• 6.在特定条件下如加压、 揉破、摩擦、加热、酶 解、溶剂溶解、水溶解、 电磁作用等，囊壁所包 埋的组分可在控制速率 下释放。
• 7.微胶囊形状和结构受 被包埋物料结构、性质 及胶囊化方法影响。一 般为球体、粒状、肾形、 谷粒形、絮状和块状。 图4.1给出几种微胶囊产 品的大致形状。
•图4.1 微胶囊广品的大致形状
小结
• 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。
第一节 概 述
• 一、基本概念
• 微胶囊是指一种里面包埋有液体、固体或气体组分，而外 面为聚合物壁壳的微型容器或包装体。 • 囊壁：微胶囊的聚合物壁壳，也称为外壳或保护膜。 • 囊心：被包埋的物料组分，也称囊核或填充物。 • 微胶囊化：制备微胶囊的过程称为微胶囊化。 • 微胶囊化技术就是将固体、液体或气体物质包埋、封存在 一种微型胶囊内成为一种固体微粒产品的技术。
二、微胶囊特性
• 1.微胶囊可包埋固体、液体和气体。
• 2.微胶囊大小一般在5～200μm范围。当胶囊粒度小 于5μm时，由于布朗运动难于收集；当粒度超过 200μm时，由于表面的静电摩擦系数减小而稳定性 下降。
• 3.被包埋组分与囊壁是互相分离的两相。 • 4.囊壁较薄，厚度一般在0.2μm至几微米，通常不超 过10μm。 • 5.囊壁可以是单层结构，也可以是双层或多层结构。 囊心可以是单一组分(如单核)，也可以是多种组分(多 核、多核-无定形等)。
四、微胶囊的功能与局限
• 1、微胶囊的功能 • （1）改变物料的存在状态、物料的质量与体积 • （2）隔离物料间的相互作用，保护敏感性物料 • （3）掩盖不良风味、降低挥发性 • （4）控制释放 • （5）降低食品添加剂的毒理作用
2、微胶囊的局限
• 微胶囊的上述功能主要是由壁材的物理与化学 性质所引起的，但有时心材释放后所剩下的残 壳也会引起一些问题。 • 如果心材与壁材两者都能溶于水，则问题不大。 但要选择一种不同溶解度的聚合物使壁壳可以 从填充物相中遗留下来而呈现出不连续的分离 相，同时要求两相均溶于水，这是相当困难的。 • 如将控制释放的微胶囊用于悬浮液介质中，则 壁壳还会引起另一个复杂的问题，即可能由于 增加了囊壁的厚度而使心材的释放变得困难。 故在制备微胶囊时，需要权衡微胶囊释放速度 和囊壁厚度两方面的因素。
第四章 微胶囊化技术
微胶囊香精
• 微胶囊化技术，或称微胶囊造粒技术，是一项比较新颖、 用途广泛、发展迅速的新技术。自上世纪30年代起，经过 几十年的不断研究与开发，已相继在制药、食品、饲料、 精细化工、照相材料相机械制造等领域得到应用。微胶囊 技术应用于食品工业上，解决了食品工业的部分难题，极 大地推动了食品工业由低级的农产品初加工业向高级产业
三、囊壁和囊心
• 微胶囊内部装载的物料称为心材(或称囊心 物质)，外部包囊的壁膜称为壁材(或称包囊 材料)。微胶囊造粒(或称微胶囊化)的基本 原理是，针对不同的心材和用途，选用— 种或几种复合的壁材进行包覆。一般来说， 油溶性心材应采用水溶性壁材，而水溶性 心材必须采用油溶性壁材。
1、心材(囊心物质)
2、壁材(膜材、包囊材料、成膜材料)
• 2.1 选择壁材的基本原则是： • (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，具有较好的 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。
• 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。 • 芯材：可为油溶性、水溶性化合物或混合物,其状 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。
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。
