微胶囊技术课件

微胶囊技术（一）基本概念微胶囊：指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物。其大小一般为5-200μm不等，形状多样，取决于原料与制备方法。微胶囊化：制备微胶囊的过程称为微胶囊化。微胶囊技术（MicrocapsuleTechnology）：指将固体、液体或气体物质包裹在半透性或密闭的微型胶囊内的技术。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。一、基本概念及分类食品造粒---微胶囊造粒技术微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物微胶囊造粒技术就是将固体、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囊产品的技术微胶囊内部装载的物料称为心材(或称囊心物质)，外部包裹的壁膜称为壁材(或称包囊材料)心材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可以作为心材的物质很多，如：膳食纤维活性多糖生物活性物质氨基酸维生素矿质元素微生物细胞甜味剂、酸味剂等。壁材选择壁材的基本原则是：能与心材相配伍，但不发生化学反应；能满足食品工业的安全卫生要求，应具备适当的渗透性、吸湿性、溶解性和稳定性等

无机材料和有机材料均可作为微胶囊的壁材，如：植物胶淀粉纤维素蛋白质聚合物蜡、类脂物等芯材：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。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。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。囊壁囊芯

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微胶囊沸腾制粒干燥器沸腾制粒方法是喷雾技术和流化技术综合运用的成果，使传统的混合、制粒、干燥过程在同一密闭容器中一次完成，故又称为“一步制粒器”FLCFLB型沸腾制粒干燥器常州优力干燥设备有限公司空气由系统风机从过滤器、加热器入口吸入，经净化、加热后从制粒器下部筛网穿过，高速气流维持粉末物料悬浮，形成稳定的流化床粘结剂溶液经输液泵压送到喷枪，呈雾状喷射到干燥室中，使粉末凝聚成多孔状颗粒粒子形成后，按预定周期在干燥器中干燥，含湿空气经干燥器顶部防静电袋滤器脱除粉尘后排至室外沸腾制粒干燥器的特点粉末制粒后，改善了流动性，减少了粉尘的飞扬，同时获得了溶解性良好的产品由于混合、制粒、干燥过程一次完成，热效率高产品的粒度能自由调节设备无死角，卸料快速、安全、清洗方便微胶囊粒子的类型：囊芯可以是一种物质，也可以是多种物质，形成单核、多核或多核无定形状态；囊壁有单层、多层和不同壁层，形成微胶囊簇和复合微胶囊。（二）微胶囊的分类缓释型微胶囊囊壁相当于半透膜，在一定条件下芯材物质可透过，从而延长芯材物质的作用时间；压敏型微胶囊壁材在一定压力的作用下会发生破裂，从而使芯材流出；热敏型微胶囊温度的升高使壁材软化或破裂从而释放出芯材物质，或者是芯材发生分析重排或异构而产生颜色的变化；光敏型微胶囊膨胀型微胶囊壁材为热塑性的高气密性物质，芯材为易挥发的低沸点溶剂，当温度升高到高于芯材沸点时，溶剂蒸发而使胶囊膨胀，冷却后胶囊依旧恢复原先的状态。

（三）微胶囊的目的1、粉末化将气体、液体原料固体化；2、提高物质的稳定性(易氧化，易见光分解，易受温度或水分影响的物质)；3、隔离活性成分能保持食品中微量营养素和生理活性物质对人体的活性作用。4、改变物料密度根据需要改变物料的密度，从而使其下沉或上浮；5、降低挥发性防止风味成分的挥发,减少风味损失；

6、控制心材释放和作用的时间和数量微胶囊产品经由预先设计的溶解和释放的机理,可提供特殊的释放方式；7、降低毒性减少食品添加剂的毒理作用等；8、能使不相容成分均匀地混合9、掩味

二、微胶囊的制备（一）微胶囊的壁材壁材选择原则1囊心亲油，壁材亲水，反之亦然；2具有成膜性和粘着力。3与核心物质不起化学反应，具有较好的渗透性、吸湿性、溶解性和乳化性。4符合食品卫生要求。5材料易得、成本低廉。常用的一些壁材如下：

