微胶囊化技术

微胶囊化技术主要内容•一、概述•二、微胶囊化技术基础•三、食品工业用微胶囊化方法•四、微胶囊化技术的应用及实例概述一、微胶囊化的目的1、改变物质的物理形态；2、实现有效成分的控制释放；3、保护心材免受环境的破坏；4、降低对健康的危害，减少毒副作用；5、屏蔽味道和气味；6、气味控制释放；7、用于特殊目的的不相容物质的分离二、微胶囊化基本步骤首先将心材分散成细粒，然后再用微胶囊的壁材包裹。如图所示：(a)将已细化的心材分散入微胶囊化的介质中。(b)再将壁材加入该分散体系中。(c)通过某一种方法，将壁材聚集，沉积或包裹在已分散的心材周围。(d)在很多实例中，经(c)形成微胶囊的壁膜是不稳定的，尚需用化学方法或物理方法处理以使其达到一定的机械强度。三、微胶囊尺寸和质量的影响因素♦在微胶囊制备过程中影响微胶囊质量的因素与所用的方法有关，一般溶剂的选择与混合、心材在水中的溶解性、溶剂的回收速度、壁材聚合物的类型及相对分子质量、壁材聚合物的结晶度。♦在微胶囊制备过程中影响微胶囊尺寸的因素同样与所用的方法和工艺有关，主要有乳化条件、反应原料的化学结构、有机相的含量、相关物质的黏度、表面活性剂的浓度和类型、容器及搅拌器的构造和聚合反应制备时的温度等。四、微胶囊的物理性质微胶囊的直径一般在微米至毫米范围内，一般直为11000μm的颗粒。直径＜1μm的颗粒，称之为纳米颗粒或纳米胶囊，直径＞1000μm的颗粒称之为微粒胶囊或大胶囊。微胶囊是由被壁材和壁材组成的，包裹于内部的材料一般称作活性物、活性剂、心材、内相、核、有效载荷或填充物，壁材通常称作壁、载体、壁、涂层或膜。它可以是有机聚合物、水溶胶、糖、醋、脂肪、金属或无机氧化物等。其基本组成如图：微胶囊化技术基础一、设计微胶囊时常需考虑的问题•心材的性质•壁材的来源及性质•微胶囊化介质，微胶囊化的介质是气体、有机溶剂、或水•微胶囊的成型是通过一步还是多步方法完成的。•微胶囊的囊壁性能与结构，包括微胶囊囊壁表面性能、渗透性、密度、韧性、毒性安全性等。•微胶囊的应用环境二、微胶囊的制备方法根据微胶囊的性质、囊壁形成的机制和成囊条件,其制备方法一般分为物理法、化学法和物理化学法三大类。化学法：主要利用单体小分子发生聚合反应生成高分子或膜材料并将芯材包覆,常使用的是界面聚合法和原位聚合法。物理法：物理法是利用物理和机械原理的方法制备微胶囊,主要有空气悬浮法、喷雾干燥法、真空蒸发沉积法和包结络合法等。物理化学法：通过改变条件(温度、ｐＨ值加入电解质等)使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉出来并将芯材包覆形成微胶囊,具体有凝聚法油相分离法、干燥浴法、熔化分散冷凝法等。分为囊心物的分散、囊材的加入、囊材的沉积和囊材的固化4步.三、微胶囊化工艺的选择设计微胶囊化工艺必须要全面地考虑整个系统：微胶囊本身、释放机理以及各个组分的有效利用率。1、基本原则(1)适宜的原料成本；(2)原料的可用性：(3)良好生产的可行性：(4)较低的综合制造成本。2、微胶囊壁材的选择(1)微胶囊壁材的通透性：(2)微胶囊壁材的机械性能(3)微胶囊壁材的可降解性：(4)微胶囊壁材的易加工性食品工业用微胶囊化方法1、喷雾干燥微胶囊化（1）典型工艺疏水活性物O/W悬浮液水和载体干燥室分离器热空气或冷空气雾化水蒸气干燥胶囊粉末喷雾干燥法制备微胶囊的工艺流程（2）喷雾干燥法的优点--能完全控制制成产品的大小、核心与外壳比例、溶液黏度及浓度--能用于不稳定物质的微胶囊制作二、相分离凝聚法·相分离法可分为水相系统相分离法、有机相系统相分离法·制备方法：将核心物质分散在外壳物质溶液中，藉由改变状态，让含有核心物质的外壳聚合物能产生凝集，而将其分离于聚合物溶液中添加某种物质，使整个溶液系统分离成高稠度溶液及稀薄溶液两相，此种相分离称为凝聚或胶凝作用。三、挤压法♦原理：将心材物质分散于融化的糖类物质中，然后将其挤压通过一系列模具并进入脱水介质，这时糖类物质变硬，同时将心材包裹，得到一种糖状的微胶囊产品.♦挤压法能够形成致密完整的玻璃态壁材结构，具有优良的阻隔性能，但包埋率较低(约8%)，若包埋率提高微囊不稳定、易渗漏、易氧化，从而限制了这一技术广泛应用。