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1、微胶囊技术讲义1 发展简史发展简史l在微胶囊化领域里，Wuster和Green是两位伟大的先驱者。l 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。l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.l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。2 微胶囊的功能微胶囊的功能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
2、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。93 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。10 5 能使不相容成分均匀地混合 运
3、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。116 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
4、。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。12 释放的方式释放的方式l扩散扩散l膜层破裂膜层破裂l降解降解133 微胶囊的常用壁材微胶囊的常用壁材14 3.1 碳水化合物碳水化合物l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。l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。15l壳聚糖主要
5、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、酸味剂以及酶或细胞的包埋剂。l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。l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。16 3.2 胶质胶质v 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
6、等的包埋剂。v阿拉伯胶由于含有约1%左右具乳化性的蛋白质,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。v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
7、料。17 3.3 脂质脂质l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。l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。l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。18 3.4 蛋白质蛋白质v主要在于其乳化性能,能够在两相界面形成有良好粘
8、弹性的界面膜,从而有效促进微胶囊过程。v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。v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的。19v 研究表明大豆
9、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。v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。v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
10、用复凝聚法形成微胶囊。20总结总结l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；l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；l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。21选择原则选择原则1 如果囊心是亲油性物质
11、，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。22 空气悬浮法、喷雾干燥法、喷雾凝冻法、空气悬浮法、喷雾干燥法、喷雾凝冻法、物理法物理法 真空蒸发沉积法、静电结合法、包结络合法、真空蒸发沉积法、静电结合法、包结络合法、多孔离心法、多孔离心法、界面聚合法、原位聚合法界面聚合法、原位聚合法 化学法化学法 分子包囊法、辐射包囊法分子包囊法、辐射包囊法 水相分离法、油相分离法、孔膜挤压法、水相
12、分离法、油相分离法、孔膜挤压法、物化法物化法 熔化分散法、粉末床法、囊心交换法、熔化分散法、粉末床法、囊心交换法、锐孔锐孔-凝固浴法、复相乳液法凝固浴法、复相乳液法(干燥浴法干燥浴法)4 微胶囊化的方法23l物理法：物理法是利用物理和机械原理的方法制备微胶囊物理法：物理法是利用物理和机械原理的方法制备微胶囊,主要有主要有空气悬浮法、喷雾干燥法、包结络合法空气悬浮法、喷雾干燥法、包结络合法等。等。l化学法：主要利用单体小分子发生聚合反应生成高分子或膜材料并化学法：主要利用单体小分子发生聚合反应生成高分子或膜材料并将芯材包覆将芯材包覆,常使用的是常使用的是界面聚合法和原位聚合法。界面聚合法和原位聚
13、合法。l物理化学法：通过改变条件物理化学法：通过改变条件(温度、值加入电解质等温度、值加入电解质等)使溶解状使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉出来并将芯材包覆形成微胶囊态的成膜材料从溶液中聚沉出来并将芯材包覆形成微胶囊,具体有具体有凝聚法、油相分离法、干燥浴法、熔化分散冷凝法凝聚法、油相分离法、干燥浴法、熔化分散冷凝法等。等。24 微胶囊的制作方法254.1物理法26 4.1.1 空气悬浮法空气悬浮法空气悬浮法 该方法是一种适合于多种包囊材料的微胶囊化技术。其该方法是一种适合于多种包囊材料的微胶囊化技术。其工艺过程是先将固体粒状的囊心物质分散悬浮在承载气工艺过程是先将固体粒状的囊心物质分散悬浮在
14、承载气流中，然后在包囊室内将包囊材料喷洒在循环流动的囊流中，然后在包囊室内将包囊材料喷洒在循环流动的囊心物质粒子上，囊心物质粒子悬浮在上升的空气流中，心物质粒子上，囊心物质粒子悬浮在上升的空气流中，并靠承载气流本身的湿度调节来对产品实行干燥。该方并靠承载气流本身的湿度调节来对产品实行干燥。该方法可以使包囊材料以溶剂、水溶液乳化剂分散系统成热法可以使包囊材料以溶剂、水溶液乳化剂分散系统成热溶物等形式包囊，通常只适用于包制固体的囊心物质，溶物等形式包囊，通常只适用于包制固体的囊心物质，目前一般多用于香精香料以及脂溶性维生素等的微胶囊目前一般多用于香精香料以及脂溶性维生素等的微胶囊化。化。2728喷
15、雾干燥法喷雾干燥法 喷雾干燥是食品工业中应用最普遍的一种微胶囊技术、其喷雾干燥是食品工业中应用最普遍的一种微胶囊技术、其工艺过程经济且灵活，所使用的设备适应性强、产品质量好。工艺过程经济且灵活，所使用的设备适应性强、产品质量好。喷雾干燥法也是最古老的包埋方法之一，早在喷雾干燥法也是最古老的包埋方法之一，早在1930年就已应用年就已应用于香料的包埋。于香料的包埋。喷干法是最常用和成本最低廉的微胶囊化方法。该法微胶喷干法是最常用和成本最低廉的微胶囊化方法。该法微胶囊造粒的原理是：首先制备乳化分散相，即把芯材分散在已液囊造粒的原理是：首先制备乳化分散相，即把芯材分散在已液化的壁囊材中混合形成溶液，后