1、碳水化合物作微胶囊壁材的碳水化合物有：麦芽糊精玉米淀粉糖浆环糊精蔗糖壳聚糖纤维素及其衍生物辛酰基琥珀酸酯化变性淀粉

……

通常一种材料很难同时具备上述性能，因此在微胶囊技术中常常是采用几种壁材复合使用。

综上，用作微胶囊壁材的碳水化合物以麦芽糊精，玉米淀粉糖浆，蔗糖较为切合实际，这三种碳水化合物中由于玉米淀粉糖浆的价格较高，因此又以麦芽糊精与蔗糖最具实用性。

2、胶质

海藻胶瓜儿胶、卡拉胶阿拉伯胶黄原胶等。

3、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。如卵磷脂，等。4、蛋白质

采用蛋白质作为微胶囊壁材主要在于蛋白质的乳化性能，能够在两相界面形成有良好粘弹性的界面膜，从而有效促进了微胶囊过程。乳清蛋白能与麦芽糊精配合作为奶油或挥发性良好的微胶囊化壁材大豆蛋白酪蛋白、酪蛋白酸钠明胶：同时具备乳化性，成膜性，易溶于水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。（二）微胶囊化的方法

物理法

化学法

物化法

空气悬浮法、喷雾干燥法、喷雾凝冻法、真空蒸发沉积法、静电结合法、包结络合法、多孔离心法、界面聚合法、原位聚合法分子包囊法、辐射包囊法水相分离法、油相分离法、孔膜挤压法、熔化分散法、粉末床法、囊心交换法、锐孔-凝固浴法、复相乳液法(干燥浴法)分类具体方法壁材应用领域化学法界面聚合法原位聚合法分子包囊法辐射包囊法聚酞胺、聚氨酯、聚脲、聚酯、乙烯基聚合物、三聚氰酰氨、尿素树脂、海藻酸、明胶全色热教纸、感压复写纸、黏合剂、农药、热膨胀剂、化妆品、油墨、医药、香料物理法喷雾干燥法、喷雾凝冻法、空气悬浮法、真空蒸汽沉淀法、静电结合法、多孔离心法明胶、有机溶剂、可溶的聚合物、聚苯乙烯、聚乙烯、石蜡药品、感压复写纸、香料、酶药品、医药品、饲料物理化学法水相分离法、油相分离法、囊心交换法、挤压法、锐空法、粉末床法、熔化分散、复相乳液聚合物、医药品、氧化铝、农药、炭素、明胶、淀粉、纤维素、聚酰胺、聚氨酯、金属、石蜡医药品、农药、食品、化妆品微胶囊方法分类空气悬浮法先将固体粒状的囊心物质分散悬浮，然后喷洒壁材，干燥形成微胶囊。适用于包制固体的囊心物质，目前多用于香精香料及脂溶性维生素等的微胶囊化。1、物理法喷雾干燥法应用最普遍，其工艺过程经济且灵活，所使用的设备适应性强、产品质量好，也是最古老的包埋方法之一，早在1930年就已应用于香料的包埋。适合于憎水性物料的微胶囊化。工艺流程如下所示：囊材和囊心物质→混合→均质、乳化→乳化液→在热空气中雾化和干燥→脱水→微胶囊产品

喷雾干燥法优点：

干燥速率高、时间短物料温度较低，适用于热敏性物质的干燥产品纯度高具有良好的分散性和溶解性生产过程简单，操作控制方便，易于实现大规模工业化生产。

缺点耗热量大设备的热效率低，介质消耗量大干燥器的体积较大，基建费用高芯材有可能残存在微胶囊的表面，存在被氧化的可能。喷雾凝冻法

与喷雾干燥过程类似，不同点主要有以下两点：干燥室内空气的温度及壁材的选用。

喷雾干燥是用热空气将物料的水份蒸发，而喷雾凝冻法则是用冷空气将干燥室内的温度冷却到室温或所需冷冻温度，远低于所用壁材如脂质（硬脂酸）或蜡质的凝固点。溶剂脱水法工艺原理：

首先将含有一定包囊材料的水溶性囊心及其乳化液制成均匀的混合液，然后再将这种液体混合到一定的极性溶剂中，利用液体溶剂吸收微囊液滴中的水分从而达到干燥的目的，最终形成一种结构坚实的微型胶囊颗粒并从溶液中沉淀出来。溶剂脱水法

该法的工艺流程如下所示：囊材（阿拉伯胶）和囊心物质（调味香料）→混合→均质、乳化→乳化液→在乙醇中雾化和干燥→脱水→微胶囊产品主要特点：工艺过程在低温下进行；目前主要用于热敏性且易被氧化香料的粉末化生产。孔膜挤压法

