微胶囊技术及应用

1.1微胶囊的发展史
• 1956年3月：NCR公司提出了有关光电材料微胶囊化的专 利申请。 • 1957年4月：NCR公司提出了有关彩色摄影用的化合物微 胶囊化工艺的专利申请。 • 1957年8月：穆尔企业公司(Moore Buslness)提出了有关应 用喷雾干燥工艺的微胶囊专利申请。
• 1957年11月：通用安尼莱因(Anlline)胶片公司提出用乙基 纤维素将照相乳
• Esposito E.等制成了含阿拉伯吠喃糖胞崛睫(β— D—arabinofuranosylcytosine)的明胶微胶囊,与未 包覆的药物相比,微胶囊化后,药物释放的可控性、 可重复性和抵抗癌细胞增殖活性的能力均增强,因 此作为药物载体,具有良好的潜力;有人将含有丝裂 霉素C的乙基纤维素微胶囊制成徐放性注射剂,已 成为癌症化疗的典型实例之一;也有人将抗麻醉剂 微胶囊化,用于吸毒患者的治疗。 • 1972年,T.M.5.Chang把活性炭微胶囊化制成了人 工肝脏,它以囊芯物质的吸附作用代替肝脏的解毒 作用,用于急性肝功能不完全时的血液净化和由于 病毒性肝炎引起的肝昏迷患者的治疗。
1.2微胶囊技术的基本概念
• 微胶囊技术(Microencapsulation)就是利用天然的或者是 合成的高分子包囊材料将固体的、液体的或是气体的微 小核心物质包囊形成半透性或密封性微胶囊的过程。 • 微胶囊化是指制备微胶囊的过程。 • 微胶囊是指由天然或人工合成的高分子材料研制而成具 有聚合物壁壳的微型容器或包装物。在微胶囊中，被包 埋的物质称为芯材;包埋芯材实现微囊胶化的物质称为壁 材。微胶囊中所包裹的物质，可以是液体、固体粉末， 也可是气体。 • 由于应用目的和制造工艺不同，微胶囊的大小、形状可 有很大变化，其包裹形式也有多种。常见的有所示几种 类型。
• 微胶囊技术中常用的壁材： （1）天然高分子材料：明胶、阿拉伯胶、虫胶、紫胶、淀 粉、糊精、蜡、松脂、海藻酸钠、玉米朊（无毒，稳定， 成膜性好，可降解，生物相容性好；力学性能差、原料质 量不稳定） （2）半合成高分子材料：缩甲基纤维素、甲基纤维素、乙 基纤维素（毒性小，粘度大，成盐后溶解度增加，但易水 解，不耐高温，需临时配制） （3）合成高分子材料 ：聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚 丙烯、聚醚、聚脲、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚酰胺、聚丙 烯酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯吡咯烷酮、 环氧树脂、聚硅氧烷（成膜性好，化学稳定性好，力学性 能好； 生物相容性较差）
1.1微胶囊的发展史
• 1958年6月：NCR公司提出了有关含油的聚苯乙烯微胶囊制备 方法的专利申请。该法中使用了单体，并应用了原位聚合反应 的工艺。 • 1958年12月：厄普约翰(Upjohn)公司提出了近20个专利申请。 它们均是有关“乳液”的微胶囊化方法。在这些专利中，有的 改进了NC R的凝聚方法，应用了增稠剂；有的提出了在有机溶 剂体系中的相分离方法；有的提出了明胶微胶囊固化的方 法……类似的一些方法。1963年，所有的这些专利全都转让给 了NCR公司。
• 三、控制芯材的释放 • 控制芯材释放速度，是微胶囊技术应用最广泛的功能之一， 特别在医药、化肥工业中应用最广。食品工业有效成分需 要控制释放的例子也很多。如在焙烤工业中，某些膨松剂 要求在面坯表面升温到某一程度，淀粉糊化和蛋白质变形 已具备了保气功能后再产气，而生成的气体形成气泡不会 逸散。 • 四、隔离组分 • 运用微胶囊技术，将可能相互反应的组分分别制成微胶囊 产品，使他们稳定在一个物系中，各种有效成分有序地释 放，分别在相应时刻发生作用，以提高和增进食品的风味 和营养。例如：有些粉状食品对酸味剂十分敏感，因为酸 味剂吸潮会引起产品结块，并且酸味剂所在部位pH变化 很大，导致周围色泽变化，使整包产品外观不雅，将酸味 剂微胶囊化以后，可延缓对敏感成分的接触和延长食品保 存期限。
一般步骤：芯材分散——壁材包覆
1.7微胶囊性能测试
• 微胶囊的性能一般指微胶囊的大小、包囊层厚度、囊心物 的质量百分数、包囊膜的渗透性、表面电荷密度、微胶囊 的形态等。 • 影响微胶囊性能的因素有:pH、离子强度、搅拌速度、温 度、表面活性剂的种类及用量、包囊材料的性能、囊心物 与包囊材料的比率、包囊材料与溶剂的比率等。除此以外, 对于释放型微胶囊,包囊膜的孔洞大小及几率、介质性能 等均影响其释放性能。
1.6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.
