食品微胶囊技术

1、食品微胶囊技术所谓微胶囊技术(Microencapsulation)，其实指的就是利用天然的或者是合成的高分子包囊材料，将固体的、液体的、甚至是气体的微小囊核物质包覆形成为直径在1um5000um范围内(通常是在5um400um大小之间)的一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊的技术。微胶囊制品在食品工业、活性组分的隔离保护、印刷行业中的压敏变色复印纸、医药行业中的靶向药物和日化行业中的香料胶粘剂等精细化工方面有突出的优势。随着微胶囊技术与微球化研究开发的进展,其应用领域也在不断拓宽。很多材料通过多种方法都可获得有一定组成和形状特征的微胶囊制品。如用微胶囊技术制备的复合粒子与其它精细化工材料复合,

2、可大幅度提高复合材料的力学强度及其它性能。20 世纪40 年代末,微胶囊技术取得了突破性成果,如美国的DE Wurster 利用空气悬浮法成功地制备出药物包衣用微胶囊,至今仍将空气悬浮法称为Wurster 法。之后,美国NCR 公司的B K Green利用相分离复合凝聚法成功地制备了含油明胶微胶囊,并广泛应用于无碳复写纸,在商业上取得了极大的成功。20 世纪50 年代末到60 年代,人们开始研究把聚合方法应用于微胶囊制备,到20 世纪70 年代后微胶囊工艺日臻成熟,应用范围也逐渐扩大,微胶囊技术得到了更大的发展。微胶囊技术是当今一项用途广泛而又发展迅速的新技术，目前已成为食品科技领域内的研究热

3、点之一，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转变。它是21世纪重点研究开发的高新技术之一，与超微粉碎技术、膜分离技术、超临界流体萃取技术、分子蒸馏技术、生物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。经过微胶囊化技术所形成的这种微型胶囊的外形是多样化的，可以是球状的，也可以是不规则的形状。胶囊的外表面有光滑的，也有折叠的。微胶囊的囊膜既可以是单层，也可以是双层或者是多层结构，而囊膜所包覆的囊核心物质既可以是单核，也可以是呈多核。 微胶囊技术中的包囊材料的选取通常需根据具体产品的具体要求进行，既要求

4、包囊材料能够在囊心物质上形成一层具有粘附力的薄膜，而且还要求使包囊材料不与囊心物质发生化学反应，同时还要考虑到产品的渗透性、吸湿性、稳定性、溶解性以及澄清度等因素。有时包囊材料还常与着色剂以及表面活性剂、抗氧化剂和塑化剂等一些品质改良剂在联合使用，从而使产品呈现出一定的可塑性及迷人的外观，便于不同产品的区分。 微胶囊化是物质微粒(核心)的包衣过程可分为以下四个步骤：(1)将心材分散入微胶囊化的介质中；(2)再将壁材放入该分散体系中；(3)通过某一种方法将壁材聚集、沉积或包敷在巳分散的心材周围；(4)这样形成的微胶囊膜壁在很多情况下是不稳定的，尚需要用化学或物理的方法进行处理，以达到一定的机械强

5、度。在了解微胶囊的特性要求之前，必须失要明确利用微胶囊技术生产产品的目的。产品从液态转换为固态时，其性状是否会改变?是否需要控制释放?改进稳定性及流动性?有时为了适应特殊产品的应用需求，微胶囊的一些特性可能会被改变，这些改变包括：物料组成、释放机理、颗粒大小、最终产品的物理形状及成本。选择具体的胶囊化方法时，要特别注意以下几种性质(1)心材的可润湿性。凝聚法是要在聚合物溶液中形成第二种液相。其方法有多种，如加入非溶剂，改变温度、PH值等。此时心材的可润湿性决定了胶囊化的成败。当液体心材在凝聚浓中很难溶解时，适当的润湿是很因难的。因而胶囊化的程度会很低，即包埋率很低。固体心材只要能润湿，通常比液

6、体心材易于胶囊化。原则上讲，固体的润湿程度，在具体的凝聚过程中很易确定。而实践中，要精确地测量心材表面的润湿度和扩张系数则很难做到。检验心材的可润湿程度，常常是在凝聚法胶囊化的实际操作中，看心材能否被包埋而确定的。(2)心材的溶解性。在凝聚法中，关键的要求是心材不溶于聚合物中。在一些情况下，所使用的心材在聚合物中不一定具有溶解性，而更多的是良好的分解性。如喷雾干燥包埋时，心材是以用乳化的方法均匀地分散在水活性的聚合物溶液中，因为水能迅速地从壁材中蒸发出去，而心材蒸发和扩散却很少。(3)壁材的渗透性、弹性和可溶性。聚和物的渗透性决定了心材能否放出及释放的速率，微胶囊必须有一定强度，能经受一定的处