一般流程糖水解淀粉混合物干燥产品加热融化乳化剂乳化挤压搅拌分离磨光混合抗氧化剂香精油挤压法生产微胶囊化产品工艺流程四、流化床法♦其制备过程是囊芯颗粒置于多孔板上，通入空气使囊芯分散悬浮在承载气流中，然后将溶解或熔化的壁材通过雾化喷头喷洒在循环流动的囊芯粒子上，并沉淀在其表面，经过多次循环，形成厚度适中均匀的微囊。♦常用的包囊壁材有：多糖、蛋白质、胶类、一些聚合物等，最近许多报道用熔融脂肪、蜡、乳化剂等作为微囊壁材。五、超临界流体快速膨胀法/超临界抗溶技术♦其过程与喷雾干燥法相似，将溶有壁材的超临界流体喷雾到一个低压喷嘴（喷雾塔）内，活性组分经小孔释放压力的突降使得壁材中的溶剂蒸发并沉积在活性组分表面，形成微囊。♦这是两种基于超临界流体(SCF)的新型微胶囊化方法，利用超临界流体具有低粘度、低密度、高溶解力、高扩散力、高分散性等优点。微胶囊化技术在食品工业的应用及实例1、香精香料香精香料易挥发、对湿热敏感、易与其它组分反应等，在食品加工和贮存过程中的损失经常发生，微胶囊化技术可以很好的保护这些物质，提高其稳定性和加工性。微囊化香精香料可应用于食品工业的许多方面，如用于口香糖中使其具有良好的释放性，并提高其强度；另外还可利用β－环状糊精分子包接法微囊技术掩蔽一些不良风味，如大蒜强烈的辛辣味。2、甜味剂许多人造甜味剂，如阿斯巴甜，在食品工业中的应用十分广泛，与风味物质相似，其不稳定，对热、湿敏感，易与其它物质反应。研究认为，微胶囊技术能够很好的保护这些物质，常用壁材有脂肪、淀粉、PVA、玉米蛋白等。3、防腐剂食品中添加大量的防腐剂不仅影响产品的感观，而且对人类的健康也不利，为了解决这些矛盾，开发研制出了微胶囊化防腐剂，在实际应用中主要利用了微胶囊的控制释放和缓释性能。这类产品主要有微囊化柠檬酸、抗坏血酸、乳酸、山梨酸、苯甲酸等。4、酸味剂许多酸味剂直接添加到食品配料中会与果胶、蛋白质、淀粉、色素等成分作用而影响食品品质。酸味剂还可促进食品氧化、改变配料系统的pH值等。采用微胶囊技术将酸味剂包覆起来，减少其与食品组分的直接接触，不仅保证食品的品质及贮藏期，而且增加了酸味剂的稳定性。5、膨松剂利用微胶囊技术对膨松剂进行包埋，可有效地控制气体的产气速度。6、抗氧化剂不饱和脂肪酸易于氧化变质，在食品工业中常用油溶性天然VE作为抗氧化剂，其氧化产物可以与抗坏血酸反应重新生成VE。但其氧化产物存在于油相中很难与水相中的抗坏血酸盐反应。最近研究用脂质体包埋抗氧化剂如VE形成稳定的微囊系统，VE被包裹在脂质体壁内，而抗坏血酸盐被亲水相捕获。微胶囊加到亲水相中，并聚集在水油界面，因此，抗氧化剂就集中在氧化反应发生的地方，也避免了与其它食品组分的反应。7、酶制剂酶为生物催化剂极不稳定，在食品加工过程中易受外界因素影响而失活。控制酶释放的常用方法是用脂质体将其包埋，常用的脂质体为磷脂。脂质体包埋的酶除作为控制释放系统外，还可作为固定酶反应器，提高酶的稳定性，允许反应底物和产物自由进出，并利于酶的回收。8、粉末油脂用微胶囊化技术将液体油转变成粉末状态油脂，应用方便、风味独特、营养丰富、稳定性极佳。9、微胶囊化微生物双歧杆菌必需到达人体肠道才能发挥生理功能，而其对营养条件要求高、对氧极为敏感、对低pH值的抵抗力差以及胃酸的杀菌作用等使得产品中绝大多数活菌被杀死。采用微胶囊技术可以保护双歧杆菌以抵抗不利的环境，现采用双层包裹法，用棕榈油作内层壁材将双歧杆菌包裹起来，再用大分子明胶溶液包裹制成双层微囊，活菌数高、保存性好，可到达人体肠道，发挥相应的生理功能，真正起到有益于健康的作用。10、其它微囊化产品一些营养强化剂、色素、维生素、矿物质、多肽、风味剂等不稳定的成分都可以采用微胶囊技术增加其稳定性，拓展其应用范围。微胶囊化技术是21世纪重点研究开发的高新技术之一，应用于食品工业上极大的推动了其由低级产业向高级产业的转变。今后，微胶囊化技术以及理论研究还需进一步深入；开发安全无毒副作用、易降解的壁材；发展脂质体和多层复合微囊化新技术；尽可能降低微胶囊的生产成本；微胶囊芯材的控制释放机理及其测定方法；尽可能实现工业化等方面将是近期研究发展的重点。我们相信微胶囊技术将成为食品科学家强有力的“工具”。谢谢观赏