微胶囊的释放机制及其影响因素

（一）释放机制

微胶囊所含的芯材既可以立刻释放出来，也可缓慢释放出来。如要使所有的芯材立刻释放出来，可采用机械法（如加压、揉破、毁形或摩擦等）、加热下燃烧或融化法以及化学方法（如酶的作用、溶剂及水的溶解、萃取等）来释放。在芯材中掺入膨胀剂或应用放电或磁力方法也可使微胶囊即刻释放。而缓慢释放则是在环境中将芯材缓慢释放出来，一般不需要外加条件。食用香精经常要求缓慢释放，以提高作用效果。芯材的释放有下面三种机制：

（1）活性芯材物质通过囊壁膜的扩散释放 这是一种物理过程，芯材通过囊壁膜上的微孔、裂缝或者半透膜进行扩散而释放出来。微胶囊遇到水会逐渐吸胀，水由囊壁膜渗入开始溶解芯材，此时出现了囊壁内外的浓度差，水的继续渗入会使芯材的溶解液透过半透膜扩散到溶剂中，扩散过程持续进行到囊壁内外浓度达到平衡或整个囊壁溶解为止。

（2）用外压或内压使囊壁膜破裂释放出芯材 此类方法也是使芯材得以释放的一种有效方法。一般而言，囊在各种形式的外力作用下使囊壁破裂释放出芯材，或在内部靠芯材的自身动力使囊膜降解而释放出芯材。

（3）用水等溶剂浸渍或加热等方法使囊膜降解而释放出芯材 如对一些用在像焙烤食品中的微胶囊化香料或酸味剂来说，就是利用在一定温度下囊壁的熔化而释放出芯材来发挥其作用的。

（二）影响微胶囊囊芯释放的因素

1.微胶囊囊芯释放的理想化模式

理想化的模式是为了在理论探讨时使问题简单化，这种模式是将胶囊壁当作一种囊壁厚薄一致，连续均匀的一体，而且在囊芯释放过程中都保持尺寸大小不变的圆球形状。将这样一种理想化的微胶囊样品浸到含有大量介质水环境中，这时在微胶囊上依次发生三种过程：环境中的水透过胶囊壁材进入到胶囊核心，囊芯物质溶解到进入的水中形成水溶液，溶解的囊芯水溶液由胶囊内高浓度区扩散到胶囊外的水相中。按照这种模式，囊芯向外扩散时遇到三种阻力：一是溶剂（水）穿透胶囊壁进入胶囊内所遇阻力，二是囊芯溶解在进入的水中的阻力，三是囊芯水溶液通过胶囊壁材向外扩散所遇阻力；总阻力为这三个阻力之和。一般认为，水穿透胶囊壁和囊芯溶解到水中是较容易的，而囊芯向外扩散所遇的阻力最大。根据反应动力学原理，一个由几步过程串联组成的反应中，总的速率是由各步速率中最慢的一步速率所决定的。因此，囊芯扩散速率决定于囊芯透过囊壁向外扩散的速率。研究囊芯从胶囊缓释的速率时，只需求出其渗透扩散速率。

2.囊壁结构对囊芯释放的影响

（1）壁材膜厚度的影响 与理想状况不同，在实际生产中，由于微胶囊种类和制作工艺的不同，制成的微胶囊大小和囊壁的厚度不同；即使同一批产品，其中胶囊的大小及囊壁的厚度也不可能完全一样；即便同一个微胶囊，其壁膜的不同部位也有不同的厚度。胶囊壁厚薄的不一致造成了囊体扩散速率的不一致。囊壁厚，则扩散速率慢。

（2）囊壁上孔洞的影响 微胶囊壁并非均匀连续的结构，囊壁上是具有孔洞的，囊芯可以通过囊壁上的孔洞向外扩散，而且通过孔洞向外扩散的速率要大于通过连续体扩散的速率，因此孔隙率高的囊壁释放速率高。(www.xing528.com)

（3）壁材变形的影响 在实际环境中，有些微胶囊的壁材会因吸水而溶胀，改变了壁上的孔隙率，甚至吸水膨胀成一种胶状层，阻止了囊芯向外扩散（如明胶）；有的壁材受水相中pH的影响，如邻苯二甲酸醋酸纤维素酯在pH超过5.5时，壁材从不溶变为可溶，使囊芯可以迅速扩散。这些结构变化都会导致囊壁对囊芯扩散阻力的改变，影响其扩散速率。

（4）壁材结晶度的影响 固体囊壁中有结晶区和无定形区结构，囊芯一般不能通过紧密排列的结晶区向外扩散，只能通过无定形区向外扩散。因此，高聚物壁材的结晶度不同会影响其囊芯扩散的阻力，结晶度高的壁材阻力大。

（5）壁材性质的影响 壁材种类不同，形成的微胶囊释放速率也不同，在其他条件相同的情况下，部分壁材的释放速率为：明胶＞乙基纤维素＞乙烯-马来酸酐共聚物＞聚酰胺。

明胶可与负电荷的聚电解质（如果胶、褐藻酸钠、阿拉伯树胶等）凝聚形成微胶囊壁膜，其中明胶与果胶形成的壁膜释放速率较慢，而明胶与褐藻酸钠形成的壁膜释放速率较快。有些微胶囊在制备中使用了交联剂，可使胶囊壁硬化，囊芯溶液只能通过交联的网眼向外扩散。因此，交联度越大，对囊芯扩散的阻力也越大。有些囊壁中混有填料等添加剂，囊芯只有绕过它们才能扩散出去；如果壁材中加有增塑剂，则囊壁硬度会降低，玻璃化温度会下降，使囊芯易于扩散。

3.囊芯的物理特性对释放速率的影响

除了壁材的各种因素之外，囊芯本身的物理特性对释放速率也有重要影响。

（1）溶解度 囊芯形成的水溶液浓度与胶囊外水相的浓度差是推动囊芯物质向外迁移的推动力，对于易溶于水的囊芯（固体或液体），因很快能在进入的水中溶解，并在囊芯内达到饱和浓度，因此它透过壁材向外迁移的推动力很大，不会影响囊芯释放的总速率。而对于难溶于水的囊芯物质，由于其在微胶囊内的溶解度很低，囊芯内浓度与胶囊外浓度差别小，向外迁移的推动力小，其溶解阻力就可能成为囊芯向外扩散三种阻力中的主要阻力，即囊芯在水中的溶解速率成为控制囊芯向外扩散速率的关键因素。

（2）扩散系数 一般物质在水介质中的稳态扩散速率遵循费克第一定律：在单位时间内，物质通过指定平面向低浓度区扩散的质量与这一平面处的浓度梯度及面积成正比。囊芯的扩散有水中扩散和膜中扩散两个阶段，而易溶囊芯在水中扩散较快，在壁膜中的扩散速率才是囊芯释放速率的决定因素。

（3）分配系数 囊芯不仅可以溶解在水相中，还可以溶解在固体胶囊壁材中，因此囊芯通过壁材膜的释放速率实际上受其在壁膜中溶解度的影响，溶解度大的释放速率也大。囊芯在壁膜中的溶解度可从其在水相和膜相中的分配系数来估计。