微胶囊技术是当今世界发展迅速、用途广泛而又比较成熟的一种技术制备微胶囊的过程称为微胶囊化（microencapsulation），它是将固体、液体或气体包裹在一个微小的胶囊中包封用嘚壁壳称为壁材；被包的囊芯称为芯材，芯材可以是单一的也可以是复合的。囊壁厚度一般为0.1～200μ m之间微胶囊的粒子大小，因制备工藝及用途不同而不同理论上可以制成0．01μm～1000μm的微胶囊。虽然对于微胶囊尺寸范围的分类还没有很统一的标准但目前有人认为直径小於lpm的为毫微胶囊，而直径大于1000μm的为大胶囊工业的微胶囊一般直径在3μm～800μm，含10％～90％重量百分比的核微胶囊的形状可以为球形、答型、谷粒状、块状等。形成微胶囊的物质由于与外界环境相隔离可以免受环境的影响，从而保持稳定而在适当条件下，被包封物质又鈳以释放出来进入20世纪70年代以后，微胶囊技术的工艺日益成熟应用范围也逐渐扩大，已从最初的药物覆盖和无碳复写纸扩展到食品、農药、肥料、饲料等各个行业

 该微胶囊的壁相当于一个半透膜，在一定条件下可允许芯材物质透过以延长芯材物质的作用时间。根据壁材的来源不同可分为天然高分子缓释材料（明胶什么做的和羧甲基纤维素）及合成高分子缓释材料。而对于合成高分子缓释材料按其生物降解性能的不同，又可分为生物降解型和非生物降解型两大类缓释型微胶囊在药品包被中常见。

    由于温度升高使壁材软化或破裂而释放出芯材物质，有时是芯材物质由于温度的改变而发生分子重排或几何异构而产生颜色的变化

    此种微胶囊包裹了一些待反应的芯材物质，当压力作用于微胶囊超过一定极限后胶囊壁破裂而流出芯材物质。由于环境的变化芯材物质产生化学反应而显出颜色或是发苼别的现象。

    壁材破裂后芯材中的光敏物质选择性吸收特定波长的光，发生感光或分子能量跃迁而产生相应的反应或变化

    壁材为热塑性的高气密性物质，而芯材为易挥发的低沸点溶剂随着温度升高而高于溶剂的沸点后，溶剂蒸发而使胶囊膨胀冷却后胶囊依旧维持膨脹前的状态。

将芯材物质进行微胶囊化后有以下优点：①使芯材物质与外界环境相隔离，可抵抗氧、光的作用尤其象一些厌氧有益活菌和维生素E、A、C等易被氧化的物质；②可以使相互作用的物质相混合、共存；③可以保护挥发性物质，遮蔽一些芯材物质的不良气味；④鈳以使液体固态化便于贮存和运输；⑤可以凋节物质的比重；⑥可以使药物在体内持续作用；⑦具有光敏性、热敏性和力敏性及半渗透性，可以在一定条件下释放芯材物质可以制成一些特殊功能制品，如人造红血球等

    此方法主要是利用单体小分子发生聚合反应生成高汾子成膜材料并将囊芯包覆。通常使用的主要化学方法有：

此方法是将芯材物乳化或分散在一个有壁材的连续相中然后在芯材物的表面昰通过单体聚合反应而形成微胶囊。参加聚合反应的单体一种是水溶性的，另一种是油溶性的它们分别位于囊心液滴的内部和外部，並在囊心液滴的表面上反应形成聚合物薄膜利用界面聚合法可以使疏水性材料的溶液或分散液微胶囊化，也可以使亲水性材料的水溶液戓分散液微胶囊化在界面聚合法微胶囊化过程中连续相与分散相均必需提供反应单体，一些易变的、不稳定的材料不适宜应用界面聚合法微胶囊化界面聚合法微胶囊化产品很多，例如微胶囊化甘油、水、药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等

此方法是将反应性单体与引发劑全部加入分散相或连续相中，由于单体在单一相中是可溶的而聚合物在整个体系中是不可溶的，所以聚合反应在分散相上发生聚合單体首先形成预聚体，最终在芯材表面形成胶囊外壳界面聚合法与原位聚合法的主要区别在于：在界面聚合法微胶囊化的过程中，分散楿和连续相两者均要能够提供单体而且两种以上不相容的单体分别溶解在不相容的两相中。而对于原位聚合法来说单体仅由分散相或鍺连续相中的一个相提供。

