食品的微膠囊造粒技術(shù)

食品的微膠囊造粒技術(shù)第1頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日一、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)用第2頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日微膠囊造粒技術(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(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、基本概念第3頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日

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。第4頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日微膠囊顆粒的大小一般都在5~

200μm范圍內(nèi)，在某些應(yīng)用中，這個(gè)范圍可以擴(kuò)大到0.25~1000μm。當(dāng)膠囊粒子小于5μm時(shí)，因布朗運(yùn)動(dòng)加劇而很難收集。而當(dāng)粒度超過300μm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~

10μm范圍內(nèi)。

第5頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日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。復(fù)合微膠囊雙壁微膠囊簇微膠囊產(chǎn)品的大致形狀第6頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日心材微膠囊內(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。

心材第7頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日針對(duì)食品工業(yè)，已經(jīng)使用的心材有：①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；②氨基酸：賴氨酸、精氨酸和組氨酸等；③維生素：維生素A、B1、B2、C和E等；④防腐劑：山梨酸和苯甲酸鈉等；⑤酶制劑：蛋白酶、淀粉酶和果膠酶等；⑥香精香油：桔子香精、檸檬香精、薄荷油和冬青油等；⑦微生物細(xì)胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母等；⑧酸味劑：檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、乳酸、醋酸和磷酸等；⑨酒類：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等；⑩其他：焦糖色素和醬油等。第8頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日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。在食品工業(yè)中的應(yīng)用有：①植物膠：阿拉伯膠、瓊脂、藻酸鹽、卡拉膠等；②多糖：黃原膠、阿拉伯半乳聚糖、半乳糖干露聚糖和殼聚糖等；③淀粉：玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、交聯(lián)改性淀粉等；④蛋白質(zhì)：明膠、玉米蛋白和大豆蛋白等；⑤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；⑥聚合物：聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酰胺等；⑦蠟與類脂物：石蠟蜂蠟、硬脂酸和甘油酸酯等。第9頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日二、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第10頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日三、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(zhì)微粒的包衣過程。其過程可分為以下四個(gè)步驟：ABCD微膠囊化的基本步驟A心材在介質(zhì)中分散；B加入壁材；C壁膜沉積；D壁膜固化①將心材分散在微膠囊化的介質(zhì)中；②再將壁材放入該分散體系中；③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；④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。

第11頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日根據(jù)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(duì)的。①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；②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；③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.微膠囊造粒的方法第12頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日噴霧凍凝微膠囊制作流程圖空氣懸浮微膠囊制作流程圖第13頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日真空蒸發(fā)沉積法微膠囊工藝流程靜電結(jié)合法微膠囊工藝流程第14頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日四、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(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，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。第15頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日（一）活性心材物質(zhì)通過囊壁膜的擴(kuò)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(jìn)行擴(kuò)散而釋放出來。微膠囊遇到水會(huì)逐漸吸脹，水由囊壁膜滲入開始溶解心材，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半透膜擴(kuò)散到溶劑中，擴(kuò)散過程持續(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。第16頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日（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)來說，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(duì)于一些本身具有異味的營養(yǎng)物質(zhì)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(chǎn)品，要靠腸胃液中的酶來溶解囊壁釋放出心材。第17頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日級(jí)釋放零級(jí)釋放一級(jí)釋放含等量囊心物質(zhì)的三種釋放模型釋放速率時(shí)間

2.釋放模型

微膠囊控制釋放的模型大致可分為三類：零級(jí)釋放、一級(jí)釋放和級(jí)釋放。①零級(jí)釋放釋放速率為常數(shù)，直至活性組分基本耗完，是最簡單的釋放模型。②一級(jí)釋放釋放速率正比于活性組分的質(zhì)量或釋放速率隨時(shí)間成指數(shù)衰減。

③級(jí)釋放釋放速率正比于時(shí)間平方根的倒數(shù)

第18頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日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(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、微膠囊的大小及囊壁的厚度和層數(shù)。第19頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日五、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，分布均勻性第20頁，共25頁，2023年，2月20日，星期日六、微膠囊造粒技術(shù)的應(yīng)用隨著微膠囊造粒技術(shù)的日趨成熟，它在食品工業(yè)中的應(yīng)用范圍也在擴(kuò)大，各種新的用途被不斷開發(fā)出來。微膠囊技術(shù)，正為食品工業(yè)開發(fā)新產(chǎn)品、更新傳統(tǒng)工藝和改善產(chǎn)品質(zhì)量等方面展示出美好的應(yīng)用前景。目前而言，微膠囊技術(shù)主要在三個(gè)方面取得了工業(yè)化的應(yīng)用：①酶或細(xì)胞的固定化；②傳統(tǒng)液體產(chǎn)品的固體粉末化；③食品添加劑的膠囊化。第21頁，共25頁，2023年，2月