微胶囊的制备方法研究进展

第４５卷第３期　２０１１年５月　生　物　质　化　学　工　程　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖｏ１．４５　Ｎｏ．３　Ｍａｖ　２０１１　

・综述评论——生物质材料・　

微胶囊的制备方法研究进展　

韩路路，毕良武　，赵振东，李大伟　

（中国林业科学研究院林产化学工业研究所；生物质化学利用国家工程实验室；国家林业局　林产化学工程重点开放性实验室；江苏省生物质能源与材料重点实验室，江苏南京２１００４２）　

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、锐孔一凝固浴法、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、层一层自组装法、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　中图分类号：ＴＱ３５１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５８５４（２０１１）０３—００４１—０６　

Ａｄａｖａｎｃｅｓ　ｉｎ　Ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ　Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　

ＨＡＮ　Ｌｕ—ｌｕ，ＢＩ　Ｌｉａｎｇ—ＷＵ，ＺＨＡＯ　Ｚｈｅｎ—ｄｏｎｇ，ＬＩ　Ｄａ—ｗｅｉ　

（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ＣＡＦ；Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｌａｂ．ｆｏｒ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ；Ｋｅｙ　ａｎｄ　Ｏｐｅｎ　ｌａｂ．ｏｎ　Ｆｏｒｅｓｔ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳＦＡ；Ｋｅｙ　Ｌａｂ．ｏｆ　Ｂｉｏｍａｓｓ　Ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｎ　ｉｎｇ　２１００４２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ　ｎａｔｕｒａｌ　ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ　ｗｅｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅ　ｎａｔｕｒａｌ　ｓｈｅｌｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｔｈｒｅｅ　ｔｙｐｉｃａｌ　ｓｅｒｉｅｓ，ｉ．ｅ．，ｃａｒｂｏｈｙｄｒａｔｅｓ，ｐｒｏｔｅｉｎｓ　ａｎｄ　ｌｉｐｉｄｓ．Ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ｎａｔｕｒａｌ　ｓｈｅｌｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｓｏｄｉｕｍ　ａｌｇｉｎ￣ｅ，ｃｈｉｔｏｓａｎ，ｇｌｕｔｉｎ，ｅｔｃ．，ｂｕｔ　ｔｈｅ　ｎｏｖａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｃｏｎｓｉｓｔ　ｏｆ　ｌｉｐｏｓｏｍｅ，ｍｉｃｒｏｂｉａｌ　ｃｅｌｌ　ｗａｌｌ（ｙｅａｓｔ　ｃｅｌｌ　ｗａｌ１），ｐｏｒｏｕｓ　ｓｔａｒｃｈ，ｅｔｃ．．Ｔｈｅ　ｃｏｎｌｌｎｏｎ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｃｏａｃｅｒｖａｔｉｏｎ，ｓｉｍｐｌｅ　ｃｏａｃｅｒｖａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｉｎ・ｓｉｔｕ　ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ，ｐｉｅｒｃｉｎｇ－ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ，ｓｐｒａｙ　ｄｒｙｉｎｇ，ｅｔｃ．．Ｔｈｅ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｆｏｒ　ｍｉｃｒｏｃａｐ—　ｓｕｌｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ　ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ　ｅｍｕｌｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｒａｐｉｄ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｐｅｒｃｒｉｔｉｃａｌ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｙｅａｓｔ　ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｉｏｎ，　ｌａｙｅｒ—ｂｙ－ｌａｙｅｒ　ｓｅｌｆ－ａｓｓｅｍｂｌｙ，ｖｅｓｉｃｌｅ　ｔｅｍｐｌａｔｉｎｇ，ｅｔｃ．．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｉｃｒｏｃａｐｓｕｌｅ；ｎａｔｕｒａｌ　ｓｈｅｌｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ；ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　

微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物，具有半透性或密封性的微小粒子，其中被包　

裹的物质称为芯材，包裹芯材的物质称为壁材。微胶囊技术的研究始于２０世纪３０年代，由美国大西洋　

海岸渔业公司提出的制备鱼肝油微胶囊的方法。１９５４年美国ＮＣＲ公司的Ｇｒｅｅｎ采用复凝聚法成功制　备出了含油的明胶微胶囊，并用于制备无碳复写纸¨　。由于具有能够改变物料的状态、质量、体积和　

性能，保护敏感成分，增强稳定性，控制芯材释放，降低或掩盖不良味道、降低挥发性，隔离组分等功能，　

微胶囊技术在食品、医药、纺织、涂料、农业、化妆品工业等方面得到广泛的应用。随着微胶囊技术的发　

展，微胶囊技术有了许多新的应用，如相变微胶囊、留香微胶囊、自修复微胶囊、缓释微胶囊、纳米微胶囊　

等，大大拓展了微胶囊技术的应用范围。本文作者综述了微胶囊的一些常用天然壁材和微胶囊的主要　

制备方法，以期对生物活性物质（如角鲨烯、Ｖ　或鼠尾草酸等）微胶囊化的后续研究提供借鉴。　

收稿日期：２０１０一ｌ２—２０　基金项目：“十～五”国家科技支撑计划资助（２００９ＢＡＤＢ１Ｂ０３）　作者简介：韩路路（１９８８一），男，河南洛阳人，硕士生，从事天然产物化学与利用研究；Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈｉ６ｗｅｉｍａ＠１２６．ｃｏｒｎ　通讯作者：毕良武，研究员，博士，硕士生导师，从事天然产物化学与利用研究；Ｅ－ｍａｉｌ：ｂｉｌｉａｎｇｗｕ＠１２６．ｃｏｍ。

　４２　生物质化学工程　第４５卷　

１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　Ｊ。　１．１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。　

１．１．１　海藻酸钠海藻酸钠分子式为（ｃ　Ｈ　０　Ｎａ）　，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。　１．１．２　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一乙酰基的产物。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一乙酰胺基与羟基、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　。　

１．１．３　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　一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ＪＢ一环状糊精的配比为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Ｖ　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Ｖ　棕榈酸酯的稳定性。Ｇａｏ等¨。＝用聚　

脲一三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。　１．２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ｎ　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　第３期　韩路路，等：微胶囊的制备方法研究进展　４３　

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，使其表面形成小孔，并一直延　

伸到颗粒内部，是一种类似马蜂窝状的中空颗粒，可以盛装各种物质于其中，具有良好的吸附性。近年　来有学者用多孔淀粉作为微胶囊壁材，取得了较好的效果。许丽娜等¨　用多孔淀粉包埋葡萄籽油，并　

对产品进行氧化实验，结果表明产品的抗氧化性明显提高，可显著延长保质期。刘勋等　采用多孔淀　粉包埋花椒精油，认为此方法工艺简单，只需在常温常压下将多孔淀粉和花椒精油混合均匀即可，多孔　

淀粉对花椒精油的吸附量达到０．９２　ｇ／ｇ，包埋率达４８％，高于其它包埋材料，且微胶囊化后的产品具有　良好的贮存稳定性和使用更方便等特点。