微胶囊壁材物理化学特征与包埋性能相关性分析及机理研究

针对以芯材为中心的喷雾干燥微胶囊研究模式存在的壁材选择盲目性重复缺陷，创新性地开展以壁材为中心的壁材功能特性评价和微胶囊包埋、释放特性研究。选择喷雾干燥微胶囊领域使用最为广泛的淀粉类壁材为研究对象，全面分析系列来源、分子量、支链含量、改性方法、改性程度不同的淀粉类壁材的分子精细结构及其与乳化成膜相关的物理化学功能特性，同时评价系列壁材在包埋具有不同结构类型和敏感特性的典型脂溶性芯材时的乳状液胶体特征和微胶囊产品包埋、释放品质。以此为依据，尝试建立壁材类型、壁材分子结构、乳状液特征、界面膜特征与喷雾干燥微胶囊包埋效率、不同释放环境中（包括热、光、氧、水分、物理力、化学环境、生物酶作用等）的释放特性之间的联系，获得具有广泛指导意义的脂溶性敏感物质喷雾干燥微胶囊化模型，用于简化新脂溶性敏感物质、新释放模式的微胶囊化配方优化过程，指导新型微胶囊壁材的发现与合成，开发具有特殊释放特性的营物微胶囊。

本项目针对以芯材为中心的喷雾干燥微胶囊研究模式存在的壁材选择盲目性和重复性缺陷，创新性地开展以壁材为中心的壁材功能特性评价和微胶囊包埋、释放特性研究。通过选择5种有代表性的辛烯基琥珀酸淀粉为微胶囊壁材，在全面研究其分子量分布、微观结构、流变学特性、乳化特性及淀粉膜通透性等的基础上，分别对精油类敏感物质（以薄荷油为例）和脂溶性营养素（以β-胡萝卜素为例）进行乳化包埋，并结合乳化及微胶囊产品的特性，获得壁材特性与最终微胶囊产品储藏及释放特性之间的相关性。具体的规律体现为：Purity Gum 2000和Purity Gum Be系列淀粉分子量较大，溶液粘度较高，在使用时浓度均应小于15%，此时淀粉溶液中由淀粉形成的胶束较少，适用于精油类物质的包埋，乳液不易发生奥氏熟化现象，此乳液30天内储存稳定性好，精油类物质保留率高；HI-CAP、CAPSUL和CAPSUL TA系列淀粉分子量较小，溶液粘度较低，在使用时浓度可增加至30%，此时，淀粉在油水界面吸附层厚，有利于脂溶性物质β-胡萝卜素的保护，且此三种淀粉改性程度较大，变现为取代度较高，且乳化产率高。同时，HI-CAP、CAPSUL和CAPSUL TA系列乳液还表现出淀粉分子的表面吸附量越大，分子分散密度越大，界面膜越厚，β-胡萝卜素的保留率越高。由于淀粉的高浓度，此乳液可经喷雾干燥获得β-胡萝卜素微胶囊粉末，此粉末包埋效率高（>90%），储藏稳定性也显著提高，且产品储藏稳定性的差别与壁材的成膜特性和成膜后的膜通透性紧密相关，表现为粉末吸水性与淀粉膜透水系数呈正相关，粉末中β-胡萝卜素保留率与淀粉膜的透氧系数呈负相关。另外，通过体外模拟人体消化实验发现，营养素在消化道的释放与转运与生物大分子乳化剂的消化程度呈负相关性，且这一规律在以蛋白质为壁材的乳化及微胶囊产品中也适用。综上所述，本研究探究了壁材分子结构、乳状液特征、界面膜特征与喷雾干燥微胶囊包埋效率、释放特性之间的联系，获得具有广泛指导意义的脂溶性敏感物质喷雾干燥微胶囊化模型，可用于简化脂溶性敏感物质的微胶囊化配方优化过程，指导具有特殊释放特性的营物微胶囊的开发。