16、加入乳化剂，热分散体系经均化的壁囊材中混合形成溶液，后加入乳化剂，热分散体系经均质变成水包油型乳状液，最后进行喷雾干燥即可。质变成水包油型乳状液，最后进行喷雾干燥即可。4.1.2 喷雾干燥法喷雾干燥法29喷雾干燥法喷雾干燥法 喷雾干燥法的工艺流程如下所示：喷雾干燥法的工艺流程如下所示：囊材和囊心物质囊材和囊心物质混合混合均质、乳化均质、乳化乳化液乳化液在热空气中雾在热空气中雾化和干燥化和干燥脱水脱水微胶囊产品微胶囊产品 喷雾干燥的过程主要包括喷雾干燥的过程主要包括4个部分：个部分：预处理、乳化部分、均质部分、喷雾干燥预处理、乳化部分、均质部分、喷雾干燥30喷雾干燥法喷雾干燥法 预处理过程主要是
17、将芯材（如香科、油脂等）与壁材溶液预处理过程主要是将芯材（如香科、油脂等）与壁材溶液混合混合(壁材一般是食品级的胶类，如明胶、植物胶、变性淀粉、壁材一般是食品级的胶类，如明胶、植物胶、变性淀粉、糊精、或非胶类蛋白质糊精、或非胶类蛋白质)，然后加入乳化剂，经均质后形成水包，然后加入乳化剂，经均质后形成水包油的乳状液，此溶液由泵送人喷雾干燥室，溶液经雾化后形成油的乳状液，此溶液由泵送人喷雾干燥室，溶液经雾化后形成微小的球状颗粒，颗粒的外壁为水溶性物料。尽管喷雾干燥的微小的球状颗粒，颗粒的外壁为水溶性物料。尽管喷雾干燥的过程处于中高温，但在造粒过程中外层水分快速蒸发时，芯材过程处于中高温，但在造粒过
18、程中外层水分快速蒸发时，芯材的温度可保持在的温度可保持在100以下，物料受热时间一般为几秒钟。以下，物料受热时间一般为几秒钟。31喷雾干燥法喷雾干燥法 喷干法制造微胶囊的过程中，芯材与壁材的比例、进料的喷干法制造微胶囊的过程中，芯材与壁材的比例、进料的温度与湿度、干燥空气进出口温度等因素都会影响产品的质量：温度与湿度、干燥空气进出口温度等因素都会影响产品的质量：适当的范围内增加壁材含量可以大幅度提高包埋率适当的范围内增加壁材含量可以大幅度提高包埋率进料温度不能太高，必须考虑到低沸点挥发成分的挥发进料温度不能太高，必须考虑到低沸点挥发成分的挥发提高空气入口温度可提高包埋率、降低表面的挥发物含量，
19、提高空气入口温度可提高包埋率、降低表面的挥发物含量，且进料的固形物含量越高，这种作用就越强。且进料的固形物含量越高，这种作用就越强。32 喷雾干燥法喷雾干燥法 喷雾干燥法最适于亲油性液体物料的微胶囊化，芯材的憎喷雾干燥法最适于亲油性液体物料的微胶囊化，芯材的憎水性越强包埋效果越好。该方法主要水性越强包埋效果越好。该方法主要优点优点是干燥速率高、时是干燥速率高、时间短，物料温度较低，对干喷雾干燥工艺来说，虽然采用较高间短，物料温度较低，对干喷雾干燥工艺来说，虽然采用较高温度的干燥介质，但是液滴中含有大量溶剂存在时，物料的表温度的干燥介质，但是液滴中含有大量溶剂存在时，物料的表面温度一般不超过热空
20、气的湿球温度，因此非常适用于热敏性面温度一般不超过热空气的湿球温度，因此非常适用于热敏性物质的干燥，产品纯度高，具有良好的分散性和溶解性；生产物质的干燥，产品纯度高，具有良好的分散性和溶解性；生产过程简单，操作控制方便，易于实现大规模工业化生产。过程简单，操作控制方便，易于实现大规模工业化生产。33喷雾干燥法喷雾干燥法 缺点缺点是单位产品的耗热量大，设备的热效率低，介质消耗是单位产品的耗热量大，设备的热效率低，介质消耗量大。另外，干燥器的体积较大，基建费用高。喷雾干燥的产量大。另外，干燥器的体积较大，基建费用高。喷雾干燥的产品通常粒度较小，溶解性高，但在干燥时可能存在分散困难。品通常粒度较小，
21、溶解性高，但在干燥时可能存在分散困难。喷雾干燥法的另一个问题是芯材有可能残存在微胶囊的表面、喷雾干燥法的另一个问题是芯材有可能残存在微胶囊的表面、因此存在被氧化的可能，而氧化后会使产品产生异味。因此存在被氧化的可能，而氧化后会使产品产生异味。3435喷雾喷雾凝冻凝冻法法（喷雾冷冻法与喷雾冷却法）喷雾冷冻法与喷雾冷却法）与喷雾干燥过程类似，不同点主要有以下两点：干燥室内与喷雾干燥过程类似，不同点主要有以下两点：干燥室内空气的温度及包壁材料的选用。空气的温度及包壁材料的选用。一般的喷雾干燥是用热空气将物料的水份蒸发，而冷却喷一般的喷雾干燥是用热空气将物料的水份蒸发，而冷却喷雾和冷冻喷雾则是用冷空气
