-食品造粒新技術

1、第二章食品造粒新技術第一節(jié) 總 論一、微膠囊造粒的基本概念1、微膠囊一是指一種具有聚合物壁殼的微型容器或包裝物。2、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， 使之成為一種固體微粒產品的技術。3、心材（囊心物質）微膠囊內部裝載的物料。4、壁材（包囊材料）一微膠囊外部包囊的壁膜。二、微膠囊造粒的基本原理針對不同的心材和用途，選用一種或幾種復合的壁材進行包覆。通常，油溶性心材 采用水溶性壁材，而水溶性心材必須采用油溶性壁材。三、微膠囊造粒技術的優(yōu)點保護被包裹的物料，使之與外界不宜環(huán)境相隔絕，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)物質的破壞和損失；掩蓋物料的

2、異味；將不易加工貯藏的氣體、液體轉化成較穩(wěn)定的固體形式，防止或延緩產品劣變的發(fā) 生。四、微膠囊的常見形狀有球形、腎形、粒狀、絮狀和塊狀等。徵股意掰五、已經使用的心材1、生物活性物質：2、氨基酸：3、微生素：4、礦物元素：5、食用油脂：6、酒類：7、微生物細胞：8、甜味劑：9、酸味劑：10、防腐劑：11、酶制劑：12、香精香油：13、其它：六、常見壁材（膜材、包裹材料、成膜材料）1、選擇壁材的原則能與心材相配伍但不發(fā)生化學反應；能滿足安全、衛(wèi)生要求；具備適當?shù)臐B透性、吸濕性、溶解性和穩(wěn)定性。2、食品工業(yè)中可使用的壁材舉例：（1）植物膠：阿拉伯膠、瓊脂、藻酸鹽、瓜兒膠、羅望子膠和卡拉膠等；（2）多

3、糖：黃原膠、阿拉伯半乳聚糖、半乳糖甘露聚糖、殼聚糖等；（3）淀粉：玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、交聯(lián)改性淀粉和接枝共聚淀粉等；（4）纖維素：較甲基纖維素、較乙基纖維素、乙基纖維素、二醋酸纖維素、丁基醋酸 纖維素、硝酸纖維素等；（5）蛋白質：明膠、 蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白等；（6）聚合物：聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰氨、聚苯乙烯等；（7）蠟與類脂物：石蠟、蜂蠟、硬脂酸、甘油酸酯等。七、微膠囊的功能與局限性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，保護敏感性物質。3、掩蓋不良風味、降低揮發(fā)性。4、控制釋放速度，延長有效時間5、降低食品添加劑的毒理作用6、局限性：如要控制

4、心材的釋放速度，則要權衡壁材的厚度；要選擇能夠同時溶解于水的心材和壁材，難度很大。八、微膠囊造粒的步驟1、將心材分散于微膠囊化的介質中；2、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、用化學或物理方法處理，加強其機械強度。|（山圖3 2微膠囊化的基本步驟內相在介質中分散（I）加入成瓶材料（壁材）（G臺水壁膜的沉積（d壁膜的同化九、微膠囊造粒方法的分類（一）分類依據(jù)（口心材是液體還是捂體，是親水的還是疏水的，對于pH或溫度變也是否穩(wěn)定，力 壁材是應用日制備奸的聚合物,還是在心樹周圍的我的上通過單體聚合、固化 庶成的；下微脫囊造粒在何種介限.中進行，是

5、在氣體中r還是在有.機溶液或在水中？ 微脫囊的成形是通過一步還是多步方法完或的；口）微膠囊具有單層還是.多層的結構；L5）微膠塞的使用方式:如何，是在干燥還是在潮濕的條件卜使用：（7微膠囊造粒的原母展;化學還是物理化學法.（二）造粒方法的種類L屬于物理方法的微膠囊技術（討噴霧干燥法。（2）噴霧凝凍法。（3）空氣懸浮法。（4）真空蒸發(fā)沉積法。（5）靜電結合法.（6）多孔離心法必.屬于物理化學方法的微膠囊技術（1）水相分離法，（2）油相分離法.（3）囊心交換法.（4）擠壓法.（5）銳孔法,（6）粉末床法。（7）熔化分散法.8）復相乳液法。.屬于化學方法的微膠囊技術（1）界面聚合法,（2）原位聚合法

