Technologie de microencapsulation

1.1 Le concept de la technologie de la microencapsulation

La microcapsule est une sorte d'inclusion ou d'emballage enveloppé d'un contenu par la coquille d'un matériau polymérisé, la substance chargée à l'intérieur étant appelée matériau de base et la substance enveloppée à l'extérieur étant appelée matériau de paroi. La technologie des microcapsules fait référence à un nouveau type de technologie utilisant le polymère comme matériau de paroi, de sorte qu'il est formé à la surface du matériau de base pour former un film continu, isolant le contenu, de manière à former un nouveau type de technologie des microcapsules.

La technologie de microencapsulation permet d'encapsuler des substances solides, liquides ou gazeuses, en conservant autant que possible la couleur, l'arôme, le goût, la nutrition et l'activité du matériau de base. Elle fait aujourd'hui l'objet de nombreuses recherches et applications dans les domaines de l'alimentation, de la médecine, des produits de consommation courante, des produits chimiques, etc.

1.2 Caractéristiques de la technologie de microencapsulation

Après la microencapsulation, la couleur, la morphologie, le volume, la qualité, la solubilité et l'aptitude au stockage, etc. des substances spéciales du matériau de base subiront certains changements ; dans des conditions spécifiques, les substances du matériau de base seront lentement libérées afin de jouer un rôle.

La taille des particules des produits microencapsulés est généralement comprise entre 1 nm et 1 000 nm. Microcapsules de différentes formes, principalement irrégulières, simples, de type multi-noyaux, multi-parois, particules de remplissage, etc. ; selon les caractéristiques fonctionnelles de différenciation, y compris le type à libération lente, sensible à la pression, sensible à la chaleur, sensible à la lumière, gonflant, sensible au pH.

1.3 Sélection du matériau de base et du matériau de la paroi

Le matériau de base est le plus souvent une substance unique, mais il peut également s'agir d'un mélange de plusieurs substances. Les matériaux de base couramment utilisés peuvent être divisés en huiles essentielles, pigments, huiles, souches, enzymes, substances actives, nutriments et autres catégories ; les substances spécifiques du matériau de base sont indiquées dans le tableau 1.

Tableau 1 Préparation des microcapsules couramment utilisées Classification des matériaux de base

D'une manière générale, le matériau central n'est libéré que de la paroi de la microcapsule pour jouer son rôle, la vitesse de libération est divisée en deux types : la libération instantanée et la libération lente. La vitesse de libération est sensible à l'épaisseur du matériau de la paroi, à la taille du trou, au mode de réaction et à d'autres facteurs ;

La solubilité et le coefficient de diffusion du matériau de base lui-même auront également un effet sur le taux de libération, et le processus général de libération du matériau de base suit l'équation du taux de libération à niveau zéro ou à niveau unique. Dans la production et le traitement de l'industrie des boissons, la sélection des pigments, des substances actives et des nutriments est plus importante, les substances microencapsulées ajoutées à la boisson améliorent la qualité et la valeur de la boisson, enrichissent le goût et la saveur de la boisson.

Le choix des matériaux de la paroi a une grande influence sur l'effet de l'application de la microencapsulation, comme la perméabilité, la solubilité, la fluidité, etc. Le matériau de paroi utilisé doit répondre aux exigences des normes nationales en matière d'additifs alimentaires, et avoir de bonnes propriétés de formation de film, de solubilité, d'émulsification, de séchage, de compatibilité et de faible viscosité, être non toxique, non irritant, biodégradable, largement disponible et peu coûteux, et ne pas réagir chimiquement avec le matériau de base.

En outre, les matériaux du noyau et de la paroi ont également une sélectivité mutuelle, généralement, les matériaux de la paroi solubles dans l'huile peuvent être utilisés pour envelopper les matériaux du noyau solubles dans l'eau, les matériaux de la paroi solubles dans l'eau enveloppent les matériaux du noyau solubles dans l'huile, la tension superficielle formée entre la phase huileuse et la phase aqueuse pour faire de la solution un système stable eau dans l'huile ou eau dans l'huile.

Les matériaux muraux couramment utilisés sont divisés en matériaux polymères naturels et en matériaux polymères synthétiques.

