食品微囊技术课件

食品微囊技术

——柳中112008324001963主要内容1.囊心物与囊材2.微胶囊的主要制备方法3.微胶囊技术在食品工业中的应用定义微胶囊是利用天然的或合成的高分子材料(通称囊材)，将固体微粒或液体微滴(即囊心物)包囊成微小囊状制剂，简称微囊。其工艺技术称为微囊化。根据微囊的大小可分为微囊(直径1μm以上)和毫微囊(直径0.1～1μm)。其形状为米粒状、针状、方状或不规则形，其内部可为单核或多核的。

最早作为商品问世的微胶囊是20世纪50年代美国NCR公司生产的“无碳碳纸”，其后约经过25年，微胶囊技术开始在医药、食品、纺织、农业、国防等领域广泛应用，尤其在食品工业大量应用，如调味品、香料等。微囊化的目的为：①改变物态，如将液体或气体成分转化成易处理的固体，即将其“粉末化”，便于处理和包装；②保护香料成分以免直接受热、光、湿度等因素的影响而引起氧化、变质；③避免有效成分因挥发或蒸发有所损失，并隔离活性成分，避免相互间的反应；④控制有效成分的释放，包括控制释放的时间和速率；⑤利于有效成分的吸收，提高生物利用率。1.囊心物与囊材1.2微囊的囊材2）半合成高分子材料

常用的为一些纤维衍生物，它们的特点是毒性低，粘度大，成盐后溶解度增加。但由于易水解，因此不宜高温处理，且须临用时新鲜配制。主要有以下几种：（1）羧甲基纤维素钠(简称Na—CMC)（2）邻苯二甲酸酯纤维（简称CAP）)（3）甲基纤维素(简称MC)（4）乙基纤维素1.囊心物与囊材1.2微囊的囊材3)全合成高分子材料全合成高分子材料是一类成膜性和化学稳定性均好的包囊材料，最近合成的体内可生物降解的囊材受到了广泛重视。主要有以下几种：

(1)聚乙二醇(简称为PEG)(2)聚乙烯醇(简称PVA)(3)聚酰胺(4)聚乙烯吡咯烷酮（简称PVP）2.微胶囊的主要制备方法

微胶囊的制备方法有多种，为了更好地了解和应用微胶囊技术，需要对这些方法加以分类。微胶囊的制备方法的分类有多种方式，如根据胶囊壁形成方法分类、根据胶囊材料组成分类等。以下分类方法比较清晰合理。化学法：界面聚合法、原位聚合法、锐孔法、辐射化学法、包结络合物法；物理化学法：凝聚法（水相分离法，包括单凝聚法、复凝聚法、盐凝聚法等）、复相乳液法、融化分散与冷凝法、囊芯交换法、粉末床法；物理机械法：空气悬浮包衣法、喷雾干燥法、喷雾冷却和冷冻法、挤压法、离心挤压法、真空蒸发沉积法、静电络合法、蔗糖共晶法等。微胶囊产品的命名方式有根据芯材命名的，如维生素C微胶囊。有根据壁材而命名的，如阿拉伯胶微胶囊。更恰当的是结合芯材和壁材的命名，如卵磷脂-明胶微胶囊。本节介绍凝聚法、复乳法、喷雾干燥法、囊芯交换法、喷雾冷却和冷冻法等方法。2.微胶囊的主要制备方法2.1复乳法

