维生素微胶囊技术的研究发展.pdf

维生素微胶霾技市明硼夯发展 王 曙郝 志敏王 龙李晓刚 ( 江苏省扬州大学动物科技学院， 扬州 2 2 5 0 0 9 ) 【 中图分类号】 T Q 4 6 O 6 文献标识码 A 文章R 1 o o 5 8 6 1 3 ( 2 0 1 1 ) o 1 0 0 3 2 0 3 摘要 ： 近年来， 微胶囊技术在生物医药 、 化工 、 食品等行业得到 了应用和发展。而维生素作为维持动物机体正常生命 活 动不可缺少的一类小分子有机化合物， 前动物维生素缺乏症却时有发生。因而本文拟介绍微胶囊化技术， 探讨维生素微胶 囊技术的发展状况以及维生素微胶囊化的加工 丁艺。 关键词 ： 维生素 ； 微胶囊 ； 加工工艺 由于微胶囊能保护物质免受环境影响， 屏蔽味 道 、 颜色 、 气味， 改变物质重量 、 体积 、 状态或表面性 能， 隔离活性成分， 降低挥发性 和毒性， 控制可持续 释放等多种作用， 自二十世纪j十年代至今， 微胶囊 已被广泛应用于医学 、 食 品、 农药 、 化妆品 、 金属切 削 、 涂料 、 油墨、 添加剂等多个领域。当前微胶囊技 术应用于维生素包被的研究少之又少 ， 由于该技术 可以减少维生素在瘤 胃内的降解程度， 因而在反刍 动物的研究与应用开始引起人们普遍关注和重视。 1微胶囊技术 微胶囊技术 ， 又称微胶囊造粒技术 ， 是一项 比 较新颖、 用途广泛 ， 发展迅速的新技术。 微胶囊制备 技术起源于 2 0世纪 5 0年代，并在 7 0年代中期得 到迅猛发展 ， 在此期间出现了许多微胶囊化的产品 和工艺 。 无论在学术界， 还是在T业领域， 人们对于 微胶囊的制备 、性质和应用都产生 了浓厚的兴趣 。 到 2 0世纪 7 0年代 中期 ，微胶囊技术 已经在医药 、 农业和化T方面得到了广泛的应用 。 鉴于微胶囊化 带来的巨大优越性 ， 目前越来越多的科学工作者正 把微胶囊技术应用于更为广泛的领域 中。 微胶囊技术是利用成膜材料将固体 、 液体或气 体囊于其中， 形成直径几十微米至上千微米的微小 容器的技术。微小容器被称为微胶囊 ， 器壁被称为 壁材或壳材 ， 而其内部包覆的物质则称为芯材或囊 芯。无论物质是具有亲水性还是亲油性 ， 大多数气 体、 液体 、 固体均可以被包囊。 收稿 日期】 2 ( ) 1 0 1 1 2 4 32 包在微胶囊 内的物质称为芯材 ，如食品添加 剂、 营养素、 风味物质等。而外面的“ 壳” 称为壁材， 是 由各种可食的原材料构成 ， 如明胶 、 各类植物胶 、 淀粉及衍生物等。 它们必须是无毒无味及食品卫生 法规所允许的材料 ， 且在食品中的最终用量也应符 合食品卫生法 的相关要求。 微胶囊粒子 的大小一般都在 5 - 2 0 0 m范围 内 ，不 过 在某 些 实 例 中这个 范 围可 扩 大 到 0 2 5 1 0 0 0 m。当微胶囊粒子小于 5 m时 ， 因布 朗运动加剧而很难收集到。 而当粒度超过 3 0 0 m 时 ， 其表面静电磨擦系数会突然减小 ， 失去了微胶 囊的作用 ，因而微胶囊壁厚度通常在 0 2 1 0 m 范围内为宜。 微胶囊因制作方法的不同有球形 、椭球形 、 柱 形 、 无定型等形状。 