6、,干燥室噴霧凍凝法冷氣發(fā)生輸送設備 冷卻室三、空氣懸浮法（Wurster法）噴霧凍凝法冷氣發(fā)生輸送設備 冷卻室三、空氣懸浮法是將流態(tài)化技術與微膠囊技術結合起來的空氣懸浮微膠囊造粒法。流態(tài) 化技術是使固體微粒與氣體接觸轉變成類似流體狀態(tài)的單元操作。（一）Wurster法的裝置由柱筒、流化床和噴霧管組成。（二）工作原理當空氣氣流速度U界于臨界流態(tài)化速度Umf和懸浮速度Ut之間時（Umf UUt ）,固體心材顆粒在流化床所產生的湍動空氣流中劇烈翻滾運動，這時往這些作 懸浮運動的心材顆粒外表面噴射預先調制好的壁材溶液使心材表面濕潤（即包裹）。之后， 心材表面的成膜溶液逐漸被空氣流所干燥，形成了一定厚度

7、的薄膜，從而完成心材的包 裹與固化過程。當心材顆粒被吹到柱體頂部時，由于截面面積增大，頂部的空氣流速減 小，結果空氣流不能較久地托住心材顆粒，使它向柱底部降落。在此升起與降落的循環(huán) 往復期間，心材顆粒均被成膜至規(guī)定厚度。至此停止噴涂，回收所生成的膠囊。（三）Wurster法的過程控制影響Wurster法造粒質量的因素如下：脆碎度、揮發(fā)性、結晶性及流動性;心材的相對密度、表面積、熔點、溶解度、 壁材的難度（如果不是溶液則是指熔點）； 壁材的包裹速度；脆碎度、揮發(fā)性、結晶性及流動性;承載心材和使之流態(tài)化所需要的空氣量； 壁材的用量；進料口與產品出口的溫度。四、其它物理造粒方法（一）真空蒸發(fā)沉降法圖

8、2-12為真空蒸發(fā)沉積法微膠囊造粒 裝置示意圖。原理是在真空室內有一個用 來蒸發(fā)金屬、形成膠囊壁的電熱爐，或者 可用電子束作熱源。心材顆粒經冷卻后， 自圖中左上方輸入，滾動落下到噴灑板上 。與此同時，成膜材料的蒸汽凝結于心材 顆粒的表面，制成的微膠囊收集于設置在 右下部的接受器中。（二）靜電結合法原理是將帶有相反電荷的心材顆粒和成膜材料將噴霧器釋放到空中，并通過靜電吸 引而結合在一起。要求心材和壁材顆?；ゲ幌嗳芮掖笮∠嗨?，而且壁材顆粒可以潤濕心 材顆粒。如圖213。（三）多孔離心法多孔離心法是利用離心力將心材顆粒投擲穿過用以包裹的薄膜，從而實現(xiàn)微膠囊化 的一種物理方法。圖2-14為其示意圖。旋

9、轉筒內有3條環(huán)繞圓筒的溝，在中間的溝中鉆有許多小孔，大多數(shù)小孔間的距離 很近，并環(huán)繞著圓筒，上溝和下溝也環(huán)繞在圓筒的圓周體上。熔融或溶液狀的壁材通過 管道進入各溝中，在圓筒旋轉的離心力影響下，沿最靠近溝的一側流至有鉆孔的部分， 并在小孔上形成一層薄膜。安裝在圓筒內的反方向旋轉盤將由中心入口進入的心材分散 并擲向小孔，心材到達小孔時遇到包裹材料膜，在旋轉圓筒產生的沖力和離心力作用下， 穿過壁材膜形成濕微膠囊顆粒。之后，用不同的方法加以硬化、凍凝或除去囊膜中溶劑。第三節(jié) 物化法微膠囊造粒技術物化法包括相分離法（水相分離法、油相分離法）、囊心交換法、擠壓法、銳孔法、 粉末床法、熔化分散法、復相乳液法