本法又称液中干燥法或挥散溶剂沉积法。系用水或挥发油作包囊介质，将包料与芯料以液滴形式分散在此介质里，然后挥发除去分散液滴中的溶剂，即成囊壁。溶剂可用加热、减压、透析或冷冻干燥等方法除去。本法按所用介质不同，又分为水中干燥法和在油中干燥法。以在水中干燥法为例，其制备原理是：选择一个与水不相混溶的沸点低（＜100℃）、而蒸汽压比水高的有机溶剂，将包囊材料溶于其中，然后将芯料水溶液分散在上述溶液中形成W／O(水油)型乳剂。另配制一个含有稳定剂保护胶的水溶液作为包囊溶液，在搅拌下将此溶液加到上述乳剂中，形成W／0／W型复乳。然后在不断搅拌下缓缓低温加热，以挥散此乳滴中的有机溶剂，由于聚合物的沉淀而得到自由流动的干燥粉末状的微囊。这种微囊属三层微囊，可以控制芯物的释放速度。2.微胶囊的主要制备方法本法特点：本法所用芯料为水溶液、水分散系或固体粉末。其优点是不需调整pH和不需较高的加热条件，也不必采用特殊的反应剂。因此对容易失活或变质的水溶液，如酶、血红蛋白以及易爆物、低沸点溶剂和照相乳，用本法包囊不会发生任何实质性的变化。大部分的疏水性聚合物均可用作本法的包料，如苯乙烯、氯乙烯、偏氯乙烯、乙烯酯及丙烯酸酯等共聚物、聚碳酸酯类、聚酰胺类等缩聚物，氯化橡胶以及乙基纤维素、酯酸纤维素类纤维素衔生物等。溶剂的沸点应低于100℃，且与水不相混溶，如苯、环己烷、乙醚、醋酸乙酯、四氧化碳及氧仿等。包囊介质为一种保护胶。如含有0.9%～5%的明胶、阿拉伯胶、聚乙烯醇及羟丙基纤维素等的水溶液，也可用表面活性剂的水溶液。本法的缺点是在形成W／0／W复合乳剂后，将聚合物溶液中的溶剂除去的时间比较长，通常制备数百克成品就得耗费数小时。若溶剂除去过快，囊膜中会有针孔或气泡。为此，常可选用适宜溶剂将聚合物溶剂抽提除去，这个溶剂能与水和聚合物溶剂混溶，但不溶解聚合物。若用冷冻干燥法也可取得较好的效果。2.微胶囊的主要制备方法2.2喷雾干燥法

喷雾干燥是常用的微胶囊制备方法，其基本过程可分为三个阶段，即囊壁材料的溶解、囊芯在囊壁溶液中的乳化和喷雾干燥。在喷雾干燥过程中，芯材物质被包埋在壁材之内，在喷雾干燥过程中，由芯材和壁材组成的均匀物料被雾化成微小液滴，在干燥室热交换途中，液滴表面形成一层网状结构的半透膜，其筛网作用可将分子体积大的芯材滞留在网内，小分子物质(溶剂)由于体积小，可顺利逸出网膜，从而完成包埋，成为粉末状的微胶囊颗粒。喷雾干燥过程的连续摄影显示，溶剂先从雾滴表面蒸发，在表面形成固相，逐步扩展形成固体壁膜，壁膜内包含的壁材溶液再进一步干燥，溶剂在透过壁膜蒸发时可使壁膜形成孔洞。溶剂的透过扩散速度对形成孔洞有很大影响，因此，囊壁的硬度、多孔性等性能不仅与使用的壁材性质有关，也与干燥温度有关。囊壁网径的大小的控制可以采用选择不同物质或几种物质混合来实现，因此喷雾干燥法可对不同分子大小的芯材物质进行微液囊化。喷雾干燥法采用的常用溶剂是水，如果使用其它溶剂则必须控制生产中的阻燃防爆安全，以及溶剂的毒性问题。2.微胶囊的主要制备方法1)制备方法根据芯材和壁材的组成可分为三种情况：①把脂溶性囊芯或固体分散在水溶性壁材溶液中形成水包油型乳液，为水溶液型；②把水溶性囊芯分散在疏水性有机溶剂的壁材溶液中形成油包水型乳液，为有机溶液型；③以其它方法制成的湿微胶囊浓浆液为囊芯，为囊浆型