22、将干燥室内的温度冷却到室温或所雾和冷冻喷雾则是用冷空气将干燥室内的温度冷却到室温或所需冷冻温度，远低于所用壁材如脂质（硬脂酸）或蜡质的凝固需冷冻温度，远低于所用壁材如脂质（硬脂酸）或蜡质的凝固点。点。4.1.3 喷雾凝冻法喷雾凝冻法36喷雾喷雾凝冻凝冻法法（喷雾冷冻法与喷雾冷却法）喷雾冷冻法与喷雾冷却法）对于冷冻喷雾，壁材一般选用某种植物油或其衍生物，也对于冷冻喷雾，壁材一般选用某种植物油或其衍生物，也可选用其他类型的脂肪，熔点在可选用其他类型的脂肪，熔点在45122的硬脂酸酯具有提的硬脂酸酯具有提高微胶囊产品的分散性并有一定的乳化效果。高微胶囊产品的分散性并有一定的乳化效果。冷冻喷雾最早用在
23、固体食品添加剂的包埋，如硫酸亚铁、冷冻喷雾最早用在固体食品添加剂的包埋，如硫酸亚铁、酸味剂、维生素、固体香精、敏感物料及不溶于一般溶剂中的酸味剂、维生素、固体香精、敏感物料及不溶于一般溶剂中的特殊物料。特殊物料。37 喷雾喷雾凝冻凝冻法法（喷雾冷冻法与喷雾冷却法）喷雾冷冻法与喷雾冷却法）液态物料转换成固态后，也能进行冷冻喷雾。加工后的产液态物料转换成固态后，也能进行冷冻喷雾。加工后的产品外形像珍珠粒，可溶于水，但芯材只能在壁材的熔点下才能品外形像珍珠粒，可溶于水，但芯材只能在壁材的熔点下才能释放。释放。由于能够通过调节壁材的熔点控制芯材的释放，这一技术由于能够通过调节壁材的熔点控制芯材的释放，
24、这一技术适用于保护许多水溶性的物料，用此技术生产的香精应用于焙适用于保护许多水溶性的物料，用此技术生产的香精应用于焙烤食品时，产品在烘烤受热时，香味才能挥发出来。烤食品时，产品在烘烤受热时，香味才能挥发出来。38 喷雾喷雾凝冻凝冻法法（喷雾冷冻法与喷雾冷却法）喷雾冷冻法与喷雾冷却法）这两种工艺适用面较窄，对于香料等易挥发或对热特别敏这两种工艺适用面较窄，对于香料等易挥发或对热特别敏感或太不稳定易氧化的芯材适合在低温下使溶剂去除，使壁材感或太不稳定易氧化的芯材适合在低温下使溶剂去除，使壁材凝聚形成微胶囊。水溶性的芯材如矿物质、酶、水溶性维生素、凝聚形成微胶囊。水溶性的芯材如矿物质、酶、水溶性维生
25、素、酸味剂等；固体芯材如硫酸亚铁、固体风味料等。酸味剂等；固体芯材如硫酸亚铁、固体风味料等。39l喷雾冷冻法举例喷雾冷冻法举例：1.1.将药物及稳定剂溶液分散到疏水性载体高分子的有机将药物及稳定剂溶液分散到疏水性载体高分子的有机溶剂中溶剂中(常用二氯甲烷常用二氯甲烷)形成形成油包水乳液油包水乳液.2.2.混合液经喷雾装置进入到冷的酒精中混合液经喷雾装置进入到冷的酒精中3.3.有机溶剂中界面封以液氮有机溶剂中界面封以液氮,在在-70-70温度下乙醇将微球温度下乙醇将微球中的有机溶剂不断抽提中的有机溶剂不断抽提,经过滤、干燥即可得包载药物经过滤、干燥即可得包载药物的微胶囊的微胶囊.l此方法制得的药
26、物包封率可接近此方法制得的药物包封率可接近100%100%。40溶剂脱水法溶剂脱水法这是针对上述喷雾干燥法的不足而被开发出来的这是针对上述喷雾干燥法的不足而被开发出来的一种新型的微胶囊化技术。一种新型的微胶囊化技术。其主要的其主要的工艺原理工艺原理就是首先将含有一定包囊材料就是首先将含有一定包囊材料的水溶性囊心及其乳化液制成均匀的混合液，然后再的水溶性囊心及其乳化液制成均匀的混合液，然后再将这种液体混合到一定的极性溶剂中，利用液体溶剂将这种液体混合到一定的极性溶剂中，利用液体溶剂吸收微囊液滴中的水分从而达到干燥的目的，最终形吸收微囊液滴中的水分从而达到干燥的目的，最终形成一种结构坚实的微型胶囊
27、颗粒并从溶液中沉淀出来。成一种结构坚实的微型胶囊颗粒并从溶液中沉淀出来。4.1.4 溶剂脱水法溶剂脱水法41溶剂脱水法溶剂脱水法该法的该法的工艺流程工艺流程如下所示：如下所示：囊材（阿拉伯胶）和囊心物质（调味香料）囊材（阿拉伯胶）和囊心物质（调味香料）混合混合均质、乳均质、乳化化乳化液乳化液在乙醇中雾化和干燥在乙醇中雾化和干燥脱水脱水微胶囊产品微胶囊产品主要特点：主要特点：整个的工艺过程都是在较低的温度下来进行的，而且还能整个的工艺过程都是在较低的温度下来进行的，而且还能在人为控制的纯溶剂中进行，目前主要用于那些热敏性且易被在人为控制的纯溶剂中进行，目前主要用于那些热敏性且易被氧化的一些香料的
