微膠囊的應(yīng)用及研究進(jìn)展

1、微膠囊的應(yīng)用及研究進(jìn)展摘 要 微膠囊技術(shù)近幾年來(lái)在國(guó)內(nèi)發(fā)展迅速，不僅制作工藝趨于成熟，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。文章簡(jiǎn)要介紹了微膠囊的制備方法以及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 微膠囊 制備工藝 應(yīng)用 微膠囊技術(shù)是一種利用天然或是合成的高分子材料，將固體、液體、甚至是氣體物質(zhì)包埋起來(lái)，形成具有半通透性或密封囊膜的微型膠囊技術(shù)。形成的微小粒子稱之為微膠囊。微膠囊技術(shù)可以改善被包裹物質(zhì)的物理性質(zhì)，使活性成分與外界環(huán)境隔絕開來(lái)，增強(qiáng)穩(wěn)定性，降低揮發(fā)性，延長(zhǎng)保存期，此外還具有控制釋放功能。由于它的這些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，微膠囊技術(shù)在醫(yī)藥、香料、食品加工、紡織服裝的領(lǐng)域都有深入的研究和應(yīng)用。微膠囊技術(shù)研究起步于20世紀(jì)30年

2、代，美國(guó)人D.E.Wurster用物理方法以明膠為壁材在液體石蠟中制備魚肝油形成明膠微膠囊，20世紀(jì)40年代末，微膠囊技術(shù)得到突破發(fā)展開始應(yīng)用于藥物制劑包衣，1954年美國(guó)的B.K.Green受到微膠囊在藥物上的應(yīng)用啟發(fā)成功地將該技術(shù)應(yīng)用于無(wú)碳復(fù)寫紙的生產(chǎn)，并取得重大成果1。近年來(lái)，微膠囊技術(shù)更是應(yīng)用在香精緩釋、新型染料、食品加工等繁多的行業(yè)及領(lǐng)域中。1 微膠囊壁材的分類微膠囊的壁材是構(gòu)成囊的外殼。不同的應(yīng)用領(lǐng)域壁材也不盡相同，目前在微膠囊技術(shù)中常用的壁材主要有三類：天然高分子、半合成高分子材料以及全合成高分子材料。選擇壁材的原則是: 壁材能與芯材互相配伍，能性穩(wěn)定耐高溫, 耐磨擦, 耐擠壓。

3、壁材要具有一定的滲透性、吸濕性、溶解性。1.1 天然高分子材料可以用作壁材的天然高分子材料主要有明膠、阿拉伯膠、蟲膠、紫膠、淀粉、糊精、蠟、松脂、海藻酸鈉、玉米朊等。天然高分子材料一般都具有無(wú)毒，對(duì)環(huán)境危害小，穩(wěn)定，易成膜等優(yōu)點(diǎn)。2.2 半合成高分子材料可以用作壁材的半合成高分子材料主要有縮甲基纖維素、甲基纖維素、乙基纖維素等。半合成高分子材料則具有毒性小，粘度大，成鹽后溶解度增加等優(yōu)點(diǎn)，但是它易水解，不耐高溫，需臨時(shí)配制。3.3 全合成高分子材料可以用作壁材的全合成高分子材料主要有聚乙烯、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

4、、聚乙烯吡咯烷酮、環(huán)氧樹脂、聚硅氧烷等。全合成高分子材料則具有成膜性好，化學(xué)穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度大、儲(chǔ)存運(yùn)輸方便、可生物降解或可生物吸收。但需要大量有機(jī)溶劑、成本高、對(duì)環(huán)境危害大。因此要選擇無(wú)毒或低毒、對(duì)原藥溶解性較好的材料。另外，在制備微膠囊過程中。 副反應(yīng)對(duì)微膠囊有明顯的影響。因此要避免選擇一些能引起與囊芯和其中的一些添加劑發(fā)生反應(yīng)的單體進(jìn)行包裹2。2 微膠囊的制備方法2.1 微膠囊化的一般過程1） 將已處理好的芯材（內(nèi)相）分散在微膠囊化的介質(zhì)中；2） 在形成的分散體系中加入成膜物質(zhì)（壁材）；3） 通過某種方式將壁材聚集 、沉積或是包裹在分散的芯材周圍；4） 運(yùn)用一定的物理化學(xué)手段對(duì)壁材進(jìn)行

