01

微膠囊概念

微膠囊是指由天然或人工合成高分子材料作為外壁材料制成的微型容器 （直徑一般在2-1000μm）。微膠囊技術(shù)是指將成膜材料作為殼物質(zhì)，把固體、液體或氣體包覆成微小顆粒的技術(shù)，形成的核殼結(jié)構(gòu)使微膠囊具有保護(hù)性、阻隔性，殼內(nèi)的芯材物質(zhì)既不會(huì)受到外界環(huán)境侵入的影響，同時(shí)又不會(huì)向外界逸出。

02

微膠囊組成

微膠囊通常由壁材和芯材組成，被包裹在微膠囊內(nèi)的物質(zhì)稱為芯材，芯材可以是液體或固體。包覆在外層的成膜材料稱為壁材，可以是天然或合成的高分子化合物，也可以是小分子無(wú)機(jī)化合物。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，其主要形態(tài)可分為單核、多核、雙殼、多核無(wú)定形以及復(fù)合型。

幾種微膠囊常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖

單核微膠囊：指連續(xù)的芯材被連續(xù)的壁材包埋形成的微膠囊

多殼微膠囊：指連續(xù)的芯材被雙層或多層連續(xù)的壁材包埋形成的微膠囊。

多核微膠囊：指芯材被分割成若干部分，嵌在壁材的連續(xù)相中，包括多核、多核無(wú)定形及絮集成簇等多種結(jié)構(gòu)。

無(wú)定形微膠囊：指不規(guī)則或非球形的膠囊，包埋的粒子可以是單核、多核或固體顆粒。

復(fù)合微膠囊：指用連續(xù)的壁材包埋多個(gè)微膠囊，即對(duì)已形成的微膠囊進(jìn)行二次包埋得到的微膠囊。

?芯材

芯材是由單一的物質(zhì)，也可以由幾種物質(zhì)混合組成，是包裹在微膠囊內(nèi)部的物質(zhì)。大多數(shù)情況下，芯材功能的發(fā)揮必須從壁材中釋放才能夠?qū)崿F(xiàn)。芯材的釋放分為瞬時(shí)釋放和緩慢釋放。瞬時(shí)釋放是指壁材在摩擦、變形、機(jī)械破碎等外力作用下發(fā)生破裂，或受熱后熔化。緩慢釋放是指芯材通過(guò)壁材的溶解、降解或囊壁的擴(kuò)散而釋放。芯材從微膠囊中釋放的規(guī)律一般遵循零級(jí)或**反應(yīng)速率方程。

?壁材

03

微膠囊應(yīng)用

1. 醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

經(jīng)微膠囊化的藥物苦澀感大大降低，且相比于普通藥物，微膠囊化藥物可降低自身的毒副作用，提高穩(wěn)定性，減少藥劑使用量。其中微膠囊的緩釋功能是決定微膠囊藥物能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵。

2. 食品領(lǐng)域的應(yīng)用

很多食品添加劑和營(yíng)養(yǎng)素類物質(zhì)易被氧化發(fā)生變質(zhì)，通過(guò)微膠囊技術(shù)可以將這些敏感成分作為芯材保護(hù)在壁材內(nèi)，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。因此，微膠囊技術(shù)在食品領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

3. 涂料領(lǐng)域的應(yīng)用

利用微膠囊的核殼結(jié)構(gòu)可以改變涂料的結(jié)構(gòu)組成，從而提高涂料的應(yīng)用性能。

4. 液晶領(lǐng)域的應(yīng)用

液晶微膠囊化是一種通過(guò)微膠囊將液晶固定在成膜材料中以拓寬液晶應(yīng)用范圍的技術(shù)，其具有生產(chǎn)成本低、工藝簡(jiǎn)單、易于大批量制備的優(yōu)點(diǎn)，在動(dòng)態(tài)濾波器、信息存儲(chǔ)、光通訊、**防偽領(lǐng)域中有廣闊的應(yīng)用前景。

04

微膠囊釋放機(jī)制

由于微膠囊壁材和芯材類型的不同，芯材的釋放動(dòng)態(tài)主要取決于其本身在介質(zhì)中的溶解性、溶劑的擴(kuò)散能力、聚合物的溶脹、壁材的降解以及外界因素，如觸碰、光、 pH 等的影響。微膠囊釋放機(jī)制主要包括以下 4 種：擴(kuò)散-控制釋放、溶解-控制釋放、降解-控制釋放和刺激-控制釋。

? 擴(kuò)散釋放

擴(kuò)散釋放是一種常見(jiàn)的釋放方式之一，一般采用界面聚合法和原位聚合法制備的微膠囊的釋放機(jī)制主要為擴(kuò)散控制釋放。

?溶解釋放

溶解釋放過(guò)程屬于一種物理化學(xué)過(guò)程。在此釋放機(jī)制中，當(dāng)聚合物囊壁在釋放介質(zhì)中可溶時(shí)，芯材的釋放速率由聚合物囊壁的溶解速率決定，囊壁厚度越大，囊壁在釋放介質(zhì)中的溶解度越小，芯材釋放越慢。

