微胶囊技术.docx

1、微胶囊技术微胶囊技术微胶囊(micro-encapsulation)技术是一项用途广泛而又发展迅速的新技术。自从1953年微胶囊技术问世以来，经过许多科学家和专业公司的努力，微胶囊技术获得不断的发展和完善。微胶囊技术在国际先进国家发展很快，已达到将此技术应用于细胞载体及液晶等高精尖水平，技术方法也不断完善在食品、化工、医药、生物技术等许多领域中已得到成功的应用，尤其在食品工业，许多由于技术障碍而得不到开发的产品，通过微胶囊技术得以实现，使得传统产品的品质得到大大的提高，为食品工业高新技术的开发展现了良好前景。食品中应用微胶囊技术的目的主要为将液体或气体成分转化成易处理的固体；保护敏感成分，防止

2、其被氧化；控制释放的速度和时间等。由于这些特点，使该技术在食品中的应用越来越广泛。微胶囊技术近几十年来在西方国家食品中的应用十分活跃，美国、日本、西欧的食品中微胶囊应用较多。我国在此方面仍处于探索阶段，直接应用于食品中的实例不多。一、 微胶囊技术原理及意义微胶囊技术又称微胶囊化，是用特殊手段将固体、液体或气体物质包裹在一微小的、半透性或封闭胶囊内的过程。微胶囊的直径一般为22 0 0m，囊壁厚 1020m,此种微胶囊产品在一定条件下可有控制的将所包裹的材料 (称为心材 )释放出来。微胶囊可简单地看作由心材和壁材组成，食品工业中心材的范围很广泛，如维生素、色素、挥发性香料、风味物质、油脂、抗氧化

3、剂、防腐剂、缓冲盐及无机盐等；此外，食品中一些不易贮存的或对其它组分产生不良影响的物质均可作为心材。常用的壁材物质有蛋白类、植物胶类、纤维素类、缩聚物类、油类、无机盐类等，这些壁材既可单独使用，又可混合使用，同时还可添加一些增塑剂、表面活性剂、色素等改良剂来提高品质。食品工业中，壁材的选用需根据产品的粘度、渗透性、吸湿性、溶解性及澄清度等因素来决定，并要求无毒、无嗅，对心材无不良影响。微胶囊技术的优越性在于：（1）可有效减少活性物质对外界环境因素 (如光、氧、水)的反应；（2）减少心材向环境的扩散或蒸发；（3）控制心材的释放；（4）掩蔽心材的异味；（5）改变心材的物理性质（包括颜色、形状、密度

4、、分散性能）、化学性质等。对于食品工业，可以使纯天然的风味配料、生理活性物质融入食品体系，并能保持生理活性，它可以使许多传统的工艺过程得到简化，同时它也使许多用通常技术手段无法解决的工艺问题得到解决。二、 微胶囊化技术方法分类（一）微胶囊的组成 1 心材心材也称为囊心物质，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。既可以是食品中的天然组分，也可以是食品添加剂，其选择具有很大的灵活性。可作为心材的物质有很多，在不同行业、不同用途中有不同的内容。在食品及饮料工业中，可作为心材的物质有：生物活性物质(如活性多糖、茶多酚、SOD等)，各种氨基酸、矿物质元素，各种食用油脂、维

5、生素、香料香精，各种酶制剂、防腐剂。此外甜味剂、酒类、微生物细胞、酸味剂、色素、酱油等也可作为囊心物质。 2 微胶囊的壁材微胶囊技术实质上是一种包装技术,其效果的好坏与“包装材料”壁材的选择紧密相关。一种理想的壁材必须具有如下特点:（1）高浓度时有良好的流动性,保证在微胶囊化过程中有良好的可操作性能;（2）能够乳化心材并能稳定产生的乳化体系;（3）在加工过程以及贮存过程中能够将心材完整的包埋在其结构中;（4）易干燥以及易脱落;（5）良好的溶解性;（6）可食性与经济性。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。常用的一些壁材如下所述 :2.1 碳水化合物用于