5、處理固化，使膜殼達(dá)到一定的穩(wěn)定狀態(tài)。2.2 微膠囊的制造方法2.2.1 物理法物理法制造微膠囊是指將固態(tài)或液態(tài)藥物在氣相中進(jìn)行微膠囊化。物理法主要分為噴霧干燥法、噴霧冷凍法、空氣懸浮法、真空蒸發(fā)沉積法、復(fù)凝聚法、多空離心法等，尤其是噴霧干燥法更是被諸多領(lǐng)域的研究所應(yīng)用。王登武3等人提出明膠阿拉伯樹膠微膠囊囊壁形成可控制備機(jī)理，并采用復(fù)合凝聚法制備了明膠阿拉伯樹膠電子墨水微膠囊；而湯慧民4則以阿拉伯膠和麥芽糊精為壁材，以乙醇提取無(wú)花果的提取物為芯材，用噴霧干燥法制取無(wú)花果微膠囊粉，以達(dá)到保存無(wú)花果的生理活性成分和營(yíng)養(yǎng)成分的目的；張英宣5也采用噴霧干燥法對(duì)蜂膠提取物進(jìn)行微膠囊化處理來(lái)達(dá)到改善蜂膠本

6、身難溶于水、有苦味、不宜直接食用的缺點(diǎn)，并同時(shí)最大程度保留蜂膠提取物本身的營(yíng)養(yǎng)及藥用價(jià)值。2.2.2 物理化學(xué)法在液相中進(jìn)行, 囊芯物與囊材在一定條件下形成新相出來(lái), 故又稱相分離方法2。 物理化學(xué)法又可分為水相分離法、油相分離法、改變溫度法、銳孔法、擠壓法等。尹娟娟等通過相轉(zhuǎn)化法來(lái)制備磷酸三丁酯/四氧化三鐵聚砜微膠囊，所得微膠囊不僅粒徑大，且比飽和磁化強(qiáng)度弱6；孫鵬等以海藻酸鈉/-環(huán)糊精2%為壁材，采用銳孔凝固浴法制備了植物乳桿菌P8微膠囊，活菌數(shù)達(dá)到2.271011CFU/g，且具有較好的耐酸性和腸溶性；寧豫昌等采用擠壓法與冷凍干燥相結(jié)合的技術(shù)，在海藻酸鈉濃度為3%、氯化鈣濃度為2%、脫脂

7、奶粉濃度為4%、乳糖濃度為6%條件下制備雞源乳酸桿菌微膠囊，包埋產(chǎn)率達(dá)到92.4%，制備的微膠囊的耐酸性與腸溶性良好10。2.2.3 化學(xué)法化學(xué)法是利用在溶液中單體或高分子通過聚合反應(yīng)或縮合反應(yīng), 產(chǎn)生囊膜制成微囊的方法。特點(diǎn)是不加絮凝劑, 常先制成W/O型乳濁液, 再利用化學(xué)反應(yīng)交聯(lián)固化2?；瘜W(xué)法又可分為界面聚合法、原位聚合法、輻射交聯(lián)法等。陳倩雯等7以實(shí)驗(yàn)室自制的木薯糊精為原料，將其雙重改性，先進(jìn)行交聯(lián)再進(jìn)行酯化，合成了酯化交聯(lián)木薯糊精，它具有較低的粘度和良好的乳化性，包埋效果良好；王立新等8以蜜胺樹脂為壁材采用原位聚合法包覆了一種有機(jī)復(fù)合PCM，然后利用PCM的可逆相變, 通過吸熱和放熱

8、來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)，這種相變儲(chǔ)熱微膠囊已經(jīng)在紡織、建材、能源以及太陽(yáng)能利用等多個(gè)方面得到了應(yīng)用。3 微膠囊在各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用 微膠囊主要由以下六種功能：粉末化，將液體、氣體等變成干燥的粉末，降低揮發(fā)性，使一些容易揮發(fā)的物質(zhì)變得難于揮發(fā)；提高物質(zhì)的穩(wěn)定性（易氧化，易見光分解，易受溫度或水分影響的物質(zhì)）；掩味；隔離活性成分；控制釋放。由于這六種主要功能而被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、染料等諸多領(lǐng)域中。3.1 生物領(lǐng)域利用微膠囊化材料將生物細(xì)胞包埋起來(lái)或包裹起來(lái)，形成內(nèi)含生物細(xì)胞的微膠囊，該微膠囊化過程稱為生物細(xì)胞的微膠囊化。經(jīng)過微膠囊固定化的細(xì)胞可以免受苛刻環(huán)境條件（酸堿、溫度、有機(jī)溶劑、有毒物質(zhì)等

