微胶囊化技术第一节微胶囊化概述1、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。

•微胶囊化过程：将待包埋目标物质分成细粒，然后以这些细粒为核心，将成膜材料在其表面沉积、涂层的过程。

•微胶囊化技术：将固体、液体或气体物质包埋在微小而封闭的胶囊内的方法与技术。

2、微胶囊化特性1）微胶囊可包埋固体、液体和气体。

2）微胶囊大小一般在5～200um范围。

当胶囊粒度小于5um时，由于布朗运动难于收集;当粒度超过200um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0.2um至几微米，通常不超过10um。

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)。

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。

常见微胶囊的各种结构。

微囊化产品特性研究3、微胶囊化发展药物胶囊化已有150多年历史，而微胶囊化则出现于20纪30年代。

1936年美国大西洋海岸渔业公司提出了用液体石蜡制备鱼肝油明胶微胶囊专利。

1949年Wurster发明了微胶囊化的空气悬浮法技术，实现了固体微粒的微胶囊化。

1953年Green发明了凝聚法微胶囊化技术，实现了液体物料的微胶囊化，并研制出无碳复写纸(NCR纸)，这是微胶囊化技术第一次商业应用,随后该技术得到了快速发展。

迄今为止，微胶囊化技术在化工、食品、医药、生化、印刷等领域获得了广泛应用，其理论和实践也日趋成熟。

4、微胶囊的功能1）改变物料存在状态、质量和体积。

2）降低挥发性并进行控制性释放。

3）隔离活性成分，保护敏感性物质。

4）掩盖不良气味和风味。

5) 降低食品添加剂的毒理作用。

O/W型微胶囊技术的主要功能☐尽管很多微囊化方法报道，喷雾干燥生产O/W型微囊化产品依然是工业化生产最重要手段。

☐将油脂转变成水溶性粉体、方便加工、运输和食品配方; 包括脂质类如V A、V D、V E，卵磷脂、叶黄素、植物功能性提取成分☐将水溶性、油溶性功能成分有效复配为一体；功能食品❑防止环境对芯材破坏,延长保质期，保证食品安全；DHA、EPA☐减少芯材挥发或传递；香精、香料☐缓释和靶向保护:口香糖、生物制品（如益生菌等）☐隐蔽芯材的不愉快气味；DHA、植物提取成分☐当功能性芯材用量非常之小时，将芯材均匀地分散后并添加在食品中。

调节血糖奶粉第二节微胶囊化技术方法1、微胶囊心材与壁材1）心材在微胶囊化技术中，把被包埋的物料称为心材。

心材可以是亲水的，也可以是疏水的。

因此大多数的气体、液体和固体都可以被包封在微胶囊中。

常见的心材有：溶剂类：水、醇类、苯、甲苯、酯类、醚类、酮类、甘油；增塑剂类：邻苯二甲酸酯类、己二酸酯类、磷酸酯类、硅酮类、氯化联苯、氯化石蜡；酸碱类：硝酸、硼酸、氢氧化钠和胺类；色素类：颜料、染料以及隐色染料等；燃料类：汽油、照明用油、核燃料、火箭燃料；香料类：．薄荷醇、硫醇以及各种香精类；食品类：油和脂肪类、各种调味品、发酵粉；生化成分：酶、蛋白质、动物胶、细菌、酵母以及病毒等；药物类：阿司匹林、维生素、氨基酸等；农用化学药剂类：除草剂类、杀虫剂、化肥等；复合材料类：用于静电印刷的调色剂、卤化银、粘结剂、显影剂、定影剂、墨水、磁性粉末、重氮化合物等其他：各种催化剂、粘合剂、除锈剂、洗涤剂等。