2.微胶囊的主要制备方法(1)水溶液型水溶液型的囊芯材料为脂溶性材料，如油脂等，壁材则是水溶性聚合物，如明胶、酪蛋白，糊精、阿拉伯树胶、甲基纤维素、羧甲基纤维素，羟乙基纤维素、羟丙基纤维素等。喷雾干燥法制备微胶囊要求壁材溶液黏度较低，因此溶液浓度也较低，而且囊芯所占比例也较低，一般很少超过50%。例如隐色染料-羟乙基纤维素微胶囊的制法为：将孔雀绿丁基醚溶于液体石蜡中制成5%浓度的溶液，然后按芯材：壁材=17：3000的比例加入到5％羟乙基纤维素的水溶液中，搅拌分散直至形成lμm大小的液滴；把形成的分散溶液在110～130℃通过双液喷嘴喷雾干燥，生成颗粒在1～10μm范围的多核结构的微胶囊。柠檬油-羧化糊精微胶囊的制备是把水溶性羧基化糊精150份溶于300份水中形成壁材溶液，再将37.7份柠檬油搅拌分散在壁材溶液中，控制进风温度和出风温度分别为85℃和38℃进行喷雾干燥而成。2.微胶囊的主要制备方法(2)有机溶液型有机溶液型喷雾干燥可使水溶性囊芯微胶囊化。把囊芯水分散到含疏水性壁材的有机溶液中形成油包水乳液后进行喷雾干燥，由于有机溶剂沸点一般比水低，因此干燥温度相对较低。但是有些有机溶剂有易燃易爆性，而卤代烃溶剂往往对人毒性较大，为避免事故的发生，在使用醇类等极性溶剂时，常加入水形成混合溶剂以降低其可燃性。例如，制备磺胺-氢化蓖麻油微胶囊时，以氢化蓖麻油的氯仿溶液为壁材，控制在进、出口温度分别为90℃和40℃的条件下喷雾干燥，即得到缓释磺胺药物的微胶囊。2.微胶囊的主要制备方法(3)囊浆型有些制备方法得到的微胶囊转变成完全干燥的粉末非常困难，尽管采用了固化处理，但囊壁仍存在粘性和具有溶胀能力，仍然会彼此粘结在一起。将这些固化前的微胶囊浓浆液经过喷雾干燥用很容易得到粉末状的微胶囊。例如，用明胶-阿拉伯树胶为壁材采用复合凝聚相分离法制备的含油微胶囊，在调节pH形成微胶囊后不进行固化处理，在pH=4的条件下直接对微胶囊浆进行喷雾处理，也可使微胶囊壁固化干燥，而且这种方法制得的微胶囊由于没有进行交联固化处理，所以囊壁在温水中可以溶解，并释放出囊芯。因此，这种方法适合制备在温水中可溶的香料微胶囊。2.微胶囊的主要制备方法2)影响喷雾干燥法微胶囊化的主要因素(1)物料的浓度和黏度物料的浓度指喷雾干燥用液的固形物含量，一般为30%～60%。浓度过高，黏度太大，液滴雾化困难；浓度过低，芯材的某些成分易挥发，而且干燥率不高。通常只要不出现严重的粘结现象，物料浓度愈高、黏度愈大，愈有利于形成稳定的微胶囊体。(2)乳化结构芯材和壁材必须制成稳定的乳状液，才能使非连续相的芯材均匀分布于由壁材构成的连续相内，才能形成稳定的微胶囊结构，(3)干燥温度和速率虽然干燥室温度较高，但液滴内部的湿球温度远低于热空气温度。较高的进风温度能使液滴表面迅速形成一层半透性膜。防止芯材中挥发性成分损失。但温度过高会使物料呈流体状态，造成粘滞。另外，干燥速度也影响到囊壁上孔径大小。2.微胶囊的主要制备方法2.3喷雾冷却法和喷雾冷冻法

