香精香料微膠囊化制備技術(shù)應(yīng)用及新發(fā)展

程鍇

摘 要：微膠囊化技術(shù)是一種用聚合物壁殼包埋目的物形成微粒的技術(shù)。香精香料微膠囊化后具備獨特功能，引起研究學(xué)者和專業(yè)技術(shù)人員的極大興趣。近年來，這種新技術(shù)在國內(nèi)醫(yī)藥、涂料、食品、紡織品、飼料、日用化學(xué)品、煙草及香味廣告等領(lǐng)域得到廣泛的實際應(yīng)用并表現(xiàn)出良好發(fā)展態(tài)勢。

關(guān)鍵詞：香精香料;微膠囊化技術(shù);包埋;應(yīng)用

微膠囊化技術(shù)是指將目的物用聚合物完全包埋起來，依靠包材保護芯材，不影響目的物原有化學(xué)性質(zhì)，在某些外部刺激或緩釋作用下目的物排出外部再現(xiàn)功能。此技術(shù)使傳統(tǒng)工藝過程得到簡化，可以改善被包埋物的反應(yīng)活性、耐久性、穩(wěn)定性，免受環(huán)境影響，延長揮發(fā)性物質(zhì)的保質(zhì)期、壓敏性、熱敏性和光敏性;減少有毒物質(zhì)對環(huán)境的不利影響;根據(jù)需要持續(xù)釋放物質(zhì)進入環(huán)境等[1]。

香精香料微膠囊是用包材包埋香精香料，使香氣透過囊壁緩慢釋放，延長留香時間。香精香料不與環(huán)境直接接觸，有效防止油斑、污漬、色素殘留等問題[2]。微膠囊能有效解決工藝問題，提高產(chǎn)品檔次和附加值，可應(yīng)用于醫(yī)藥、涂料、食品、紡織品、飼料、日用化學(xué)品、煙草及香味廣告等領(lǐng)域。

1 香精香料微膠囊化制備技術(shù)

香精香料微膠囊由芯材和包材構(gòu)成。其芯材為香精香料;包材多選用高分子材料，要求：性能穩(wěn)定，不影響香精香料作用，無毒、副作用，無刺激性，粘度、強度、滲透性、可塑性和配伍性等符合要求。

1.1 噴霧干燥法

此法是最廣泛采用的方法，方便、經(jīng)濟，產(chǎn)品顆粒均勻且溶解性好。首先制備由芯材和包材組成的混合液，再將混合液于熱氣流中噴霧形成比表面積大的液滴，成膜材料迅速固化形成微膠囊。過程中，液滴物料吸熱后水分迅速蒸發(fā)，物料溫度始終低于環(huán)境溫度，故此法特別適合熱敏性香精香料[3]。

1.2 噴霧冷凝法

此法是將顆粒精細且形狀規(guī)則的芯材分散于液化包材（固體脂、單甘酯等，熔點50～80℃）中，過程保溫且均質(zhì)，再利用噴霧造粒，借助外界條件使膠囊化顆粒固化。溫度接近包材熔點時顆粒軟化，不利收集，冷卻室溫度要求低于熔點30℃，以保證產(chǎn)品機械強度。文獻表明，此法可一步制備香精香料微膠囊[4]。

1.3 擠壓法

此法在低溫下將芯材分散到作為包材的熔融碳水化合物（如糖類）中，再將混合物擠壓通過模具排到吸水劑中，脫水、硬化、分離、干燥后形成產(chǎn)品，非常適用于熱敏物質(zhì)，是目前較受歡迎的香精香料微膠囊制作方法[5]。

1.4 界面聚合法

又稱相分離法。由于溫度、pH、離子強度等環(huán)境因素變化，存在于水相中的聚合物分子的親水/親油性質(zhì)發(fā)生改變，逐漸向分散的芯材界面聚集、沉積交聯(lián)，形成富含親水膠體的相，聚合物包埋芯材形成微膠囊[6]。此法生產(chǎn)的微膠囊具有緩釋功能，在制藥、香料工業(yè)一直被廣泛采用。

1.5 共結(jié)晶法

此法所用包材是蔗糖。蔗糖分子共結(jié)晶形成不規(guī)則聚集狀、空隙和表面積增加的多孔基質(zhì)，能更好地與香精香料結(jié)合。產(chǎn)品優(yōu)點如下：①價格低廉;②外觀良好，清澈透明;③熱穩(wěn)定性好，溶解性強，能自由流動且不粘結(jié);④保質(zhì)期長。故非常適合糖果和制藥工業(yè)[7]。

