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39 食用色素微胶囊的制备食用色素微胶囊的制备 陈培活 (浙江吉高德色素科技有限公司，浙江 温州 325802) 摘摘 要：要：用复合凝聚法以明胶和阿拉伯胶为壁材，将食用色素微胶囊化。采用正交试验获得了最佳包 结条件为：明胶与阿拉伯胶的质量比为1：1、胶体与食用色素的质量比为10：4、包结的温度为40、 体系的pH值为4.0，这个复合凝聚方法可得到较高的收率。 关键词：关键词：复合凝聚；微胶囊；明胶；阿拉伯胶；食用色素 前 言前 言 微胶囊(Microcapsules)技术是一种用成膜材料 把固体或液体包覆使形成微小粒子的技术，得到的 微小粒子称微胶囊；微胶囊的粒径大小一般在 5 200，囊壁的厚度在 0.2几 范围内，通 常把包在微胶囊内部的物质称为囊芯，囊芯可以是 固体，也可以是液体或气体；微胶囊外部由成膜材 料形成的包覆膜称为壁材。壁材通常是由天然的或 合成的高分子材料形成，也可以是无机化合物。微 胶囊技术的优势在于形成微胶囊时，囊芯材料被包 覆而与外界环境隔离，囊芯材料的性质毫无影响地 被保存下来，也可以在适当时机，壁材被分解时又 将囊芯物质释放出来，这样给使用上带来许多特殊 的应用性能。这极大地促进了微胶囊技术的研究和 开发工作，使得微胶囊技术成为当前重点开发的高 新技术之一。 鉴于食用色素在耐酸碱性、耐氧化及还原剂等 方面有诸多局限性，使其在许多本身具有氧化、还 原性的或者在含有抗氧化剂等添加物的食品、药品 及化妆品中，无法达到满意的使用效果，传统的加 工技术已不能满足这些要求，而微胶囊技术的独特 功能可以使许多传统工艺无法解决的难题得以解 决。 本文以食用色素作为囊芯材料，用阿拉伯胶 （带负电荷）和明胶（pH在等电点以上带负电荷， 在等电点以下带正电荷）作囊壁材料，食用色素先 与明胶、阿拉伯胶等量的溶液相混合，在液体石蜡 中制成乳浊液，负电荷胶体为分散相，在4060 温度下用稀酸调节pH4.5以下使明胶全部带正电荷 与带负电荷的阿拉伯胶发生复凝聚作用，使食用色 素被包裹于形成的微胶囊微粒中，克服了食用色素 在上述某些使用方面的缺陷。食用色素微胶囊技术 尚未见有文献报道。 1 实验实验 1.1 主要原料及仪器 食用色素：本公司产品，食用级；阿拉伯胶、 明胶、液体石蜡：市售，食用级；醋酸：市售，食 用级。 高剪切混合乳化机：德国IKA公司；SXP-5C显 微镜：上海光学仪器厂；757分光光度计：上海精 密科学仪器有限公司。 1.2 微胶囊的制备 称取等量的阿拉伯胶、明胶分别用蒸馏水配制 成一定浓度的溶液，将两种溶液搅拌混和均匀，再 将一定量的色素溶解在此溶液中，得到一种均匀的 单相溶胶，然后将此溶胶加入到液体石蜡中，在 4060的温度下用高剪切混合乳化机将此混合 液高速剪切混合形成 W/O 乳浊液，液体石蜡为连 续相， 溶胶-色素混合液为分散相， 高倍显微镜下观 察悬浮液滴粒径均在 1030范围内时，滴加 10%的醋酸溶液， 将悬浮液的pH值调整到4.04.2， 保持 pH 值稳定在 4.04.2 之间 15min 后，过滤， 少量水洗涤滤饼并抽干，70干燥得到松散的微胶 囊粉末。 2 结果与讨论结果与讨论 2.1 微胶囊制备条件的优化 复合凝聚法是应用高分子物理化学原理制备 微胶囊的技术，从高分子电解质的基本物化性质可 2009 年 第 9 期 2009 年 9 月 化学工程与装备 Chemical Engineering & Equipment 40陈培活：食用色素微胶囊的制备 知，氨基酸或蛋白质是分子中同时含有可酸式电离 和碱式电离基团的两性离子电解质。当某一pH值 下，它的两种基团电离程度相等，而整个分子以偶 极离子（或内盐）形式存在。把这时的溶液pH值称 为它的等电点（PEI ） 。当溶液中pH值高于等电点 时，氨基酸或蛋白质以酸式电离为主，分子带有负 电荷，在电场中向正极运动；而在溶液pH值低于等 电点时，它以碱式电离为主，分子带正电荷，在电 场中向负极运动。明胶是一种水溶性蛋白质，是一 种典型的两性高分子电解质，在其等电点以上的溶 液中，以带负电的粒子形式存在，而在等电点以下 溶液中，以带正电的粒子形式存在。阿拉伯树胶是 由多种单糖缩聚形成的聚合物， 除在特低的pH之下 （pH）外，在水中的阿拉伯胶分子总是带有负 电荷。 当pH值在明胶等电点以上时将明胶与阿拉伯 胶水溶液混合均匀，此时明胶与阿拉伯胶粒子均带 有负电荷，不会发生相互吸引的凝聚作用。