微胶囊综述

微胶囊制备技术综述

安源

摘要：本文介绍了微胶囊的常用天然壁材和微胶囊的制备方法。天然壁材分为碳水化合物、蛋白质和脂类 3 大类，其中传统天然壁材有海藻酸钠、壳聚糖、明胶等，新型天然壁材包括脂质体、微生物细胞壁( 酵母菌细胞壁) 、多孔淀粉等。微胶囊的常规制备方法包括: 复凝聚法、单凝聚法、界面聚合法、原位聚合法、锐孔－凝固浴法、喷雾干燥法等，微胶囊的新型制备方法有: 分子包埋法、微通道乳化法、超临界流体快速膨胀法、酵母微胶囊法、层－层自组装法、模板法等。但是微胶囊技术还存在诸多不成熟之处，有些关键问题还有待解决。

关键词：微胶囊；天然壁材；制备方法

1 引言

微胶囊是指由天然或人工合成的高分子材料研制而成的具有聚合物壁壳的微型容器或包装物。其大小在几微米至几百微米范围内( 直径一般在 5~200μm)，需要通过显微镜才能观察到。

微胶囊技术是一种将成膜材料(常选用热塑性高分子材料) 作为壳物质，用固体、液体或气体为芯物质包覆成核壳形态结构的胶囊，壳的厚度为0.2~10μm 。这种壳核结构使微胶囊具有保护、阻隔性，使受外壳保护的芯物质既不会受到外界环境的侵入影响，同时又具有不会向外界逸出的阻隔性能。

微胶囊的制备技术始于20世纪30年代，70年代中期得到了迅猛发展。微胶囊由芯材和壁材构成。芯材通常是需要包覆的物质，如有机溶剂、增塑剂、生物材料、食品、农用化学剂、泡涨剂、防锈剂等。壁材通常是由天然或者合成的高分子材料，用作壁材的物质应具有成膜性好和无色的特点。

微胶囊粒子的大小和形状与其制备工艺有关。微胶囊的形状是多种多样的，一般呈球形，有的呈谷粒或无定形等形状。囊芯可以是一种或多种物质构成。壁材也可以是单层、双层和多层。微胶囊最基本的形态为单核微胶囊和多核微胶囊。还有其他诸如多壁微胶囊、不规则微胶囊、微胶囊簇等( 图 1 ) 。

20世纪50年代，美国国家现金出纳公司(NCR)首次向市场投放了利用微胶囊技

术制备的第一代无碳复写纸，开创了微胶囊技术应用的新时代。如今，微胶囊技术已经在医学、药物、兽药、农药、染料、涂料、食品、日用化工品等诸多领域得到了广泛应用。应用微胶囊技术的目的主要有 3 点：①改变液体的分散状态，降低其挥发性，克服液体与周围介质材料的热力学不兼容性；②核物质与周围介质之间或核物质颗粒之间的绝缘；③采用扩散或壳体破坏的方法延缓被包裹物质向介质的释放。采用微胶囊技术制得的产品有良好的功能性和贮藏稳定性，使用方便，可解决传统工艺所不能解决的许多问题。

2 微胶囊壁材

微胶囊技术应用效果的好坏很大程度上取决于壁材的选择，壁材的选择会影响到微胶囊的缓释性能、流动性、溶解性、渗透性等性能。因此微胶囊技术应用的前提就是解决壁材的问题。微胶囊壁材的选择要遵循以下几个原则: 壁材能与芯材互相配伍、但不发生化学反应; 耐高温、耐挤压; 具有一定的渗透性、吸湿性、溶解性和稳定性; 传质性能良好、性质稳定、不易被生物分解; 来源广泛、容易得到、价格低廉等。

2.1 微胶囊传统壁材

可以用作微胶囊壁材的物质有很多，只要材料的成膜性好，能够在芯材周围沉积，并且具有一定的强度与韧性就有可能做壁材。天然高分子材料具有无毒、成膜性好的优点，是最常用的微胶囊壁材，主要包括碳水化合物、蛋白质、脂类3 大类。其中碳水化合物类的壁材主要有壳聚糖、阿拉伯胶、纤维素、海藻酸钠等; 蛋白质类的壁材主要有明胶、白蛋白、大豆蛋白等; 脂类的壁材主要有油脂、硬脂酸、卵磷脂等。在这些壁材中，海藻酸钠、壳聚糖、明胶是 3 种最为常用的天然高分子壁材。