6、微胶囊壁材的碳水化合物主要有麦芽糊精、玉米淀粉糖浆、环糊精、壳聚糖、纤维素、蔗糖及变性淀粉等物质。麦芽糊精和玉米淀粉糖浆这两种碳水化合物本身不具备乳化能力，成膜能力也差，但它们与其他具有乳化性的壁材配合后，可提高体系的固形物浓度，有利于降低干燥能耗，减少生产成本。环糊精也不具备乳化能力，但其分子中疏水性空腔能同具有一定大小与形状的疏水性分子形成稳定的非共价复合物，从而起到稳定心材，掩盖心材异味的作用，但环糊精在微胶囊制品中应用有一定的局限性。壳聚糖主要用在复凝聚法微胶囊技术，纤维素及其衍生物主要用在水溶性食品添加剂如甜味剂、酸味剂以及酶或细胞的包埋剂。蔗糖具有溶解速度快、热稳定性高、价格低、来

7、源广的特点，常被用来作为微胶囊的壁材，以往的研究主要限于在挤压法、共结晶两种微胶囊化工艺中使用，最近已开始有将蔗糖用作喷雾干燥法微胶囊工艺的壁材的报道。具有乳化性能的碳水化合物只有辛酰基琥珀酸酯化变性淀粉，这种淀粉分子结构中同时包含亲水亲脂基团，因此具备乳化心材的能力，且已被FDA正式批准使用，它还具备高固形物浓度时低粘度的特点，比传统的阿拉伯胶具有更强的优越性，但它的来源依赖于进口。综上所述，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。2.2 胶质海藻胶、瓜儿胶、卡拉胶可分别用于高脂食品

8、，风味料，汤料与果汁等的包埋剂。阿拉伯胶由于含有约 1 %左右具乳化性的蛋白质，能够乳化心材，而且溶解性能好，因此在微胶囊技术中用途最为广泛，它主要应用在风味料的微胶囊化技术中,但阿拉伯胶的来源价格高且供应不稳定。黄原胶是一种微生物多糖，它在溶液中粘度较大，利于改善乳状液的流变性，增加乳化体系的稳定性，另外在体系固形物含量较低时添加适量的黄原胶，可以提高进料粘度，这对于喷雾干燥过程中形成较大的雾滴十分有利，因此在体系中使用黄原胶有利于微胶囊化工艺过程的实现，便于降低生产成本，黄原胶来源广，因此黄原胶是较为实用的一种微胶囊壁材辅料。 2.3 脂质腊质一般用作喷雾冷却法微胶囊工艺的壁材，主要用于水

9、溶性材料或固体物质等的微胶囊技术，以它为壁材的微胶囊产品在水中不溶解但具有一定条件释放的功能，卵磷脂应用于微胶囊技术的主要在于它在较低温度下就可形成卵磷脂胶束，因而可用于生物活性物质如酶类的微胶囊。卵磷脂作为乳化剂与其他壁材如聚乙烯复配可对甜味剂、风味料等进行微胶囊化，作为一种营养强化剂，它本身也已被制成微胶囊化产品。脂质体微胶囊化技术主要应用在医学上作为药物载体，除保持药物的生理活性外，还有定向释放的作用，该技术对于食品工业而言尚不现实。 2.4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，从而有效的促进了微胶囊过程。研究表明乳清蛋白能与麦芽

10、糊精配合作为奶油或挥发性良好的微胶囊化壁材。大豆蛋白是一种分子量极大的球状蛋白，在制备/乳状液时能定向吸附到油 /水界面形成较强的界面膜，但乳化油滴过程中其球状结构的受热展开使大量憎水基团暴露，导致其在水相的溶解度大大下降。因此以其为主要壁材的微胶囊产品溶解性能欠佳，人们在大豆蛋白功能性质的长期研究中发现采用酶法改性是解决大豆蛋白溶解性的行之有效的方法，一方面减小分子的大小，另一方面由于肽键的断裂，使体系的亲水基团大大增加，从而使分子的亲水性增加，达到改善溶解性之目的。研究表明大豆分离蛋白经酶法改性后溶解性大幅度上升，在pH8.0后可完全溶于水中，而且尚有一定的乳化能力，因此用它来作为水溶性微