10、等。相分離法概述1、相分離法的基本概念（1）相分離法（凝聚一相分離法）在含有心材和壁材的初始溶液中，加入另一種物 質或溶劑，或采用其它適宜方法使壁材的溶解度降低，從而從初始溶液中凝聚形成一個 新相并分離出來。相分離包括水相分離和油相分離。（2）水相分離法：在相分離法中，如果心材是非水溶性的固體粉末或液體，壁材是水 溶性的聚合物，聚合物的凝聚相是從水溶液中分離出來形成微膠囊壁，這種方法就叫做 水相分離法。（3）油相分離法：如果心材是水溶性的而壁材是水不溶的，凝聚相是從有機溶液中分 離出來，這種方法就叫做油相分離法。2、相分離法的主要步驟：互不相溶的三種化學相的調制、囊壁層的析出、囊壁層的固 化。

11、首先是調制包括液體介質相、心材相和壁材相這三種互不相溶的化學相（即調制）， 具體方法是將心相分散在含有壁材聚合物的溶液中，聚合物的溶劑即液體介質相。通過改變聚合物溶液的溫度，或往聚合物溶液中加入鹽、沉淀溶劑或不相配伍的聚合物，或 用誘導聚合物間相互作用的方法，來促使壁材相的形成。其次，通過對溶液介質中壁材（溶于液體中）和心材（不溶于液體中）進行有效控 制的物理混合過程，使液體壁材聚合物包裹沉積在心材顆粒上（即囊壁層的析出）。第三，囊壁層的固化與穩(wěn)定。利用壁材的物理和化學性質，通過加熱、高分子物質 間的交聯(lián)或去除溶劑等方法，使微膠囊囊壁層固化與干燥穩(wěn)定。一、水相分離法根據(jù)凝聚機理，水相分離法又分

12、為單凝聚法和復凝聚法。（一）單凝聚法1、概念：單凝聚法是指以一種高分子聚合物為壁材溶解于水溶液中，加入水不溶性的心材， 調制成三種互不相溶的化學相；然后通過凝聚劑使之與大量的水結合，引起三相體系中 壁材相的溶解度降低而凝聚出來，完成微膠囊造粒過程。2、實例：將10G玉米油（心材）均勻分散到1.2KG10%的明膠水溶液中，在45的溶 液溫度下，滴加乙醇并不斷攪拌分散。當乙醇的體積濃度達到約50%時，整個體系變得 不透明并開始形成凝聚相，該凝聚相包括了玉米油的微滴。用乙醇洗滌，并在減壓條件 下于25干燥，即得到微膠囊化粉末油脂。（二）復凝聚法1、概念：當一種帶正電荷的膠體水溶液與一種帶負電的膠體水

13、溶液混合時，由于電荷間的相 互作用形成一種復合物，導致溶解度降低，并產生相分離現(xiàn)象，結果從水溶液中凝聚析 出析出了微膠囊，此法即復凝聚法微膠囊技術。分離出的兩相分別為凝聚膠體相和稀釋 膠體相，凝聚膠體相即可用作微膠囊的壁膜。二、油相分離法2、實例：二、油相分離法1、原理以某種合適的有機溶劑溶解高分子壁材聚合物，加入水溶性心材調制成三種互不相 溶的化學相，然后通過絮凝劑貨其它方法使三相體系中壁材相的溶解度下降而凝聚分離 出來，從而實現(xiàn)微膠囊化。2、使壁材相凝聚沉析出來的三種情況(1)加入非溶劑的油相分離法乳化分解圖2T9通過加入非溶劑油相分離法的微膠囊造粒過程示意圖(2)通過溫度變化實現(xiàn)油相分離

