(wěn)定性確定了微膠囊化壁材組合的配比，并以包埋率為指標(biāo)，通過單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)確定了微膠囊乳液的最佳工藝條件［33］。

2.4 微膠囊技術(shù)在釀酒生產(chǎn)中的應(yīng)用

近年來，在釀酒工業(yè)中應(yīng)用微膠囊技術(shù)研制開發(fā)新的產(chǎn)品，問世的有奶味啤酒、螺旋藻懸浮啤酒、粉末化酒等。利用微膠囊技術(shù)生產(chǎn)的粉末酒，改變了傳統(tǒng)酒類產(chǎn)品的固有形態(tài)，與液體產(chǎn)品相比具有以下優(yōu)點(diǎn):體積小，便于攜帶，特別適于郊游、旅行中使用，飲用時臨時加水即可;便于貯藏、運(yùn)輸;可避免外界不良因素的干擾，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性及貨架期;可有效地控制芯材的釋放速率［34］。Sergio F.A lmonacid等人通過對比，研究了自由酵母和微膠囊化酵母對于烈性啤酒的分批發(fā)酵的影響，通過對其感官以及頂空化合物成分的比較，得出兩者差異不顯著(p＞0.05)，但后者從綜合方面還是優(yōu)于前者的結(jié)論［35－36］。張立央研究了 SA/CS－CaCl2/PMCG 微膠囊固定化釀酒酵母的培養(yǎng)及其半連續(xù)培養(yǎng)過程，證明SA/CS－CaCl2/PMCG微膠囊的生物相容性好，基本對酵母細(xì)胞的生長沒有影響，且產(chǎn)酒精率大大提高。于煒婷等人以啤酒酵母S.cerevisiae BY4741為模型，將乳化－內(nèi)部凝膠化工藝用于微生物固定化培養(yǎng)，重點(diǎn)考察了乳化－內(nèi)部凝膠化工藝過程相關(guān)參數(shù)對微生物活性的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)在細(xì)胞增殖過程中，微膠囊形態(tài)保持良好且酵母菌的生長動力學(xué)明顯優(yōu)于游離培養(yǎng)組。因此，乳化－內(nèi)部凝膠化工藝有望成為規(guī)?；⑸锕潭ɑ囵B(yǎng)和生產(chǎn)的新技術(shù)。姚涇善等人進(jìn)行了NaCS－PDMDAAC微膠囊固定化酒精酵母的實(shí)驗(yàn)及其培養(yǎng)規(guī)律的研究，發(fā)現(xiàn)微膠囊固定化酒精酵母的產(chǎn)酒精情況與游離培養(yǎng)基本一致，微膠囊內(nèi)釀酒酵母的最高細(xì)胞密度可達(dá)2.64×1010mL－1，表明NaCS－PDADMAC微膠囊適用于生物物質(zhì)的固定化，酒精濃度可達(dá)到47.0g·L－1，在連續(xù)發(fā)酵16批后，仍具有良好的性能，比普通連續(xù)培養(yǎng)高5～6倍。在此基礎(chǔ)上將釀酒酵母的游離培養(yǎng)動力學(xué)模型與微膠囊的物質(zhì)傳遞相結(jié)合，建立了一個用于描述釀酒酵母微囊化培養(yǎng)生產(chǎn)酒精的模型，計(jì)算結(jié)果基本上能預(yù)測細(xì)胞密度、葡萄糖濃度和酒精濃度的變化趨勢。李建飛等人采用微膠囊包埋法固定酵母細(xì)胞，同時利用流態(tài)化技術(shù)，使膠囊化的酵母細(xì)胞懸浮于穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)酵液中。通過控制流量、溫度和壓力，連續(xù)進(jìn)行麥汁的二級主發(fā)酵，然后不斷取走嫩啤酒，從而實(shí)現(xiàn)啤酒的連續(xù)化生產(chǎn)［37］。結(jié)果表明，連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)的啤酒與分批發(fā)酵相比，風(fēng)味、口感都比較接近。陶永清等人對以β環(huán)糊精作為壁材用噴霧干燥制備啤酒粉末的工藝進(jìn)行了探討，初步獲得了高質(zhì)量高產(chǎn)率啤酒粉末，通過對啤酒粉末及原啤酒的主要風(fēng)味物質(zhì)及其成分進(jìn)行檢測對比分析，結(jié)果表明，微膠囊化可大大提高啤酒粉末中主要風(fēng)味物質(zhì)的保留水平，同時還可使啤酒粉末的回潮性大大降低［38］。

