微胶囊原理及应用技术

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1、2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,微胶囊原理及应用技术,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,微胶囊,发展简史 基本概念 微胶囊的常用壁材 微囊化的方法 性能测试 应用,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,1 发展简史,在微胶囊化领域里，Wuster和Green是两位伟大的先驱者。微胶囊化始于本世纪30年代，但发展非常迅速。迄今有一百多个研究室在开发微胶囊技术。 隐色压敏复写纸的发明是微胶囊化技术第一次成功应用于商业中，至1981年，此种微胶囊的产量就超过5106t. 应用范围扩大到医药，农用化学品，黏胶剂和夜晶等各个领域。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,

2、1936年11月：大西洋海岸渔业公司(Atlantic Coast Fishers)提出了适用于在液体石蜡中，制备含鱼肝油明胶微胶囊的专利申请。1940年10月，明胶产品有限公司提出了采用一种同心的三层锐孔，创备含药物双壁微胶囊的专利申请。1949年1月：威斯康星校友研究基金会提出了利用Wurster发明的空气悬浮法，将固体微粒微胶囊化的专利申请。1950年4月：东方柯达(Eastman Kodak)公司提出了将彩色照片用的乳液和三种基色颜料包敷(即微胶囊化)制备混合颗粒的专利申请。1950年11月：通用邓洛普(General Dunloberge)公司提出了通过使用一种双层锐孔来制褐藻酸微胶

3、囊的专利申请。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,1953一1954年：NCR公司提出了利用凝聚法制备含油明胶微胶囊之基本方法的二个专利，以及利用上述基本方法制备微胶囊型压敏复写纸的四个专利。除日本外，全世界都应用了这个专利。1956年3月：NCR公司提出了有关光电材料微胶囊化的专利申请。1957年4月：NCR公司提出了有关彩色摄影用的化合物微胶囊化工艺的专利申请。1957年8月：穆尔企业公司(Moore Buslness)提出了有关应用喷雾干燥工艺的微胶囊专利申请。1957年11月：通用安尼莱因(Anlline)胶片公司提出用乙基纤维素将照相乳液微胶囊化后成混合的细粒状的专利申请。

4、,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,1958年 3月；静电复印(xerox)公司提出了制备含有液体显像调节剂的微胶囊的专利申请。1958年5月；NCR公司提出了利用微胶囊化制备热敏粘合剂的专利申请。1958年6月：NCR公司提出了有关含油的聚苯乙烯微胶囊制备方法的专利申请。该法中使用了单体，并应用了原位聚合反应的工艺。1958年12月：厄普约翰(Upjohn)公司提出了近20个专利申请。它们均是有关“乳液”的微胶囊化方法。在这些专利中，有的改进了NC R的凝聚方法，应用了增稠剂；有的提出了在有机溶剂体系中的相分离方法；有的提出了明胶微胶囊固化的方法类似的一些方法。1963年，所有的这

5、些专利全都转让给了NCR公司。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,2 基本概念,微胶囊：指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物。其大小一般为5-200m不等，形状多样，取决于原料与制备方法。 微胶囊化：制备微胶囊的过程称为微胶囊化。 微胶囊化技术：指将固体、液体或气体包埋在微小而密封的胶囊中，使其只有在特定条件下才会以控制速率释放的技术。其中，被包埋的物质称为芯材，包括香精香料、酸化剂、甜味剂、色素、脂类、维生素、矿物质、酶、微生物、气体以及其它各种饲料添加剂。包埋芯材实现微囊胶化的物质称为壁材。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,芯材：可为油溶性、水溶性化合物或混合物,其状

6、态可为粉末、固体、液体或气体。可包囊物的品种极其繁多,如交联剂、催化剂、化学反应剂、显色剂、给湿剂、药物、杀虫剂、矿物油、水溶液、染料、颜料、洗涤剂、食品、液晶、溶剂、气体、疏水化合物及无机胶体等。 壁材：可用作微胶囊包囊材料的有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料,视所包囊物质(囊心物)的性质,油溶性囊心物需选水溶性包囊材料,水溶性囊心物则选油溶性包囊材料,即包囊材料应不与囊心物反应,不与囊心物混溶。高分子包囊材料本身的性能也是选择包囊材料所要考虑的因素,如渗透性、稳定性、溶解性、可聚合性、粘度、电性能、吸湿性及成膜性等。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,微胶囊的不同结构图,