1.8微胶囊的应用领域
• 被微胶囊化的芯材可以是微细的固态粉末,也可以 是微小的液滴;既可以是各种医用的药物、食用的 调味品、化妆品用的香料,也可以是颜料、农药、 除草剂、化肥、胶粘剂、液晶、分子筛等;甚至还 可以制成气体微胶囊。微胶囊化技术应用广泛,尤 其是医药领域研究最为活跃。以下是微胶囊技术 在一些主要领域的应用
1.4微胶囊的释放方式
• 扩散 • 膜层破裂 • 降解 1.利用高分子材料溶解性随人体各部位PH值不同而改变的特 点，使囊材在指定部位溶解，释放包裹的药物，使药效提 高并减少副作用。 2.制备特定囊膜，使其在加热条件下熔化或分解，释放出芯 料。 3.微生物的分解作用使包膜受损，这对微囊肥料尤其重要。
微胶囊技术及其应用
1、微胶囊的发展Hale Waihona Puke Baidu 2、微胶囊的基本概念 3、微胶囊的功能 4、微胶囊的制备方法 5、微胶囊的应用
1.1微胶囊发展史
•在微胶囊化领域里，Wuster和Green是两位伟大的先驱者。 •微胶囊化始于本世纪30年代，但发展非常迅速。迄今有 一百多个研究室在开发微胶囊技术。 •隐色压敏复写纸的发明是微胶囊化技术第一次成功应用 于商业中，至1981年，此种微胶囊的产量就超过5×106t。 •应用范围扩大到医药，农用化学品，黏胶剂和液晶等各 个领域。 •1936年11月：大西洋海岸渔业公司(Atlantic Coast Fishers)提出了适用于在液体石蜡中，制备含鱼肝油明胶 微胶囊的专利申请。
1.5微胶囊的制备原理
• 基于凝固相的分离制备微胶囊 • 通过在一个不能混合的连续相中乳化或分散核心物质(如 缓蚀剂)来制备微胶囊. • 水相分离 • 包括复杂的凝聚作用，界面的凝聚作用和内环境中界面聚 合凝聚作用都广泛地用于亲油物质的微胶囊的合成过程, 这个过程的最终产物为缓蚀剂微胶囊的水分散物.
• 热凝聚产生低密度、高渗透性的微胶囊 • 非溶剂加入法凝聚产生高密度、低渗透性的微胶 囊 • 搅拌速度增加,微胶囊尺寸下降 • 乳化剂浓度增加,微胶囊数目增加,微胶囊尺寸下 降 • 加入非离子表面活性剂和共乳化剂改进了乳液的 基本组成,但对微胶囊无负效应,即交联度和聚合 物涂层的存在,可以有效地阻止释放,改进释放速 率直接与涂层分子量有关,表面活性剂类型对释放 影响微不足道 • 微胶囊的大小对释放速率的影响为:微胶囊尺寸小, 微胶囊总表面积大,释放速率快。
• (1)在医学上的应用 • 微胶囊的控制释放和延缓释放作用,在研制口服制剂和徐 放性药物中得到了应用,它不仅能够减少药物用量,降低副 作用,而且能够最大限度地发挥疗效,方便患者。为了使那 些在胃中容易分解的抗菌素或酶,以及容易被胃壁吸收的 解热药,不被胃的酸性条件所损害,采用在酸性条件下不溶 解而在碱性条件下溶解的高分子将这类药物微胶囊化,制 得肠溶性制剂,这便是有人制造pH响应性微胶囊的原理。 • 王剑红等通过控制微胶囊的球径范围,使大部分米托葱醒 微胶囊被肺毛细血管床机械性滤去,从而使药物在靶区富 集,制成了肺靶向链霉素微球。抗肿瘤药物具有较高的生 物毒性,目前常规使用的治疗肿瘤的方法如药物化疗或放 射性治疗等,均不具有选择性和靶向性。提高肿瘤药物的 靶向性、浓集性和滞留性,使杀伤肿瘤细胞的效力最大,对 正常细胞组织的损伤最小,是肿瘤治疗研究的方向之一 。