14、將乙基纖維素分散在環(huán)己烷中配成2%的溶液，同時加熱至沸以使溶液均態(tài)化。再 邊攪拌邊將心材分散于壁材溶液中，壁材與心材的配比是1:2,不斷攪拌使混合液冷卻 以產生乙基纖維素的凝聚一相分離反應，實現(xiàn)對心材的微膠囊化。（3）通過不相配伍聚合物的油相分離法原理：利用共存于同一溶劑中不同聚合物的互不配伍性來完成用聚合物作壁材的油 相分離和微膠囊化。實例：以乙基纖維素為壁材，先將乙基纖維素溶于甲苯調制成2%的溶液，再將基 本上不溶于甲苯的心材分散于該聚合物溶液中，緩慢加入液態(tài)聚丁二烯使之與乙基纖維 素之比為25:1。聚丁二烯易溶于甲苯中，與乙基纖維素互不配伍，因而使乙基纖維素從 聚丁二烯甲苯溶液中析出，沉

15、積于分散的心材外表析出初始微膠囊。囊壁的固化可通過 加入乙基纖維素的非溶劑（如己烷）進行，也可用乙烷反復洗滌混合物中溶于己烷的聚 丁二烯，最后經過濾和干燥后得微膠囊產品。三、囊心交換法1、囊心交換法的概念就是先通過復凝聚法用明膠和阿拉伯膠將非極性溶劑（如檸檬烯）微膠囊化，然后 在囊壁尚保持高滲透性時，用極性溶劑（如檸檬油乙醇溶液）逐步地置換囊中的非極性 溶劑，達到實現(xiàn)對極性溶劑（檸檬油）微膠囊化的目的。在完成交換之后，應用明膠的 非溶劑（如乙醇、丙酮）來處理微膠囊，再將明膠一阿拉伯膠囊壁變成非滲透性的。 2、應用范圍適于對大多數(shù)水溶液、高極性液體和低沸點液體的微膠囊化。也適于由結構和比例 都非

16、常易變的成分混合而成的心材（如檸檬油）的微膠囊化。3、實例：檸檬油既含有油溶性成分，也含有水溶性成分，使用復凝聚法只能將油溶性 成分膠囊化，而將水溶性成分排斥在外，結果成為一種配比失調的香料。要解決這一問 題，可先通過復凝聚法將d檸檬烯（檸檬油中的油溶性成分）微膠囊化，之后在用檸 檬油交換d檸檬烯。具體操作如下：4、應用實例1000mL1%的明膠和1%的阿拉伯膠混合液（pH6.5） + 200g檸檬烯II II調節(jié)pH為4.5,并攪拌，促使檸檬烯小液滴形成II將溫度降低至10,促使明膠-阿拉伯膠復合凝聚相的形成與固定II過濾分離出微膠囊（含d-檸檬烯）II將400g含d-檸檬烯的微膠囊,浸入5

17、00mL含20%檸檬油的乙醇溶液中， 并攪拌1h,促使交換的進行II除去上清液，得到含檸檬油乙醇溶液的微膠囊產品II收集微膠囊產品用飽和山梨糖醇乙醇溶液洗滌，保持35_40。II用流化床干燥器干燥，得到干燥的檸檬油微膠囊產品。四、擠壓法與銳孔法1、擠壓法和銳孔法都是通過模頭或銳孔在應力作用下使物料擠壓成型，但擠壓法采用 二次成型，即先擠壓成細絲，然后在固化液中借助力的作用打斷成顆粒，而銳孔法是經 擠壓一次成型。2、擠壓法實例下圖中心材是香精，壁材是糖一水解淀粉混合物香精海隆:道討將用法對導扁動方說找膠囊北圖上工1擠比浜示意囹心V，反一亡器 H珞耳根&格一水解浙和宅於把一京丙新一一1TU；香精海