Les matériaux polymères naturels sont moins toxiques, plus visqueux et dégradables ;

Les matériaux polymères synthétiques sont solides et faciles à modifier, mais moins biocompatibles.

Les gommes végétales (gomme arabique, pectine, etc.) ont une viscosité élevée, de bonnes propriétés filmogènes et une grande stabilité ;

Les sucres (tels que le maltose, le saccharose, le chitosan) ont une bonne solubilité, mais de faibles propriétés filmogènes ;

Amidon et ses dérivés (tels que l'amidon carboxyméthylique, les oligosaccharides) provenant d'un large éventail de sources, sans pollution ;

Les dextrines (par exemple la maltodextrine, la cyclodextrine) ont une bonne résistance à la chaleur ;

Les classes de cellulose (par exemple la carboxyméthylcellulose, l'éthylcellulose) sont moins toxiques et plus visqueuses, mais ne résistent pas à la chaleur ;

PETROVIC et al. ont préparé des microcapsules d'huile de tournesol en utilisant le séchage par atomisation avec de l'hydroxypropylméthylcellulose comme matériau de paroi, et ont étudié expérimentalement l'effet des tensioactifs anioniques sur le processus de formation des microcapsules.

CAI Xuran et al. ont étudié la stabilité de cinq proportions de microcapsules d'anthocyanine de myrtille enrobées de composite d'amidon carboxyméthylique et de gomme xanthane, et ont confirmé que les microcapsules étaient principalement retenues dans l'estomac et libérées dans l'intestin par l'essai de libération in vitro.LOLENY TAVARES et al. ont utilisé un complexe de protéines de lactosérum et de chitosane pour microencapsuler un extrait d'ail, ce qui a permis d'obtenir une efficacité de rétention des composés phénoliques de l'ail de 50 % à 60 %.

1.4 Méthodes de préparation des microcapsules

Il existe de nombreuses méthodes de préparation des microcapsules, que l'on peut classer en méthodes physiques, chimiques et physico-chimiques en fonction de leur principe. Les méthodes spécifiques et leurs avantages sont présentés dans le tableau 2.

Tableau 2 Méthodes de préparation des microcapsules

Dans l'industrie des boissons, la méthode de séchage par atomisation est souvent utilisée pour produire des boissons solides afin de parvenir à une production industrielle à grande échelle. Chai Wisdom et al. ont utilisé du jus de canne et de la cannelle comme matières premières, ont ajouté de la maltodextrine et ont ensuite procédé à un séchage par atomisation pour préparer une boisson solide à base de jus de canne et de cannelle. La boisson à base de jus de canne et de cannelle obtenue dans les conditions optimales du processus présente une vitesse de dissolution rapide, une bonne qualité, un goût sucré et savoureux, ainsi que la saveur unique du jus de canne et de la cannelle.

Dans la production actuelle de plus de matériaux de base dans la solution de matériaux de paroi mélangés de manière homogène pour former une solution stable, l'alimentation du séchoir à pulvérisation après atomisation et processus de séchage à haute température de sorte que le solvant s'évapore rapidement, la précipitation du soluté pour obtenir les microcapsules et ensuite ajoutées aux boissons au jus, aux boissons solides et ainsi de suite. Les microcapsules préparées par séchage par atomisation ont un bon effet d'enrobage, des particules fines et uniformes et une bonne solubilité.

1.5 Caractérisation des microcapsules

Il existe de nombreuses méthodes spécifiques pour la caractérisation des produits microencapsulés : l'utilisation de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, de la diffraction des rayons X et d'autres techniques pour déterminer le degré d'incorporation des microcapsules, la vérification de la structure incorporée ; l'utilisation de la microscopie électronique à balayage pour observer la structure de surface des microcapsules, l'effet de l'incorporation ; l'utilisation d'un analyseur de la taille des particules pour analyser la distribution de la taille des particules des produits microencapsulés ; l'utilisation d'analyseurs thermogravimétriques pour détecter la stabilité thermique des produits microencapsulés ; l'utilisation du tracé du taux d'enrobage des microcapsules Le taux d'enrobage des microcapsules a été obtenu par cartographie ; la propriété de libération lente des microcapsules a été détectée par chromatographie, et ainsi de suite. Storm Sasha et al. ont mis au point une technologie de résonance magnétique nucléaire à faible champ combinée à une méthode d'analyse de régression par moindres carrés partiels, permettant une détection rapide, non destructive et précise du taux d'incorporation des microcapsules d'huile de krill de l'Antarctique.

