摘要：酶的微膠囊化技術(shù)是將酶包埋、封存在微型膠囊內(nèi)成為一種固體微粒產(chǎn)品的技術(shù)。近年來，微膠囊化技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在酶的固定化方面有著廣闊的應(yīng)用前景。首先對微膠囊技術(shù)進行概述，著重介紹微膠囊化酶的制備方法及在食品工業(yè)中應(yīng)用的研究進展，討論目前微膠囊化酶技術(shù)中存在的問題，并對其發(fā)展前景進行了展望。
 

　　關(guān)鍵詞：酶；微膠囊；制備方法；應(yīng)用
 

　　微膠囊技術(shù)的研究始于20世紀30年代，發(fā)展迅速，用途廣泛，現(xiàn)已成為食品科技領(lǐng)域的研究熱點之一，其在食品方面的應(yīng)用，滿足了市場的新需求，加快了食品工業(yè)的快速發(fā)展。微膠囊技術(shù)通過采用成膜材料將食品成分進行包埋，可以改變物質(zhì)形態(tài)，保護食品中的活性成分，減少營養(yǎng)成分的損失，鞏固和改善物質(zhì)的穩(wěn)定性等，許多以往由于技術(shù)障礙而得不到開發(fā)的產(chǎn)品，通過微膠囊技術(shù)得以實現(xiàn)。

　　酶具有專一性強、催化效率高、反應(yīng)條件溫和等特點，作為一種生物制劑廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)中。但酶的本質(zhì)是由氨基酸組成的蛋白質(zhì)，易被氧化失活、耐熱性較差、易與銅離子和亞鐵離子等金屬離子發(fā)生作用而失活，其應(yīng)用受到一定的限制，而且大多數(shù)酶要在特定的條件（溫度、濃度、酸堿環(huán)境）下才能發(fā)揮活性。為解決這一問題，可用微膠囊對酶進行包埋，不僅能夠提高酶的穩(wěn)定性，還可以通過選擇合適的壁材，達到控制其釋放的目的。近年來，國內(nèi)外開展了許多微膠囊化酶的研究，本文綜述了這方面的研究進展，旨在為我國食品工業(yè)中微膠囊技術(shù)的應(yīng)用及研究提供參考。
 

　　1 微膠囊概述

　　1.1 微膠囊技術(shù)

　　微膠囊技術(shù)是指借助特定的工藝手段，利用天然的或者人工合成的高分子材料作為壁材、來包埋固體、液體或氣體物質(zhì)等芯材，形成直徑在1μm～5000μm范圍內(nèi)、具有半透性或密封囊膜的微型膠囊，并在需要時將芯材釋放出來的一種技術(shù)。

　　微膠囊技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)，可以通過微膠囊化將食品成分與周圍環(huán)境隔離開，降低了水、氧氣、溫度、光等環(huán)境因素對芯材的影響，從而可以改善食品成分的物理性質(zhì)（顏色、外觀、表觀密度、溶解性等），提高物質(zhì)的穩(wěn)定性；保護食品中的活性成分，減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失，使其保持原有的風(fēng)味；另外，通過選擇壁材，可根據(jù)需要控制物質(zhì)的釋放。
 

　　1.2 微膠囊的分類

　　按微膠囊壁材與芯材性能的不同，可以將微膠囊分為緩釋型、壓敏型、熱敏型、pH敏感型、光敏型以及膨脹型6種微膠囊，其中pH敏感型微膠囊近年來得到廣泛的應(yīng)用與開發(fā)。該類型微膠囊的壁材在某個pH范圍內(nèi)穩(wěn)定，當pH變化時，壁材會溶解、降解、破裂，釋放出囊心物質(zhì)。例如，針對腸道pH值環(huán)境普遍使用的海藻酸鈉-殼聚糖類壁材就是普遍使用的一種pH敏感型微膠囊壁材，不僅可以用于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的小分子化合物的穩(wěn)態(tài)化處理，在活性蛋白及酶的穩(wěn)態(tài)化處理方面也有所應(yīng)用。
 

　　1.3 微膠囊化酶壁材的選擇

　　微膠囊的性能取決于芯材、壁材及微膠囊技術(shù)，壁材是影響微膠囊物化性質(zhì)的主要因素。對于一種微膠囊產(chǎn)品來說，合適的壁材非常重要，壁材選擇的恰當，可以使芯材的活性得到充分的發(fā)揮。

