植物提取物具有低毒、副作用小等特点[1]。利用植物提取物替代饲用抗生素可以提升饲料产品竞争力和改善畜禽产品品质，是农牧行业的研究热点。《农业部公告第1773号》及其增补文件规定117种天然植物粉及其粗提物可以长期用于动物饲料生产[2]，这类具有药学功能的天然可饲用植物在畜禽养殖上已经得到广泛研究[3]。植物提取物的特殊气味与口感可能会导致饲料适口性受到影响，提取物稳定性差会导致理论添加剂量与实际效果不符，因此有必要对植物提取物进行微胶囊制粒。微胶囊制粒在饲料添加剂生产中得到广泛应用[4]。文章旨在介绍微胶囊技术及其不同原理的制备方法，阐述植物提取物微胶囊在农牧行业的应用现状，结合微胶囊工艺参数优化的研究进展，为微胶囊技术在饲用植物提取物行业的推广提供参考。1微胶囊制粒的研究进展及主要设备简介1.1微胶囊技术定义微胶囊制粒技术又称包被技术[5]，是将液体、气体及固体原材料以天然、半合成或者合成材料以极小单位包埋于毫米甚至更小的胶囊中，保证所包埋的原材料在指定的环境下释放并发挥其作用的技术[6]。微胶囊制粒过程中被包裹的原材料为芯材，用于包裹芯材的物质为壁材[7]。在饲料生产中，饲料添加剂是微囊制粒技术的主要芯材，各种饲料添加剂具有不同的使用目的与物理性质，因此在对饲料添加剂使用微囊制粒时应根据其目的对壁材和工艺进行优化筛选。1.2微胶囊技术的发展历程与主要技术Tolve等[8]使用物理法制造微胶囊，NCR公司以染料为芯材对其进行包被，并成功将其应用在造纸领域，随后微胶囊技术得到快速推广。随着技术不断发展，微胶囊制粒技术在各行各业有了较为广泛的应用。微胶囊制粒的主要方法有4种：化学法、物理法、物理化学法和微流控法[9]。较为经典的物理法包括喷雾冷却法、喷雾干燥法、分子包埋法、流化床法等[10]，新出现的蔗糖共结晶法、旋转悬浮分离法等也属于物理微胶囊制粒[11]。物理法中，喷雾干燥法应用最为广泛。化学法主要包括原位聚合法[12]、界面配位法[13]、逐层组装法[14]、自组装法[15]。物理化学法主要包括溶胶凝胶法、超临界CO2法等。溶胶凝胶法是1种以各种醇氧前驱体制备各种产品的组装方法，主要用于制造玻璃和陶瓷氧化物，该技术可在低温条件下可对各种精密材料进行有序包埋，适用于各种有机物与无机物，该技术的产物在分子排列上非常均匀，在高精尖研究中同样适用[16-18]。超临界CO2法同样是物理化学法中的研究热点[19]，相比传统微胶囊制粒技术，该技术可以解决某些材料包埋过程使用有毒溶剂而造成的环境污染问题和效率产能低下等弊端，其基本工作原理是利用含有活性成分和壁材的超临界流体保持在高温高压下，然后将其通过微型喷嘴排放到制粒装置中，通过压力的快速降低导致壁材的脱溶，并将活性成分聚合于壁材内部[20]。微流控法技术[21]较为前沿新颖，该技术建立在物理、化学、材料及工程等多学科交叉的基础上，主要应用在微米及以下的单位物质的包埋，是目前唯一可以操纵少量流体来制造大量所需微胶囊的技术[22]。1.3微胶囊生产设备微胶囊设备以微胶囊制粒方法的不同而针对性设计，常见的有喷雾干燥机、冷却喷雾机、微胶囊包埋机、乳业聚合法乳化机等。所有微胶囊包被设备的选择均以微胶囊的生产目的、芯材和壁材理化性质为基础，确定这3类指标后即可用对应的设备进行生产制造。2植物提取物微囊工艺参数的优化研究植物提取物对动物的抗氧化、免疫、生长等多种方面具有促进作用。保证动物摄入有效剂量的提取物，并兼顾提取物的用量与使用成本是植物提取物在饲料与动物生产上的基础。提取物的理化性质、作用部位及活性等均会影响壁材的选择与工艺参数。为减少单宁酸对营养物质的沉淀作用和其对饲料适口性的影响，刘学福等[23]以肠溶性材料10%~20%、油脂70%~80%、矿物材料2%~6%和淀粉4%~8%作为微胶囊壁材，对单宁酸进行包被，发现壁材中的矿物质能够提高颗粒硬度和避免颗粒出现黏连，在胃液中形成保护系统，减少单宁酸对动物内源酶的影响，在肠道后端释放、吸收，具有生产原料少、生产工艺简单且成本较低的特点。