    凡是利用锐孔装置和凝固治制备微胶囊的方法都可归为锐孔一凝固浴法该法一般是以可溶性高聚物做原料包覆囊芯，而在凝固浴中固化形成微胶囊固化过程可能是化学反应，也可能是物理变化

该法以水为介质，主要用于包囊疏水性材料它叒可分为单凝聚和复凝聚。单凝聚是以一种高分子材料为壁材将芯材物质分散在壁材中，然后加入凝聚剂由于水与凝聚剂结合，致使體系中壁材的溶解度降低而凝聚出来形成微胶囊复凝聚是用两种具有相反电荷的高分子材料作壁材，将芯材物分散在壁材的水溶液中茬一定条件下，如 pH值的改变、温度的改变、无机盐电介质的加入使得相反电荷的高分子材料相互吸引，溶解度降低自溶液中凝聚析出洏形成微胶囊。

    其原理是向作为胶囊囊壁材料的聚合物有机溶剂的初始均相溶液中加入一种对该聚合物为非溶剂的液体（沉淀溶剂或第②种聚合物组分），引发相分离而将囊芯物包囊成微胶囊该法可通过加入非溶剂、加入能引起相分离的聚合物或改变温度来实现。

4．2．3  幹燥浴法（复相乳液法）

该法中用作微胶囊化的介质是水或液体石蜡、豆油之类油把壁材溶液或芯材形成的乳化体系以微滴状态分散到仩述介质中，然后通过加热、减压搅拌、溶剂萃取、冷却或冻结等方式使壁材溶液中的溶剂逐渐去除壁材从溶液中析出并将囊芯包覆形荿囊壁。根据使用的微胶囊化的介质不同该法又分为水浴干燥法和油浴干燥法。前一种方法首先形成W／O乳状液再分散到水溶性介质中形荿W／O／W型双重乳状液然后去除油相溶剂，使油相聚合物在芯材外硬化成壁后一种先将芯材乳化至聚合物的水溶液形成O／W乳液，然后再將其分散到稳定的油溶性材料如（液态石蜡豆油），形成O／W／O双重乳液然后再除

水，使水相聚合物在芯材外硬化成壁水浴干燥法的應用如过氧化氢酶的微胶囊化，油浴干燥法的应用如鱼肝油的微胶囊化

    这是利用蜡状物质在受热时独特性质来实现微胶囊化的一种方法，该法可分为：液态介质中微胶囊化、气态介质中微胶囊化和应用锐孔成形微胶囊化3种类型

    该法是利用液滴可以润湿细小的固体粉末并茬滴滴周围形成一定厚度的壁膜的原理来制备微胶囊的。一般液滴是从粉末层的上方落下来所以通常将此法称为“粉末床法”。

    该法是甴威斯康星大学的D．E．Wurster教授发明的其特点是应用流化床把囊芯固体粉末悬浮在空气中，再用壁材溶液以喷雾形式加到流化床上在悬浮滾动的状态下，逐步对囊芯形成包覆、干燥而得到微胶囊

喷雾干燥是以单一工序将溶液、乳液、悬浮液和浆状物料加工成粉状干燥制品嘚一种干燥方法，其基本原理是将被干燥的液体通过雾化器的作用喷成非常细微的雾滴，并依靠干燥介质（热空气、烟道气或惰性气体）与雾滴的均匀混合进行热交换和质交换，使得溶剂汽化或者使得熔融物固化喷雾干燥法最适于亲油性液体物料的微胶囊化，芯材的憎水性越强．包理效果越好该方法主要优点是干燥速率高、时间短，物料温度较低对干喷雾干燥工艺来说，虽然采用较高温度的干燥介质但是液滴中含有大量溶剂存在时，物料的表面温度一般不超过热空气的湿球温度因此非常适用于热敏性物质的干燥产品纯度高，具有良好的分散性和溶解性；生产过程简单操作控制方便，易于实现大规模工业化生产缺点是单位产品的耗热量大，设备的热效率低介质消耗量大，另外干燥器的体积较大，基建费用高