　　微膠囊化酶的壁材應(yīng)依據(jù)芯材的特性來選擇，一般需要注意以下幾點：（1）孔徑大小要合適。既要能讓被催化物質(zhì)順利通過，又要能避免酶滲透損失。（2）毒性、穩(wěn)定性的要求。一般應(yīng)用于食品的要求是材料穩(wěn)定、無毒、無副作用、無刺激性。（3）與芯材相配且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。（4）力求廉價，來源廣泛，成本較低。大部分的壁材是高分子材料，實際應(yīng)用中，很少只用一種包膜材料來實現(xiàn)微膠囊化，而是常用2種或2種以上的壁材復(fù)合物來達到理想的包埋效果。目前應(yīng)用最廣的是殼聚糖、海藻酸鈉、乙基纖維素和脂質(zhì)體等。
 

　　2 微膠囊化酶的制備方法
 

　　微膠囊化酶的制備方法主要有干燥浴法、超臨界流體技術(shù)、脂質(zhì)體技術(shù)及內(nèi)源乳化法等。
 

　　2.1 干燥浴法

　　干燥浴法制備微膠囊，是把壁材與芯材的混合溶液以微滴形式分散到具有揮發(fā)性的介質(zhì)中，揮發(fā)性的分散介質(zhì)快速從液滴中去除形成囊壁，最后通過加熱、減壓、攪拌、溶劑萃取、冷卻或冷凍等方法將囊壁中的溶劑除掉，即制成微膠囊。干燥浴法包括水浴干燥法和油浴干燥法兩種，水浴干燥法在酶的微膠囊化中更常用；壁材選用疏水性高分子材料，常用的是乙基纖維素；有機溶劑采用沸點比水低的疏水性溶劑，以便在干燥過程中更容易揮發(fā)，常用的二氯甲烷。干燥浴法的優(yōu)點是簡便、溫和，但該方法的不足之處在于反應(yīng)時間長，不易控制，產(chǎn)品的產(chǎn)量低。龔平等分別采用水浴干燥法和油浴干燥法制備超氧化物歧化酶微膠囊，結(jié)果表明，通過水浴干燥制得的微膠囊比通過油浴干燥制得的微膠囊整體效果好，表面較光滑，圓整度較好，大小均一，無粘連現(xiàn)象等。
 

　　2.2 超臨界流體技術(shù)

　　超臨界流體技術(shù)制備微膠囊主要有超臨界快速膨脹過程（Rapid Expansion of Supercritical Solution，簡稱RESS）和超臨界氣體抗溶劑過程（GasAnti-Solution），但RESS過程制備一般適用于芯材、壁材均能溶于超臨界流體的體系。超臨界流體技術(shù)制備微膠囊有方便、易控制等優(yōu)點，特別是超臨界二氧化碳的臨界溫度是常溫，而且制備過程中無殘留溶劑，對于藥物、生物制品等熱敏性物質(zhì)都很適用。黃光宇等以木瓜蛋白酶為芯材、乙基纖維素為壁材對超臨界CO2抗溶劑法制備微膠囊的過程進行了研究。
 

　　2.3 脂質(zhì)體技術(shù)

　　脂質(zhì)體包被法是利用溶于油相的表面活性劑或具表面活性的脂質(zhì)體將酶包被。其具備結(jié)構(gòu)多樣，通過改變尺寸和脂質(zhì)組成，有助于提高酶作用的選擇性；對包埋物的容納性好；可將穩(wěn)定劑等多種物質(zhì)與酶一起包埋，從而提高酶的穩(wěn)定性，并能達到很高的內(nèi)容物脂質(zhì)比；作為一種天然無毒；生物可降解，貯存穩(wěn)定的新型載體，脂質(zhì)體受到廣泛關(guān)注。但是脂質(zhì)體對酶的包埋率低，成本較高。Anjani等用脂質(zhì)體包裹加速干酪風(fēng)味的酶系，縮短了干酪成熟期，且阻止了干酪變質(zhì)，微膠囊化酶除穩(wěn)定性提高外，還具有控制釋放性。
 