卢琪[24]对饲料添加剂杜仲提取物中绿原酸进行微囊化研究，通过正交试验考察包埋温度、包埋时间、芯材比等因素，结果表明，最佳工艺参数为包埋温度40 ℃、包埋时间6 h、芯材比为3∶1，以6 mL蒸馏水为包埋介质，其中绿原酸包埋率可达18.9%。宋艳芳等[25]对饲料添加剂植物甾醇进行工艺参数优化，发现最佳工艺条件为抗性淀粉0.8%、壳聚糖0.8%、超声时间20 min、植物甾醇0.7%，在此条件下的植物甾醇最高包埋率最高。植物精油作为液体植物提取物，比粉末类提取物工艺更为复杂。卢燕霞[10]认为，在复合凝聚法条件下牛至精油影响因素与最佳工艺参数为芯壁比例3∶1、乳化剂WJE-880的添加量0.1%、乳化速度6 000 r/min、水浴温度55 ℃、搅拌速度250 r/min、固化时间60 min、反应pH值4.5，在此条件下包埋率为83.1%。补骨脂粗提物可以长期用于动物饲料生产，具有增强子宫收缩和类雌激素等作用。徐达等[26]以β-环糊精为壁材制作补骨脂挥发油微胶囊，发现补骨脂挥发油微胶囊制粒的最优工艺条件为芯壁比例（质量比）1∶10、包埋温度50 ℃、反应时间2 h、乳化剂添加量0.4%。不同的液体状植物提取物微胶囊制作工艺不同，但工艺参数的研究方向大体一致，均采用单因素分析确定对微胶囊制粒的影响参数，再以正交分析或响应面分析法确定最佳工艺参数。3微胶囊技术在饲料生产与动物养殖中的应用及前景3.1微胶囊技术在饲料添加剂中的应用3.1.1微胶囊技术在微量元素中的应用饲料添加剂包含营养性与非营养性两类。饲料添加剂会受消化道中pH值、酶及肠道微生物的影响。因此，微胶囊包被技术在饲料添加剂生产中对提升饲料添加剂产品品质具有重要意义[27]。刘少青[28]以AA肉鸡为研究对象，设置3个微量元素处理组：NRC推荐水平组（无机来源：Cu、Fe、Mn、Zn、Se、I、Co，添加量分别为80、60、40、0.15、0.35、0.15 mg/kg）；低水平微量元素的包被组及未包被组（包被组与未包被组微量元素均为无机来源，添加量分别为2.5、35、30、30、0.2、0.2、0.15 mg/kg），保证其他营养成分一致，观察2个阶段（前期1~21 d，后期22~42 d）。结果表明，包被组肉鸡前期空肠和两个阶段回肠绒毛高度显著增加，两个阶段试验鸡空肠及前期回肠绒隐比显著改善；包被微量元素组试验鸡后阶段胫骨中灰分、钙和磷含量显著增加；包被组肉鸡的微量元素排放量显著下降，21 d包被组试验鸡Cu、Fe、Mn、Zn排放量分别下降54%、23%、7%、35%，42 d包被组试验鸡Cu、Fe、Mn、Zn排放量分别下降38%、28%、25%、35%；包被微量元素可以降低肉鸡料重比、降低鸡胸肉和肝脏MDA含量，提高肠道中脂肪酶活性。ZnO是预防畜禽腹泻的重要添加剂，在经过胃部时易与胃酸发生反应形成Zn2+，失去预防腹泻的作用[29]。Zn在仔猪日粮中最高限量为1 600 mg/kg，传统的ZnO使用方法在此条件下很难发挥作用，因此使用微胶囊技术可以保证ZnO不受胃酸影响而至肠道定点释放。申俊华等[30]发现，断奶后14 d，日粮中添加380和570 mg/kg包被氧化锌可以显著降低断奶仔猪腹泻指数，与高锌对照组差异不显著；日粮添加570 mg/kg包被氧化锌的试验仔猪腹泻指数最低；包被氧化锌可以显著增加十二指肠空肠和回肠的绒毛高度与隐窝深度比值，结果表明，低剂量的包被ZnO可以达到高Zn日粮的效果，减少环境污染。3.1.2微胶囊技术在维生素中的应用维生素是维持动物生命活动的重要物质。动物自身不能合成或者合成量不足以完全满足维持与生产需要，因此需要通过食物外源补充维生素，但部分维生素活性较高导致稳定性不强，在饲料生产或者经过动物消化道时易产生损耗，影响饲料产品品质和动物生产性能[31]，因此维生素微胶囊产品的开发也是饲料行业的研究重点。