但最多的是球型。 它们可以是单 核的 ， 也可以是多核的。微胶囊外壁可以是单层也 可能是双层 。 对于挤压成型再粉碎的产品则是无定 型的。 应有最广的喷雾干燥法微胶囊为表面有凹陷 的球形 ， 内部为众多个不连续的球状心。 图 1 常见微胶囊的形状和结构示意图 J - 较袄 扳无定黟 壁材 ， 就是构成微胶囊外壳的材料 ， 也有的称 为“ 包衣 ” 。 可以根据芯材的物理性质和胶囊的应用 来选择壳材料 ，一般可以选用天然或高分子材料 。 在微胶囊技术中 ， 选择壁材 的原则是 ： 油溶性 芯材 物质应采用水溶性包埋材料 ， 而水溶性芯材须用油 溶性包埋材料 。 微胶囊化 的壁材特征是影响微胶囊特性 的至 关重要的因素。 理想的微胶囊化的壁材应具有高度 的溶解性 、 优 良的乳化性能和干燥性能 ， 且其溶液 粘度低 、 成膜性好以及成本低廉等特点 。 2维生素微胶囊技术的发展状况 胶囊 化， 是提高维生素稳定 性 的一种 重要途 径 ， 微胶囊包埋技术 白面世 以来， 由于它具有 防止 被包膜物质受环境影响而分解变质及缓释 、屏蔽 等独特性能， 很快受到普遍重视而被广泛研究 。 现 已广泛应用 于食 品 、 化妆 品 、 纺织 品等生产行业 。 微 胶囊技 术应用 于维生 素保 护 的研 究也很 有成 效 。美 国首次提 出采用基于乙基纤维素 的降温相 分离法 ， 制备微胶囊药物的技术 。 其 主要过程为将 乙基纤维素在 环 己烷 溶液 中加 热至 8 0 一 8 1 q c， 完 全溶解后 ， 加人药物 ， 再 逐渐 降温使 乙基纤维 素均匀析 出， 包裹 于药物表面而形成微胶囊 。 采用降温相分离 法制备微胶囊 ， 分别对 明胶 与 乙基纤维素作 为壁材物质作 了对 比试验， 结果 表 明乙基纤维素 的性能优 于明胶 ， 并在随后 的实 验 中， 他们对 乙基纤维 素微胶囊 的缓释作用作 了 进一步系统 的研究。通过不 同的包膜材料 的包埋 效果分析及 电子显微镜观测 ， 石蜡 、 乙基纤维素和 虫 胶均 能 用 于制 备 包膜 良好 的维 生 素微 胶 囊 ， H P L C检测 也 已经证 实 它们 的屏 蔽及缓 释作 用 。 但石蜡在较 高温度下易软化， 虫胶 法制备 在实现 工艺上较麻烦 。而 乙基纤维素性 能稳定 ， 无 毒副 作用 ， 是 一种 良好的包膜材料 。甘油脂包膜 可以 提高维生素的稳定性 。脂肪和蜡包膜维生素 比乙 基纤维素更有效 ， 但 同时也指 出在受热或摩擦 使 微胶囊膜层受 到破坏后 ， 维生素 的效价也会进 一 步降低 。 微胶 囊 的缓 释效果 取决 于微胶 囊 的成 膜状 况， 如壁厚 、 膜壁的致密性等 。 相凝 聚促进剂如 聚 乙烯 、 丁橡胶 、 聚异 丁稀等能 改善成膜状况， 主要 是 因为它们 能促使 乙基纤 维素在 维生 素 晶体表 面均匀沉淀而形成表 面光 滑 、均匀而致密 的膜 。 相 比之下， 未加相凝 聚促进剂 时， 乙基纤维 素在 晶体 表面沉 降不均匀 ， 容易发 生 自凝 聚， 使 生成 的微胶囊发生粘结 。且微胶囊 表面粗糙， 有很多 微孔， 这些都直接影 响到微胶囊的缓释效果 。