28、粉末化生产。氧化的一些香料的粉末化生产。42 孔膜挤压法孔膜挤压法这是一种在低温条件下进行的微囊化技术。这是一种在低温条件下进行的微囊化技术。其其作用机理作用机理是首先将悬浮在一种液化了的碳水化合物介质是首先将悬浮在一种液化了的碳水化合物介质中的囊心物质的混合物，经过一系列的孔膜用压力挤压到一种中的囊心物质的混合物，经过一系列的孔膜用压力挤压到一种盛有脱水液的水溶液中，当被经过孔膜挤压出来的这种混合物盛有脱水液的水溶液中，当被经过孔膜挤压出来的这种混合物在接触到脱水液体时，包囊材料便发生硬化并随之包覆在囊心在接触到脱水液体时，包囊材料便发生硬化并随之包覆在囊心物质的表面上，然后再从脱水液中分离
29、出由于挤压所形成的细物质的表面上，然后再从脱水液中分离出由于挤压所形成的细丝，对其进行干燥并研成粉末状，以便降低它的吸湿性，这样丝，对其进行干燥并研成粉末状，以便降低它的吸湿性，这样便形成了初产品。便形成了初产品。4.1.5 孔膜挤压法孔膜挤压法43孔膜挤压法孔膜挤压法该工艺特别适用于那些对热不稳定的囊心物质，其微胶囊该工艺特别适用于那些对热不稳定的囊心物质，其微胶囊化产品的货架期明显的高于采用其它微胶囊技术的制得的产品。化产品的货架期明显的高于采用其它微胶囊技术的制得的产品。目前该工艺主要用于生产微胶囊化的香科及色素等。目前该工艺主要用于生产微胶囊化的香科及色素等。4445 包结络合法包结络
30、合法这是一种利用这是一种利用-环状糊精作为载体，在分子水平上进行包结环状糊精作为载体，在分子水平上进行包结的微胶囊化技术。的微胶囊化技术。-环状物精分于是由环状物精分于是由7个葡萄糖分子以个葡萄糖分子以-1，4糖苷键连接成糖苷键连接成环状，分子呈圆柱形，表面是亲水区，内有一个中空的近似圆环状，分子呈圆柱形，表面是亲水区，内有一个中空的近似圆柱形的疏水区。包结络合反应只发生在有水的条件下，水分子柱形的疏水区。包结络合反应只发生在有水的条件下，水分子占据了环状物精分子中间的疏水区，很容易被极性较低的客体占据了环状物精分子中间的疏水区，很容易被极性较低的客体分子所取代，从而进行包埋。分子所取代，从而
31、进行包埋。4.1.6 包结络合法包结络合法46 包结络合法包结络合法包结络合物在干燥的条件下很稳定，要在包结络合物在干燥的条件下很稳定，要在2000的温度下的温度下才能被分解，但在人体口腔的温度和湿度条件下，囊心物质易才能被分解，但在人体口腔的温度和湿度条件下，囊心物质易被释放。被释放。该工艺技术主要用在香精、色素及维生素等微胶囊化产品该工艺技术主要用在香精、色素及维生素等微胶囊化产品的生产加工上。的生产加工上。47 旋转分离法旋转分离法其其工艺原理工艺原理是先将囊心物质的颗粒混在一种纯的经过液化是先将囊心物质的颗粒混在一种纯的经过液化的包囊材料中，然后将它们倾注在一个转盘中，使过量的液体的包
32、囊材料中，然后将它们倾注在一个转盘中，使过量的液体包囊材料展开并使其形成一层比颗粒直径还要薄的液膜，这时包囊材料展开并使其形成一层比颗粒直径还要薄的液膜，这时过量的液体包囊材料便会在雾化时形成细小的微粒，从而可以过量的液体包囊材料便会在雾化时形成细小的微粒，从而可以与最终的包囊产品相分离并加以回收，而核心粒子在离开转盘与最终的包囊产品相分离并加以回收，而核心粒子在离开转盘时便会被包囊材料所包埋。包囊过的粒子可以通过冷凝或者干时便会被包囊材料所包埋。包囊过的粒子可以通过冷凝或者干燥的方法来进行固化。燥的方法来进行固化。4.1.7 旋转分离法旋转分离法48 旋转分离法旋转分离法旋转分离法是一种高效
33、率的微胶囊化技术，可以用于多种旋转分离法是一种高效率的微胶囊化技术，可以用于多种核心物质以及多种类型的包囊材料。该技术目前多用在香料工核心物质以及多种类型的包囊材料。该技术目前多用在香料工业以及食品的配料生产中。业以及食品的配料生产中。49 流化床喷涂法流化床喷涂法此法又称为空气悬浮包埋法。它是由美国威斯康星大学此法又称为空气悬浮包埋法。它是由美国威斯康星大学D.E.Wurster 教授发明的，故通常又将这种方法称为教授发明的，故通常又将这种方法称为Wurster 法。法。将囊心颗粒置于流化床中，通入空气使囊心分散悬浮在承将囊心颗粒置于流化床中，通入空气使囊心分散悬浮在承载空气中，然后将溶解或