作用机理：首先将悬浮在一种液化了的介质中的物料，经过一系列的孔膜用压力挤压到一种盛有脱水液的水溶液中，当被经过孔膜挤压出来的这种混合物在接触到脱水液体时，包囊材料便发生硬化并随之包覆在囊心物质的表面上，然后再从脱水液中分离出由于挤压所形成的细丝，对其进行干燥并研成粉末状，以便降低它的吸湿性，这样便形成了初产品。特点：

1、在低温条件下进行；

2、制得的产品货架期长。目前该工艺主要用于生产微胶囊化的香科及色素等。包结络合法

这是一种利用β-环状糊精作为载体，在分子水平上进行包结的微胶囊化技术。

β-环状物精分于是由7个葡萄糖分子以α-1，4糖苷键连接成环状，分子呈圆柱形，表面是亲水区，内有一个中空的近似圆柱形的疏水区。

包结络合反应只发生在有水的条件下，水分子占据了环状物精分子中间的疏水区，很容易被极性较低的客体分子所取代，从而进行包埋。特点：包结络合物在干燥的条件下很稳定，要在2000℃的温度下才能被分解，但在人体口腔的温度和湿度条件下，囊心物质易被释放。该工艺技术主要用在香精、色素及维生素等微胶囊化产品的生产加工上，但成本较高。

旋转分离法

工艺原理：

是先将囊心物质与包囊材料混合，在转盘中旋转，过量的液体包囊材料雾化形成比已包埋的颗粒更细小的微粒，从而使二者分离。过量的包囊材料得以回收，包囊过的粒子通过冷凝或者干燥的方法进行固化。特点：高效；应用范围广。界面聚合法此方法是将芯材物乳化或分散在一个有壁材的连续相中，然后在芯材物的表面通过单体聚合反应而形成微胶囊。特点：

1、该法适用于亲水性及亲油性的物料微胶囊化

2、不适于易变的、不稳定的材料微胶囊化。

被用于微胶囊化甘油、水、药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等。2、化学法原位聚合法

此方法是将反应单体与引发剂全部加入分散相或连续相中，由于单体在单一相中是可溶的，而聚合物在整个体系中是不可溶的，所以聚合反应在分散相上发生。聚合单体首先形成预聚体，最终在芯材表面形成胶囊外壳。

1、界面聚合法需要分散相和连续相两者均提供单体，而且分别溶解在不相溶的两相中。

2、原位聚合法单体仅由分散相或者连续相中的一个相提供即可。界面聚合法与原位聚合法的区别：凝聚法

又称相分离法，指在囊心物质与包囊材料的混合物中，加入另一种物质或溶剂或采用其他适当的方法，使包囊材料的溶解度降低，从而从溶液中凝聚出来形成微胶囊。

3、物化法特点：

包埋率高，可达85％～90％多用于亲水性物质的微胶囊化缺点：操作成本高，难度大，壁材选择较为困难

复相乳液法

根据使用的微胶囊化的介质不同，该法又分为水浴干燥法和油浴干燥法。水浴干燥法首先形成W／O乳状液再分散到水溶性介质中形成W／O／W型双重乳状液，然后去除油相溶剂，使油相聚合物在芯材外硬化成壁。水浴干燥法的应用如过氧化氢酶的微胶囊化。油浴干燥法

先将芯材乳化至聚合物的水溶液形成O／W乳液，然后再将其分散到稳定的油溶性材料如（液态石蜡，豆油），形成O／W／O双重乳液，然后再除水，使水相聚合物在芯材外硬化成壁。油浴干燥法的应用如鱼肝油的微胶囊化。例：

O/W/O复相乳浊液法制VA、VD水溶性微胶囊

水溶液20克阿拉伯胶、10克明胶、10克糖、45克水、45℃↓乳化液20克VA油、10克VD油↓三相乳浊液500ML豆油、80℃↓造粒↓冷却↓脱除水分1克碳酸钙或20克硅藻土↓分离↓微胶囊三、微胶囊的性能评价释放速度微胶囊芯材的含量微胶囊的包埋量和包埋率包埋量=芯材/壁材包埋率=全部被包裹的芯材/全部芯材微胶囊的囊形与粒径微胶囊的释放释放方法加压、摩擦、酶催化、溶剂水解、萃取、电磁处理等释放模型