但 这 些 作 为 相 凝 聚 促 进 剂 的 聚 合 物 的 分 子 量 不 宜 过大， 分 子量在 9 0 0 0 1 0 0 0 0较为合适 ， 而且相凝 聚促进 剂与 乙基纤 维素 的添加量 之 间存 在一 定 量 比 维生素 与 乙基纤 维 素质量 比为 5 ： 1时包 裹 效果较 好， 若减少 乙基纤维 素用量则维 生素包埋 率 降低 。 在环 己烷溶液 中加人蜡 质， 在微胶囊制备后 期 的干燥过程 中， 由于壁材中的蜡质成分， 使微胶 囊具有部分憎水性， 改善 了囊 壁的化学性质， 能延 长微胶囊 的缓释效果 。 通过实验后特别推荐石蜡， 认为石蜡 的加 人能有效 的改善微胶囊 的质量， 明 显地延长缓释作用。在瘤 胃中具有很大惰性 的复 合物在小肠 中也难 于消化吸收。 为解决这一问题 ， 可选用在中性和弱酸性瘤 胃环境 中稳定 而较强酸 性真 胃环境 中吸水膨胀的壳 聚糖 、碳酸钙和磷酸 氢钙等做崩解剂 。 3微胶囊化方法 依据囊壁形 成的机制 和成囊条件，微胶囊 化 方法 大致可分为三类， 即化学法 、 物理法和物理化 学法 。 3 1化 学 法 界面聚合法，界面聚合法的原理是将两种 活性单体分别溶解在互不相 溶的溶剂 中，当一种 溶液被分散在另一种溶液中时，两种溶液 中的单 体在相界面发生聚合反应而成囊 ； 原位 聚合法， 即单体成分及催化剂全部位于芯材液滴的内部或 者外部， 发生聚合反应而微胶囊化 ； 锐孔法 。界 面聚合和原位聚合法均是 以单体为原料，并经聚 合反应形成囊壁。而锐孔法则是 因聚合物的固化 导致微胶囊囊壁 的形成，即先将线性 聚合物溶解 形成溶液， 当其 固化 时， 聚合物迅速沉淀析 出形成 囊壁。因为大多数 固化反应 即聚合物 的沉淀作用， 是在瞬间进行并完成 的，故有必要使含有芯材的 聚合物溶液在加到 固化剂 中之前， 预先成 型， 锐孔 法可满足这种要求， 这也是该法的由来。 3 2物 理 法 喷雾干燥 法， 将 芯材分散 于囊壁材 料 的稀 溶 液 中， 形成悬 浮液或乳浊液 。用泵将 此分散液 3 3 广力 料 2 0 l i U J 2 0 1 1 I j j 送到含有喷雾干燥 的雾 化器 中， 分散液则被 雾化 成小 液滴 ， 液滴 中所含溶 剂迅速蒸发而使壁材析 出成囊 ； 空气悬 浮法， 即应用流化 床 的强气流 将 芯材微粒( 滴) 悬浮于空气 中， 通过喷嘴将调成 适 当粘度的壁材溶液喷涂于微粒( 滴) 表面 。 提高 气流温度使壁材溶液 中的溶剂挥发， 则壁材析 出 而成 囊 ； 真 空蒸发沉积 法， 该 法是 以 固体 颗粒 作为芯材， 壁材 的蒸气凝结 于芯材 的表 面而实现 胶囊化 ； 静 电结 合法， 即先将 芯材与 壁材各 制 成带相反电荷 的气溶胶微粒 ， 而后使它们相 遇通 过静电吸引凝结成囊 ； 溶剂蒸发法， 即将 芯材 、 壁材依次分散于有机相 中， 然后加到与壁材不相 溶 的溶液 中， 加热使溶剂蒸 发， 壁材析 出而成囊 。 包结络合物法， 该法是利用 B一环糊 精 中空且 内部疏水外部亲水的结构特点， 将疏水性 芯材通 过形成包结络合物而形成 分子水平上的微胶囊 ； 挤压法， 这是一种在低温条件下生产微胶囊 的 技术 ， 原 理是将 混悬在 一种液化的碳水化合物介 质中的芯材与壁材混合物经过模孔 ， 用压力将其 挤进壁材的凝 固浴 ， 壁材析 出并硬化成囊 。 