【瑞士步琦】打响“珍贵化合物”保卫战？秘密武器微胶囊来帮忙！

发布时间： 2022-12-06 10:35 来源：步琦实验室设备贸易（上海）有限公司

香精香料微胶囊化

近来，将活性成分进行包埋或微胶囊化，并实现粉末化受到了很大的关注。这项技术可以为制药、生物、食品和化妆品等许多领域的产品提供新配方。包埋的主要目的是保护固体基质中的敏感化合物在保质期内免受周围环境的破坏。包埋也已用于改善产品的持久性、控释性和靶向性等。

在食品和化妆品行业中，香精和香料化合物是很容易挥发的液体，通常对热、化学不稳定，对空气、光和辐射相当敏感。保护珍贵化合物的有效方法是将香精和香料封装到载体基质中。微囊化的优点如图1 所示。常用香精和香料微囊化的例子有鱼油、葵花籽油、薄荷油、柠檬油以及硫磺香精。因此，直径从亚微米到毫米不等的颗粒被称为微胶囊。

▲ 图1：香精香料微胶囊化的优点

各种技术已用于生产微胶囊，如喷雾干燥、微胶囊造粒仪、流化床、挤出、冷冻干燥、共结晶和凝聚、有机相分离。

与其他方法相比，喷雾干燥法操作简单、重现性好、生产成本低、易于放大。

喷雾干燥技术

喷雾干燥是一种广泛应用的技术，可将水溶液或有机溶液、乳剂、分散剂和悬浮液转换为干粉。这是一个快速且一步完成的过程，使其在降低成本、易于扩大规模和操作方面具有优势。重要的是，对温度敏感和挥发性物质，如酶、蛋白质、抗生素、香精和香料，可以在不损失活性的情况下进行喷雾干燥。其原因是粒子在该过程中的平均停留时间仅有几秒钟。

瑞士步琦是喷雾干燥市场领导者，在全球拥最广泛的用户，喷雾干燥仪产品久经考验，性能出众，图2 显示了喷雾干燥仪 B-290 的原理示意图。液体样品通过蠕动泵送至喷嘴，由于喷嘴尖端的雾化作用，液体样品被分散成细小的液滴。干燥的空气由电加热器加热，并由抽气机在系统中流通。液滴经加热的干燥室落下，溶剂迅速蒸发。位于干燥室下游的旋风分离器，将干燥的颗粒与气流分离，干燥的产品落入收集容器中。出口过滤器捕获非常细的颗粒，防止它们离开系统。从而避免了环境污染，保护操作者和仪器免受这些细小颗粒可能对抽气机造成的腐蚀和磨损。

▲ 图2：步琦喷雾干燥仪 B-290 示意图

三种设计的喷嘴，都可以安装在 B-290 上，二流体喷嘴；三流体喷嘴；超声波喷嘴（图3）。

二流体喷嘴有两个同心通道，压缩空气和乳化液分别在其中流动。对于非水混合物或高反应性物质，用惰性气体氮气来代替。压缩空气在喷嘴体内（内部混合）或在喷嘴尖端（外部混合）与液体进料混合。许多研究人员使用二流体喷嘴生产含有香精或香味的微胶囊，效果极佳。

三流体喷嘴已被开发用于不乳化情况下两不相溶样品的喷雾干燥。因此，它可用于将香精香料封装到壁材料中。有三个独立的通道，分别用于芯材、壁材和雾化气体。

最后，超声波喷嘴是第三种可选喷嘴。它在雾化表面将电能转换成机械振动能。与前两种喷嘴类型相比，它产生的微胶囊更均匀，尺寸分别更窄。制得的微胶囊尺寸在 10-60μm 范围内，形状相似，流动性好。这种喷嘴设置还需要一个超声波控制器。

▲ 图3：超声波喷嘴，

适用于生产 10-60μm 范围内的微胶囊

香精或香料微胶囊粉生产影响因素

用喷雾干燥法制备香精和香料微胶囊通常是首选，并已被许多研究开发利用。通常，生产多芯微胶囊，芯材分散在整个载体中以形成有效的保护。也可制备芯-壳型微胶囊。微胶囊中芯材可达乳液总固形物含量的 20-30%。芯材和壁材经过混合、乳化、喷雾干燥工艺后就可以获得香精香料微胶囊粉末。但生产过程中：芯材、壁材、乳化剂、乳化工艺的选择、喷雾干燥参数调节等都是影响产品质量的重要因素。

