Microcapsule e tecnologia delle microcapsule
01.Microcapsule
Si riferisce a un microcontenitore o confezione con un guscio polimerico. La sua dimensione varia generalmente da 5-200μm e la sua forma varia a seconda delle materie prime e dei metodi di preparazione.
02.Tecnologia di microincapsulazione
Si riferisce alla tecnologia di incapsulamento di solidi, liquidi o gas in capsule minuscole e sigillate in modo che possano essere rilasciati solo a una velocità controllata in condizioni specifiche.
Tra questi, la sostanza incapsulata è chiamata materiale centrale, compresi aromi e fragranze, acidificanti, dolcificanti, pigmenti, lipidi, vitamine, minerali, enzimi, microrganismi, gas e altri additivi. Il materiale che incapsula il materiale del nucleo per ottenere la gelificazione per microincapsulamento è chiamato materiale della parete.
03.Materiale della parete
Come materiali di incapsulamento delle microcapsule possono essere utilizzati polimeri naturali, polimeri semisintetici e polimeri sintetici. A seconda delle proprietà della sostanza incapsulata (nucleo della capsula), i materiali del nucleo solubili in olio devono selezionare i materiali delle pareti solubili in acqua, e i materiali del nucleo solubili in acqua devono selezionare i materiali delle pareti solubili in olio, ovvero il materiale del nucleo e il il materiale della parete è insolubile e non reattivo.
Il materiale della parete della microcapsula deve essere conforme agli standard nazionali sugli additivi alimentari, essere non tossico, avere buone proprietà filmogene, fluidità e bassa igroscopicità e non deve reagire chimicamente con il materiale del nucleo.
Pertanto, i materiali delle pareti possono spesso essere suddivisi nelle seguenti categorie:
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categoria |
Sostanza |
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Materiali polimerici naturali |
Amido, saccarosio, maltodestrina, sciroppo di mais, cellulosa, chitosano, proteine di soia, proteine del siero di latte, gliadina, colofonia, acido stearico, lecitina, alginato, gomma arabica, gelatina, agar, ecc. |
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Materiali polimerici semisintetici |
Metilcellulosa, etilcellulosa, carbossimetilcellulosa, nitrocellulosa, idrossipropilcellulosa, amido modificato, ecc. |
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Materiali polimerici sintetici |
Polietilene, cloruro di polivinile, polistirene, polibutadiene, poliammide, poliestere, polietere, poliacrilammide, gomma sintetica, poliamminoacido, acido poliacrilico, ecc. |
Morfologia delle microcapsule
A causa dei diversi materiali del nucleo, dei materiali delle pareti e dei metodi di microincapsulazione, le dimensioni, la morfologia e la struttura delle microcapsule variano notevolmente. Il diametro delle particelle delle microcapsule varia da pochi micron a diverse migliaia di micron, generalmente da 5 a 200um, e lo spessore della parete della capsula va da 0,5 a 150um. Attualmente sono state ottenute microcapsule su scala millimetrica che vanno da diversi millimetri a microcapsule su scala nanometrica che vanno da 0,1 a 1 nm.
Le dimensioni delle microcapsule preparate con diversi metodi sono mostrate nella tabella seguente:
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Metodo di microincapsulazione |
Intervallo di dimensioni delle particelle (um) |
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Essiccazione a spruzzo |
20-150 |
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Rivestimento per sospensioni pneumatiche |
50-10000 |
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Metodo del sacchetto in vaso |
＞500 |
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Coagulazione singola/complessa |
1-500 |
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Liposomi |
0.1-1 |
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Tecnologia delle nano-microcapsule |
＜0.1 |
Metodi tecnologici delle microcapsule
Esistono molti metodi di tecnologia delle microcapsule, ma l'applicazione nell'industria alimentare comprende principalmente la polimerizzazione interfacciale, il metodo del foro acuto, il metodo di essiccazione a spruzzo, il metodo di raffreddamento a spruzzo, il metodo di estrusione e il metodo di sospensione in aria.