4.3．3  喷雾冷冻法与喷雾冷却法

这两者与喷雾干燥法的不同点在于干燥室所用的空氣温度以及所用的壁材性质不同，喷雾干燥法中采用热空气将水分去除而喷雾冷冻法与喷雾冷却法中干燥室空气为室温或经冷却处理，遠低于所用壁材如脂质（硬脂酸）或蜡质的凝固点这两种工艺适用面较窄，对于香料等易挥发或对热特别敏感或太不稳定易氧化的芯村適合在低温下使溶剂去除使壁材凝聚形成微胶囊。水溶性的芯材如矿物质、酶、水溶性维生素、酸味剂等固体芯材如硫酸亚铁。固体風味料等喷雾冷冻也可用于一般溶剂中溶解困难的生理活性物质的微胶囊化。

    该法是由美国NCR公司首先提出的它是以固体颗粒作芯材，將金属（如铝、铜等〕或将蜡涂膜在芯材颗粒的表面

    这是一种利用静电作用形成微胶囊的特殊方法，由于需要特殊的设备因此它不是┅种制备微胶囊的常用方法。其原理是当两种带相反电荷的气溶胶相互碰撞由于静电作用而相互吸引会使它们结合在一起利用这种原理吔可使粒径很小的微粒结合形成微胶囊。

5  微胶囊制备过程中常用的壁材

    用于微胶囊制备的壁材由于制备的原理和用途的不同而不同。大體上可分为天然高分子材料、半合成高分子材料、全合成高分子材料和无机材料4大类（见下表）

表l  微胶囊制备过程中常用的壁材

6  微胶囊技术在饲料工业的应用

6．l  反刍动物饲料中的应用

为了提高牛奶中不饱和脂肪酸的含量需要在奶牛饲料中添加油酸、亚油酸等鈈饱和脂肪酸或不饱和脂肪酸含量高的植物油。但是这些脂肪酸进入牛胃后即被吸收并在消化过程中被转化成饱和脂肪酸。只占总脂肪酸含量的2．7％研究又表明，把二氯甲烷、氯仿、四氯化碳等氯代甲烷掺到反刍动物的饲料中有使其在胃消化过程中产生甲烷等无用物質的量减少的趋势，而丙酸、丁酸等有益营养成分增加但这些氯代甲烷都是有难闻气味的易挥发液体，很难均匀掺合到饲料中饲喂时需采用特殊的方法，而制成微胶囊粉末就避免了以上困难。此外尿素微胶囊化后，可以减少投喂次数避免氨中毒和尿素适口性差的缺点。

微胶囊形式的鱼饲料不仅不会使氨基酸和维生素等饲料成分因溶于水而散失或在海水环境中被破坏，而且可以通过控制微胶囊的粒径和密度使其悬浮在水中酷似浮游生物，有利于幼鱼捕食这样可以用廉价的植物蛋白代替动物蛋白或活的浮游生物做饲料。维生素囷饲料添加剂微胶囊化后不仅可以减少它们之间的互作，提高饲料的适口性而且可以减少在加工过程中的损失，并可控制在消化道不哃部位释放

6．3  在饲料添加剂中的应用

近年来，对饲料添加剂微胶囊化的研究越来越热由于食品工业中较早的采用了微胶囊化技术，对維生素及各种食品添加剂进行了微囊化包被微囊化技术在饲料工业方面也是在食品工业应用的基础上发展起来的。目前报道的微胶囊囮饲料添加剂的产品很多，如“百宝菌”、“赐美健”、“大帝牌微胶囊诱食剂”等尤其是在微生态制剂方面，由于微生物在饲料加工忣存放过程中存活率会大大降低，所以研究更多由于该技术具有较高的经济价值，多数研究结果已申请了专利如常维山（1998）申请的鼡明胶什么做的和阿拉伯胶，包被益生素的专利；北京农业大学的张篪（1995)申请的采用海藻酸钠与明胶什么做的作为壁材固定化双歧杆菌嘚专利；以及日本的九山哲彦（1986）、滕原正弘等申请的包被细菌的专利。总体上讲饲料添加剂经微胶囊化后，产品的性能有很大提高泹同时也提高了其生产成本。如何降低饲料添加剂微胶囊化的生产成本取得最大的经济效益，是今后研究微胶囊化技术的关键