3 3物 理 化 学 法 水 相分离法， 即 南胶体 间电荷 的中和以及 亲水胶粒周 围水相溶剂层的消失而成囊 的方法 。 水相体系中的相分离法可分为复凝聚法 、 单凝聚 法 、 盐凝 聚法 和调节 p H值聚合物沉淀法 。复凝 聚法， 即指在壁材分 散相 中含有两种 以上 的亲水 胶体 ， 通过调节介质 p H值 等， 使带异性 电荷 的两 种胶体之 间因电荷 中和而溶解度 降低， 引起相分 离而产生凝 聚； 单凝 聚法是 以一种 高分子材料为 胶囊囊壁材 料，将囊 芯物分散 到囊 壁材料 中， 然 后加入凝聚剂，由于水与凝聚剂结合，致使囊壁 材料 的溶解度 降低而凝 聚出来 ，形成 微胶囊； 盐 凝聚法是指 把一种 电解质加 到聚合物 的水溶液 中， 因引起相分离而微胶 化； 调节 p H 聚合物沉积 法是利用在碱性或酸性条件下 ， 某些聚合物变得 不溶解 的性 质来 实现微胶 囊化 的；油相 分离 法， 其原理是 向作 为囊壁 材料 的聚合物有机溶剂 溶液 中，加入一种 对该聚合物 为非 溶媒 的液体 ， 引发相分离形成微胶囊； 干燥浴法 f 复相乳化 法) ，该法 的基本原理是将芯材分散到壁材的溶 剂 中，形成 的混合 物以微滴状态分 散到介质 中， 随后，除去连续 的介质而实现胶囊化； 熔化 分 3 4 散冷凝法， 即当壁材( 蜡状物质) 受热时， 将芯材分 散在液态蜡 中， 并形成微粒( 滴) 。当体 系冷却 时， 蜡状物质就 围绕着 芯材形 成囊壁， 从而产 生了微 胶囊 。 3 4维 生素微 胶 囊 化 的工 艺 3 4 1空气悬浮技术 空气悬浮技术生产维生素微胶囊 ，用硬脂酸 甘油脂 、 聚 乙烯基乙二醇 、 硅油 、 虫胶等不 同材料 来包膜维生素， 对流化床生产工艺条件 ： 空气压力 为 1 k g c m z 时及 5 5 时效果较好。 底喷流化床包被氨基酸 的原理是 ： 将被包被 的氨基酸芯材颗粒置 于涂装室 中， 通 过空气分布 板压力 通风 ，氨基酸颗粒 即受 到 向上 气流 的推 动 ， 当单位 面积上氨基酸颗粒的重量 与气体 的压 力差相等 时 ， 物料 即呈 可流动状 ， 并在 空气 中悬 浮。颗粒 的循环流动要经过涂装室底部 的喷嘴 。 涂层材料 以溶液 的形式喷到流化颗粒柱 的底部 ， 喷嘴将涂料相喷到颗粒上 。刚涂层的颗粒被气流 吹离喷嘴 ， 向上吹人涂装室 。在那里 由于溶剂挥 发或熔融物的冷却 ， 涂层 固化而形成微胶囊包衣 颗粒 。在喷管顶 部颗粒离开并 落 回涂 装室的底 部。然后受来 自喷嘴气流 的作用重新上升到涂装 室 。使这一循环重复进行， 即可达到所需要厚度 的微胶囊产品。 3 4 2降温相分离法 实验 室 中可用 降温相 分离 法制备 维生素 微 胶囊 。 降温相分离法制备微胶囊的实验 中发现试 验参数的变化直接影响到产品质量 的好坏。 加快 搅拌速度有助于改善产 品的质量， 减少微胶囊凝 结现象的发生。 反应器 的几何形状 、 尺寸 、 降温速 度的快慢等对微胶囊 的形成都会产生影 响。 囊芯 粒度越小， 得到的微