01.Metodo di polimerizzazione interfacciale
Il materiale del nucleo viene emulsionato mediante un emulsionante adatto e aggiunto alla soluzione del materiale della parete. Il reagente viene aggiunto per avviare la polimerizzazione, sulla superficie della goccia si forma una pellicola polimerica e quindi le microcapsule vengono separate dalla fase oleosa o dalla fase acquosa. Le microcapsule preparate con questo metodo hanno una buona densità, condizioni di reazione blande e una velocità di reazione elevata.
02.Metodo del foro affilato
Innanzitutto, il materiale del nucleo viene sciolto nella soluzione del materiale della parete, quindi viene solidificato e formato da un determinato recipiente e aggiunto al liquido di solidificazione. Viene solidificato e formato mediante coprecipitazione e l'essiccazione sotto vuoto viene utilizzata per ottenere il prodotto in microcapsula. Di solito viene aggiunto un agente indurente o viene utilizzata la condensazione termica e l'indurimento può essere ottenuto anche complessando polimeri con cariche diverse.
03.Metodo di essiccazione a spruzzo
Il materiale del nucleo viene aggiunto alla soluzione del materiale della parete pre-liquefatto per formare un sistema di dispersione termica ed essiccato a spruzzo in un flusso di aria calda per evaporare il materiale della parete e fissare la membrana della capsula per formare la sostanza richiesta. Questo metodo è adatto per sostanze sensibili al calore, con un costo basso e un processo semplice, ma le sostanze attive vengono facilmente inattivate, il tasso di incapsulamento è basso e il consumo di energia è elevato.
04.Metodo di raffreddamento a nebbia
Il materiale del nucleo viene miscelato con olio fuso per formare un liquido fuso e, dopo aver formato le particelle fini della microcapsula con un atomizzatore, il materiale della parete viene rapidamente raffreddato con aria fredda per solidificarsi in microcapsule. Questo metodo è adatto per sostanze sensibili al calore per proteggere l'attività del materiale centrale.
05.Metodo di estrusione
Il materiale del nucleo viene disperso nel materiale di zucchero fuso e quindi inserito nella soluzione di disidratazione dopo l'estrusione e la trafilatura. Il materiale zuccherino si solidifica e il materiale del nucleo viene incorporato in esso. Quindi, il prodotto in microcapsule viene ottenuto mediante frantumazione, separazione ed essiccazione. Il materiale della parete di questo processo utilizza generalmente saccarosio, maltodestrina e amido modificato, che viene utilizzato principalmente per la tecnologia di microincapsulamento come materiali aromatizzanti e oli essenziali, ma il tasso di incorporamento è basso.
06. Metodo di sospensione pneumatica
Innanzitutto, il materiale solido del nucleo granulare viene disperso e sospeso nel flusso d'aria del vettore, quindi il materiale della parete viene spruzzato sul materiale del nucleo circolante nella camera di incapsulamento. Il materiale di incapsulamento è sospeso nel flusso d'aria ascendente e il prodotto viene essiccato facendo affidamento sulla regolazione dell'umidità del flusso d'aria stesso. Questo metodo è applicabile solo al confezionamento di materiali con nucleo solido ed è generalmente utilizzato per aromi, spezie e vitamine liposolubili.
Applicazione della tecnologia di microincapsulazione nell'industria alimentare
Grazie ai suoi vantaggi unici, la tecnologia della microincapsulazione è stata ampiamente utilizzata in vari tipi di alimenti, risolvendo con successo problemi che i processi tradizionali non possono risolvere e promuovendo il rapido sviluppo dell’industria alimentare.
01.Microincapsulazione di oli e grassi
Oli e grassi sono sostanze importanti nella vita quotidiana delle persone e nella lavorazione degli alimenti, ma si ossidano facilmente e si deteriorano producendo cattivi sapori e hanno una scarsa fluidità, il che rende scomodo il confezionamento e il consumo. Pertanto, è necessario utilizzare la tecnologia di microincapsulazione per mantenere le loro proprietà funzionali.
02.Microincapsulazione di aromi e spezie
Gli aromi e gli estratti di spezie sono altamente volatili e facilmente ossidabili per cambiare i loro sapori. Pertanto, al fine di prevenire la volatilizzazione degli aromi e le reazioni con altre sostanze, è possibile utilizzare metodi di microincapsulazione per convertire le spezie liquide in polveri solide per migliorare stabilità e praticità.