• 心材可以是单一的固体、液体或气体，也可以是固液、 液液、固固或气液混合体等。在食品工业上，“气体” 心材可理解成香精、香料之类易挥发的配料或添加剂。 由于心材的选择具有一定的灵活性，因此有可能设计 出某些有特殊用途的微胶囊产品。 可以作为心材的 物质很多，针对于食品工业，已经使用或试图使用的 心材举例如下： • (1)生物活性物质：膳食纤维、活性多糖、超氧化物 歧化酶(SOD)和球蛋白等； • (2)氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸和胱氨酸等； • (3)维生素：维生素A、B1、B2、C和E等； • (4)矿物元素：硫酸亚铁等， • (5)食用油脂：米糠油、玉米油、麦胚油、 鱼油微胶囊 月见草油和鱼油； • (6)洒类：白酒、葡萄酒和乙醇浸出物等；
转变。它与超微粉碎技术、生物技术、膜技术和热压反应
技术等相结合，为食品工业开发应用高新技术展现了美好 的前景。
• 胶囊化，即将药物或有效成分装在明胶胶囊中，已有l50
多年的悠久历史了。微胶囊技术就是在这传统胶囊化技术 基础上发展起来，当时人们设想用天然高分子材料对微小 液滴进行包囊。
• 20世纪50年代初期，美国国家商业公司(NRC)利用微胶囊 成功研制生产出品质优良的无碳复写纸，由此开创了它的 商业化应用价值。从50年代初期至70年代中期，这项技 术在世界范围内取得了重大的突破。与此同时，多种微胶 囊化新方法也相继问世，并取得商业化的应用成功。目前， 全球产量最大的微胶囊化产品是无碳复写纸和长效除草剂。 • 食品行业中微胶囊化技术的研究虽起步较晚，但其在应用 上并不落后。目前食品行业中，产量最大的微胶囊化产品 是油脂。此外还有许多食品配料也是采用微胶囊技术生产 的。例如：微胶囊化香精、在婴儿奶粉中添加的微胶囊化 鱼油等。在食品微胶囊化制备工艺中，喷雾干燥法是最为 常用的方法，其它还有挤压法、界面聚合法等。
2.2 微胶囊的常用壁材
• 无机材料和有机材料均可作为微胶囊的壁材，但 最常用的是高分子的有机材料，包括天然和合成 两大类。在食品工业中可使用的壁材举例如下： • (1)植物胶；阿拉伯胶、琼脂、藻酸盐、瓜儿胶、 罗望子胶和卡拉胶等； • (2)多糖：黄原胶、阿拉伯半乳聚糖、半乳塘甘露 聚糖和壳聚糖等； • (3)淀粉；玉米淀粉、马铃薯淀粉、交联改性淀粉 和接枝共聚淀粉等；
五、微胶囊造粒的步骤与方法
• 1、微胶囊造粒的步骤 • 形象地说，微胶囊造粒是物质微粒(核心)的包衣 过程。如图3-2所示，其过程可分为以下四个步骤：
• 微胶囊化从广义上说是利用一种成膜材料，将另一种“核 心物质”包敷起来。 • 具体的说，是以以一种物质作为包敷壁材，在介质中，通 过不同的成囊方案，将另一种物质包敷在一封闭的囊膜之 内，形成一种微小的囊体。 • 尽管这些微胶囊化方法多种多样，但是，微胶囊化的过程 有大致类似的步骤： • 1.核心物质悬浮：将预先分细的“核心物质”均匀的分散 在微胶囊化的介质内，进行悬浮。 • 2.三相体系的建立:将包裹壁材倾入含有“核心物质”的 介质中分散、建立起三相体系。 • 3.聚合物囊壁沉积：通过不同的微胶囊制备方法，将包裹 壁材沉积、涂层、包敷在已分散介质中的核心物周围。 • 4.包囊壁的固化：包裹壁材经过化学、物理方法硬化、冷 却、干燥处理，使核心物达到微胶囊化的目的。
2.2.1 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。
• 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。
• 2.2.2
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。
• (7)微生物细胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母菌等； • (8)甜味剂：甜味素(Aspartame)、甜菊苷、甘 草甜素和二氢查尔酮等； • (9)酸味剂：柠檬酸、洒石酸、乳酸、磷酸和 醋酸等； • (10)防腐剂：山梨酸和苯甲酸钠等； • (11)酶制剂：蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和维生 素酶等； • (12)香精香油：桔子香精、柠檬香精、樱桃香 精、薄荷油和冬青油等， • (13)其它：焦糖色素和酱油等。