18、隆:道討將用法對導扁動方說找膠囊北圖上工1擠比浜示意囹心V，反一亡器 H珞耳根&格一水解浙和宅於把一京丙新一一1TU；抗結塊向3.化制、京氫也兀無岫.加壓微控囊化杼瑚標打虎做和狀.訓最反福聯(lián)3、銳孔法實例實例:實例:五、粉末床法1、概念膠囊化溶液經霧化器或銳孔成型后，生成的濕膠囊顆粒沖擊在粉末床上進一步包裹 并固化，分離、干燥后便得到產品。2、粉末床法示意圖塘畀囂-廣半=口得忸圖，儲 粉木床也微皎囊造:斜裝置之一國2塘畀囂-廣半=口得忸圖，儲 粉木床也微皎囊造:斜裝置之一國2-死衿末床也栽股囊造制笈苣一二中汩心= 沆化的才,由怙上微加囊伯 的“.品T_ J平拈I的設備粘上希人/ ”魂版I /#

19、3、實例：微生素A+D明膠一糖微膠囊的制備760g明膠 + 418g葡萄糖 + 1900mL水II混合均勻，保持65II加入460g微生素A棕櫚酸鹽、20.8g微生素D、160g食用牛油、26gBHA,攪拌分散II噴霧,任其降落到由3份滑石、3份硅酸鋁鈣組成的粉末床上，使之不發(fā)粘II分離、干燥，得到微膠囊產品。六、熔化分散法1、利用液體介質的熔化分散法方法一：利用具有非溶劑性、高熱穩(wěn)定性和低反應活性的惰性液體為介質，將作為 壁材的蠟狀物質和心材一起分散到該惰性液體中（預先將此液體加熱到高于蠟狀物質的 熔點）。在攪拌的條件下將體系冷卻到室溫，蠟狀物質硬化并在心材的周圍形成微膠囊。 此法的關鍵是，

20、液體介質、蠟狀物質和心材之間必須互不混溶，且對熱穩(wěn)定。方法二：先將心材分散到液態(tài)石蠟中，隨后將此心材和蠟混合體系分散到冷卻的液 體介質中。2、利用氣體介質的熔化分散法在加熱的條件下，將液化了的石蠟或硬化油形成微滴懸浮在空氣中，然后任其自然 落下，微滴在冷卻時被固化成非粘性的球狀干燥顆粒。實例：利用硬化油將5,-核甘酸（食品鮮味劑）進行微膠囊化將6kg熔點為58-62的硬化油在80-85液化I再將2kg心材粉末（150目）分散在硬化油中，加熱混合I將分散液用小口徑噴槍噴射到20的空氣中，冷凝噴射液，得到微膠囊產品七、復相乳液法1、概念：復相乳液法就是指將含有心材和壁材的膠囊化初始溶液以微滴狀態(tài)分

21、散于揮發(fā)性介 質中，調成w/0/w或0/0/0三相乳濁液，然后將揮發(fā)行介質從微滴中蒸除，形成囊壁， 再通過加熱、減壓、攪拌、冷卻、干燥等手段，除去囊壁中的溶劑，制成微膠囊產品。2、方法：（1）W/0/W復相乳液法（適于油溶性壁材對水溶性心材的微膠囊化）步驟：將心材制成水溶液（W）再將壁材溶劑于有機溶劑中（0）將二 者分散制成W/0型乳化液配制膠體保護劑水溶液（0）,將此溶液分散在上述溶液 中，制成W/0/w型乳化液 加熱或減壓使有機溶劑蒸除，得到微膠囊產品。一次分散干煤悔一喊nn一次分散干煤悔一喊nn圖2-29 W/O/W復相乳液法的微膠囊造粒過程示意圖實例：取3份酶水溶液（W）配制15份聚苯