34、熔化的壁材通过雾化喷头，喷洒在循载空气中，然后将溶解或熔化的壁材通过雾化喷头，喷洒在循环流动的囊心粒子上，并沉淀于表面环流动的囊心粒子上，并沉淀于表面,经过反复多次循环，形成经过反复多次循环，形成厚度适中均匀的壁膜。厚度适中均匀的壁膜。4.1.8 流化床喷涂法50 流化床喷涂法流化床喷涂法根据壁材溶液加入流化床位置的不同，可有根据壁材溶液加入流化床位置的不同，可有3种喷涂方法种喷涂方法:顶端喷涂、底端喷涂和法向喷涂。顶端喷涂、底端喷涂和法向喷涂。这这3 种方法各有利弊，其中顶端喷涂由于它的用途广，雾滴种方法各有利弊，其中顶端喷涂由于它的用途广，雾滴尺寸范围大，设备操作的简单性，已被广泛成功的用
35、于食品工尺寸范围大，设备操作的简单性，已被广泛成功的用于食品工业。法向喷涂是一种较新的喷涂技术，颗粒在业。法向喷涂是一种较新的喷涂技术，颗粒在3种力的作用下，种力的作用下，在干燥室内做螺旋式运动，所得的产品质量比底端喷涂要好。在干燥室内做螺旋式运动，所得的产品质量比底端喷涂要好。与其它两种方法相比，底端喷涂形成的膜厚不均一，喷涂后大与其它两种方法相比，底端喷涂形成的膜厚不均一，喷涂后大颗粒的膜较小颗粒的膜要厚。颗粒的膜较小颗粒的膜要厚。51 流化床喷涂法流化床喷涂法流化床喷涂法在包覆芯材的过程中壁材分布均匀，从而减流化床喷涂法在包覆芯材的过程中壁材分布均匀，从而减少了壁材的用量，包埋率可高达少
36、了壁材的用量，包埋率可高达98%99%，但所得的颗粒较，但所得的颗粒较大，粒径一般在大，粒径一般在505 000m 之间，它可成功地对大小不同、之间，它可成功地对大小不同、形状不规则的固体颗粒进行包埋。形状不规则的固体颗粒进行包埋。52 静电结合法静电结合法这是一种利用静电作用形成微胶囊的特殊方法，这是一种利用静电作用形成微胶囊的特殊方法，由于需要特殊的设备，因此它不是一种制备微胶囊的由于需要特殊的设备，因此它不是一种制备微胶囊的常用方法。常用方法。其其基本原理基本原理是当两种带相反电荷的气溶胶相互碰是当两种带相反电荷的气溶胶相互碰撞由于静电作用而相互吸引会使它们结合在一起，利撞由于静电作用而
37、相互吸引会使它们结合在一起，利用这种原理也可使粒径很小的微粒结合形成微胶囊。用这种原理也可使粒径很小的微粒结合形成微胶囊。4.1.9 静电结合法静电结合法534.2 化学法化学法54界面聚合法界面聚合法此方法是将芯材物乳化或分散在一个有壁材的连续相中，此方法是将芯材物乳化或分散在一个有壁材的连续相中，然后在芯材物的表面是通过单体聚合反应而形成微胶囊。参加然后在芯材物的表面是通过单体聚合反应而形成微胶囊。参加聚合反应的单体，一种是水溶性的，另一种是油溶性的，它们聚合反应的单体，一种是水溶性的，另一种是油溶性的，它们分别位于囊心液滴的内部和外部，并在囊心液滴的表面上反应分别位于囊心液滴的内部和外部
38、，并在囊心液滴的表面上反应形成聚合物薄膜。形成聚合物薄膜。利用界面聚合法可以使疏水性材料的溶液或分散液微胶囊利用界面聚合法可以使疏水性材料的溶液或分散液微胶囊化，也可以使亲水性材料的水溶液或分散液微胶囊化。化，也可以使亲水性材料的水溶液或分散液微胶囊化。4.2.1 界面聚合法界面聚合法55 界面聚合法界面聚合法在界面聚合法微胶囊化过程中，连续相与分散相均必须提在界面聚合法微胶囊化过程中，连续相与分散相均必须提供反应单体，一些易变的、不稳定的材料不适宜应用界面聚合供反应单体，一些易变的、不稳定的材料不适宜应用界面聚合法微胶囊化。法微胶囊化。界面聚合法微胶囊化产品很多，例如微胶囊化甘油、水、界面聚
