发展方向-微胶囊技术

食品微胶囊技术第一节微胶囊技术原理一、微胶囊的基本组成和作用微胶囊：一种具有聚合物壁壳的微型包覆体，能够包埋和保护其囊芯内的物质微粒。微胶囊粒子：5-200m；囊壁0.2-10m;形状:球形、粒形、肾形、絮状、块状、谷粒形、无定性等。二、微胶囊在食品工业中的作用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未微胶囊化和微胶囊化的乙酰水杨酸对小鼠的LD50值分别为l750mg/kg、2823mg/kg，后者比前者提高了60％。三、微胶囊化基本步骤a内相在介质中的分散b

加入成膜材料(壁材)

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壁膜的沉积

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壁膜固化四、微胶囊材料（心材）(1)生物活性物质：膳食纤维、活性多糖、超氧化物歧化酶(s0D)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、月见草油、鱼油(6)酒类：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等(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(9)酸味剂：柠檬酸、酒石酸、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(13)其它：焦糖色素和酱油等。微胶囊材料（壁材）(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；(4)纤维系：羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、乙基纤维素、二醋酸纤维素、丁基醋酸酸纤维素和硝酸纤维素等；(5)蛋白质：明胶、酪蛋白、玉米蛋白和大豆蛋白等(6)聚合物：聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯、聚丙烯酰胺(7)蜡与类脂物：石蜡、蜂蜡、硬脂酸和甘油酸酯等第二节微胶囊的主要制备方法一、喷雾干燥法原理：将心材分散在已液化的壁材中混合均匀，并将此混合物经雾化器雾化成小液滴（此小液滴的基本要求是壁材必需将心材包裹住(即已形成湿微胶囊)。然后，在喷雾干燥室内使之与热气流直接接触，使溶解壁材的溶剂瞬间蒸发除去，促使壁膜的形成与固化，最终形成一种颗粒粉末状的微胶囊产品。调制由心材和壁材组成的胶囊化溶液(又称为初始溶液)，对整个微胶囊造粒过程影响很大。主要的影响因素有：心材和壁材的比例，初始溶液的浓度、粘度和湿度。根据初始溶液的性质不同可分成水溶液型、有机溶液型和囊浆型三种。喷雾微胶囊造粒装置由5个系统的设备组成，分别是：

(1)初始溶液调制系统，包括调制缸、搅拌器等；(2)溶液输送雾化系统，包括送料泵、雾化器等；(3)空气加热输送系统，包括空气过滤器、空气加热器和风机等；(4)气液接触干燥系统，主要是干燥室；（5）成品分离、气体净化系统，包括卸料器、粉末回收器和除尘器等。在上述5个组成部分中，决定整个装置特性的主要是雾化器和干燥室。1、雾化器(1)离心式雾化器将初始溶液送到高速旋转的画盘上，利用离心力将之扩展成液体薄膜从盘缘甩出，并受到周围空气摩擦力的作用而碎裂成液滴。应用在微胶囊造粒上的通常是圆盘式离心雾化器、平滑式圆盘、多叶式圆盘和变形多叶式圆盘等形式。变形的多叶圆盘，叶片是弯曲状，与离心泵的叶轮相似，特别适合于微胶囊造粒工艺。影响圆盘离心喷雾液液滴大小的因素有圆盘的盘型、盘径与盘速、进液量、初始溶液的密度、粘度与表面张力等。对一定结构和尺寸的离心圆盘来说，影响因素以转速最为显著．其次是进液量和液体枯度。一般来说．粒径随转速提高而减小。用在微胶囊圆盘转速通常在10000一50000r／min。（2）气流式雾化原理：包含有心材和壁材的初始溶液由送液泵送入雾化器的中央喷管，形成喷射速度不太大的射流。压缩空气则从中央喷管周围的环隙中流过，喷出的速度很高，达200一300m／s，有时甚至超过音速。因为在中央喷管喷出口处，压缩空气流与料液射流之间存在很大的相对速度，由此产生的混合和摩擦作用将液体拉成细丝，细丝又很快在较细处断裂形成了球状小掖滴。丝状体存在的时间决定于气液的相对速度和初始溶液的粘度。相对速度愈大，液丝就愈细，存在的时间就愈短，所得的雾滴就愈细。初始溶液的粘度愈高，丝状体存在的时间就愈长，有时会出现没有断裂就干燥的情况。2、喷雾干燥塔（顺流、逆流）混流式二、界面聚合法原理：界面聚合法是一种比较新颖的微胶囊造粒方法，它是利用分别溶解在不同溶剂中的两种活性单体，当一种溶液分散在另一种溶液中时，两种活性单体相互间在界面发生聚合反应从而形成了胶囊壁。利用界面聚合法，既可以使疏水材料的溶液或分散液微胶囊化，也可使亲水材料的水溶液或分散液微胶囊化。例如有治癌功能的L—天冬酰胺酶，即可用本法进行微胶囊化。将10mg天冬酰胺酶、50mgL-天冬氨酸、1mg酪蛋白和0.1g1，6-己二胺溶解在1.5mL硼酸缓冲液(pH8．4)中，让其分散在由16.6mL环己烷、3.3mL氯仿和0.1mLSpan85(乳化剂)组成的混合溶剂中，并在搅拌冷却(4℃冰浴上，搅拌速度3000r／min)条件下加入15mL癸二酰，继续搅拌5min后再加入30mL混合溶剂。这时，在有机溶剂和酶液滴的界面上发生了聚合反应：。这样生成的聚酰胺(尼龙)薄膜把酶分子包裹住。生成的微胶囊酶经离心或过滤分离出，再用冰乙醇和缓冲液充分洗净后，将微胶囊混悬于生理盐水中在4℃温度下保存，即得球状天冬酰胺酶的微胶囊产品，平均直径为20m。如用2，4-甲苯二异氰酸酯代替上述反应体系中的癸二酰氯，所形成的薄膜是聚脲。反应式为：三、原位聚合法