7、2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,微胶囊的功能,1 粉末化将不易加工贮存的气体、液体原料固体化,从而提高其溶解性、流动性和贮藏稳定性,如粉末香精、粉末食用油脂、粉末乙醇等。例如:将液体油脂作为心材,选择适当的壁材,运用微胶囊技术就可产生出固体粉末油脂,非常方便地添加于各种食品原料中。有报导说,在国外,目前约有数十种微胶囊产品的粉末油脂作为食品工业原料,应用于各类营养保健食品或功能型食品。 2 降低挥发性防止风味成分的挥发,减少风味损失。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,3 降低毒性 减少食品添加剂的毒理作用等，如硫酸亚铁阿司匹林等药物包裹后，可通过控制释放速度来减轻对肠胃

8、副作用。对于制药工业来说，可采用微胶囊技术制造靶制剂，达到定向释放效果。 4 提高物质的稳定性(易氧化，易见光分解，易受温度或水分影响的物质)许多食品添加剂制成微胶囊产品后,由于有壁材的保护,能够防止其氧化,避免或降低紫外线、温度和湿度等方面的影响,确保营养成分不损失,特殊功能不丧失。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,5 能使不相容成分均匀地混合运用微胶囊技术,将可能相互反应的组分分别制成微胶囊产品,使它们稳定在一个物系中,各种有效成份有序地释放,分别在相应时刻发生作用,以提高和增进食品产品的风味和营养。例如:有些粉状食品对酸味剂十分敏感。因为酸味剂吸潮会引起产品结块;并且酸味剂所

9、在部位pH 值变化很大,导致周围色泽变化,使整包产品外观不雅。将酸味剂微胶囊化以后,可延缓对敏感成分的接触和延长食品保存期限。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,6 掩味某些营养物质具有令人不愉快的气味或滋味,这些味道可以用微胶囊技术加以掩蔽。这种微胶囊产品在口腔里不溶化,而在消化道中才溶解,释放出内容物,发挥营养作用。 7 隔离活性成分能保持食品中微量营养素和生理活性物质对人体的活性作用。 8 控制心材释放和作用的时间和数量微胶囊产品经由预先设计的溶解和释放的机理,可提供特殊的释放方式。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,释放的方式,扩散 膜层破裂 降解,2018/10/

10、20,微胶囊原理及应用技术,3 微胶囊的常用壁材,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,3.1 碳水化合物,麦芽糊精、玉米淀粉糖浆这两种碳水化合物本身不具备乳化能力,成膜能力也差,但它们具有高浓度时低粘度的特点,因此如果与其他具有乳化性的壁材配合后,可提高体系的固形物浓度,有利于降低干燥能耗,减少生产成本。 环糊精也不具备乳化能力,但其分子中疏水性空腔能同具有一定大小与形状的疏水性分子形成稳定的非共价复合物,从而起到稳定心材,掩盖心材异味的作用。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,壳聚糖主要用在复凝聚法微胶囊技术,纤维素及其衍生物主要用在水溶性食品添加剂如甜味剂、酸味剂以及酶或

11、细胞的包埋剂。 蔗糖具有溶解速度快、热稳定性高、价格低、来源广的特点,常被用来作为微胶囊的壁材,以往的研究主要限于在挤压法、共结晶两种微胶囊化工艺中使用,最近已开始有将蔗糖用作喷雾干燥法微胶囊工艺的壁材的报道。 具有乳化性能的碳水化合物只有辛酰基琥珀酸酯化变性淀粉,这种淀粉分子结构中同时包含亲水亲脂基团,因此具备乳化心材的能力,且已被FDA正式批准使用,它还具备高固形物浓度时低粘度的特点,比传统的阿拉伯胶具有更强的优越性。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,3.2 胶质,海藻胶、瓜儿胶、卡拉胶可分别用于高脂食品,风味料,汤料与果汁等的包埋剂。 阿拉伯胶由于含有约1 %左右具乳化性的蛋

12、白质,能够乳化心材,而且溶解性能好,因此在微胶囊技术中用途最为广泛,研究最多,它主要应用在风味料的微胶囊化技术中,但阿拉伯胶的来源价格高且供应不稳定。 黄原胶是一种微生物多糖,虽然和海藻胶、瓜儿胶、卡拉胶一样不具乳化能力,但它在溶液中粘度较大,利于改善乳状液的流变性,增加乳化体系的稳定性,另外在体系固形物含量较低时添加适量的黄原胶,可以提高进料粘度,这对于喷雾干燥过程中形成较大的雾滴十分有利,因此在体系中使用黄原胶有利于微胶囊化工艺过程的实现,便于降低生产成本,黄原胶来源广,其价格与其他胶质相比也不算贵,因此黄原胶是较为实用的一种微胶囊壁材辅料。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,3