1.6 分子包埋法

β-環(huán)糊精分子呈餅形中空結(jié)構(gòu)，中心有親油性，外層有親水性。油性香精香料、色素和維生素能取代它中心的水分子與之絡(luò)合。實驗證明，此法能防止由氧、光、熱和揮發(fā)造成的香味損失。此法產(chǎn)品優(yōu)點如下：①穩(wěn)定性好;②流動性好;③良好的結(jié)晶性;④可節(jié)省包裝和儲存費用;⑤具經(jīng)濟性。但有以下缺點：①載量低，一般為9%-14%;②包埋的香精香料的大小和極性受限;③β-環(huán)糊精會加速酯的水解，造成香味改變;④對于水溶性香精香料，產(chǎn)率低。美國FDA沒有批準(zhǔn)β-環(huán)糊精法在食品中使用，但在日本和歐洲用此法生產(chǎn)的香精香料微膠囊已投放到市場[8]。

1.7 復(fù)合乳液法

用此法包埋香精香料制備的是液體微膠囊。此法機理：

第一步，制備水/油型乳液。水相中含成膠物質(zhì)（如海藻酸鈉、角叉膠、聚氨基葡萄糖等），油相為香精香料（加入含鈣、銅、鋅、鐵等助凝膠離子的表面活性劑）。油相和水相在40-50℃時混合均質(zhì)，穩(wěn)定10min以上;

第二步，制備油/水型乳液。油相為前步制好的水/油型乳液。水相中要加入1%-4%黃原膠或瓜爾豆膠，以穩(wěn)定體系。兩者混合均質(zhì)，就制得水/油/水乳液。專利報告提到需在香精香料中加入乙基纖維素以增加粘度、減小表面張力和在內(nèi)層水相中加入鹽或糖以平衡滲透壓[9]。此法可增加香精香料的穩(wěn)定性，降低脂肪含量。此法在精細化工、食品工業(yè)廣泛使用，用于生產(chǎn)液體食品具有廣闊前景。

2 微膠囊技術(shù)的品質(zhì)評價

理想的微膠囊粒徑一般為1～1000μm，大小均勻，分散性好，具可塑性和彈性。影響微膠囊芯材釋放速度的因素主要有芯材和包材理化性質(zhì)、制備工藝條件、助劑等。工藝要求對微膠囊進行形狀測定，粒徑和分布測定，芯材含量、溶出速率、孔隙率、包埋率、壁厚等的測定[10]。其中，包埋率即芯壁比例，包埋率大則生產(chǎn)效率高、成本低，但其他方面效果下降。

3 香精香料微膠囊化技術(shù)的應(yīng)用[11]

3.1 藥物中的應(yīng)用

將藥物微膠囊化，在口中不會溶解，不與味蕾接觸且具有香味。目前，許多藥物（如消炎鎮(zhèn)痛藥、激素類藥物、維生素、抗癌藥物、無機鹽藥物等）已采用微膠囊化技術(shù)，可以延長藥物作用時間、減少服用次數(shù)、提高藥物療效，防止藥物局部濃度過高、降低藥物毒性作用、減輕病人痛苦，保護藥物和延長儲存期限。

3.2 食品中的應(yīng)用

食品中的香味難以持久或在加工、儲存過程中變質(zhì)而失香，加工過程中常要添加香精香料以增香，但香精香料有易揮發(fā)、難保存、取用不便等缺點。香精香料微膠囊化后受到保護，提高其對光照、氧化等外界影響的穩(wěn)定性，也減少了香精的揮發(fā)損失，使其具有衛(wèi)生、經(jīng)濟、香味協(xié)調(diào)、便于保存、使用方便等優(yōu)點。用微膠囊技術(shù)制得的粉末香料，目前廣泛用于糕點、固體飲料、固體湯料、快餐食品以及休閑食品（如焙烤制品、糖果制品、湯粉等）。在美國，粉末香料已占食品香料50%以上。