在原位聚合法微胶囊造粒过程中，单体及催化剂全部位于心材液滴的内部或者外部。单体是可溶的，它仅由分散相或仅由连续相供给，而聚合物是不可溶的。聚合反应在心材液滴的表面发生，生成的薄膜覆盖住心材液滴的全部表面。

当心材为疏水性液体或非水溶性固体粉末时，单体经常位于该心材中。在这种情况下，通常用水来作微胶囊化的介质，而且需要几个小时才可完成。为使心材能在水中均匀地分散，除表面活性剂外，还可加入阿拉伯胶、纤维素的衍生物、明胶和水溶性的聚酰胺等，硅石粉或粘土也可加入分散介质中。聚合物在心材表面的沉积作用，是由于它的溶解度较低而引起的。利用水溶液介质进行微胶囊化包括两个过程，首光将亲油件单体与亲油性心材混合并使其呈微滴状，其次从水溶液介质小提供水溶性单体。当心材是水溶液或亲水性材料时，可用有机溶剂作为原位聚合反应的介质，所用的有机溶剂与水不相溶或与水不发生反应。疏水性固体粉末的微胶囊化亦可通过此法实现。

例：原位聚合法对抗坏血酸进行微胶囊化先将1300g的抗坏血酸晶体悬浮在流化床中维持气温70℃，再将80g

甲基硅酮的50％丙酮溶液和130g乙醇混合物形成的成膜液喷雾l5min，然后于70℃干燥20min。结果在单个的抗坏血酸晶体上形成了聚硅酮薄膜．从而获得微胶囊化的维牛素C。这种产品由94％的心材和6％的壁材组成。在酶或细胞的固定化过程中．经常用到一种很重要的方法就是用聚丙烯酰胺进行包裹处理，这种方法习惯上称格子化法。它是将酶或细胞包囊于由聚丙烯酰胺高分子聚合物形成的微小格子中。从原理看，是利用一种丙烯酰胺在催化剂作用下发生聚合反应，生成的聚合物薄膜覆盖住心材(酶或细胞)的全部表面。四、水相分离法

原理：在含有心材和壁材的初始溶液中．加入另一种物质或溶剂或采用其它适宜方法使壁材的溶解度降低，从而从初始溶液中凝聚形成一个新相并分离出来，故称相分离法或凝聚-相分离法。此法的一般过程是在连续搅拌下包括互不相溶的三种化学相的调制、囊壁层的析出和囊壁层的固化三个步骤。(一)单凝聚法

以一种高分子聚合物为壁材溶解于水溶液中，加入水不溶性的心材调成三种互不相溶的化学相；然后通过凝聚剂使之与大量的水相结合，引起三相体系中壁材相的溶解度降低而凝聚出来，完成微胶囊造粒过程。凝聚剂包括三种情况：①乙醇、丙酮、丙醇、异丙醇之类沉淀溶剂(俗称“非溶剂”，因不是溶解壁材聚合物的溶剂而得名)；②硫酸钠、硫酸铵之类强亲水盐；（3）酸碱之类pH值调节剂。实例将10g玉米油均匀分散到1.2kg10％的明胶水溶液中，在45℃的溶液温度下，滴加乙醇并不断搅拌分散。当乙醇的体积浓度达到约50％时，整个体系变得不透明并开始形成凝聚相，该凝聚相包囊了玉米油的微滴。当乙醇浓度达到55％时停止加入。将体系冷却至5℃。通过离心分离收集生成的微胶囊，用乙醇洗涤，并在减压条件下于25℃干燥，即得微胶囊化粉末油脂。

