食品的微膠囊造粒技術.ppt

第十章 食品的微膠囊造粒技術,一、基本概念 (重點),二、微膠囊的功能,三、微膠囊造粒的步驟及方法,五、微膠囊產品質量的評定,四、微膠囊的釋放 (重點),六、微膠囊造粒技術的應用,微膠囊造粒技術，或微膠囊技術，是一項比較新穎、用途廣泛且發(fā)展迅速的新技術。自上世紀30年代起，經過幾十年的不斷研究與開發(fā)，已相繼在制藥、化肥、食品、飼料、精細化工等領域得到廣泛應用。微膠囊技術應用于食品工業(yè)中，解決了食品工業(yè)中的部分難題，極大地推動了食品工業(yè)由低級的農產品初加工業(yè)向高級產業(yè)轉變。,一、基本概念,微膠囊造粒技術就是將固體、液體或氣體物質包埋、封存在一種微型膠囊內成為一種固體微粒產品的技術，這樣能夠保護被包裹的物料，使之與外界不宜環(huán)境隔絕，達到最大限度地保持原有的色香味、性能和生物活性，防止營養(yǎng)物質的損失與破壞。此外，有些物料經微膠囊化后可掩蓋自身的異味，或由原先不易加工的氣體、液體轉化成為較穩(wěn)定的固體形式，從而大大地防止或延緩了產品劣變的發(fā)生。,微膠囊顆粒的大小一般都在 5 200m 范圍內，在某些應用中，這個范圍可以擴大到 0.25 1000 m 。當膠囊粒子小于 5m時，因布朗運動加劇而很難收集。而當粒度超過 300m時，其表面靜電摩擦系數會突然減少，從而失去微膠囊的作用。微膠囊的壁厚度通常在0.2 10m 范圍內。,微膠囊的形狀一般呈球形、腎形、粒狀、塊狀等。囊壁可以是單層結構，也可以是多層結構，囊壁包埋的核心物質可以是單核的，也可以是多核的。,心材,微膠囊內部裝載的物料稱為心材（或囊心物質），外部包囊的壁膜稱為壁材（或稱為包囊材料）。微膠囊造粒（微膠囊化）的基本原理是，針對不同的心材和用途，選用一種或幾種復合壁材進行包覆。一般而言，油溶性心材應采用水溶性壁材，而水溶性心材必須采用油溶性壁材。,1.心 材（囊心物質）,心材可以是單一的固體、液體或氣體物質，也可以是固液、液液、固固或氣液等物質的混合體。在食品工業(yè)中，“氣體”心材通常是指香精、香料之類的易揮發(fā)性的配料或添加劑。由于心材的選擇具有一定的靈活性，因此根據具體要求可以設計出某些特殊用途的微膠囊產品。,心材,針對食品工業(yè)，已經使用的心材有： 生物活性物質：膳食纖維、活性多糖、超氧化物歧化酶（SOD）、免疫球蛋白等； 氨基酸：賴氨酸、精氨酸和組氨酸等； 維生素：維生素A、B1、B2、C和E等； 防腐劑：山梨酸和苯甲酸鈉等； 酶制劑：蛋白酶、淀粉酶和果膠酶等； 香精香油：桔子香精、檸檬香精、薄荷油和冬青油等； 微生物細胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母等； 酸味劑：檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、乳酸、醋酸和磷酸等； 酒類：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等； 其他：焦糖色素和醬油等。,2.壁 材（成膜物質）,對一種微膠囊產品而言，選擇合適的壁材非常重要，不同的壁材在很大程度上決定著產品的物化性質。選擇壁材的基本原則是：能與心材相配伍但不發(fā)生化學反應，能滿足食品工業(yè)的安全衛(wèi)生要求，同時還應具備適當的滲透性、吸濕性、溶解性和穩(wěn)定性等。,無機材料和有機材料都可以作為微膠囊的壁材，但目前常用的是高分子材料，包括天然和合成兩大類。在食品工業(yè)中的應用有： 植物膠：阿拉伯膠、瓊脂、藻酸鹽、卡拉膠等； 多糖：黃原膠、阿拉伯半乳聚糖、半乳糖干露聚糖和殼聚糖等； 淀粉：玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、交聯(lián)改性淀粉等； 蛋白質：明膠、玉米蛋白和大豆蛋白等； 纖維素：羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、二醋酸纖維素、丁基醋酸纖維素等； 聚合物：聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酰胺等； 蠟與類脂物：石蠟蜂蠟、硬脂酸和甘油酸酯等。