L'application de la technologie de la microencapsulation dans le traitement des boissons

2.1 Le rôle de la technologie de microencapsulation dans le traitement des boissons

(1) Les boissons liquides peuvent être transformées en poudre ou en particules solides après la microencapsulation, ce qui facilite le traitement, le transport, le stockage et la consommation.

(2) Protéger la matière première volatile et instable de l'influence de l'environnement extérieur (lumière, température, humidité, valeur du pH, etc.), afin d'empêcher l'oxydation et la détérioration de la matière première ou de ralentir la vitesse d'oxydation, et en même temps d'éviter d'interagir avec d'autres composants de la boisson, ce qui entraînerait des réactions négatives et nuirait à la santé humaine.

3）Impliquer la stabilité chimique du produit et prolonger la période de stockage.

4）Contrôler le lieu de libération, le temps de libération et la vitesse de libération du matériau central dans le corps humain, de sorte que les ingrédients actifs ayant des fonctions thérapeutiques, etc. puissent être libérés de manière efficace et précise, et favoriser l'absorption et l'utilisation du tractus intestinal de l'homme.

(5) Masquer la mauvaise odeur du matériau de base lui-même, comme le poisson, les épices, l'amertume, etc., pour améliorer le goût et la saveur de la boisson.

6）Maximiser la couleur, l'arôme, le goût et l'activité biologique d'origine de la boisson, préserver la valeur nutritionnelle ou même l'améliorer.

(7) Réduire la quantité d'additifs alimentaires ajoutés afin de réduire les dommages causés à la santé humaine.

2.2 Application de la technologie de microencapsulation aux boissons au thé

Le thé contient des polyphénols et d'autres substances bénéfiques pour la santé humaine et appréciées des consommateurs, mais les polyphénols du thé s'oxydent facilement dans des conditions alcalines et réagissent facilement avec la caféine, les protéines et d'autres substances pour produire du fromage de thé ; les vitamines contenues dans le thé sont facilement endommagées par la chaleur ; les substances aromatiques se volatilisent facilement ou libèrent des arômes indésirables ; les pigments se décomposent facilement à la lumière, et certains d'entre eux apparaissent troubles et précipités, brunissent la couleur de la soupe et détériorent l'arôme certains d'entre eux sont également troubles et précipités, brunissent la couleur de la soupe et détériorent l'arôme.

L'application de la technologie de la microencapsulation à la production et au traitement des boissons au thé peut résoudre efficacement les problèmes susmentionnés. L'application de la technologie de microencapsulation peut protéger les polyphénols, les vitamines, les substances aromatiques et les pigments des boissons au thé, empêcher la volatilisation des ingrédients, maintenir la couleur et la saveur du thé, améliorer la stabilité et la résistance à la lumière, à la chaleur, à l'acide et à l'alcali, et prolonger la durée de conservation. Ning Enchuang et al. ont préparé des microcapsules à partir du séchage par pulvérisation du liquide original des polyphénols de Camellia sinensis, et les polyphénols de thé ont pu conserver 81,23 %. Chen Xin a souligné que l'ajout d'une sorte de microcapsule de graisse de lait à une boisson au thé peut en améliorer le goût et en augmenter la valeur nutritionnelle.

Dans la production de thé instantané, le maintien de la saveur, de la couleur et de l'arôme originaux du thé est essentiel. L'ajout de cyclodextrine peut non seulement être intégré dans les composants de la saveur pour éviter sa perte, mais aussi empêcher la production de fromage de thé, la production de boissons à base de thé avec un arôme fort et une bonne couleur.

