微膠囊多孔淀粉的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展

尹卓林，解樂福，李艷杰，馬烽，*

（1.山東輕工業(yè)學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東濟(jì)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(jīng)酶水解作用而使顆粒呈現(xiàn)多孔狀的淀粉，是一種新型的變性淀粉。多孔產(chǎn)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(zhì)的吸附包埋[1-2]。

微膠囊技術(shù)是當(dāng)今一項(xiàng)用途廣泛而又發(fā)展迅速的新技術(shù)，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(jīng)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(shù)[3]。微膠囊技術(shù)具有保護(hù)活性物質(zhì)，減少外界不良因素（如光、氧和水等）的影響，減少芯材向環(huán)境的擴(kuò)散或蒸發(fā)，控制芯材的釋放，掩蔽芯材的不良風(fēng)味，改變物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，便于加工和處理等優(yōu)點(diǎn)[4]。

微膠囊技術(shù)應(yīng)用的好壞很大程度上取決于壁材的選擇。壁材的性能會(huì)影響微膠囊的緩釋性、流動(dòng)性以及滲透性等等。因此微膠囊技術(shù)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(gè)原則：壁材能與芯材互相配伍、但不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；耐高溫、耐擠壓；具有一定的滲透性、吸濕性、溶解性和穩(wěn)定性；傳質(zhì)性能良好、性質(zhì)穩(wěn)定、不易被生物分解；來源廣泛、容易得到、價(jià)格低廉等[5]。而隨著微膠囊技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)壁材已無法滿足其應(yīng)用，再加上人們環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，微膠囊多孔淀粉得到了迅速的發(fā)展。其具有許多優(yōu)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(shí)多孔淀粉微膠囊化后具有良好的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，使用方便。其原料來源豐富，價(jià)格低廉，加工過程無毒無害，這些優(yōu)良特性使得微膠囊多孔淀粉迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、日用化工等領(lǐng)域。

1 微膠囊多孔淀粉的制備方法

由于微膠囊的應(yīng)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(xué)者的廣泛關(guān)注。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前微膠囊的制備方法已達(dá)200多種。根據(jù)微膠囊的形成機(jī)理、性質(zhì)等可將其制備方法分為3類：物理化學(xué)法、物理法、化學(xué)法。其中物理化學(xué)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(xué)法有復(fù)凝聚法、單凝聚法、乳化法等。近年來隨著微膠囊制備技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的制備方法，如超微膠囊技術(shù)、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(jī)械撞擊、噴霧、超聲波照射和醇變性）和化學(xué)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(duì)淀粉進(jìn)行水解。由于淀粉酶來源于微生物，容易進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，同時(shí)生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，是目前最具有使用價(jià)值的生產(chǎn)方法。其一般工藝流程如下：顆粒態(tài)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(dāng)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(zhì)，制成粉末物質(zhì)，在選取合適的壁材，以適當(dāng)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(jié)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(dòng)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(shù)：芯材與壁材比率2.9∶1，包埋時(shí)間58 min，包埋溫度50℃。

2）噴霧干燥法：將芯材物質(zhì)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(zhì)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(jié)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(zhì)時(shí)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(duì)環(huán)保要求的不斷提高，隨著微膠囊技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新型壁材也得到了大力發(fā)展。比如有學(xué)者采用微生物的細(xì)胞壁[11]作為壁材，有學(xué)者制備出可生物降解的脂質(zhì)體材料作為壁材。而多孔淀粉是近年來發(fā)展迅速的一種壁材。由于其具有良好的吸附性，許多學(xué)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(duì)產(chǎn)品進(jìn)行氧化實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明產(chǎn)品的抗氧化性明顯提高，可顯著延長(zhǎng)保質(zhì)期。劉勛等[12]采用多孔淀粉包埋花椒精油，認(rèn)為此方法工藝簡(jiǎn)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(duì)花椒精油的吸附量達(dá)到0.92 g/g，包埋率達(dá)48%，高于其它包埋材料，且微膠囊化后的產(chǎn)品具有良好的貯存穩(wěn)定性以及使用更方便等特點(diǎn)。

微膠囊多孔淀粉的性能測(cè)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(cè)定采用石油醚直接萃取法，微膠囊總油含量的測(cè)定采用羅紫-哥特里測(cè)定法。

2）微膠囊水分含量測(cè)定

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

3）水溶性實(shí)驗(yàn)

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(biāo)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(yīng)用

多孔淀粉已可作為各種物質(zhì)微膠囊化材料。如醫(yī)藥品和農(nóng)藥埋設(shè)在淀粉孔內(nèi)可將其徐緩地釋放；也可包埋比重不同物質(zhì)，并易于均質(zhì)、混合，且不會(huì)分離；一些易氧化和對(duì)光不穩(wěn)定物質(zhì)，若埋在孔內(nèi)，可防止這些物質(zhì)氧化、分解；包埋目的物質(zhì)后，在特定條件特定場(chǎng)合下釋放目的物[13]。

目前，微膠囊多孔淀粉的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面：

1）空氣中易氧化、易分解發(fā)生變化或易遇光退色等在通常環(huán)境下不穩(wěn)定物質(zhì)經(jīng)包埋使之穩(wěn)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(jìn)行包埋，經(jīng)胃蛋白酶、胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶作體外消化實(shí)驗(yàn)及小鼠實(shí)驗(yàn)證明，微膠囊中魚油消化率很高，達(dá)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(duì)其營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，將極大地提高羅非魚油的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

2）賦予醫(yī)藥品、化妝品、農(nóng)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(dá)到使人們抗過敏的目的。1996年P(guān)&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(dá)到了增香或柔軟藥物的目的。

3）封閉苦味、異味物質(zhì)。如蠶蛹油具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)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(shí)延長(zhǎng)其貯存穩(wěn)定性，使蠶蛹油在食品和保健品行業(yè)中具有更廣闊的應(yīng)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(nèi)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(dá)20.3%，且微膠囊粉末無苦味[17]。森林匙羹藤酸是一種印度產(chǎn)Gymnema sylverstre R.Br提取物，在印度傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)上有健胃、強(qiáng)腎、利尿、治療糖尿病功效，最近有些學(xué)者認(rèn)為其提取物對(duì)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(zhì)一樣有特有苦味，若作為食品添加劑發(fā)揮其生理功能，那么這種味道可能影響食品風(fēng)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(zhì)將其制成微膠囊化產(chǎn)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(zhì)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(zhǎng)貯存穩(wěn)定性，使各類油脂在日化產(chǎn)品、食品和保健品行業(yè)中具有更廣闊的應(yīng)用空間。

4 微膠囊多孔淀粉的展望

近年來，隨著人們對(duì)環(huán)境、生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展等問題的意識(shí)不斷增強(qiáng)，使用環(huán)保型微膠囊壁材更成為當(dāng)今重要的研究方向。多孔淀粉作為微膠囊壁材有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，其來源廣泛，價(jià)格低廉，無毒無害，便于降解，同時(shí)由于其具備較大的比孔容，吸附能力優(yōu)良，因此作為微膠囊壁材有極好的應(yīng)用前景。但同時(shí)也有其局限性，例如其乳化性較差，形成的乳狀液不穩(wěn)定，淀粉形成多孔后，結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(diǎn)將集中在優(yōu)化多孔淀粉本身的優(yōu)勢(shì)及拓展應(yīng)用領(lǐng)域等方面，相信在不久的將來微膠囊多孔淀粉的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)更加廣闊，性能更加優(yōu)良。

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