2.1.1 海藻酸钠

海藻酸钠分子式为( C6H7O6Na)n，是白色或淡黄色不定形粉末、无味、易溶于水、吸湿性强、持水性能好、不溶于酒精、氯仿等有机溶剂，是一种天然多糖，具有生物黏附性、生物相容性并可生物降解等特点。其黏度因聚合度、浓度和温度的不同而不同。海藻酸钠具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、黏附性和安全性，适用于制备药物制剂。

2.1.2 壳聚糖

壳聚糖也称几丁聚糖，是甲壳素经浓碱加热处理脱去 N－乙酰基的产物。是白色或微黄色片状固体，壳聚糖含有氨基，是天然多糖中唯一的碱性多糖，易溶于盐酸和大多数有机酸，不溶于水和碱溶液。壳聚糖具有良好的生物黏附性、生物相容性、生物降解性以及较好的成膜性，由于其优越的功能性质和独特的分子结构，壳聚糖作为可生物降解材料用于新型给药系统，通过改变给药途径可大大提高药物疗效，具有控制释放、增加靶向性、减少刺激和降低毒副作用，以及提高疏水性药物

通过细胞膜、增加药物稳定性等作用的特点。

壳聚糖大分子链上有两种较活泼的反应性基团，在弱酸溶液中游离氨基可以结合质子，成为带有正电荷的聚电解质，有很强的吸附和螯合能力，可作为细胞及生物大分子的固定化载体，并易于进行化学修饰。还有一些 N－乙酰胺基与羟基、氨基形成各种分子内和分子间的氢键，由于这些氢键的存在，使壳聚糖分子更容易结晶，壳聚糖的结晶度较高，具有很好的吸附性、成膜性、成纤性和保湿性等良好的物理机械性能。

2.1.3 明胶

明胶是一种不溶于冷水但可以溶于热水的蛋白质混合物。又名白明胶，其外观为无色或淡黄色的透明薄片或微粒，可吸收本身质量5～l0倍的水而膨胀; 不溶于乙醇、氯仿、乙醚等。明胶能与甲醛等醛类发生交联反应，形成缓释层。明胶具有生物相容性、生物降解性以及凝胶形成性，适宜于做微胶囊壁材。

由于单一的壁材很难满足制备微胶囊各方面的要求，所以近年来很多学者在研究微胶囊时采用混合壁材。肖道安等选用阿拉伯胶和β－环状糊精作为杜仲叶提取物的微胶囊壁材，利用喷雾干燥进行微胶囊化。研究发现，阿拉伯胶和β－环状糊精的配比为1:1时，微胶囊化能够达到较好的效果。查恩辉等采用明胶和蔗糖以3:7的质量比混合为壁材，另加入少量的蔗糖酯，包埋番茄红素，微胶囊的效率和产率最高，分别为91.26 % 和89.35%。杜静玲等以聚天冬氨酸和明胶为混合壁材，采用单凝聚结合喷雾干燥法制备 VA棕榈酸酯微胶囊，并经过 7 天的高温加速氧化实验，研究表明: 聚天冬氨酸和明胶的质量比为1:1 时，微胶囊化效果较好，可以较好的增加 VA棕榈酸酯的稳定性。Gao 等用聚脲－三聚氰胺甲醛树脂作为壁材制备出微胶囊产品，其密封效果和热力学稳定性比单一的聚脲壁材好。

2.2 微胶囊新型壁材

随着微胶囊技术的发展，近年来出现了一些新型的微胶囊壁材，如Frederiksen 等制备出可生物降解的脂质体材料壁材的微胶囊。还有学者采用微生物的细胞壁作为微胶囊的壁材，该法需要先用酶溶解掉微生物细胞内的可溶成分，使微生物细胞壁内部空洞化，然后将微胶囊芯材与空洞细胞壁高频接触，从而使细胞壁包裹芯材再通过离心分离除去未包埋的芯材，制成微胶囊。李川等以酵母细胞壁为壁材，对姜油微胶囊化，实验表明: 酵母细胞壁微胶囊化姜油能明显降低姜油香味的释放速度，能够延长姜油的使用寿命且包埋率较高。王金宇等以干酵母细胞作为壁材包埋丁香油，发现丁香油被包埋到酵母细胞中形成微胶囊后，挥发性显著降低，有利于其持久地发挥功效。以酵母菌细胞壁作为微胶囊壁材具有制备过程简单、包埋率高和不引入有机溶剂的优点，制得的微胶囊尺寸均一、形状规则、颗粒直径相差很小。

多孔淀粉是一种新型的变性淀粉，它是将天然生淀粉经酶处理以后，使其表面