In generale, gelatina, gomma arabica, carbossimetilcellulosa, etilcellulosa, destrina, ecc. possono essere selezionati come materiali per pareti e i prodotti di microincapsulazione di aromi e spezie possono essere preparati mediante il metodo del foro acuto, il metodo di estrusione, il metodo di essiccazione a spruzzo, il metodo di raffreddamento a spruzzo, ecc.
03.Microincapsulazione dei pigmenti
Molti pigmenti commestibili sono solubili in olio e hanno scarsa stabilità. In particolare, i pigmenti naturali sono molto sensibili alla luce, al calore, all'ossigeno, agli acidi e agli alcali e sono soggetti a sbiadimento o scolorimento. La microincapsulazione può evitare fattori ambientali che causano cambiamenti nei pigmenti e può anche migliorare la disperdibilità e la solubilità dei pigmenti solubili in olio in soluzioni acquose.
04.Microincapsulazione di probiotici
L’attività dei prodotti probiotici verrà ridotta sotto l’azione dell’acido gastrico e la tecnologia di microincapsulazione può proteggere i probiotici dagli ambienti avversi. I materiali della parete enterica vengono utilizzati per prevenire i danni causati dal succo gastrico, in modo che il maggior numero possibile di batteri vivi possa raggiungere l'intestino, il che è davvero benefico per la salute.
05.Microincapsulazione di antiossidanti
Le sostanze antiossidanti come vitamine, flavonoidi, polifenoli del tè, BHT, ecc. sono ampiamente utilizzate negli alimenti, ma queste sostanze sono relativamente instabili e facilmente influenzabili dall'ambiente esterno. Pertanto, è necessario modificare le loro proprietà caratteristiche attraverso la tecnologia della microincapsulazione.
06.Microincapsulazione di acidificanti e dolcificanti
Gli acidificanti possono favorire l'ossidazione degli alimenti, alterare il pH originale degli alimenti e causare il deterioramento degli alimenti. Pertanto, gli acidificanti possono essere incapsulati attraverso la tecnologia di microincapsulazione per evitare il contatto diretto con gli alimenti e prolungare la durata di conservazione degli alimenti.
La produzione di acidificanti microincapsulati utilizza solitamente metodi fisici, come l'utilizzo di oli idrogenati, acidi grassi e altri materiali per incapsulare gli acidificanti e raffreddarli per formare microcapsule. Questa tecnologia è stata ampiamente utilizzata nella lavorazione di ripieni per torte, polveri di pasticceria, bevande solide e carne.
Gli edulcoranti microincapsulati possono ridurre l'igroscopicità, migliorare la fluidità e prolungare la dolcezza. Il dolcificante nella gomma da masticare Wrigley è una microcapsula rivestita con olio indurito, che migliora la stabilità e il tempo di conservazione.
07.Microincapsulazione di agenti lievitanti
L'utilizzo della tecnologia di microincapsulazione per incapsulare gli agenti lievitanti può far reagire gli agenti lievitanti solo in condizioni appropriate per evitare reazioni prima della cottura.
08.Microincapsulazione di preparati enzimatici
I preparati enzimatici sono ampiamente utilizzati negli alimenti, ma vengono facilmente danneggiati dall'ambiente esterno. Pertanto, alcune sostanze polimeriche possono essere utilizzate come materiali di parete per incapsulare una varietà di enzimi sotto forma di microcapsule in membrane semipermeabili. Le preparazioni enzimatiche microincapsulate sono realizzate per mantenere l'attività enzimatica, prolungare il tempo di azione e realizzare una produzione enzimatica o fermentazione continua.
09.Microincapsulazione di conservanti
L'aggiunta di conservanti direttamente al cibo influirà sulla qualità del prodotto, quindi queste sostanze possono essere microincapsulate prima di aggiungerle al cibo. L'utilizzo di grasso indurito come materiale della parete per incorporare l'acido sorbico può non solo evitare il contatto diretto tra acido sorbico e prodotti a base di carne, ma anche rilasciare lentamente acido sorbico attraverso l'effetto di rilascio prolungato del materiale della parete per svolgere un ruolo nella conservazione e sterilizzazione.
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La tecnologia di microincapsulazione di HSF
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