零级释放、一级释放和（t）1/2级释放释放机理活性心材物质通过囊壁膜的扩散释放用外压或内压使囊膜破裂释放出心材用水、溶剂等浸渍或加热等方法使囊膜降解而是放出心材释放的方式扩散膜层破裂降解影响微胶囊释放的因素：（1）囊壁厚度（2）囊壁上孔洞（3）囊壁的变形（4）囊壁的性质（5）芯材的性质（6）温度、pH、添加剂等返回四、在食品中的应用（一）在食品添加剂中的应用作用：（1）提高稳定性（2）避免相互影响（3）降低毒性（4）控制释放1、微胶囊化酸味剂、甜味剂2、微胶囊化香味物质例：液体香精、香料粉末化壁材水溶液调制β－环糊精10－50%↓香味物质添加为β－环糊精的5－40%↓均质乳化↓喷雾干燥进风130－190℃，排风60－90℃↓粉末化产品3、微胶囊化天然色素4、微胶囊化防腐剂5、微胶囊化膨松剂6、微胶囊化凝固剂（1）多不饱和脂肪酸DHA与EPA

鱼油中富含DHA、EPA等多不饱和脂肪酸,但DHA、EPA具有高度不饱和性,极容易氧化,而且鱼油本身具有一定的腥味。采用微胶囊技术制成微胶囊化鱼油,既能掩盖鱼油的腥味,又解决了DHA和EPA在加工过程和储存期氧化稳定性问题,耐储藏、流动性好，可作为营养强化剂添加到许多食品中,其应用前景十分广阔。7、微胶囊化生理活性物质（功能性食品基料）(2)双歧杆菌

双歧杆菌是一种专性厌氧菌,对氧极为敏感,对低pH的抵抗力差,活性保持较困难。另外,双歧杆菌必须通过胃环境以大量的存活菌到达肠道并定殖于肠粘膜上才能发挥其生理功能。但由于双歧杆菌在胃酸的环境下,存活菌数会大幅度下降。而微胶囊技术能将双歧杆菌与氧气等外界不利环境隔离;易于添加到各种液态,固态等各种食品中;采用肠溶性壁材后,还能能够防止胃液的破坏,从而使尽可能多的菌体到达肠道,以确保制品的保健功效。(3)肉碱肉碱微胶囊化的目的在于形成保护层,从而与外界环境隔绝,使之在长期曝露于空气的过程中保持稳定和不产生结块,延长其储存稳定性;采用肠溶性壁材,防止胃液的破坏,从而使肉碱能更好地被人体利用,同时具有缓释性能;作为营养强化添加于不同的食品中,可增加食品的附加值。(4)大蒜素通过蒜粉的微胶囊化后,可以掩盖”蒜臭味”,可以防止对胃壁的刺激作用。并可以通过缓释和控释作用,从而延长生物活性成分的作用时间,提高生物利用率。(5)活性肽与功能性蛋白(1)维生素由于许多维生素自身不稳定,容易受外界环境的影响和分解,因此将他们制成微胶囊,可以大大提高其稳定性,不易被氧化,可以很好地延长产品的保质期。例：制备维生素E的实例:

阿拉伯胶4%

明胶3%

蔗糖酯1.0%

麦芽糊精12%

将阿拉伯胶和明胶用蒸馏水在60oC水中溶解,再加入麦芽糊精和蔗糖酯。用磁力搅拌器边高速搅拌边加入维生素E进行乳化,经高质机匀质,然后立刻喷雾干燥。8、微胶囊化营养强化剂例：Vc微胶囊化工艺流程:

称取海藻酸钠→溶于定量水→加热溶解→冷却至室温→加入Vc粉末→搅匀→造粒→固化→干燥→微胶囊产品.（2）矿物质

矿物质即使以相当低的浓度添加到食品中,由于它们会与食品中的其他组分相互作用从而影响其利用率。微胶囊化矿物质元素就是要解决矿物质元素自身稳定性以及矿物质元素对食品产生不良风味等问题,如亚铁添加到食品中,有异味且会产生使人感到不愉快的口感,以及亚铁容易被氧化等。（3）氨基酸

氨基酸添加到一些组合食品中,其主要问题是某些氨基酸本身有特别的异味,臭味,影响产品的风味,部分氨基酸产品本身不稳定。利用微胶囊技术,则克服了上述缺点。应用产品功能微胶囊化香精油抑制香精的挥发损失;保护敏感成分控制释放作用;改变香精的常温物理形态