9、）的影響；固定化的細(xì)胞易于培養(yǎng)，且可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)培養(yǎng)。微膠囊化生物細(xì)胞憑借其優(yōu)良性能已被應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)保、食品工業(yè)等領(lǐng)域。微膠囊化動(dòng)物細(xì)胞因其優(yōu)良的隔離性能和控制釋放性能已被用于制備單克隆抗體。Dubrot等人試驗(yàn)證明，將微膠囊化雜交瘤細(xì)胞注射到小鼠的皮下組織可以使其分泌抗體。而與微膠囊化的雜交瘤細(xì)胞不同的是，未經(jīng)包埋的雜交瘤細(xì)胞將異種移植在具有免疫缺陷的小鼠體內(nèi)，這對(duì)小鼠來(lái)說是致命的9。微膠囊化益生菌同樣具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。雖然益生菌在改善人類和動(dòng)物的胃腸道功能、抑制病原菌生長(zhǎng)和促進(jìn)動(dòng)物機(jī)體生長(zhǎng)等方面具有很好的效果，但它從生產(chǎn)到達(dá)腸道的過程中活菌數(shù)大量減少，從而限制了益生菌生理作用的發(fā)揮。然而，

10、微膠囊技術(shù)應(yīng)用于益生菌的生產(chǎn)，有望較好地解決益生菌不耐胃酸和儲(chǔ)存期短等難題。日本和韓國(guó)是較早將微膠囊技術(shù)應(yīng)用于益生菌的國(guó)家，并且已申請(qǐng)多項(xiàng)專利，我國(guó)在這方面的研究相對(duì)起步較晚，但進(jìn)展很快10。3.2 藥物領(lǐng)域微膠囊在醫(yī)藥醫(yī)療方面的應(yīng)用很多，成果顯著，潛力很大，目前相關(guān)研究也非常深入。將藥物微膠囊化的優(yōu)勢(shì)在于可以減少副作用，隔絕胃酸的分解，提高藥物穩(wěn)定性，控制藥物釋放等。中草藥微膠囊化大大降低藥物苦味、異味及副作用，減少對(duì)胃部的刺激，減少藥物的揮發(fā)。10-羥基喜樹堿是我國(guó)臨床應(yīng)用的喜樹堿類抗腫瘤藥物，但由于不良反應(yīng)大、生物利用度低限制了其應(yīng)用價(jià)值。李思陽(yáng)等用靜電吸引層層納米自組裝技術(shù)(LBL法)

11、制備10-羥基喜樹堿(HCPT)緩釋微膠囊，具有較高的包封率和緩釋特性，增強(qiáng)了中草藥HCPT的應(yīng)用價(jià)值1。3.3 日化領(lǐng)域植物精油微膠囊在日化產(chǎn)品方面主要被應(yīng)用于洗滌用品，護(hù)膚品和化妝品。李雪靜等研究了精油淀粉微膠囊在洗衣粉中的作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)用淀粉微膠囊包裹精油與液體精油復(fù)配使用時(shí)，在總量較低的情況下仍能夠增強(qiáng)精油在洗滌過程中及漂洗后的表現(xiàn)力。將精油微膠囊化后，植物精油以微膠囊為載體，自動(dòng)而均勻地緩釋作用于皮膚組織，在有效濃度內(nèi)保持較長(zhǎng)時(shí)間，同時(shí)起到穩(wěn)定有效成分、減少特殊添加劑對(duì)皮膚的刺激等作用。曾輝等以桂花精油為芯材，采用復(fù)凝聚法制備了平均粒徑為12.4m 的桂花精油微膠囊 11。3.4 食品