2.5 微膠囊技術(shù)在發(fā)酵生產(chǎn)納豆激酶中的應(yīng)用

納豆激酶(Nattokinaes)是由納豆菌在發(fā)酵大豆過程中產(chǎn)生的一種具有纖溶活性的絲氨酸蛋白酶。國內(nèi)外研究表明，納豆激酶都有明顯的溶栓作用。其通過食品發(fā)酵而來，在胃腸環(huán)境中不會失活，可通過消化道吸收，不僅溶檢效率高、療效時間長，且安全可靠。將納豆激酶制品開發(fā)成口服型藥物及保健食品的前景很廣闊［39］。張鑫欣研究了將生物微膠囊和多孔淀粉同時應(yīng)用于納豆菌及納豆激酶的固定化，確定其最優(yōu)制囊條件，并研究了生物微膠囊各制囊成分及多孔淀粉與納豆菌的生物相容性，采用響應(yīng)曲面法優(yōu)化了產(chǎn)酶條件，并通過發(fā)酵罐放大實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確定了固定化納豆菌的最優(yōu)發(fā)酵條件，為生物微膠囊/多孔淀粉固定化納豆菌在納豆激酶工業(yè)發(fā)酵中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)［39］。柴燚等人系統(tǒng)地研究了羧甲基纖維素鈉－海藻酸鈣微膠囊的制備和性質(zhì)，并將其應(yīng)用于固定化枯草桿菌發(fā)酵納豆激酶，主要采用中空CMC－ALG微膠囊制備方法，優(yōu)化制囊條件，選擇得到適合此微膠囊固定化進(jìn)行重復(fù)多批生產(chǎn)的培養(yǎng)基成分，從而進(jìn)行連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)納豆激酶［40］。

2.6 微膠囊技術(shù)在食醋中的應(yīng)用

微膠囊技術(shù)在食醋產(chǎn)品的開發(fā)上也開始嶄露頭角，食醋在消除疲勞、提高肝臟的解毒功能與新陳代謝、軟化血管、降血脂、降低膽固醇、減肥、抗衰老等方面均有一定作用，然而食醋對口腔、食管的黏膜具有較強(qiáng)的刺激性［41］。采用微膠囊技術(shù)對食醋進(jìn)行包埋，制成具有緩釋特性的醋膠囊，可避免食醋與人體口腔、食管黏膜的直接接觸，消除刺激和口感不適性，提高食醋的保健功效。杜雙奎等人采用銳孔－凝固浴法，以液態(tài)發(fā)酵食醋為材料，采用二次旋轉(zhuǎn)中心組合設(shè)計(jì)法優(yōu)化食醋微膠囊化工藝條件，分析工藝參數(shù)對食醋微膠囊化效果的影響規(guī)律，建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，為食醋微膠囊化生產(chǎn)提供了指導(dǎo)，為銳孔－凝固浴法工業(yè)化生產(chǎn)微膠囊提供理論基礎(chǔ)［42］。

3 展望

對不同的發(fā)酵制品采取微膠囊技術(shù)時要依據(jù)不同的機(jī)理和方法，微膠囊技術(shù)的應(yīng)用可以帶來很多意想不到的優(yōu)點(diǎn)和進(jìn)步，但同時也存在諸多的不足。

微膠囊技術(shù)已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但是其基礎(chǔ)研究還不成熟，還需要在理論和實(shí)際生產(chǎn)需要方面進(jìn)行深入的研究。首先，有必要完善表征微膠囊性能，全面準(zhǔn)確地表征微膠囊的性能是微膠囊研究的關(guān)鍵，也是其有效應(yīng)用的基礎(chǔ)。其次，性能良好、價格低廉的微膠囊囊材的開發(fā)，現(xiàn)有工業(yè)化生產(chǎn)需要更多降低成本的工藝，因此優(yōu)良的囊材開發(fā)有必要進(jìn)行深入的研究［16］。同時，微膠囊的囊芯緩釋機(jī)理模型、方式等基礎(chǔ)理論研究，高效率高水平微膠囊制備設(shè)備及工藝的研究也迫在眉睫。最后，對于微膠囊在食品乃至發(fā)酵產(chǎn)品中應(yīng)用的工藝進(jìn)行深入研究，使其在食品現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)過程中發(fā)揮更大的作用。微膠囊技術(shù)基于許多不可替代的優(yōu)點(diǎn)，隨著技術(shù)的不斷改進(jìn)，它作為一項(xiàng)能夠改善物質(zhì)性能的新技術(shù)，將給人們提供許多新型產(chǎn)品，滿足人們各種需求，可不斷提高人們的生活質(zhì)量，具有廣闊應(yīng)用前景。它在發(fā)酵生產(chǎn)各種制品方面發(fā)揮的作用也將越來越顯著，在提高人們的生活水平的同時也將給企業(yè)創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)收益和社會效益，與此同時，微膠囊技術(shù)同發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的結(jié)合也是對創(chuàng)造節(jié)約型、低碳型社會的響應(yīng)。

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Microencapsulation technology and research progress in its fermentation products

ZHENG Zhan－wei，XIA De－shui，SUN Juan*

(College of Food Engineering and Nutritional Science，Shaanxi Normal University，Xi’an 710062，China)

As the fermentation products proportion is growing，making use of microencapsulation technology to embed inclusions to function better becomes more and more popular.The application of micro－capsule technology in fermentation products was introduced，and prospect of micro－capsule technology in the food prospect was given.

microcapsulary;fermented product;application;prospect

TS201.1

A

1002－0306(2011)08－0423－06

2010－08－03 *通訊聯(lián)系人

鄭戰(zhàn)偉(1984－)，男，碩士研究生，研究方向:食品發(fā)酵技術(shù)。