39、合法微胶囊化产品很多，例如微胶囊化甘油、水、药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等。药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等。56 原位原位聚合法聚合法此方法是将反应单体与引发剂全部加入分散相或连续相中，此方法是将反应单体与引发剂全部加入分散相或连续相中，由于单体在单一相中是可溶的，而聚合物在整个体系中是不可由于单体在单一相中是可溶的，而聚合物在整个体系中是不可溶的，所以聚合反应在分散相上发生。聚合单体首先形成预聚溶的，所以聚合反应在分散相上发生。聚合单体首先形成预聚体，最终在芯材表面形成胶囊外壳。体，最终在芯材表面形成胶囊外壳。4.2.2 原位聚合法原位聚合法57 原位原位聚合法聚合法界面聚合法与原位聚合法的
40、主要区别在于：界面聚合法与原位聚合法的主要区别在于：在界面聚合法微胶囊化的过程中，分散相和连续相两者均在界面聚合法微胶囊化的过程中，分散相和连续相两者均要能够提供单体，而且两种以上不相容的单体分别溶解在不相要能够提供单体，而且两种以上不相容的单体分别溶解在不相容的两相中。容的两相中。而对于原位聚合法来说，单体仅由分散相或者连续相中的而对于原位聚合法来说，单体仅由分散相或者连续相中的一个相提供。一个相提供。584.3 物理化学法物理化学法59 凝聚法凝聚法又称相分离法，指在囊心物质与包囊材料的混合又称相分离法，指在囊心物质与包囊材料的混合物中，加入另一种物质或溶剂或采用其他适当的方法，物中，加入
41、另一种物质或溶剂或采用其他适当的方法，使包囊材料的溶解度降低，使其自溶液中凝聚出来产使包囊材料的溶解度降低，使其自溶液中凝聚出来产生一个新的相，故叫做相分离凝聚法。生一个新的相，故叫做相分离凝聚法。此法一般按以下三步进行：此法一般按以下三步进行：制备三种不相溶的化学相制备三种不相溶的化学相囊膜的沉积囊膜的沉积囊膜的固化囊膜的固化 4.3.1 凝聚法凝聚法60 凝聚法凝聚法 凝聚法分单凝聚法、复凝聚法两种。凝聚法分单凝聚法、复凝聚法两种。单凝聚法单凝聚法是指以一种高分子化合物为壁材，将芯材分散其是指以一种高分子化合物为壁材，将芯材分散其中后加入凝聚剂中后加入凝聚剂(乙醇或硫酸钠等亲水物乙醇或硫酸
42、钠等亲水物)后，由于大量的水分后，由于大量的水分与凝聚剂结合，致使包埋物的溶解度下降凝聚成微胶囊。与凝聚剂结合，致使包埋物的溶解度下降凝聚成微胶囊。61凝聚法凝聚法 复凝聚法复凝聚法是指以两种相反电荷的壁材作包埋物，是指以两种相反电荷的壁材作包埋物，芯材分散其中后，在一定条件下两种壁材由于电荷间芯材分散其中后，在一定条件下两种壁材由于电荷间的相互作用使溶解度下降而凝聚成微胶囊。壁膜形成的相互作用使溶解度下降而凝聚成微胶囊。壁膜形成后，还需通过加热、交联或去溶剂等方法使之进一步后，还需通过加热、交联或去溶剂等方法使之进一步固化。然后用过滤、离心的方法收集胶囊，用适当溶固化。然后用过滤、离心的方法
43、收集胶囊，用适当溶剂洗涤，再通过喷雾干燥或流化床等方法生成自由流剂洗涤，再通过喷雾干燥或流化床等方法生成自由流动的分散颗粒。动的分散颗粒。62凝聚法凝聚法凝聚法的凝聚法的工艺流程工艺流程如下所示：如下所示：囊材（阿拉伯胶、明胶）和囊心物质（调味香料）囊材（阿拉伯胶、明胶）和囊心物质（调味香料）混悬液或混悬液或乳浊液（油乳浊液（油/水）水）凝聚凝聚沉降沉降固化固化微胶囊产品微胶囊产品63凝聚法凝聚法 凝聚法的包埋率很高，可达凝聚法的包埋率很高，可达8590。但其操作成本高，。但其操作成本高，且共聚合反应的敏感性使得操作难度大，另一限制因素是难以且共聚合反应的敏感性使得操作难度大，另一限制因素是难
44、以找到食品工业允许的合适壁材，是一种在食品工业中有潜在作找到食品工业允许的合适壁材，是一种在食品工业中有潜在作用的包埋技术。用的包埋技术。此法目前多用于一些亲水性的物质的微胶囊化。此法目前多用于一些亲水性的物质的微胶囊化。64凝聚法：芯材分散凝聚法：芯材分散壁材包覆壁材包覆65 复相乳液法复相乳液法 该法中用作微胶囊化的介质是水或液体石蜡、豆油之类油。该法中用作微胶囊化的介质是水或液体石蜡、豆油之类油。把壁材溶液或芯材形成的乳化体系以微滴状态分散到上述介质把壁材溶液或芯材形成的乳化体系以微滴状态分散到上述介质中，然后通过加热、减压搅拌、溶剂萃取、冷却或冻结等方式中，然后通过加热、减压搅拌、溶剂