　　2.4 內(nèi)源乳化法

　　乳化法包括外源乳化法和內(nèi)源乳化法，這種方法生產(chǎn)規(guī)模比較大，而且制成的微膠囊粒徑小而均勻，表面光滑。內(nèi)源乳化法是內(nèi)源乳化法是通過酸化海藻酸鈉包埋的水不溶性鈣鹽，緩慢放出鈣離子進行凝膠的內(nèi)源凝膠法，制得的微膠囊微球與外源乳化法相比，更具有可控性，且粒徑分布更均勻。乳化過程中水相和油相的比例影響微膠囊的粒徑分布和包埋率等性質(zhì)，一般情況下，水相和油相的體積比在1∶2和1∶5之間。內(nèi)源乳化法制備過程中使用的油溶性酸種類很多，但通常選擇的是檸檬酸、乳酸和乙酸，其中乙酸的效果最佳。王霞用內(nèi)源乳化的方法包埋葡萄糖氧化酶添加至面粉中改善其烘焙品質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微膠囊化葡萄糖氧化酶可以比原酶更好地改善面團特性和面包烘焙品質(zhì)。劉若男采用內(nèi)源乳化法成功制備出溶菌酶微膠囊，在模擬胃液中2h后，微膠囊化溶菌酶活性保留率為89.5%，游離酶的活性保留率僅為31.7%，包埋后的溶菌酶活性保留率比未包埋時明顯提高。
 

　　2.5 其他制備方法

　　劉博等以殼聚糖、海藻酸鈉為載體，采用脈沖電場工藝成功地對脂肪酶進行了固定化。該制備工藝具有生物相容性好、制備過程溫和、成本低廉等特點，在細胞培養(yǎng)、藥物緩釋等領(lǐng)域已有應(yīng)用；Yao等利用磁性碳質(zhì)微球?qū)σ鹊鞍酌高M行了固定化，與傳統(tǒng)的制備方法相比，這種磁性胰蛋白酶微球具有顯著的蛋白水解功效，能夠加速蛋白水解過程，因而成功地應(yīng)用于蛋白質(zhì)的快速水解方面，同時，磁性微球的合成簡單，材料價格低廉，因而在蛋白質(zhì)組學(xué)的大規(guī)模研究方面具有很好的應(yīng)用前景；Akamatsu等以殼聚糖為壁材，采用SPG膜乳化技術(shù)成功制備出了單分散溶菌酶微球，并且能夠控制微球的粒徑，實驗結(jié)果表明，采用SPG膜乳化技術(shù)制備微膠囊化溶菌酶，酶活性保留率大約為50%。
 

　　3 微膠囊化酶的研究新進展

　　近年來隨著微膠囊技術(shù)的研究日益成熟，它作為一種固定化技術(shù)在酶方面的應(yīng)用也引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，在食品及保健品方面國內(nèi)外主要的研究集中在超氧化物歧化酶、溶菌酶、葡萄糖氧化酶及納豆激酶等酶類。
 

　　3.1 超氧化物歧化酶的微膠囊化

　　超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase，SOD）是一類金屬蛋白酶類，在生物體內(nèi)專一地清除氧自由基，保持生物體內(nèi)氧自由基的平衡，減少其對生物體的損害。SOD在體外穩(wěn)定性差，受溫度、氧氣等因素影響容易失活，而且具有一定的免疫原性，這限制了其應(yīng)用。龔平以乙基纖維素為囊材包埋SOD，對油中干燥法和水中干燥法兩種制備方法進行了初步的比較，結(jié)果表明，采用后者制得的微膠囊形狀規(guī)則且粒徑分布均勻；趙有璽等采用水中干燥法，以乙基纖維素為壁材，對超氧化物歧化酶進行包埋，形成的微膠囊形狀規(guī)則、粒徑分布均勻；之后對微膠囊進行了結(jié)構(gòu)分析，結(jié)果表明，乙基纖維素與SOD分子間形成很強的分子間相互作用，但這種作用不是化學(xué)作用。這對于進一步了解微膠囊的形成機制，控釋機制和改進微膠囊性能，提供理論依據(jù)。
 