这两种方法的工艺与喷雾干燥法相似，都是首先将芯材均匀地分散于液化的壁材中，用喷雾方法使液滴雾化，在设定条件下使壁膜较快地固化。与喷雾干燥法的不同之处是喷雾冷却法和冷冻法是通过在干燥室内通入循环冷风，使原来熔融状态的壁材(油脂类或蜡类)冷凝成微胶囊，或利用冷的有机溶剂的脱溶剂作用而干燥来完成的。对于香料等易挥发或对热特别敏感的囊芯，适合采用低温下脱除溶剂使壁材凝聚形成微胶囊的方法。例如，把香料等油性囊芯均匀分散在阿拉伯树胶水溶液中形成水包油乳液后，再通过喷雾装置形成微小雾滴进入到冷的酒精、甘油、丙二醇等有机溶剂中，由于阿拉伯树胶不溶于这些溶剂，而水与这些溶剂相溶，所以水从阿拉伯树胶乳液中逸出，阿拉伯树胶则沉积在囊芯周围形成微胶囊。经过过滤、洗涤、干燥，即得到粉末微胶囊。整个过程可在常温下进行。在喷雾冷却法中所使用的典型壁材是氧化油脂、低熔点蜡等蜡状材料，也可使用其它壁材，如熔点在45～67℃的甘油单二酸酯。在喷雾冷冻法中，壁材可选择熔点为32～42℃的氧化植物油或熔点更低的壁材。2.微胶囊的主要制备方法2.4囊芯交换法

某些水溶液、高极性液体和低沸点液体很难形成微胶囊，囊芯交换法是这类物质微胶囊化的较好方法之一。囊芯交换法首先是采用复合凝聚法制成脂溶性囊芯的微胶囊，在囊壁固化处理之前的具有高渗透阶段把水溶性囊芯溶解在介电常数较低的极性溶剂中，通过壁膜内外的溶剂交换，将水溶性囊芯置换入微胶囊中，然后再进行固化处理以得到水溶性囊心的微胶囊。因此，囊芯交换法也可以被认为是凝聚法的方法之一。柠檬油的微胶囊化是一个典型的例子。2.微胶囊的主要制备方法柠檬油的主要成分是80%～90%油溶性d-柠檬烯，而主要的香味成分水溶性柠檬醛仅占3%～5%。经过真空分馏得到的无萜柠檬油中柠檬醛含量可提高到40%～60%，其水溶性也得到明显提高。单用明胶-阿拉伯树胶复合凝聚法对柠檬油进行包覆仅能包埋油溶性的柠檬烯，水溶性的柠檬醛被排斥在微胶囊外。运用囊芯交换法，将400g含d-柠檬烯的高渗透微胶囊加到500g含20%无萜柠檬油的乙醇溶液中搅拌1h进行囊芯交换，然后去除上层清液，再保持搅拌反应5h，得到大约含有10%无萜柠檬油的微胶囊。在35～40℃下用饱和山梨醇的乙醇溶液洗涤后用流化床进行干燥，使微胶囊的微孔封闭，便得到密封性良好的柠檬油微胶囊粉末状产品。2.微胶囊的主要制备方法在囊芯交换法中，囊芯内外极性和非极性溶剂难以直接交换，需要一种既能溶于水又能溶于非极性溶剂的中间溶剂，帮助非极性溶剂透过壁膜溶解在其中，同时作为交换溶剂携带水溶性囊芯进入微胶囊，完成交换过程。这种溶剂称为交换溶剂。能作为交换溶剂的物质以在室温下的介电常数20以下者交换效率最好。如果介电常数远高于20，进入微胶囊的溶剂总量会太大，有可能使微胶囊膨胀破裂。常用交换溶剂有乙醚、乙醇、丙酮、丙醇、丁酮、丁醇、戊醇、乙醇胺、乙酸丁酯、甲基异丙酮、甲基异丁酮等。2.微胶囊的主要制备方法2.5凝聚法凝聚法又称