11、胶囊化产品的壁材有一定的可能性。明胶是亲水胶体，也是一种重要的蛋白源，已成为许多食品中的重要功能性成分，有许多广泛的用途，明胶同时具备乳化性，成膜性，而且也易溶于水，符合作为胶囊壁材中蛋白源要求。另一方面，明胶还有价格低，来源广的优势，更适合于工业化大生产中使用，实际上明胶也是微胶囊技术中至今为止用得最为广泛的一种蛋白源。目前为止大部分报道主要集中于明胶与其他一些离子型多糖采用复凝聚法形成微胶囊。（二）微胶囊化技术方法分类1 喷雾干燥法喷雾干燥法以其操作灵活，成本低廉，具有良好的产品质量而成为食品工业中应用最广泛的微胶囊化方法。喷雾干燥微胶囊化过程，首先是制备心材和壁材的混合乳化液，然后将乳化

12、液在干燥器内进行喷雾干燥而成。壁材在遇热时形成一种网状结构，起着筛分作用，水或其它溶剂等小分子物质因热蒸发而透过“网孔”顺利的移出，分子较大的心材滞留在“网”内，使微胶囊颗粒成型。心材通常是香料等风味物质和油类，壁材常选用明胶、阿拉伯胶、变性淀粉、蛋白质、纤维酯等食品级胶体。2 喷雾冷冻法与喷雾冷却法这两者与喷雾干燥法的不同点在于干燥室所用的空气温度以及所用的壁材性质不同，喷雾干燥法中采用热空气以将水分去除，而在喷雾冷冻法与喷雾冷却法之中，干燥室空气为室温或经冷却处理，远低于所用壁材如脂质或腊质的凝固点。这两种工艺适应面较窄，一般用于水溶性心材如矿物质、酶、水溶性维生素、酸味剂等的微胶囊化。喷

13、雾冷冻还可用于固体心材，例如 :硫酸亚铁、酸味剂、维生素、固体风味料等的微胶囊化，也可用于一般溶剂中溶解困难的生理活性物质的微胶囊化，同样通过将液态物质冷冻成固态，可实现对液滴的微胶囊。这两种方法所选壁材具有缓释功能的特点。3 空气悬浮法空气悬浮法又称硫化床法或喷雾包衣法，其工作原理是将心材颗粒置于硫化床中，冲入空气使心材随气流做循环运动，溶解或熔融的壁材通过喷头雾化，喷洒在悬浮上升的心材颗粒上，并沉积于其表面。这样经过反复多次的循环，心材颗粒表面可以包上厚度适中且均匀的壁材层，从而达到微胶囊化目的。4 相分离法相分离法又称凝聚法，该方法自 50年代以来主要用于无碳复写纸的生产。主要原理为，将

14、作为壁材的液相从连续相中分离，包覆于心材表面，形成囊壁结构。在这类方法中以复凝聚法最为主要，其他还有 :单凝聚法、盐凝聚法、调节 -聚合物沉淀法。复凝聚法可分为水相相分离法、非水相相分离法两种方法。4.1水相相分离法两种带相反电荷的胶体彼此中和而引起相分离，在此方法中由于微胶囊化是在水溶液中进行的，故心材必须是非水溶性的固体粉末或液体。这种方法中最常用壁材是明胶，在水溶液中当pH大于其等电点时为聚阴离子，而小于其等电点时则成为聚阳离子。利用这一特性当体系中存在其他电解质时，一般为聚阴离子，如：阿拉伯胶、海藻酸钠、琼脂、甲基纤维素等，二者发生相互作用在心材表面形成凝聚相，实现微胶囊化作用。4.2

15、非水相相分离法又称为油相分离法，在此方法中用来作为微胶囊化介质的是聚合物的有机溶剂，首先在体系中形成可充分流动的聚合物凝聚相，使其能够稳定在心材微粒上。一般过程是：首先乳化心材至聚合物与其溶剂构成的“油相”中，然后再加入引发剂或通过调节条件等手段使聚合物覆盖在心材表面并发生相分离，从而实现心材的微胶囊。这方面的应用如药物阿斯匹林，硫酸亚铁的微胶囊化等。相分离法尽管是一种非常有效的微胶囊化技术，但其生产成本很高，而且由于在这种方法中尚缺少可食用的壁材来源，因此对于食品工业而言不是很现实。5 挤压法挤压法是一种比较新的微胶囊技术，特别适用于包埋各种风味物质、香料、维生素C和色素等热敏感性物质，因为