7、理过程，但也需要在一定的要求压力下破裂且在一定的条件下溶解而释放心材。聚合物的种类，微胶爱的大小，壁的厚度，决定了壁的渗透性和弹性及可溶性。(4)其它性质。由于受湿度和湿度的影响，壁材发松、结块。在干燥过程中，最难克服的问题，可能就是壁材发粘了。类似在喷雾包衣中，也存在聚合物粘稠的问题。此外，其它许多性质，诸如熔点、玻璃转化温度、结晶度、壁的降解速度等等，都是需要考虑的问题。1.囊膜壁材与核心物质选择条件一种微胶囊产品，如何选择适当的包囊壁材是至关重要的。因为不同的包囊壁材影响着壁胶囊物质、化学性质。所以在选取包囊壁材时，必须根据“核心物质”的物理性质和微胶囊产品对包囊壁材的具体条件要求，进行

8、选择如下：(1)如果所包覆的核心物质是亲油性物质，一般宜选用系水性聚合物作为包囊型材。反之则宜选用非水溶性材料。(2)在包覆“核心物”时，包囊壁材应具有成膜性和一定的粘着力。(3)选用的包囊壁料与核心物不发生化学反应，并同时考虑到包囊壁材的渗适性、吸湿性、溶解性。(4)作为食品添加剂的包裹壁材，一定符合食品卫生要求、无具、无味、无毒。(5)包裹壁材来源应比较广泛，而且容易取得，成本较低廉。2.微胶囊化的步骤微胶囊化，从广义上说是利用一些成膜材料，将另一种“核心物质”包覆起来。具体地说，是以一种物质作为包裹壁材。在介质中，通过不同的成囊方案，将另一种物质包覆在一封闭的囊膜之内，形成一种微小的囊体

9、。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相类似的步骤。(1)核心物质悬浮：将预先分细的“核心物质”，均匀分散在微胶囊化介质内，进行悬浮。(2)三相体系的建立：将包裹壁材颁入含有“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：通过不同的微胶囊技术制备工艺方法，将包裹壁材沉积、涂层、包覆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，使核心物质达到微胶囊化的目的。3.微胶囊技术是食品加工中的一项新技术，具有独特的一系列优良特性：（1）可以避免内含食品蒸发及受水分的影响(特别对易吸湿性物质受气体、紫外线的影响)；(2)

10、能将液体形式的食品转变为固体状态，可以按照需要控制发生溶解；(3)可以滞留挥发性化合物以供最佳条件释放出来；(4)掩盖不良的异味；(5)改善物理性质(如溶解性等)；(6)提高贮存、运输和应用时的方便性。4.微胶囊的功能敏感性成分经过胶囊化后，可改变产品原来的色泽、形状、质量、体积、溶解性、反应性、耐热性、贮藏性等待性，能够贮存微细状态的心材物质并在需要时释放出来。(1)隔离物料间的相互作用，保护敏感性物质物料通过胶囊化后，可避免受环境中氧气、光线、高温、水汽、紫外线等外界不良因素的干扰，提高其在加工时的稳定性并延长产品的货架寿命。如茶饮料中的色素物质易受光、热、酸等因素作用而不稳定，经包埋后可

11、形成稳定的包埋物。(2)改变物料的存在状态、质量和体积液体心材经胶囊化后可转变为细粉状固体，其内部仍是液相，故仍能保持良好的液相反应性；部分液体香料，经包埋后转变为固体颗粒，以便于加工、贮藏和运输；物料经胶囊化后，其质量有所增加，也可制成含有空气或空心胶囊而使其体积增加。(3)掩盖不良风味、降低挥发性有些食品添加剂，因带异味或色泽而影响被添加食品的品质。如果将其胶囊化，可掩盖其不良风味、色泽，改变其在食品加工中的使用性。易挥发的食品添加剂，经胶囊化后可抑制挥发，减少其在加工时的损失，降低成本。食品或饮料中的天然香气成分经包埋后，其挥发性、氧化和热分解作用显著减缓，使香气持久、怡人。(4)控制释

12、放物料经微胶囊化后，可控制其释放时间和释放速率。利用这些特点，在食品工业中可以滞留一些挥发性化合物，使其在最佳条件下释放。如饮料中加入防腐剂(如苯甲酸钠)，与酸味剂直接接触会引起失效，若将其胶囊化后可增强对酸的稳定性，并可在最佳状态下发挥防腐作用，延长防腐剂的作用时间。通过预先设计并选用适当壁材，还可实现特殊的释放模式达到特殊效果。(5)降低食品添加剂的毒理作用利用控制释放的特点，可通过适当的设计，控制心材的生物可利用性，尤其对化学合成添加剂，对其进行包埋，对于减少其毒理作用显得尤为重要。5.微胶囊造粒的方法有：(1)物理方法：喷雾干燥法、喷雾凝冻法、空气悬浮法、静电结合法、多子L离心法、真空蒸发沉积法等。(2)物化方法：油相分离法、水相分离法、熔化分离法、复相乳液法、挤压法等。(3)化学方法：界面聚合法、辐射包囊法、分子包囊法、原位聚合法等。微胶囊技术是当今世界上的一种发展迅速、用途广泛而又比较成熟的高新