13、.3 脂质,脂质一般用作喷雾冷却法微胶囊工艺的壁材,主要用于水溶性材料或固体物质等的微胶囊技术,以它为壁材的微胶囊产品在水中不溶解但具有一定条件释放的功能。 卵磷脂应用于微胶囊技术的主要在于它在较低温度下就可形成卵磷脂胶束,因而可用于生物活性物质如酶类的微胶囊。卵磷脂作为乳化剂与其他壁材如聚乙烯复配可对甜味剂、风味料等进行微胶囊化,作为一种营养强化剂,它本身也已被制成微胶囊化产品。 脂质体微胶囊化技术主要应用在医学上作为药物载体,除保持药物的生理活性外,还有定向释放的作用,该技术对于食品工业而言尚不现实。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,3.4 蛋白质,主要在于其乳化性能,能够在两

14、相界面形成有良好粘弹性的界面膜,从而有效促进微胶囊过程。 研究表明乳清蛋白能与麦芽糊精配合作为奶油或挥发性良好的微胶囊化壁材。 大豆蛋白是一种分子量极大的球状蛋白,在制备O/ W乳状液时能定向吸附到油/ 水界面形成较强的界面膜,但乳化油滴过程中其球状结构的受热展开使大量憎水基团暴露,导致其在水相的溶解度大大下降。因此以其为主要壁材的微胶囊产品溶解性能欠佳,人们在大豆蛋白功能性质的长期研究中发现采用酶法改性是解决大豆蛋白溶解性的行之效的方法 ,即通过酶水解,打断大豆蛋白质的分子主链,一方面减小分子的大小,另一方面由于肽键的断裂,使体系的亲水基团大大增加,从而使分子的亲水性增加,达到改善溶解性之目

15、的。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,研究表明大豆分离蛋白经酶法改性后溶解性大幅度上升,在pH 8. 0后可完全溶于水中,而且尚有一定的乳化能力,因此用它来作为水溶性微胶囊化产品的壁材有一定的可能性。 酪蛋白乳化能力很强但溶解性不够理想,酪蛋白酸钠乳化能力与溶解性均好,但价格太高,不宜作为主要壁材使用。 明胶是亲水胶体,也是一种重要的蛋白源,已成为许多食品中的重要功能性成分,有许多广泛的用途,明胶同时具备乳化性,成膜性,而且也易溶于水,符合作为胶囊壁材中蛋白源要求。另一方面,明胶还有价格低,来源广的优势,更适合于工业化大生产中使用,实际上明胶也是微胶囊技术中至今为止用得最为广泛的一

16、种蛋白源。目前为止大部分报道主要集中于明胶与其他一些离子型多糖采用复凝聚法形成微胶囊 。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,总结,前面所述的各种壁材中,变性淀粉因具乳化性,阿拉伯胶则因其中含有1 %左右的蛋白，所以能够吸附在心材表面形成稳定的乳状液；其他胶质与碳水化合物,由于缺乏乳化心材的能力对心材包埋能力有限, 效率不高； 采用腊质为壁材则溶解性有限制,采用卵磷脂或脂质体则成本太高,在食品工业中不能广泛应用； 蛋白质分子具有较强的乳化能力,能够更好的稳定心材,利于提高微胶囊化的效率与产率,对食品工业而言以蛋白分子为壁材再复配一些其他胶质、碳水化合物以提高体系的固形物浓度提高干燥效率,降低干燥成本的方式,这是目前报道最多的微胶囊化技术的研究内容。,2018/10/20,微胶囊原理及应用技术,选择原则,1 如果囊心是亲油性物质，一般宜选用亲水性聚合物作壁材，反之则选用非水溶性物质。 2 包囊壁材在包覆核心物质时，具有成膜性和粘着力。 3 包壁材料与核心物质不起化学反应，同时考虑渗透性、吸湿性、溶解性和乳化性。 4 包壁材料一定要符合食品卫生要求。 5 材料要来源广泛，易得、成本比较低廉。,