金鹿等[32]研究包被维生素A对奶牛瘤胃发酵特性及营养物质表观消化率的影响，发现220 IU/kg BW组奶牛瘤胃液中维生素A含量与丙酸浓度显著升高，包被维生素A提升至220 IU/kg BW可以促进奶牛对粗脂肪的消化。胡志萍等[33]对比维生素E（VE）和微囊化VE（MVE）对肉鸡生长性能、血清生化指标和抗氧化能力的影响，发现MVE组肉鸡22~42 d和1~42 d的平均日增重显著升高；MVE组试验鸡血清总蛋白和球蛋白含量显著升高；MVE可以显著提升肉鸡血清总超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性。维生素微囊对减少维生素的浪费和提升动物生产性能等方面具有重要价值。3.2粉末类植物提取物微胶囊的应用可饲用植物提取物在使用过程中，部分药材的气味与适口性问题会导致动物适口性差，在饲用植物提取物生产中使用微胶囊技术可以增强植物提取物的稳定性、掩盖气味和缩短动物适应时间。雷闪亮[34]对杜仲提取物的抗氧化活性进行动物活体试验，认为其活性强于银杏、弱于绿茶、葡萄籽，因此对杜仲提取物进行微胶囊处理可以增强其产品使用性。程远渡[35]将植物甾醇酯和葛根素混合并制成微胶囊，复合微胶囊的减肥降脂效果优于二者简单混合。单宁酸是改善肠道的重要添加剂，可以从五倍子或者栗木中提取，但单宁酸可能与蛋白、矿物质等营养成分发生反应而影响其消化利用率[36]，因此需要对其进行微胶囊处理，在肠道后段释放以发挥其最大功效。杨海涛[37]使用不同添加量的包被单宁、抗菌肽、葡萄糖氧化酶用于生产无抗肉鸡饲料，发现42日龄时各处理组的平均日采食量、平均日增重、料重比差异均不显著；包被水解单宁酸组肉鸡血清碱性磷酸酶（ALP）活性显著低于抗生素组；包被单宁酸各组肉鸡抗氧化能力较对照组显著升高，且脂肪酶活性也显著升高。该研究认为，在生产无抗肉鸡日粮时添加单宁酸有利于改善肉鸡生长性能，提高鸡群健康。3.3精油类植物提取物微胶囊的应用植物精油是通过水蒸气蒸馏等萃取方法获得的一类液体状混合物[38]。植物精油在饲料生产中可作为香料促进动物采食量。部分植物精油具有广谱抗菌的作用[39]，也可以作为饲用抗生素的替代品。液体精油稳定性较差且具有强挥发性，不适合直接用于饲料生产，因此精油微胶囊是实际生产与研究的主要对象。与粉末类植物提取物相比，精油微胶囊在饲料生产和动物生产上的研究成果更为丰富。刘大林等[40]分别在京海黄鸡日粮中添加100、150、200、250 mg/kg迷迭香精油，持续饲喂10 w，发现试验鸡胸肌失水率、剪切力和腿肌肉色程度与迷迭香精油添加量呈负相关，鸡肉中水分含量显著上升；随着迷迭香精油的使用量增多，血清总超氧化物歧化酶（T-SOD）和谷胱甘肽过氧化酶（GSH-Px）活性显著增强，但丙二醛（MDA）含量呈下降趋势。乔利敏等[41]研究牛至油对肉鸡生长性能和免疫功能的影响，分别按基础日粮质量分数的0.010%、0.015%、0.020%添加10%牛至油预混剂，饲喂7 d，结果表明，牛至油组种鸡产蛋率分别提高10.82%、5.73%和7.96%，且种蛋合格率与受精率比对照组有显著提高；在免疫性能方面，第15 d时，0.010%牛至油组试验鸡新城疫HI抗体水平高于对照组，第30 d时，0.010%、0.015%组新城疫HI抗体水平较对照组分别升高9.76%和2.44%。川芎油、香薷油、当归油、大蒜油等多种精油微胶囊被广泛应用在动物生产中[42]，说明微胶囊技术在植物精油类产品开发具有重要应用研究价值。4展望植物提取物可以改善饲料产品品质和动物生产性能，保证畜禽产品绿色、健康、安全。微胶囊技术可以有效改善植物提取物的适口性，避免配伍禁忌，提高产品稳定性，在饲料与动物生产中具有重要的应用研究价值。目前，微胶囊制粒技术的制造成本偏高，在使用昂贵中药材提取物时可能导致饲料制造成本偏高，不能广泛应用。未来需要进一步发掘廉价且优质的壁材，并改善生产设备。