食品的微膠囊造粒技術(shù).ppt

第十章 食品的微膠囊造粒技術(shù),一、基本概念 (重點(diǎn)),二、微膠囊的功能,三、微膠囊造粒的步驟及方法,五、微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)定,四、微膠囊的釋放 (重點(diǎn)),六、微膠囊造粒技術(shù)的應(yīng)用,微膠囊造粒技術(shù)，或微膠囊技術(shù)，是一項(xiàng)比較新穎、用途廣泛且發(fā)展迅速的新技術(shù)。自上世紀(jì)30年代起，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷研究與開(kāi)發(fā)，已相繼在制藥、化肥、食品、飼料、精細(xì)化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。微膠囊技術(shù)應(yīng)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(dòng)了食品工業(yè)由低級(jí)的農(nóng)產(chǎn)品初加工業(yè)向高級(jí)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。,一、基本概念,微膠囊造粒技術(shù)就是將固體、液體或氣體物質(zhì)包埋、封存在一種微型膠囊內(nèi)成為一種固體微粒產(chǎn)品的技術(shù)，這樣能夠保護(hù)被包裹的物料，使之與外界不宜環(huán)境隔絕，達(dá)到最大限度地保持原有的色香味、性能和生物活性，防止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的損失與破壞。此外，有些物料經(jīng)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(zhuǎn)化成為較穩(wěn)定的固體形式，從而大大地防止或延緩了產(chǎn)品劣變的發(fā)生。,微膠囊顆粒的大小一般都在 5 200m 范圍內(nèi)，在某些應(yīng)用中，這個(gè)范圍可以擴(kuò)大到 0.25 1000 m 。當(dāng)膠囊粒子小于 5m時(shí)，因布朗運(yùn)動(dòng)加劇而很難收集。而當(dāng)粒度超過(guò) 300m時(shí)，其表面靜電摩擦系數(shù)會(huì)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(nèi)。,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(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)，囊壁包埋的核心物質(zhì)可以是單核的，也可以是多核的。,心材,微膠囊內(nèi)部裝載的物料稱為心材（或囊心物質(zhì)），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(duì)不同的心材和用途，選用一種或幾種復(fù)合壁材進(jìn)行包覆。一般而言，油溶性心材應(yīng)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(zhì)）,心材可以是單一的固體、液體或氣體物質(zhì)，也可以是固液、液液、固固或氣液等物質(zhì)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(lèi)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(jù)具體要求可以設(shè)計(jì)出某些特殊用途的微膠囊產(chǎn)品。,心材,針對(duì)食品工業(yè)，已經(jīng)使用的心材有： 生物活性物質(zhì)：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(xì)胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母等； 酸味劑：檸檬酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、乳酸、醋酸和磷酸等； 酒類(lèi)：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(zhì)）,對(duì)一種微膠囊產(chǎn)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(chǎn)品的物化性質(zhì)。選擇壁材的基本原則是：能與心材相配伍但不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能滿足食品工業(yè)的安全衛(wèi)生要求，同時(shí)還應(yīng)具備適當(dāng)?shù)臐B透性、吸濕性、溶解性和穩(wěn)定性等。,無(wú)機(jī)材料和有機(jī)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(lèi)。在食品工業(yè)中的應(yīng)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(zhì)：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(lèi)脂物：石蠟蜂蠟、硬脂酸和甘油酸酯等。,二、微膠囊的功能,經(jīng)微膠囊化后，可改變物質(zhì)的色澤、形狀、質(zhì)量、體積、溶解性、反應(yīng)性、耐熱性和貯藏性等性質(zhì)，能夠儲(chǔ)存微細(xì)狀態(tài)的心材物質(zhì)并在需要時(shí)釋放出。由于這些特性，使得微膠囊技術(shù)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(zhì)量與體積 2.隔離物料間的相互作用，保護(hù)敏感性物料 3.掩蓋不良風(fēng)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(shuō)，微膠囊造粒是物質(zhì)微粒的包衣過(guò)程。其過(guò)程可分為以下四個(gè)步驟：, 將心材分散在微膠囊化的介質(zhì)中； 再將壁材放入該分散體系中； 通過(guò)某一種方法將壁材聚集、沉漬或包敷在已分散的心材周?chē)?對(duì)于形成的不穩(wěn)定的微膠囊進(jìn)行化學(xué)或物理的方法處理，以達(dá)到一定的機(jī)械強(qiáng)度。,根據(jù)微膠囊造粒原理的不同，可將造粒方法歸為三類(lèi)。但這種分類(lèi)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(lèi)是相對(duì)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(jié)合法等； 物理化學(xué)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(fù)相乳液法等； 化學(xué)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(jié)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(lái)，也可緩慢釋放出來(lái)。如要使所有的心材立刻釋放出來(lái)可采用機(jī)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(xué)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(yīng)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(lái)，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(zhì)通過(guò)囊壁膜的擴(kuò)散釋放 這是一種物理過(guò)程，心材通過(guò)囊壁膜上的微孔、裂縫或者半透膜進(jìn)行擴(kuò)散而釋放出來(lái)。微膠囊遇到水會(huì)逐漸吸脹，水由囊壁膜滲入開(kāi)始溶解心材，此時(shí)出現(xiàn)了囊壁內(nèi)外的濃度差，水的繼續(xù)滲入會(huì)使心材的溶解液透過(guò)半透膜擴(kuò)散到溶劑中，擴(kuò)散過(guò)程持續(xù)進(jìn)行到囊壁內(nèi)外濃度達(dá)到平衡或整個(gè)囊壁溶解為止。 （二）用外壓或內(nèi)壓使囊壁膜破裂釋放出心材 此類(lèi)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(nèi)部靠心材的自身動(dòng)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(jī)理對(duì)食品工業(yè)來(lái)說(shuō)，在許多方面能發(fā)揮較好的作用。如對(duì)一些用在象焙烤食品中的微膠囊化香料或酸味劑來(lái)說(shuō)，就是利用在一定溫度下囊壁的熔化而釋放出心材來(lái)發(fā)揮其作用。另外，對(duì)于一些本身具有異味的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，需制成在口中不溶解而能在腸胃中溶解吸收的膠囊化產(chǎn)品，要靠腸胃液中的酶來(lái)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(lèi)： 零級(jí)釋放、一級(jí)釋放和 級(jí)釋放 。,微膠囊的釋放依賴于濾劑的種類(lèi)、濕度、pH值、壓力和溫度，與壁材心材的化學(xué)組成物化性質(zhì)也有關(guān)系。心材物質(zhì)的釋放機(jī)制受到所用的囊壁物質(zhì)的限制。微膠囊必須具備一定的強(qiáng)度，能經(jīng)受一定的處理過(guò)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(guān)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(lèi)、微膠囊的大小及囊壁的厚度和層數(shù)。,五、微膠囊產(chǎn)品質(zhì)量的評(píng)定,對(duì)微膠囊產(chǎn)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(chǎn)品的性能可能相差很大，因此微膠囊的質(zhì)量評(píng)價(jià)顯得很重要。,一般從一下三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)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(shù)的應(yīng)用,隨