　　3.2 溶菌酶的微膠囊化

　　溶菌酶添加到產(chǎn)品中時，溫度、光等條件都會對溶菌酶活性有影響，進而影響其加工貯存性；另外溶菌酶在經(jīng)過胃腸道時，會被胃酸及胃蛋白酶分解成小分子，活性損失很大，生物利用度很低，因而其應(yīng)用受到限制。為了使溶菌酶在腸道內(nèi)發(fā)揮其生理功能，劉若男采用殼聚糖-海藻酸鈉對溶菌酶進行了微膠囊化，得到的微膠囊在模擬胃液處理后溶菌酶保留活性達90.0%。微生物溶菌酶作為一種高效、廣譜的天然抑菌物質(zhì)廣受關(guān)注，在食品保鮮及極畜禽抗病方面有這廣闊的應(yīng)用前景。但是微生物溶菌酶的熱穩(wěn)定性很差，所以在食品及飼料的加工過程中易造成活力損失，因而沒有被廣泛應(yīng)用。費國琴采用銳孔-凝固浴法，以海藻酸鈉為主要壁材，探索適合的制備工藝條件并采用響應(yīng)面法進行了優(yōu)化，經(jīng)過優(yōu)化后，微生物溶菌酶包埋率為92.10%，有一定提高，在實際應(yīng)用中具有一定的指導(dǎo)意義。
 

　　3.3 葡萄糖氧化酶的微膠囊化

　　早已被證實，癌細胞中的活性氧含量高于正常細胞，因此氧化治療成為了探索癌癥新療法的一個新的方向，Abdekhodaiea等利用殼聚糖-海藻酸鈣為壁材，采用內(nèi)源乳化法對葡萄糖氧化酶進行了包埋，并針對其對癌細胞的作用進行了體內(nèi)及體外研究，體外研究表明，在葡萄糖糖化酶的負荷水平相同的情況下，直徑較小的葡糖糖氧化酶微球比直徑較大的葡糖糖氧化酶微球產(chǎn)生更多的H2O2，殺死更多的癌細胞。葡萄糖氧化酶是一種快速氧化劑，催化速度很快，游離的葡萄糖氧化酶加入面團，會過早地產(chǎn)生H2O2，而使得面團變硬。王霞等用內(nèi)源乳化的方法包埋葡萄糖氧化酶添加至面粉中改善其烘焙品質(zhì)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微膠囊化葡萄糖氧化酶可以比原酶更好地改善面團特性和面包烘焙品質(zhì)。
 

　　3.4 納豆激酶的微膠囊化

　　目前，血栓及栓塞類疾病嚴重威脅人們的健康，納豆激酶因溶栓作用強，且成本低廉、安全無毒而受到關(guān)注，但目前對納豆激酶的研究還不是很成熟，為了長期有效保持納豆激酶的活性，程云采用海藻酸鈉/CMC對納豆激酶進行了包埋，經(jīng)過包埋的納豆激酶，其酶活受到了一定程度的保護，且制得的微膠囊粒徑小、外觀規(guī)則并且酶活的回收率高。陳景鑫研究了復(fù)凝聚法、固定化法及環(huán)糊精包絡(luò)法制備納豆激酶的工藝條件，并對微膠囊化納豆激酶的穩(wěn)定性進行了分析，最后進行了模擬胃環(huán)境的體外實驗。結(jié)果表明，將納豆激酶微膠囊化后基本沒有改變?nèi)芩ㄌ匦?；在模擬胃環(huán)境的體外實驗中，納豆激酶微膠囊在正常的胃腸道酸性環(huán)境中仍具有一定的活性，而未經(jīng)微膠囊化的納豆激酶幾乎完全喪失活性。通過比較分析，確定環(huán)糊精包絡(luò)法為最佳制備納豆激酶微膠囊的方法，為納豆激酶在保健品及藥品的應(yīng)用有一定的意義。
 

　　4 展望

　　微膠囊技術(shù)是21世紀重點研究開發(fā)的高新技術(shù)之一，具有很高的利用價值。我國對微膠囊技術(shù)的研究及應(yīng)用起步較晚，尤其是在酶的微膠囊化方面，研究得還很少，需要更深入的研究。首先，為了擴大微膠囊化酶在食品工業(yè)及保健品行業(yè)的應(yīng)用，亟需開發(fā)安全無毒、來源廣泛的壁材；其次，微膠囊化酶的表征目前還無法準確表達，也沒有一種簡便可行的方法或技術(shù)標準；此外，需要對不同壁材與酶之間的相互作用進行理論研究，了解其相互作用機制，以便為微膠囊化酶的應(yīng)用提供參考。