16、其处理过程采用低温方式。工艺流程为先将心材分散到熔融的碳水化合物中，然后将混合液装入密封容器，在压穿台上利用压力作用压迫混合液通过一组膜孔而呈丝状液，挤入吸水剂中。当丝状混合液与吸水剂接触后，液状的壁材会脱水、硬化，将心材包裹在里面成为丝状固体，而后将丝状固体打碎并从液体中分离出来，干燥而成。6 包接络合法包接络合法又称分子包埋法，利用具有特殊分子结构的壁材进行包埋而成。如常用的-环糊精进行分子包埋取得了令人满意的效果。-环糊精是由7个吡喃型葡萄糖分子以-1，4-糖苷键连接成环状化合物，其外形成圆台状，亲水性基团分布在表面而形成亲水区，内部的中空部位则分布着疏水性基团 (疏水中心)，疏水中心可

17、与许多物质形成包接络合物将外来分子置于中心部位而完成包埋过程。包接络合法的方法较简单，一般将环糊精配制成饱和溶液，加入等摩尔量的心材，混合后充分搅拌 3 0 min，即得到所需络合物。对一些溶解度大的心材分子，其络合物在水中的溶解度也比较大，可加入有机溶剂促使析出沉淀，对不溶于水的固体心材，需先用少量溶剂溶解后，再混入环糊精的饱和溶液中。7 界面聚合法界面聚合发生在两种不同的聚合物溶液之间，将两种活性单体分别溶解在不同的溶剂中，当一种溶液被分散在另一种溶液中时，相互间可发生聚合反应。该反应是在两种溶液界面间进行的，界面聚合反应法已成为一种较新型的微胶囊化方法。利用界面聚合法可以使疏水材料的溶液

18、或分散液微胶囊化，也可以使亲水材料的水溶液或分散液微胶囊化。常见过程为 :单体存在于与水不相混溶的有机溶剂中，称为油相。然后将含单体的油相分散至水相中，使其呈非常微小的油滴。当把可溶于水的单体加入到水相中，搅拌整个体系时，则在水相和油相界面处发生聚合反应，结果在油滴表面上形成了聚合物的薄膜，油被包埋在该薄膜之内，得到含油的微胶囊。反之当把含有单体的水溶液分散到油相中去，使其分散成为非常小的水滴，再将单体加入到油相去，则可获得含水的微胶囊，由于界面聚合法中连续相与分散相均必需提供活性单体，因此微胶囊化的效率高。界面聚合法微胶囊化产品很多，例如 :甘油、水、药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等。由于这种

19、方法中所用的壁材均不具可食性，因此在食品工业中还不具备实用价值。8复相乳液法将壁材与心材的混合物乳化再以液滴形状分散到介质中，形成双重乳状液，随后，通过加热、减压、搅拌、溶剂萃取，冷冻、干燥等手段将壁材中的溶剂去除，形成了囊壁，再与介质分离得到微胶囊产品。根据所用微胶囊化介质的不同，此方法又可分为水浴干燥法和油浴干燥法。前一种方法首先形成/乳状液再分散到水溶性介质中形成 (/) /型乳状液，然后去除油相溶剂，使油相聚合物的心材外硬化成壁。后一种先将心材乳化至聚合物的水溶液形成/乳液，然后再将其分散到稳定的油性材料如 (液态石蜡，豆油 )，形成 (/) /双重乳液，然后再除水，使水相聚合物的心材