2.3 Application de la technologie de microencapsulation aux boissons lactées

Afin de garantir que les nutriments contenus dans les produits laitiers ne sont pas décomposés, la technologie de la microencapsulation est utilisée pour traiter les nutriments, de sorte que le lait en poudre produit présente une texture uniforme, une bonne saveur et un goût délicat. Dai Yi et al. soulignent que la microencapsulation des acides gras ajoutés au lait en poudre pour nourrissons peut garantir la qualité nutritionnelle et la sécurité de la formule, améliorer la stabilité des acides gras et ralentir l'oxydation. L'acide docosahexaénoïque (DHA) est un acide gras insaturé essentiel à la croissance et au développement des nourrissons et des jeunes enfants, mais il est sujet à l'oxydation et à la décoloration, ce qui entraîne des goûts désagréables.

Le DHA microencapsulé ajouté au lait en poudre peut éviter l'odeur de poisson et améliorer la solubilité du lait en poudre. L'utilisation de la microencapsulation permet également de produire de nombreux arômes différents de produits laitiers, tels que le lait en poudre aromatisé, le lait en poudre à la bière, le lait en poudre moussant, le lait en poudre au gingembre, etc. La microencapsulation de Lactobacillus acidophilus dans le yaourt peut améliorer la capacité de rétention d'eau du yaourt et augmenter la teneur en protéines, et il a été confirmé expérimentalement que les propriétés de ce Lactobacillus acidophilus microencapsulé peuvent rester stables pendant 10 semaines.

Sung Ahn et al. ont étudié le processus de fabrication des microcapsules de lactase entérique et ont vérifié que le taux de libération in vitro des microcapsules de phtalate d'hydroxypropylméthylcellulose est meilleur que celui des microcapsules enrobées de zéinolysine, et que ce type de lactase microencapsulée peut être appliqué au lait et au yaourt pour résoudre le problème de la sécrétion insuffisante de lactase dans le corps humain et atténuer les symptômes dus à l'intolérance au lactose, de manière à garantir la santé des êtres humains.

2.4 Application de la technologie de microencapsulation dans les boissons fonctionnelles

La technologie de microencapsulation a de nombreuses applications dans la production de boissons fonctionnelles, les applications les plus prometteuses, les probiotiques pour maintenir l'équilibre de la flore intestinale humaine, la survie des conditions requises élevées, faites de microcapsules probiotiques, peuvent améliorer l'activité et la stabilité des probiotiques dans le tractus intestinal, ajouter la microencapsulation probiotique à la production de jus de boissons, les boissons laitières ont un large marché.

MAS Hara SOUNGA B A F et al. ont utilisé le complexe protéine-oligofructose de l'isolat de lactosérum comme matériau de paroi, Lactobacillus acidophilus et Lactobacillus casei comme matériau de base pour préparer des microcapsules probiotiques, qui ont été ajoutées à des bananes écrasées pour être lyophilisées en poudre et simuler le traitement de fluides gastriques et intestinaux humains, et le test a montré que la poudre de banane avec l'ajout de la microcapsule probiotique incorporée maintenait une viabilité bactérienne élevée et une bonne stabilité de stockage.

Ding Ke et al. ont microencapsulé des souches de Ganoderma lucidum, le filtrat de fermentation et l'acide citrique, le saccharose, le miel selon une certaine proportion du mélange, après homogénéisation, remplissage, stérilisation, pour en faire des boissons fermentées, riches en nutriments, de meilleur goût.

Cai Xiangyang et d'autres microcapsules préparées avec de l'huile de graines de carthame pour mettre au point une boisson composite fonctionnelle. La recherche expérimentale sur l'homme montre que cette boisson favorise la capacité métabolique du corps de l'athlète et qu'une consommation à long terme peut également améliorer les performances sportives.

2.5 Application de la technologie de microencapsulation aux boissons à base de jus de fruits

L'utilisation de la technologie de microencapsulation pour produire des boissons à base de jus de fruits, généralement avec de l'alginate de sodium, du jus de fruits naturel ou du jus composite comme matières premières, différents arômes de boissons à base de jus microencapsulé avec un large éventail de sources de matières premières, un processus simple, dans le processus de production il n'est pas facile de faire trop de perte de nutriments, les consommateurs peuvent ressentir un goût riche lorsqu'ils boivent.