2）壁材用于包埋心材的物质称为壁材。

可作壁材的材料有许多，有无机材料和有机材料。

常用的是高分子材料。

壁材的选择要根据所包埋心材的性质进行。

基本的原则是：心材是亲油性的，则选用亲水性的壁材；心材是水溶性的，壁材应是非水溶性的。

通常采用的壁材有：蛋白质类：骨胶、酪蛋白、纤维蛋白、血红蛋白及聚氨基酸类。

植物胶类：阿拉伯胶、琼脂、褐藻酸钠、鹿角胶、葡萄糖硫酸酯。

纤维素类：乙基纤维素、硝酸纤维素、羧甲基纤维素、乙酸纤维素、纤维素乙酸酞酸酯和纤维素乙酸丁酸酞酸酯。

缩聚物类：甲醛-萘磺酸缩聚物、氨基树酯类、醇酸树酯、硅树酯类、尼龙、涤纶、聚氨酯、聚碳酸酯。

共聚物类：乙烯或甲氧基乙烯与马来酸酐共聚物类、丙烯酸类共聚物、丙烯酸类共聚物、甲基丙烯酸类共聚物。

均聚物类：聚氯乙烯、萨冉树酯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙酸乙烯、聚丙烯酰胺、聚乙烯基苯磺酸、聚乙烯醇以及合成橡胶。

蜡类：石蜡、松香、紫胶、硬脂酸、甘油酸酯、蜂蜡、浊腊、油类、脂肪类和硬化油类。

其他：环氧树酯、硝化石腊、硝化聚苯乙烯以及硫酸钙、石墨、硅酸盐、铝、钒土、铜、银、粘土等各种无机材料。

微胶囊化技术分为3大类：化学法、物理化学法和机械法。

这3大类方法又可衍生出许多方法。

微胶囊化方法分类表界面聚合法原位聚合法化学法锐孔法(聚合物快速沉析法)包接络合物法(分子包接法）辐射化学法单凝聚法复凝聚法水相分分离法盐凝聚法凝聚法(相分离法) 油相分离法调节pH值沉淀法复相乳液法(干燥浴法) 变温相分离法微胶囊化物理化学法熔化分散与冷凝法囊心交换法粉末床法旋转悬浮分离法空气悬浮包衣法(Wurster法)喷雾干燥法机械法真空蒸发沉积法静电结合法离心挤压法锅包衣法蔗糖共结晶法微胶囊化方法区分，可通过以下几点特征加以辨别：①心材是液体还是固体，是亲水还是疏水，pH值及温度的稳定性如何；②壁材是利用已制备好的聚合物，还是在心材表面上通过单体聚合固化而成；③微胶囊化在何种介质(气体、有机溶剂或水)中进行；④微胶囊化是一步还是分步完成；⑤微胶囊的囊壁特性，是单层还是多层的结构；⑥制备好的微胶囊以何种方式使用，是在干燥还是在潮湿的条件下使用；⑦微胶囊化的原理是属于化学还是物理化学范畴。

3、微胶囊化方法的选择选择微胶囊化方法时，要注意如下几点：(1)心材的可润湿性。

在凝聚法中心材的可润湿性决定了微胶囊化的成败。

(2)壁材的渗透性、弹性和可溶性壁材的渗透性、弹性和可溶性决定着胶囊心材能否释放及其释放的速率和胶囊的强度。

(3)微胶囊心材的释放方式壁材的性质决定着心材的释放方式，温度、湿度、熔融、溶解、压力、冲击力、研磨、扩散、调节pH值、光解、超声波处理、加入表面活性剂以及酶解等。

第三节常见微胶囊化方法及应用1、微胶囊化的步骤一般分4步完成。

①先将已粉碎的细粉心材分散入微胶囊化介质中；②再将成膜材料(壁材)加入该分散体系中；③通过某种方法，将壁材聚集、沉积、包敷在已分散的心材周围；④用化学或物理方法处理，加固壁膜以达到一定机械强度。

2、微胶囊释放机理微胶囊心材释放机理有三种：1）活性心材物质通过囊壁膜的扩散释放2）用外压或内压使囊膜破裂释放3）用水、溶剂等浸渍或加热等方法使囊膜降解而释放3、微胶囊质量评价微胶囊质量可从以下3方面进行评价1）心材释放速度2）心材含量3）微胶囊尺寸大小4、常见微胶囊化方法及应用1）喷雾干燥法喷雾干燥法是工业中应用最广泛微胶囊化方法，具有操作灵活，成本低廉特点。