? 囊壁侵蝕-降解控制釋放

聚乳酸或乳酸與羥基乙酸聚合物的降解產(chǎn)物無(wú)毒且可回收，是目前*常見(jiàn)的可降解微膠囊壁材。

? 刺激-控制釋放

刺激-控制釋放微膠囊在功能性芯材中應(yīng)用較廣泛。目前有多種刺激途徑可以用于芯材的釋放。觸發(fā)誘導(dǎo)釋放的刺激因子主要有化學(xué)、生物、光、熱、磁和電等。

05

微膠囊制備

微膠囊的制備涉及到高分子化學(xué)、材料化學(xué)、膠體化學(xué)、分散干燥技術(shù)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，具體的制備方法還需結(jié)合所從事的專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前有200多種微膠囊化方法。根據(jù)微膠囊的性質(zhì)和形成機(jī)理，可分為物理法、化學(xué)法和物理化學(xué)法。

下圖為各類制備方法和制備方法的適用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)。

06

ATS微膠囊包埋機(jī)應(yīng)用

具體應(yīng)用可見(jiàn)往期文章：

維生素A納米乳制備----ATS納米乳均質(zhì)機(jī)的應(yīng)用

ATS復(fù)雜制劑研究丨脂質(zhì)體化妝品包埋

ATS微膠囊包埋機(jī)丨沙棘微膠囊制備

乳狀液粒徑對(duì)于噴霧干燥后微膠囊水分含量、堆密度、粒徑?jīng)]有顯著影響，但對(duì)于微膠囊的包埋率和儲(chǔ)藏穩(wěn)定性均有明顯影響。當(dāng)乳狀液粒徑大于300nm時(shí)，隨著乳狀液粒徑的減小，噴霧干燥后微膠囊包埋率越高；粒徑和堆密度相對(duì)小；微膠囊表面越光滑，結(jié)構(gòu)越致密；微膠囊經(jīng)過(guò)常溫和加速儲(chǔ)藏后復(fù)溶的乳狀液粒徑變化也越小；油滴發(fā)生遷移合并的速度也越慢；儲(chǔ)藏過(guò)程中表面油增加速度也越緩慢，儲(chǔ)藏穩(wěn)定性越好。

微膠囊優(yōu)勢(shì)：

1. 改善芯材的抗氧化性能：很多芯材通常含有不飽和脂肪酸， 易于被空氣中的氧氣氧化， 通過(guò)微囊包埋，可以減少氧氣與油脂的直接接觸，防止被氧化。

2. 改善芯材的物理性質(zhì)：可以將油性的芯材物質(zhì)經(jīng)微囊化后，變成固體粉末，有利于后續(xù)在食品中添加等應(yīng)用。

3. 屏蔽**氣味和味道：有些芯材通常有一些**味道，通過(guò)微膠囊的包埋，可以屏蔽芯材的**味道，改善風(fēng)味。

4.提高物質(zhì)的穩(wěn)定性：芯材因氧化而變得不穩(wěn)定，通過(guò)微囊包埋，可以提高芯材的抗氧化性能及其穩(wěn)定性。

5.控制釋放，促進(jìn)口服吸收：將芯材包埋進(jìn)微囊中，可以通過(guò)微囊的優(yōu)化設(shè)計(jì)，控制芯材的釋放性能，并提高口服后的腸道吸收。

07

總結(jié)

微膠囊技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中都具有潛力，未來(lái)市場(chǎng)發(fā)展前景廣闊。隨著科技創(chuàng)新和消費(fèi)者需求的不斷增長(zhǎng)，這一技術(shù)將繼續(xù)發(fā)揮重要作用，提供創(chuàng)新的解決方案，改進(jìn)產(chǎn)品性能，并促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

1.王嘉煒,王迎國(guó).微膠囊的制備方法研究進(jìn)展.Hans Journal of Nanotechnology 納米技術(shù)[J].2022,12(2),19-25.

2.徐朝陽(yáng),余紅偉,陸剛,王 軒. 微膠囊的制備方法及應(yīng)用進(jìn)展. 彈性體[J].2019.

3.王慧梅,范艷敏,王連艷. 基于微膠囊技術(shù)對(duì)油脂包埋的研究進(jìn)展. 現(xiàn)代食品科技[J].2018.

4. 盛琪,佴逸凡,趙偉,李月欣,劉璐. 乳狀液粒徑對(duì)微膠囊儲(chǔ)藏穩(wěn)定性的影響. 食品研究與開(kāi)發(fā)[J].2023.