22、乙烯苯溶液（0）將二者 分散制成W/0型乳化液配制100分膠體保護水溶液（水溶液W）,分散于上述溶液 中，形成w/0/w乳化液。加熱，使苯蒸除。干燥后得到微膠囊產品。（2）0/W/0復相乳液法（適于水溶性壁材對油溶性心材的微膠囊化）步驟：將油溶性心材溶液（0）分散在水溶性壁材聚合物中（W）,形成0/W型乳 化液一將混合液分散在膠體穩(wěn)定油溶性材料中（0）,形成0/W/0型乳化液。 干燥后得到微膠囊化產品實例：制備魚甘油明膠微膠囊產品:將200G魚甘油分散在1000G33%的明膠水溶液 中，制成O/W乳化液在將其加到300mL礦物油中，制成O/W/O型乳化液干燥 后得到微膠囊產品第四節(jié)化學法微膠囊

23、造粒技術一、界面聚合法1、概念界面聚合法是利用分別溶解在不同溶劑中的兩中活性單體，當一種溶液分散在另一 種溶液中時，兩中活性單體相互間在界面發(fā)生聚合，從而形成膠囊壁的一種微膠囊造粒 技術。2、原理及步驟,五城合圖2 3。 界間秦臺法旗胞轍道桓東益圖人中114甲忙 、A 工：,力池M優(yōu)I二、原位聚合法1、概念在原位聚合法中，單體及催化劑全部位于心材液滴的內部或外部，單體是可溶的， 它僅由分散相或者僅由連續(xù)相供給，而聚合物是不可溶的。聚合反應在心材液滴的表面 發(fā)生，生成的薄膜覆蓋住心材液滴的全部表面。 2、酶或細胞的固定化過程圖2-31原位聚合法微膠囊造粒示意圖I !羊博催竹苗三、分子包裹法1、概

24、念分子包裹法，是一種發(fā)生在分子水平上的微膠囊化法，它主要是利用B一環(huán)糊精作 為膠囊化的包覆介質。2、原理及原理圖3、環(huán)狀糊精包裹外來分子的主要方法把環(huán)狀糊精與外來分子混合在一起，然后攪拌混合。如果外來分子不溶于水，則應首 先用水溶性溶劑溶解它。把固體環(huán)狀糊精與外來分子混合，加水制成糊狀，在此過程中不用任何溶劑。 把氣體通入環(huán)狀糊精溶液中。四、輻射包裹法概念與原理以聚乙烯醇或明膠為壁材，利用Y射線、x射線或電子束進行輻照后使壁材在 乳濁液狀態(tài)發(fā)生交聯(lián)，得到球狀實體微囊，然后將微囊浸泡于含心材的水溶液中，使其 吸收心材，待水分干燥后，即得到含有心材的微膠囊產品。第五節(jié) 微膠囊造粒技術在食品工業(yè)中的

25、典型應用一、在酶或細胞固定化方面的應用（一）固定化酶和固定化細胞的特點1、固定化酶的優(yōu)點容易與底物和產物分開；可以在較長時間內進行反復分批反應；可以提高酶的穩(wěn)定性；酶反應過程得到嚴格控制；產物溶液中沒有酶的殘留，因而簡化了提純工藝；較水溶性酶更適合于多酶反應；增加產物的得率，提高產物質量；提高酶的使用效率，降低生產成本。2、固定化酶的缺點固定化過程對酶的活性有所損失；增加了固定化成本；只能用于水溶性底物，而且對小分子底物較適宜，對大分子底物不太適宜;與完整菌株相比，它不適宜于多酶反應，特別是對需要輔助因子的反應。胞內酶必須經過酶的分離。3、固定化細胞的優(yōu)點省去酶的分離費用；是多酶系統(tǒng)，無需輔酶的再生;細胞生長停滯的時間短；細胞多，且反應快；對污染的抵抗力強；可實現(xiàn)連續(xù)化發(fā)酵；蒸溜或提取前，不需分離去除細胞；保持酶的原始狀