45、萃取、冷却或冻结等方式使壁材溶液中的溶剂逐渐去除，壁材从溶液中析出并将囊芯包使壁材溶液中的溶剂逐渐去除，壁材从溶液中析出并将囊芯包覆形成囊壁。覆形成囊壁。4.3.2 复相乳液法复相乳液法66 复相乳液法复相乳液法 根据使用的微胶囊化的介质不同，该法又分为水浴干燥法根据使用的微胶囊化的介质不同，该法又分为水浴干燥法和油浴干燥法。和油浴干燥法。水浴干燥法首先形成水浴干燥法首先形成WO乳状液再分散到水溶性介质中乳状液再分散到水溶性介质中形成形成WOW型双重乳状液，然后去除油相溶剂，使油相聚合型双重乳状液，然后去除油相溶剂，使油相聚合物在芯材外硬化成壁。物在芯材外硬化成壁。水浴干燥法的应用如过氧化氢酶
46、的微胶囊化。水浴干燥法的应用如过氧化氢酶的微胶囊化。67l水浴干燥法步骤：水浴干燥法步骤：1.1.选择一种选择一种与水不相混与水不相混的溶剂的溶剂,沸点比水低的易挥发有机溶剂沸点比水低的易挥发有机溶剂2.2.把载体聚合物溶解在这种溶剂中把载体聚合物溶解在这种溶剂中3.3.把药物水溶液分散到上述溶液中把药物水溶液分散到上述溶液中,通过搅拌加入表面活性剂等手段形通过搅拌加入表面活性剂等手段形成成油包水型乳液油包水型乳液。4.4.单独制备一种单独制备一种含有胶体稳定剂含有胶体稳定剂的水溶液作微胶囊化的介质溶液的水溶液作微胶囊化的介质溶液,在搅在搅拌作用下将油包水乳液加到介质溶液中并分散形成水包拌作用
47、下将油包水乳液加到介质溶液中并分散形成水包(油包水油包水)乳乳液的多相乳液液的多相乳液,然后除去有机溶剂然后除去有机溶剂,水洗水洗,收集微球收集微球,冻干。冻干。l微胶囊的大小、均匀性和成球率与有机相中的载体聚合物的浓度和微胶囊的大小、均匀性和成球率与有机相中的载体聚合物的浓度和相对分子质量、外相中的胶体稳定剂相对分子质量、外相中的胶体稳定剂(常用聚乙烯醇常用聚乙烯醇)的浓度、温度的浓度、温度和搅拌速度等因素有关。和搅拌速度等因素有关。68 复相乳液法复相乳液法 油浴干燥法先将芯材乳化至聚合物的水溶液形成油浴干燥法先将芯材乳化至聚合物的水溶液形成OW乳乳液，然后再将其分散到稳定的油溶性材料如（
48、液态石蜡，豆油）液，然后再将其分散到稳定的油溶性材料如（液态石蜡，豆油），形成，形成OWO双重乳液，然后再除水，使水相聚合物在芯材双重乳液，然后再除水，使水相聚合物在芯材外硬化成壁。外硬化成壁。油浴干燥法的应用如鱼肝油的微胶囊化。油浴干燥法的应用如鱼肝油的微胶囊化。69 熔化分散冷凝法熔化分散冷凝法 这是利用蜡状物质在受热时独特性质来实现微胶囊化的一这是利用蜡状物质在受热时独特性质来实现微胶囊化的一种方法。种方法。该法可分为：液态介质中微胶囊化、气态介质中微胶囊化该法可分为：液态介质中微胶囊化、气态介质中微胶囊化和应用锐孔成形微胶囊化和应用锐孔成形微胶囊化3种类型。种类型。4.3.3 熔化分散
49、冷凝法熔化分散冷凝法70 粉末床法粉末床法 该法是利用液滴可以润湿细小的固体粉末并在液滴周围形该法是利用液滴可以润湿细小的固体粉末并在液滴周围形成一定厚度的壁膜的原理来制备微胶囊的。一般液滴是从粉末成一定厚度的壁膜的原理来制备微胶囊的。一般液滴是从粉末层的上方落下来，所以通常将此法称为层的上方落下来，所以通常将此法称为“粉末床法粉末床法”。4.3.4 粉末床法粉末床法715 性能测试性能测试l微胶囊的性能一般指微胶囊的微胶囊的性能一般指微胶囊的大小大小、包囊层、包囊层厚度厚度、囊、囊心物的心物的质量百分数质量百分数、包囊膜的、包囊膜的渗透性渗透性、表面、表面电荷密度电荷密度、微胶囊的微胶囊的形
50、态形态等。等。l影响微胶囊性能的因素有影响微胶囊性能的因素有:pH:pH、离子强度、搅拌速度、离子强度、搅拌速度、温度、表面活性剂的种类及用量、包囊材料的性能、温度、表面活性剂的种类及用量、包囊材料的性能、囊心物与包囊材料的比率、包囊材料与溶剂的比率等。囊心物与包囊材料的比率、包囊材料与溶剂的比率等。除此以外除此以外,对于释放型微胶囊对于释放型微胶囊,包囊膜的孔洞大小及几包囊膜的孔洞大小及几率、介质性能等均影响其释放性能率、介质性能等均影响其释放性能。72l热凝聚产生低密度、高渗透性的微胶囊热凝聚产生低密度、高渗透性的微胶囊l非溶剂加入法凝聚产生高密度、低渗透性的微胶囊非溶剂加入法凝聚产生高密