,二、微膠囊的功能,經微膠囊化后，可改變物質的色澤、形狀、質量、體積、溶解性、反應性、耐熱性和貯藏性等性質，能夠儲存微細狀態(tài)的心材物質并在需要時釋放出。由于這些特性，使得微膠囊技術在食品工業(yè)上能夠發(fā)揮許多重要的作用。,1.改變物料的存在狀態(tài)、質量與體積 2.隔離物料間的相互作用，保護敏感性物料 3.掩蓋不良風味、降低揮發(fā)性 4.控制釋放 5.降低食品添加劑的毒副作用,三、微膠囊造粒的步驟及方法,1.微膠囊造粒的步驟 形象地說，微膠囊造粒是物質微粒的包衣過程。其過程可分為以下四個步驟：, 將心材分散在微膠囊化的介質中； 再將壁材放入該分散體系中； 通過某一種方法將壁材聚集、沉漬或包敷在已分散的心材周圍； 對于形成的不穩(wěn)定的微膠囊進行化學或物理的方法處理，以達到一定的機械強度。,根據微膠囊造粒原理的不同，可將造粒方法歸為三類。但這種分類方法并未包括目前的所有方法，而且有些具體方法屬于交叉的，因此分類是相對的。 物理方法 包括：噴霧干燥法、噴霧凝凍法、空氣懸浮法、真空蒸發(fā)沉積法、靜電結合法等； 物理化學方法 包括：水相分離法、油相分離法、擠壓法、囊心交換法、熔化分散法、復相乳液法等； 化學方法 包括：界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法和輻射包囊法等。,2.微膠囊造粒的方法,噴霧凍凝微膠囊制作流程圖,空氣懸浮微膠囊制作流程圖,真空蒸發(fā)沉積法微膠囊工藝流程,靜電結合法微膠囊工藝流程,四、微膠囊的釋放,1.釋放方法 微膠囊所含的心材即可以立刻釋放出來，也可緩慢釋放出來。如要使所有的心材立刻釋放出來可采用機械法（如加壓、揉破、毀形或摩擦等）、加熱下燃燒或融化法以及采用化學方法（如酶的作用、溶劑及水的溶解、萃取等）。在心材中摻入膨脹劑或應用放電或磁力方法也可使微膠囊即可釋放。而緩慢釋放則是在環(huán)境中心材緩慢釋放出來，一般不需要外加條件。醫(yī)藥、化肥等一般常要求緩慢釋放，以提高作用效果。,（一）活性心材物質通過囊壁膜的擴散釋放 這是一種物理過程，心材通過囊壁膜上的微孔、裂縫或者半透膜進行擴散而釋放出來。微膠囊遇到水會逐漸吸脹，水由囊壁膜滲入開始溶解心材，此時出現了囊壁內外的濃度差，水的繼續(xù)滲入會使心材的溶解液透過半透膜擴散到溶劑中，擴散過程持續(xù)進行到囊壁內外濃度達到平衡或整個囊壁溶解為止。 （二）用外壓或內壓使囊壁膜破裂釋放出心材 此類方法也是使心材得以釋放的一種有效方法，一般而言，借助各種形式的外力作用使囊壁破裂釋放出心材，或在內部靠心材的自身動力使囊膜降解而釋放出心材。,（三）用水等溶劑浸漬或加熱等方法使囊膜降解而釋放出心材 這種釋放機理對食品工業(yè)來說，在許多方面能發(fā)揮較好的作用。如對一些用在象焙烤食品中的微膠囊化香料或酸味劑來說，就是利用在一定溫度下囊壁的熔化而釋放出心材來發(fā)揮其作用。另外，對于一些本身具有異味的營養(yǎng)物質來說，需制成在口中不溶解而能在腸胃中溶解吸收的膠囊化產品，要靠腸胃液中的酶來溶解囊壁釋放出心材。,2.釋放模型,微膠囊控制釋放的模型大致可分為三類： 零級釋放、一級釋放和 級釋放 。,微膠囊的釋放依賴于濾劑的種類、濕度、pH值、壓力和溫度，與壁材心材的化學組成物化性質也有關系。心材物質的釋放機制受到所用的囊壁物質的限制。微膠囊必須具備一定的強度，能經受一定的處理過程，但也要能在一定的壓力下破裂或在一定條件下溶解而釋放出心材。因此囊壁聚合物的滲透性、彈性和可溶性都關系到釋放的速率。囊壁的滲透性、彈性和可溶性又取決于囊壁聚合物的種類、微膠囊的大小及囊壁的厚度和層數。,五、微膠囊產品質量的評定,對微膠囊產品而言，選用不同的壁材和不同的工藝方法制得的微膠囊產品的性能可能相差很大，因此微膠囊的質量評價顯得很重要。,一般從一下三個方面進行評定： 1.心材溶出速度 2.心材含量 3.微膠囊尺寸大小，分布均勻性,六、微膠囊造粒技術的應用,隨