2.1 香精和香料

香精和香料的性质通常是不溶于水、易挥发且对环境敏感，如鱼油、植物油、硫磺香精、d-柠檬烯类植物甾醇、核桃油、奇亚籽油等。

2.2 载体材料选择

可以选择多种载体或基质材料进行封装。其性能应具有水溶性、成膜性、乳化性、低粘度、低吸湿性、低成本、口感温和、稳定性好等特点。考虑到这些先决条件，必须选择最佳的载体材料或载体组合。常见的载体材料有：

碳水化合物：麦芽糊精、果胶、蔗糖、纤维素（如：羟丙基甲基纤维素（HPMC）、阿拉伯树胶、环糊精、改性淀粉（如：Hi-CAP100,N-LOK,CAPSUL,ENCAPSUL855,CRYSTAL TEX 627,CIEmCAP12633,CIEmCAP12634, CIEmCAP12635等)。
蛋白质类：乳清浓缩蛋白（WPC）、乳清分离蛋白（WPI）、大豆蛋白、酪蛋白酸盐。
其他材料：脱脂奶粉（SMP）、明胶、蜡。

2.3 乳液特征

在微囊化中，其目的是控制包埋化合物的释放和保留。包埋香精香料的一个关键步骤是初始乳液的制备。它是决定活性化合物的保留率和挥发性成份包封率的重要因素。

通过有效的乳化液，载体被吸附在油滴表面，降低了界面张力，并防止由于在油滴周围形成保护膜而凝聚。

在这里，我们介绍乳化条件，例如固体浓度、乳液粘度、乳液稳定性、乳液液滴大小，这些条件被证明会影响微胶囊化产品的质量。

固体浓度（载体材料）

固体浓度的影响取决于芯材的类型，即取决于要封装的香精香料。干燥过程有一个最佳的固体浓度值。例如，研究发现薄荷醇的保留率随着载体材料麦芽糊精浓度的增加而增加。此外，也有研究观察到固体浓度的增加会导致包封率的提高。原因可以解释为高的固体含量减少了液滴干燥过程中干燥颗粒表面形成半透膜所需的时间。固体颗粒表面的快速形成可能与表面含油量低有关，因为芯材液滴进入颗粒表面的机会更少。

乳液粘度

待喷雾干燥的初始进料乳液粘度应低于 300 mPa·s。高粘度会延长雾化过程并迅速形成半透膜。这将抑制液滴的内部循环和振荡，减少表面油并提高活性物质的保留。然而，增加粘度超过某一值并不能帮助挥发性化合物的进一步保留，因为在雾化过程中暴露程度越大，同时越难形成液滴。

乳液稳定性

乳液稳定性应该被考察，即乳液应在整个喷雾干燥期间保持稳定。乳液的稳定性可以通过乳化指数来分析。静置 24h 后，由浓缩乳清蛋白和麦芽糊精（DE10）稳定的乳状液分离成油相和水相，不能用于喷雾干燥进料。然而，添加麦芽糊精乳清蛋白浓缩物和果胶乳液可稳定 24h，可用于喷雾干燥。这是因为蛋白质多糖复合物可以产生更高的液滴密度，降低了油相和水相的密度差，降低了导致相分离的驱动力。

初始乳滴尺寸

最终的干燥产品规格，如粒径、包封率、表面油和挥发性保留率通常受乳液液滴尺寸的影响。研究发现，随着乳液直径的降低，包封率会增加。实验证明，小的乳液液滴将被使得香精香料更有效地包裹和嵌入最终的微胶囊中。薄荷精油在较小的乳液颗粒中比在较大乳液颗粒中保留得更好。相反，在雾化过程中，香料更容易从大乳液颗粒中蒸发。香料化合物的高挥发性和溶解度也可能导致在喷雾干燥过程中更高的损失。

可以使用光学显微镜观察乳液的形态。总的来说，窄粒径分布有利于喷雾干燥过程。

如需了解更多应用和喷雾干燥解决方案，欢迎联系瑞士步琦公司。

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