3.3 紡織品中的應(yīng)用

香味印花一般使用微膠囊化的液體香精，與有色涂料漿、黏合劑混融，通過浸漬法、噴霧法或刮板法，把印花漿固著于織物，然后烘干即可。此法可以有效控制織物上香精的釋放，但生產(chǎn)成本高、包囊率較低，目前應(yīng)用于服裝、傳單、飾品等多種紡織品。

3.4 洗滌劑中的應(yīng)用

在合成洗滌劑中加入香精，可以保護原有去污效果，且賦予衣物香味。香精微膠囊化可以保證合成洗滌劑在儲存期間減少香味散失，避免香料與洗滌劑組分作用而失效。在洗滌、烘干、熨燙過程中部分微膠囊破裂使衣物帶上香味，其余的香精微膠囊未破裂而滲透到織物內(nèi)部并在穿著過程中緩慢釋放香味。這種微膠囊通常是明膠--阿拉伯樹膠體系或尿素--甲醛預(yù)縮體、蜜胺--甲醛預(yù)縮體，有良好密封性。研究表明，微膠囊在不同材料上附著力不同：在具有平滑表面的棉、錦綸織物上附著力低;在表面粗糙的滌綸針織物上容易附著。

3.5 飼料中的應(yīng)用

實驗表明，在飼料中加入添加劑微膠囊如風(fēng)味劑或粉末酒，改善飼料風(fēng)味，可減少家畜服用困難、刺激禽畜腸胃運動、促進食欲，提高其采食量，增加體重。故在飼料中加入香精香料微膠囊，能起到加速禽畜生長周期的作用。

3.6 香煙中的應(yīng)用

在香煙中加入樟腦、薄荷、檸檬、櫻桃等香精，其香氣可以掩蓋煙草燃燒過程中的辛辣味?？蓪熡孟憔瞥晌⒛z囊。把香料微膠囊加入粘合劑中，噴灑在煙絲上形成煙卷。儲存期間香料不會從微膠囊中逸出而揮發(fā)散失。吸煙時，煙絲燃燒產(chǎn)生的熱量會使微膠囊破裂而放出香精，使辛辣味得到掩蓋。

4 技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望

微膠囊化技術(shù)發(fā)展過程中，美國、日本長期處于領(lǐng)先地位，而我國起步較晚。香精香料微膠囊化技術(shù)當(dāng)前在許多領(lǐng)域都已得到實際應(yīng)用和深入研究。隨著科學(xué)技術(shù)進步，該技術(shù)將會越來越完善，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)玫胶艽蟀l(fā)展。

香精香料微膠囊化技術(shù)發(fā)展將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢[12]：①隨著蛋白原料在微膠囊包材中使用的增多，以廉價蛋白的特殊屬性為基礎(chǔ)的新技術(shù)更受專業(yè)技術(shù)人員的關(guān)注。通過高溫高壓手段來處理蛋白包埋香精香料活性分子，芯材損失小，工藝步驟簡單易于控制，膠囊表面光滑無凹痕，但包埋效率較低。彌補該類技術(shù)的缺陷應(yīng)是將來的研究熱點;②納米香精香料微膠囊具備完美的分散性和融合性，更適合應(yīng)用于香精香料行業(yè)。設(shè)計新技術(shù)生產(chǎn)制造納米香精香料微膠囊受到研究學(xué)者和專業(yè)技術(shù)人員的廣泛關(guān)注;③脂質(zhì)體俘獲技術(shù)可以形成親水且親油的包埋著脂質(zhì)體的膠囊材料，具備更好的生物相容性和特香性，是最受歡迎的包埋技術(shù)之一;④利用微生物制備微膠囊日益引起重視，天然微生物膠囊無毒、可生物降解、大小均勻，只要來源易得，成本即極低。經(jīng)過研究比較，發(fā)現(xiàn)以酵母菌做微膠囊原料效果最好。在崇尚回歸自然的21世紀(jì)，天然綠色的產(chǎn)品更符合消費者的心理需求，純生物微膠囊制劑必將擁有廣闊的市場;⑤尋找新的香精香料微膠囊生產(chǎn)方式，最直接的途徑就是改善、演變應(yīng)用于其他領(lǐng)域的高新技術(shù)。如演化自陶瓷工業(yè)的溶膠--凝膠體系，很適合香精香料分子的包埋，且操作條件特別溫和，顆粒大小合適，原料便宜，適用于規(guī)模化生產(chǎn)。

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