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      香精香料微膠囊化制備技術(shù)應(yīng)用及新發(fā)展

      2019-09-10 19:33:50程鍇
      中國化工貿(mào)易·上旬刊 2019年8期
      關(guān)鍵詞:香精香料應(yīng)用

      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)。

      參考文獻:

      [1]沈宇燕,王洪海.微膠囊技術(shù)及其研究進展[J].廣東化工,2013(22).

      [2]潘勇軍,薛寒兵,張飛,鄭成賦.茉莉香精微膠囊的制備和表征[J].染整技術(shù),2009(11).

      [3]吳酉芝,李保國,戶超.香精微囊化壁材特性及其控制釋放機理[J].食品工業(yè)科技,2009(7).

      [4]許春平,劉遠上,賈學(xué)偉,毛多斌.噴霧冷凝法制備肉桂醛微膠囊的研究[J].食品研究與開發(fā),2016(22).

      [5]何磊,胡靜,肖作兵.食用香精香料納微膠囊的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].食品工業(yè),2017(10).

      [6]王璐,許時嬰.香精香料微膠囊化[J].食品與發(fā)酵工業(yè),1999(3).

      [7]武偉,譚龍飛,楊連生.微膠囊控制釋放作用及其在食品工業(yè)中應(yīng)用[J].糧食與油脂,2001(7).

      [8]雍國平,李光水,鄭飛.β-環(huán)糊精包合物的結(jié)構(gòu)研究[J].高等學(xué)?;瘜W(xué)學(xué)報,2000.

      [9]羅昌榮,侯亞龍.多重乳狀液技術(shù)及其在香料物質(zhì)緩釋中的應(yīng)用[C].中國食品添加劑協(xié)會成立十周年暨第七屆中國國際食品添加劑展覽會學(xué)術(shù)論文集,2003.

      [10]陳巖,易封萍.香精微膠囊的質(zhì)量評價指標(biāo)[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2012.

      [11]張子航.微膠囊技術(shù)的應(yīng)用研究進展[J].發(fā)現(xiàn),2018(10).

      [12]劉媛.香精微膠囊制備技術(shù)新進展及其發(fā)展趨勢分析[J].商品與質(zhì)量,2016(37).

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