12、領(lǐng)域微膠囊技術(shù)應(yīng)用于食品領(lǐng)域具有便于運(yùn)輸、保存，防止某些不穩(wěn)定的食品原輔料揮發(fā)、氧化、變質(zhì)，降低或掩蓋食品中不良?xì)馕痘蚩辔兜?，調(diào)節(jié)食品中調(diào)味型微膠囊的釋放以達(dá)到風(fēng)味久、功效長(zhǎng)等目的，避免了多組分添加劑在食品中相互影響等功能 12。例如一些天然色素在應(yīng)用中存在溶解性和穩(wěn)定性差的問題, 經(jīng)微膠囊化后不僅可以改變其溶解性能, 同時(shí)也提高了其穩(wěn)定性。趙曉燕等發(fā)現(xiàn)將番茄紅素微膠囊化后可明顯延長(zhǎng)色素的保存期，增強(qiáng)產(chǎn)品的貯存穩(wěn)定性13。3.5 染料領(lǐng)域微膠囊染色的技術(shù)核心是將染料作為芯材制成微膠囊。染色時(shí)，可直接將染料微膠囊投入染浴中，利用纖維、染浴和膠囊中染料的濃度差，使染料不斷釋放、吸附和上染纖維，完成

13、染色。利用微膠囊染料進(jìn)行染色，可以制造出色彩斑斕的紡織品，還能有效地解決紡織印染中存在的一些問題，如降低成本、提高染料利用率、有利于廢水凈化和實(shí)現(xiàn)無(wú)助劑免水洗染色等。昆山陶冶等選用高溫型分散染料三原色，考察微膠囊染色工藝在滌綸仿麂皮上的配色性能，結(jié)果表明分散染料微膠囊配色樣飽和度總體上提高，表觀色深增加，說明其配色可行14。4 結(jié)束語(yǔ)隨著微膠囊技術(shù)在許多領(lǐng)域展示出其獨(dú)特優(yōu)越的性能，越來(lái)越多的研究者將目光投向了它巨大的應(yīng)用價(jià)值和發(fā)展空間。然而目前微膠囊技術(shù)還不是很成熟，應(yīng)用性并不明顯，還有許多的技術(shù)問題需要人們?nèi)ネ晟坪徒鉀Q。目前我國(guó)雖然加大了對(duì)微膠囊技術(shù)的投入和研究，但是距離美國(guó)等技術(shù)已趨于成熟

14、的國(guó)家還是有一定的距離1。隨著各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，微膠囊技術(shù)勢(shì)必會(huì)滲入各個(gè)領(lǐng)域，提供更多的新型產(chǎn)品，而這些更是需要新一代的研究者來(lái)攻克和解決。參考文獻(xiàn)：1 陳家鵬, 吳曉忠, 鄭杰, 等. 微膠囊的應(yīng)用及研究進(jìn)展J. 廣東化工. 2012, 39(9):43.2 劉紅, 杜喜平. 微膠囊的應(yīng)用與發(fā)展前景. 牙膏工業(yè). 2009, 19(4):38-39.3 王登武, 王芳, 高康能, 等. 明膠-阿拉伯樹膠電子墨水微膠囊表界面控制J. 精細(xì)化工. 2012, 29(5):443-446.4 湯慧民. 噴霧干燥法制備無(wú)花果微膠囊的研究. 食品工業(yè). 2012, 33(4):11-13.5 張英宣.

15、蜂膠微膠囊化工藝的研究J. 農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊.2012, 10(10):79-80.6 陳紅苗, 羅艷, 鐘毅, 等. 溶液蒸發(fā)法制備磁性微膠囊及其相關(guān)性能J. 精細(xì)化工. 2012, 29(9):845-849.7 陳倩雯, 鄭為完, 劉凡, 等. 酯化交聯(lián)木薯糊精的制備及其在微膠囊中的應(yīng)用. 食品工業(yè)科技. 2012, 33(22):280-283.8 王立新, 蘇峻峰, 任麗. 一種密胺樹脂為壁材的相變儲(chǔ)熱微膠囊致密性研究. 精細(xì)化工. 2012, 20(12):705-708.9 董曉, 姜子濤, 李榮. 微膠囊技術(shù)在生物領(lǐng)域中的應(yīng)用及研究進(jìn)展. 農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊. 2012, (10):108-110.10 張志焱, 李偉, 李金敏,等. 微膠囊技術(shù)在益生菌保護(hù)中的應(yīng)用研究. 畜牧與飼料科學(xué). 2012，3