当把混 合液pH值调节到明胶等电点以下时， 明胶离子变成 带有正电荷粒子与带有负电荷的阿拉伯胶粒子相 互吸引发生电性中和而凝聚，并对分散在溶液中的 色素囊心进行包覆形成微胶囊。因此两种胶体的比 例、壁材与囊芯的比例、pH值及温度条件是主要影 响因素，因此选择这4种主要影响因素按4水平进行 考察，通过正交试验，以成色素微胶囊的包埋率K 为评价指标，确定微胶囊化过程中的最佳包覆条 件，正交试验的因素及水平见表1， 正交试验结果 见表2： 表 1 L16(44)正交试验的因素及水平表 因 素 水平 两胶体比例 A 胶体与色素比例 B pH 值 C 包覆温度（）D 1 2:1 10 : 1 6.0 20 2 1:1 10 : 2 5.0 40 3 3:2 10 : 3 4.0 50 4 2:3 10 : 4 3.0 60 注 A：两胶体比例的前项为明胶，后项为阿拉伯胶。 B：胶体与色素比例为胶体总量与色素总量比（W/W） 。 表2 L16(44)正交试验结果表 因 素 实验 编号 A B C D 包埋率 （%） 1 1 1 1 1 32.47 2 1 2 2 2 61.15 3 1 3 3 3 71.22 4 1 4 4 4 75.67 5 2 1 2 3 39.40 6 2 2 1 4 57.38 7 2 3 4 1 69.18 8 2 4 3 2 87.76 9 3 1 3 4 58.55 10 3 2 4 3 61.61 11 3 3 1 2 41.54 12 3 4 2 1 55.37 13 4 1 4 2 51.14 14 4 2 3 1 62.78 15 4 3 2 4 48.31 41 陈培活：食用色素微胶囊的制备 16 4 4 1 3 44.27 K1 240.51 181.56 175.66 219.80 K2 253.72 242.92 204.23 241.59 K3 217.07 230.25 280.31 216.50 K4 206.50 263.07 257.60 239.91 k1 60.13 45.39 43.92 54.95 k2 63.43 60.73 51.06 60.40 k3 54.27 57.56 70.08 54.13 k4 51.63 65.77 64.40 59.98 极差 11.80 20.38 26.16 6.27 方案 A2 B4 C3 D2 从表2得出最佳包结条件为D2 C3 B4 A2，即明 胶和阿拉伯胶两种胶体的比例为1:1； 两种胶体总量与色素总量的比例为10:4；pH值 为4.0；包结温度为40。 2.2 色素微胶囊制备条件的讨论 （1）保持适宜的pH值是保证带正、负电荷的 高分子电解质产生凝聚的必要条件。而pH值在 4.04.5之间即可保证明胶在溶液中成为带正电荷 的粒子， 而阿拉伯树胶在这种pH值时仍为带负电荷 粒子。 （2）反应体系温度应保持在40左右，以保 证复合凝聚相的产生。温度偏低明胶容易单独形成 凝胶析出。温度偏高不容易形成稳定的、均匀的微 粒。 （3）液体石腊的量只需要能满足形成W/O乳 浊液即可，通常为胶体总量的1520倍；高剪切混 合乳化机的转速取决于希望形成的微胶囊粒径，可 在45008500n/min之间选择，本试验选取了 5500n/min。 3 结论结论 明胶和阿拉伯胶两种胶体的比例为 1:1 较为合 适，此条件下微胶囊产率最高；两种胶体总量与色 素总量的比例为 10 : 3.54.0 较为合适， 此条件下 色素微胶囊产率最高；pH 值为 4.0 4.2 最为适 宜；包结温度为 40较为合适。 （上接第（上接第 44 页）页） 这些因素都不利于中间产物(轻质产品)的生成。因 此，实际工业装置的产品分布将会比模拟结果更 好，比如，柴油产率将有不同程度的增加，液化气 明显减少，干气产率也会有所降低。 总之，对催化裂化装置成功进行基于提升管的 两段催化裂化结构优化技术，工业应用近两年来， 装置运行平稳，说明该结构技术对即对劣质催化原 料，操作的灵活性且具有很好的适应性，其优势凸 现。 参考文献参考文献 1 山红红， 李春义 催化裂化技术进步近况J 当 代石油化工，2006；14(1)：29-31 2 山红红，李春义，钮根林，等流化催化裂化 技术研究进展J 石油大学学报(自然科学版)， 2005：29(6)：135-150 3 罗强，张威毅，张杨，等催化裂化汽油辅助 反应器改