喷雾干燥法适用于热敏材料的颗粒化。

喷雾干燥微胶囊化过程包括两个步骤：①制备心材和壁材的混合乳液。

②将混合乳液在干燥塔内雾化干燥。

因此运用此法进行微胶囊化时，必须考虑初始溶液性质、喷雾干燥条件这个主要因素。

喷雾干燥胶囊化原理是在喷雾干燥过程中壁材形成网状结构，起筛分作用。

小分子物质如水，由于体积小，经热或脱水剂的作用，能顺利地通过网状结构，而分子体积较大的心材则滞留于网内，只要温度没有高到使之热分解变性，就能够被壁材包埋。

喷雾干燥包埋的特点①可包埋热敏感物质；②包埋量高、稳定性好；③生产能力大，可利用现成设备；④溶解性好；⑤干燥塔内壁材寿命长；⑥操作灵活，捕粉可靠。

缺点：设备体积大、价格高、动力损耗大，包埋率相对较低。

2）喷雾冷却和喷雾冷冻微胶囊化法这两种方法工艺与喷雾干燥法相似，都是心材均匀的分散于液化的壁材中，经喷雾使混合液处于某种被控制环境中，达到壁膜快速固化目的。

不同之处在于：干燥室内的温度不同；包埋的类型不同。

喷雾冷却和冷冻法是通过凝固已加热熔融的壁材(油脂或蜡类)完成微胶囊化的，而喷雾干燥法是通过失水达到壁材形成网络结构来完成微胶囊化的。

在喷雾冷却法中，壁材是低熔点的植物油及其衍生物。

如熔点处于45-122℃的脂肪及熔点处于45-67 ℃的单甘油酸酯、双甘油酸酯等。

在喷雾冷冻法中，壁材可选熔点从32-42℃的氢化植物油。

通过此法可包埋硫酸亚铁、酸类、维生素类、风味物质及热敏性物质。

喷雾冷却法和喷雾冷冻法微胶囊不溶于水，心材释放时需在壁材熔点附近。

具有缓慢释放的特性，比较适用于保护许多水溶性风味物质。

3）空气悬浮微胶囊化法该法由美国教授发明，称Wurster法、流化床法或喷雾包衣法。

此法利用流化床将心材颗粒悬浮于上升气流中，然后喷上溶解或熔融的壁材溶液。

其成膜方式有3种：①Wusrter法：在柱式设备中，由成膜段和沉积段组成，沉积段截面积比成膜段大，气流速度变小，利于微胶囊颗粒下降沉积。

②化学成膜法：采用高离子射流或高温气体，在心材被悬浮于流化床时，使壁材分解或与心材反应而完成包埋。

③液态心材成膜法：是Wurster法的改良，可使液态心材微胶囊化。

Wurster包埋法特点：包埋效率高，微胶囊颗粒均匀。

缺点：只能用固体颗粒作心材。

较细的颗粒易被排出空气带走而损失。

颗粒在柱中上下左右地运动，发粘胶囊颗粒会彼此碰撞易凝聚，干燥后的胶囊会磨损，胶囊颗粒外观粗糙。

影响Wurster法微胶囊化产品质量的因素有以下几个方面：(1)心材相对密度、表面积，熔点、溶解度、脆碎度、挥发性，结晶性及流动性；(2)壁材的浓度(如果不是溶液则是指熔点)；(3)壁材的包囊速度；(4)承载心材和使之流态化所需要的空气量；(5)壁材用量；(6)进口与出口的操作温度。

3）挤压法与锐孔法微胶囊化挤压法与锐孔法是两种相似的微胶囊造粒方法。

两者都是通过模头(锐孔)在压力作用下成型，挤压法形成微胶囊颗粒需经二次成型，即先挤成细丝状然后在固化液中借助力作用打断成颗粒，而锐孔法是微胶囊颗粒经一次成型。

实例：桔油微胶囊的制备：桔油→加熔融后的玉米糖浆+甘油→混合、乳化→挤压→冷却→异丙醇中脱水和固化→干燥。

影响挤压法微胶囊质量的因素有玉米糖浆的DE值(糖的还原值)、乳化剂的加入量、心材用量、乳化压力、物料温度等。

海藻酸钠是锐孔法微胶囊造粒最常用的囊壁，CaCl2水溶液则是最常用的固化溶液。

4、凝聚微胶囊化法凝聚法也称相分离法，是在不同液相分离过程中实现微胶囊化的过程，此法可制得十分微小的胶囊颗粒(颗粒<1um)。