Liu Chunju et al. ont appliqué des microcapsules d'huile essentielle de cédrat au jus de fruit, qui ont conservé une variété de composants aromatiques bénéfiques dans l'huile essentielle, avec une saveur caractéristique et une acceptation élevée, et l'application de cette huile essentielle dans le jus de fruit a une grande valeur pour le développement et l'utilisation.

Chen Jianbing et al. ont utilisé la technologie de microencapsulation de l'hespéridine incorporée, ajoutée au jus d'orange à boire, en étudiant l'impact sur la qualité du jus, pour déterminer la formule optimale : concentration du jus original de 30 %, microencapsulation de l'hespéridine 0,8 %, stabilisants 0,2%, le jus d'orange à boire produit dans ces conditions a un bon goût, la teneur en hespéridine peut atteindre 0,82 g/L, et en même temps améliorer la valeur nutritionnelle du jus de fruit à boire.

Il existe également des études sur le jus de pomme contenant des lipides incorporés dans des microcapsules, puis ajoutés à de l'eau pour obtenir du jus de pomme microencapsulé, qui est bénéfique pour l'absorption humaine, a une durée de rétention plus longue que le jus de pomme ordinaire dans l'organisme et une biodisponibilité élevée.

NAMBIAR et al. ont obtenu du jus de coco microencapsulé par séchage par atomisation et ont démontré expérimentalement que la microencapsulation protège les composés phénoliques d'une libération contrôlée efficace dans des conditions spécifiques. En outre, l'effet de la gélatine sur la clarification des jus de fruits et de légumes est également lié à l'application de la technologie de microencapsulation.

2.6 Application de la technologie de microencapsulation aux boissons solides

Aux États-Unis, la technologie de microencapsulation est utilisée dans plus de la moitié des processus de production de boissons solides. Wang Yutong et al. ont mélangé de la poudre de céréales soufflées avec du carotène de croissance comme matériau de paroi et ont préparé par séchage par pulvérisation une boisson solide microencapsulée, de sorte que la boisson solide présente une meilleure solubilité et une meilleure fluidité et que sa valeur nutritionnelle a été améliorée.

Dans la production et le traitement du café instantané, la microencapsulation peut protéger les alcools instables, les aldéhydes et les cétones de la décomposition, ce qui est essentiel pour fournir les caractéristiques uniques de l'arôme du café.

La poudre moussante aérée obtenue par microencapsulation permet à la boisson de produire une mousse abondante. La phytomasse produite par la technologie de microencapsulation peut être utilisée dans les ingrédients du café et du thé au lait pour augmenter la texture laiteuse et lisse et améliorer la solubilité rapide. Des particules microencapsulées contenant des jus de fruits naturels ont été ajoutées à des boissons solides, qui sont naturelles et nutritives avec une odeur fruitée. Wu Shudong et al. ont extrait des flavonoïdes de résidus d'écorces d'agrumes et les ont ajoutés à des boissons solides après les avoir incorporés à de la thrive-cyclodextrine, ce qui a donné une délicate saveur de brasserie et un goût aigre-doux modéré.

Perspectives d'avenir

L'application de la technologie de microencapsulation simplifie le processus traditionnel de production des boissons, favorise le développement de l'industrie des boissons d'un niveau bas à un niveau élevé, et crée de nombreux produits de valeur. Avec la maturité de la technologie, la technologie de microencapsulation est également appliquée progressivement à l'utilisation d'acidifiants, de conservateurs et d'autres additifs pour les boissons, la technologie de microencapsulation est devenue un moyen important de promouvoir le progrès continu de l'industrie des boissons.

Actuellement, la technologie de la microencapsulation en Chine connaît une phase de développement rapide. En fonction de la demande du marché et de la situation actuelle, il est très important de poursuivre la recherche théorique et d'élargir l'application, pour le développement de nouveaux matériaux de paroi non toxiques et respectueux de l'environnement et pour l'excavation des matériaux de base, ainsi que pour l'élargissement des moyens d'évaluation fonctionnelle, etc. À l'avenir, la technologie de la microencapsulation jouera un rôle plus important dans l'industrie des boissons et développera continuellement de nouveaux produits bénéfiques pour la santé humaine, fera de plus grandes percées et apportera plus d'avantages aux êtres humains et à la société.