• 胰脏的功能是分泌胰岛素,有人将活的胰细胞微胶囊化,封 闭在凝胶中,借助细胞培养技术,使细胞在微胶囊中增殖,进 而形成一种小的组织,具有了胰脏的一些功能,这个小的组 织就成为人工胰脏。不仅可以将胰细胞微胶囊化,而且对 所有的活细胞和微生物都是可以进行微胶囊化,由于这种 技术是用没有抗原性的聚合物膜将活细胞保护起来,因而 避免了免疫性排斥反应,同时保持了活细胞所具有的生理 活性能力。利用微胶囊将动物红血球的有效成分一血溶质 (Homolysate)微胶囊化,制成了人工红血球,作为红细胞的 代用品.有人将含羊血溶质的人造红血球与羊红血球的氧 吸收曲线相对比,两者输送氧的能力极其相似。 • Thomson R.C.等将明胶微球用乳酸一经基乙酸共聚物制 备成三维可生物降解的泡沫用于骨质再生。如果将抗体微 胶囊化,还要以制成免疫诊断物。
• 五、掩蔽不良风味和色泽 • 有些食品添加剂，因带异味或色泽而影响被添加食品的品 质。如果将其微胶囊化，可掩盖其不良风味、色泽，改变 其在食品加工中的使用性。某些营养物质具有令人不愉快 的气味或滋味，这些味道可以用微胶囊技术加以掩蔽，这 种微胶囊产品在口腔里不溶化，而在消化道中才溶解，释 放出内容物，发挥营养物质。如鱼油、大蒜油等营养油脂 含有令人不愉快的风味（如鱼腥味、辛辣味等），将这些 油脂分别制成微胶囊后，既保护了营养成分，又掩蔽了不 良风味，扩大了应用范围。 • 六、降低食品添加剂的添加量和毒副作用 • 由于微胶囊化能提高许多敏感性食品添加剂的稳定性，并 且可控制释放，因此可降低其添加量和毒副作用。如硫酸 亚铁包埋后，可通过控制释放速度以减轻对肠胃副作用。 香精微胶囊化后，由于可降低加工和保存过程的挥发损失， 从而可减少食品中添加量。
1.3微胶囊的功能
• 一、改善物料的存在状态、质量和体积 • 在食品工业中应用最早、最广泛的微胶囊功能是物料形态 的改变，即把液态原料固体化，变成微细、具有流动性的 粉末，除便于使用、运输、保存外、它还能简化食品生产 工艺和开发出新型产品，如粉末香精就是固体饮料开发的 前提，粉末油脂的出现促成了许多方便食品的开发，如咖 啡伴侣、维生素强化奶粉等。 • 二、保护敏感性成分 • 微胶囊化可使芯材免受外界不良因素（如光、氧气、温度、 适度、pH）的影响，以保护食品成分原有的特性，提高 其在加工时的稳定性并延长产品的货架寿命。许多食品添 加剂制成微胶囊产品后，由于有壁材的保护，能够防止其 氧化，避免或降低紫外线。温度和湿度等方面的影响，确 保营养成分不缺失，特殊功能不丧失。许多香料精油、维 生素、高度不饱和的油脂（如DHA、EPA）等材料很易被 氧化而失去功能，生产中又要求这些成分在食品中高度分 散与易被氧化的环境中，微胶囊化就是解决这一矛盾的最 好方法。
1.1微胶囊的发展史
• 1949年1月：威斯康星校友研究基金会提出了利用Wurster发 明的空气悬浮法，将固体微粒微胶囊化的专利申请。 • 1950年4月：东方柯达(Eastman Kodak)公司提出了将彩色照 片用的乳液和三种基色颜料包敷(即微胶囊化)制备混合颗粒 的专利申请。 • 1950年11月：通用邓洛普(General Dunloberge)公司提出了 通过使用一种双层锐孔来制褐藻酸微胶囊的专利申请。 • 1953一1954年：NCR公司提出了利用凝聚法制备含油明胶微 胶囊之基本方法的二个专利，以及利用上述基本方法制备微 胶囊型压敏复写纸的四个专利。除日本外，全世界都应用了 这个专利。