20、外硬化成壁。水浴干燥法的应用如过氧化氢酶的微胶囊化，油浴干燥法的应用如鱼肝油的微胶囊化。微胶囊化的方法还有如 :离心挤压法、旋转悬浮分离法、共结晶法、脂质体包埋法等，在此就不做详细介绍了。三、微胶囊技术在食品工业中的应用1 微胶囊化香料和风味料微胶囊香料是最早应用于食品工业的微胶囊技术，它大大提高了耐氧、光、热的能力，提高了香料和风味料的加工性和稳定性，延长了贮存期，极大地拓宽了香味料的使用范围。微胶囊化香料和风味料作为添加剂，应用于食品工业的许多方面，如焙烤食品时，将桂皮醛以脂肪微胶囊化，添加于发酵食品中，即达到保证风味的要求，又不妨碍发酵；生产糖果时，加入-环糊精包埋的薄荷油，能防止加工过

21、程中薄荷油的损失；口香糖中加入微胶囊化的风味物，食用时与唾液接触 ，即刻释放香味，使得口味更浓厚等。生产微胶囊化香料和风味料的主要方法有：喷雾干燥法、挤压法、包接络合法等。喷雾干燥法经常用于微胶囊化香料的生产，具有方法简单、操作方便、生产成本低等优点。可使用的壁材有明胶、卡拉胶、阿拉伯胶、改性淀粉和-环糊精等。挤压法是生产粉末化香料的一种较新技术，整个工艺在较低的温度及人工调控下进行，产品质量较好，对香料品质有特殊要求的情况时，通常应用挤压法来满足生产的需要。2 食用油脂的微胶囊化微胶囊技术应用到油脂生产上，极大地提高了粉末油脂产品的质量，并拓宽了应用范围，几乎所有的油脂，如花生油、玉米油、大

22、豆油、猪油、椰子油、棉子油等均可转化成固体粉末油脂。应用的壁材主要有明胶、阿拉伯胶、淀粉、改性淀粉、糊精、卡拉胶、植物蛋白等。配合使用的乳化剂有卵磷脂、单甘酯、蔗糖酯等。采用的微胶囊化方法主要有喷雾干燥法、凝聚法和分子包埋法。3 微胶囊化酸味剂近年来，随着各种方便食品的开发，酸味剂的品种也越来越丰富。但如果把某些酸味剂直接添加到食品配料中，酸味剂会与果胶、蛋白质、淀粉等成分发生作用，而使食品产生劣变。另外，酸味剂可促进食品氧化，改变配料系统的 pH值，有很强的吸湿性等。因此，采用微胶囊技术，将酸味剂包埋起来，大大减少酸味剂与外界的接触，保证了食品的品质及贮藏期。如腌制肉品中添加微胶囊化乳酸和柠

23、檬酸，通过控制熏烟温度，逐步释放出酸，从而保证了产品质量，免除发酵工序，使制造时间缩短5h。目前，微胶囊化柠檬酸、乳酸、苹果酸、抗坏血酸等产品已商品化，广泛用于布丁粉、馅饼填充物、点心粉、固体饮料及肉类的加工业中。生产微胶囊化酸味剂主要采用喷雾干燥法、分子包埋法、凝聚法和空气悬浮法等。生产中通过对不同壁材的选择可设计生产出不同用途的新产品，如可设计成能在冷水中溶解、能在热水中溶解及在较高温度下才能释放的耐高温型各种微胶囊酸味剂产品。4微胶囊化酶制剂和细胞酶作为生物催化剂具有不稳定性，在食品加工过程中，酶易受外界因素影响而失活，如:在制造切达干酪时，常在牛奶中添加蛋白酶来分解蛋白质以增加风味;但

24、如果直接将蛋白酶加入牛奶中，这些酶会在加工中流失。因此，将酶制剂用微胶囊包埋起来，在加工过程中会保持性质稳定，缓慢地发挥作用。微胶囊化细胞同样在工业中得到应用。例如，在香槟酒的生产中，为了加速产气，法国轩尼诗酒厂采用新工艺，将酵母细胞以微胶囊形式包埋于半透膜中，因此大大减少了产气时间和工作量。5微胶囊化防腐剂在实际应用中这类产品主要利用微胶囊的控制释放及缓释的特点，避免在加工过程中由于直接加入山梨酸、苯甲酸等防腐剂影响产品质量。例如，饮料、罐头等食品的防腐剂微胶囊化，可以减少添加量，控制缓效释放，达到对使用者健康有利的目的。不久前问世的微胶囊化低度乙醇杀菌防腐剂，采用改性淀粉、乙基纤维素、硅胶