2．通过强亲水性盐的单凝聚法实例：通过往明胶水溶液中加入硫酸钠实现油活性维生素的微波囊造粒。首先将油溶性维生素溶于玉米油中，并在等电点约为8．9的10％水溶液乳化至所需的粒度。按油水的重量比为20：100制成水包油乳化液，保持温度在50°C左右，缓慢加入20％的硫酸钠即可引起相分离-凝聚，加入比例为10份乳化液对4份盐溶液。这样得到蛋白质囊壁的固化过程为：将混合物移入7％硫酸钠溶液中，温度保持在19℃并不断搅拌。固化的微胶囊产品通过过滤收集在一起并用水洗涤，冷却至明胶的冻凝温度以下(为了除盐)，用喷雾干燥法除去水分。3．通过调节pH值的单凝聚法

实例：用吡啶-丙烯酸共聚物微胶囊化鱼肝油。将12g的5-乙基-2-乙烯基吡啶、丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸（3：5：2)共聚物溶解在480mL0.1mol/L盐酸中形成溶胶，在超声波振荡条件下让24mL鱼肝油分散在该溶胶中，利用喷嘴直径为33mm的气流式雾化器将该混合物喷射入pH5的醋酸缓冲溶液中去，同时保持温度80℃持续20min，直到聚合物成分完全凝结并固化。离心分离收集沉淀的细粒，用水洗涤并在减压下干燥即得含有色肝油的微胶囊颗粒，产品直径大多为15m。这种制剂可在胃、肠液中溶解，但在pH4-7范围内不能溶解。(二）复凝聚法原理:当一种带正电荷的胶体水溶液与一种带负电荷的胶体水溶液混合时，由于电荷间的相互作用形成一种复合物，导致溶解度降低并产生相分离现象，结果从水溶液中凝聚析出形成了微胶囊，此法即称复凝聚法微胶囊技术。分离出的两相分别为凝聚胶体相和稀释胶体相，凝聚胶体相即可用作微胶囊的壁膜。在复凝聚法微胶囊造粒过程中，最常用聚合物为明胶和阿拉伯胶。大多数明胶产品的等电点为H4.8。当pH＜4．8时则是带正荷。阿拉伯胶分子的水溶液是带有负电荷的聚阴离子，不受pH的影响。当pH低于4.8时，明胶变成聚阳离子，于是在聚阳离子的明胶与聚阴离子的阿拉伯胶之间发生相互作用，结果导致凝聚相的形成。除阿拉伯胶外，其它可供选择的聚阴离子还有藻酸钠、琼脂、羧甲基纤维京、聚乙烯基甲基醚-顺丁烯二酸酐共聚物、聚乙烯基苯磺酸和甲醛-萘磺酸缩聚物等。以明胶相阿拉伯胶为例，要获得实用的复凝聚相，应满足的条件包括：①明胶和阿拉伯胶在水溶液中的各自浓度低于3％；②pH值在4．5以下；(3)反应体系的温度需高于明胶水溶液的胶凝点(约高出35℃)；(4)反应体系中的无机盐含量要低于临界量。(1)通过稀释法的微胶囊化在明胶一阿拉伯胶水溶液的凝聚过程中，恒定温度在35-55℃并维持pH在4-3.5，此时可通过控制浓度引起凝聚。当起始胶体浓度超过6％时，可用温水稀释该体系以调节胶体的浓度；随后形成凝聚相并将心材包敷。(2)通过调节pH值法的微胶囊化在明胶一阿拉伯胶的水溶液中，当温度保持在35℃以上，浓度在4％以下(按重量计)且pH近于中性时，可通过细心地控制聚合物的浓度及PH制备出大小不同的微胶囊。(3)通过调节温度法的微胶囊化将聚合物的浓度和pH值调节到员适宜的凝聚条件，但温度保持在室温以下，最好低于10℃。该水溶液作为预混物再与心材混合后升高温度，就开始微胶囊化过程.小麦胚芽油复凝聚法微胶囊造粒(粉末麦胚油)的工艺流程五、油相分离法

原理：以某种合适的有机溶剂溶解高分子壁材聚合物，加入水溶性心材调成三种互不相溶的化学相，然后通过絮凝剂或其它方法使三相体系