25、等为壁材制成的高浓度固体防腐剂，应用于食品、水果的包装袋中，缓慢释放乙醇蒸气而达到杀菌的目的。6 微胶囊复合蔬菜饮料赵良忠等研究提出了运用微胶囊技术生产固体复合蔬菜饮料的工艺及生产方法，结果发现利用此技术可以生产出色泽艳丽，风味独特，外形美观的营养型复合蔬菜饮料。下面介绍一下此方法及生产工艺。6.1 工艺流程6.2 工艺说明6.2.1 蔬菜原料处理 将几种蔬菜洗净，沥干余水，用捣碎机捣碎，均质机将蔬菜泥均质，然后加入如糖、盐、香料等配料。6.2.2 微胶囊生产先将水加热煮沸，加入蔗糖配成8%左右的糖浆，过滤，加入糖浆中1.21.4%的海藻酸钠，待海藻酸钠溶化后加入葡萄酸内脂溶液及其它辅料，配制

26、成海藻酸钠胶体溶液。取蔬菜浆1份，加入菜浆等重的胶体溶液及菜浆重44%的50%浓度的全脂奶液，混匀，然后泵入造囊机中生产微胶囊粒子。1 磁力搅拌器钙化器调节阀成型管贮料缸原料出口回流管饮料泵料液固定架图1 微胶囊成型示意图将调配好的适宜浓度的氯化钙溶液倒入钙化器，开启磁力搅拌器，使得氯化钙溶液形成环流。开启饮料泵，将混合料泵入贮料缸中，打开调节阀，调节流速适中，使浆料均匀滴入钙化器中硬化而形成圆形含蔬菜浆的微胶囊颗粒。配制浸渍液，将其加热至沸腾，投入适当微胶囊颗粒于该溶液中，加热半小时左右，捞出沥干浸渍液，转入热风化床中干燥，然后用冷风迅速降温，包装成品。 7 微胶囊化果汁技术邓光辉等利用微胶

27、囊技术对芒果饮料留香试验如下 :7.1工艺流程抗氧化剂 CaCl2 溶液 芒果肉 打浆 均质 微胶囊形成 产品 消毒 压盖 装瓶 漂洗 其它配料液7.2试验方法7.2.1芒果原料处理选用外表鲜黄，成熟度九成以上的芒果作原料。将芒果洗干净，放入沸水中热烫一分钟左右，去皮去核，然后将果肉放入打浆机打浆，放入少量抗氧化剂Na2SO3，所得果浆经胶体磨均质即可得到颗粒微小的均匀的果浆均质体。7.2.2微胶囊的生产将含海藻酸钠 1.2%，糖8%的溶液，按1:1的比例与芒果浆均质体混合均匀，混合液溶转入胶囊生产成型机。将3% Ca Cl2 溶液注入钙化器中，搅拌，使 Ca-Cl2 溶液在钙化器内形成环流，

28、打开胶囊生产成型机使混合浆抖均匀滴下，速度为每分钟200滴，钙化器内温度控制在55至65。浆料滴到钙化器内遇到CaCl2即形成大量圆形的胶囊颗粒。定时将胶囊颗粒移出，用去离子水冲洗 56次，除去胶囊上残余的钙盐溶液，即可得到芒果浆胶囊颗粒。7.2.3 液体配制用去离子水配制10%糖溶液，加入0.1%山梨酸作防腐剂，加入少量果胶或琼脂，添加一定量芒果将均质体，充分混合作为饮料配料液。7.2.4成品将配料液，按不同的比例与芒果浆胶囊颗粒进行混合，装瓶，压盖封口，杀菌消毒即得成品饮料。7.3 结果试验结果表明以海藻酸钠作为壁材，在温度为5565之间制造得的芒果浆胶囊，有较好的稳压性，外形也比较固定，能够较好地包埋芒果原浆，有效地保留了芒果原有独特的风味。按照配料液与芒果浆胶囊为 9:1的配方，生产出的饮料，从口感、风味及颜色等方面都比较好，特别在口感上基本保留原来芒果的特色，这说明利用微胶囊技术在芒果饮料生产中对香味的保持是成功的。