食品微囊技術(shù)課件

食品微囊技術(shù)

——柳中112008324001963主要內(nèi)容1.囊心物與囊材2.微膠囊的主要制備方法3.微膠囊技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用定義微膠囊是利用天然的或合成的高分子材料(通稱囊材)，將固體微?；蛞后w微滴(即囊心物)包囊成微小囊狀制劑，簡稱微囊。其工藝技術(shù)稱為微囊化。根據(jù)微囊的大小可分為微囊(直徑1μm以上)和毫微囊(直徑0.1～1μm)。其形狀為米粒狀、針狀、方狀或不規(guī)則形，其內(nèi)部可為單核或多核的。

最早作為商品問世的微膠囊是20世紀(jì)50年代美國NCR公司生產(chǎn)的“無碳碳紙”，其后約經(jīng)過25年，微膠囊技術(shù)開始在醫(yī)藥、食品、紡織、農(nóng)業(yè)、國防等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，尤其在食品工業(yè)大量應(yīng)用，如調(diào)味品、香料等。微囊化的目的為：①改變物態(tài)，如將液體或氣體成分轉(zhuǎn)化成易處理的固體，即將其“粉末化”，便于處理和包裝；②保護(hù)香料成分以免直接受熱、光、濕度等因素的影響而引起氧化、變質(zhì)；③避免有效成分因揮發(fā)或蒸發(fā)有所損失，并隔離活性成分，避免相互間的反應(yīng)；④控制有效成分的釋放，包括控制釋放的時間和速率；⑤利于有效成分的吸收，提高生物利用率。1.囊心物與囊材1.2微囊的囊材2）半合成高分子材料

常用的為一些纖維衍生物，它們的特點是毒性低，粘度大，成鹽后溶解度增加。但由于易水解，因此不宜高溫處理，且須臨用時新鮮配制。主要有以下幾種：（1）羧甲基纖維素鈉(簡稱Na—CMC)（2）鄰苯二甲酸酯纖維（簡稱CAP）)（3）甲基纖維素(簡稱MC)（4）乙基纖維素1.囊心物與囊材1.2微囊的囊材3)全合成高分子材料全合成高分子材料是一類成膜性和化學(xué)穩(wěn)定性均好的包囊材料，最近合成的體內(nèi)可生物降解的囊材受到了廣泛重視。主要有以下幾種：

(1)聚乙二醇(簡稱為PEG)(2)聚乙烯醇(簡稱PVA)(3)聚酰胺(4)聚乙烯吡咯烷酮（簡稱PVP）2.微膠囊的主要制備方法

微膠囊的制備方法有多種，為了更好地了解和應(yīng)用微膠囊技術(shù)，需要對這些方法加以分類。微膠囊的制備方法的分類有多種方式，如根據(jù)膠囊壁形成方法分類、根據(jù)膠囊材料組成分類等。以下分類方法比較清晰合理。化學(xué)法：界面聚合法、原位聚合法、銳孔法、輻射化學(xué)法、包結(jié)絡(luò)合物法；物理化學(xué)法：凝聚法（水相分離法，包括單凝聚法、復(fù)凝聚法、鹽凝聚法等）、復(fù)相乳液法、融化分散與冷凝法、囊芯交換法、粉末床法；物理機械法：空氣懸浮包衣法、噴霧干燥法、噴霧冷卻和冷凍法、擠壓法、離心擠壓法、真空蒸發(fā)沉積法、靜電絡(luò)合法、蔗糖共晶法等。微膠囊產(chǎn)品的命名方式有根據(jù)芯材命名的，如維生素C微膠囊。有根據(jù)壁材而命名的，如阿拉伯膠微膠囊。更恰當(dāng)?shù)氖墙Y(jié)合芯材和壁材的命名，如卵磷脂-明膠微膠囊。本節(jié)介紹凝聚法、復(fù)乳法、噴霧干燥法、囊芯交換法、噴霧冷卻和冷凍法等方法。2.微膠囊的主要制備方法2.1復(fù)乳法

本法又稱液中干燥法或揮散溶劑沉積法。系用水或揮發(fā)油作包囊介質(zhì)，將包料與芯料以液滴形式分散在此介質(zhì)里，然后揮發(fā)除去分散液滴中的溶劑，即成囊壁。溶劑可用加熱、減壓、透析或冷凍干燥等方法除去。本法按所用介質(zhì)不同，又分為水中干燥法和在油中干燥法。以在水中干燥法為例，其制備原理是：選擇一個與水不相混溶的沸點低（＜100℃）、而蒸汽壓比水高的有機溶劑，將包囊材料溶于其中，然后將芯料水溶液分散在上述溶液中形成W／O(水油)型乳劑。另配制一個含有穩(wěn)定劑保護(hù)膠的水溶液作為包囊溶液，在攪拌下將此溶液加到上述乳劑中，形成W／0／W型復(fù)乳。然后在不斷攪拌下緩緩低溫加熱，以揮散此乳滴中的有機溶劑，由于聚合物的沉淀而得到自由流動的干燥粉末狀的微囊。這種微囊屬三層微囊，可以控制芯物的釋放速度。2.微膠囊的主要制備方法本法特點：本法所用芯料為水溶液、水分散系或固體粉末。其優(yōu)點是不需調(diào)整pH和不需較高的加熱條件，也不必采用特殊的反應(yīng)劑。因此對容易失活或變質(zhì)的水溶液，如酶、血紅蛋白以及易爆物、低沸點溶劑和照相乳，用本法包囊不會發(fā)生任何實質(zhì)性的變化。大部分的疏水性聚合物均可用作本法的包料，如苯乙烯、氯乙烯、偏氯乙烯、乙烯酯及丙烯酸酯等共聚物、聚碳酸酯類、聚酰胺類等縮聚物，氯化橡膠以及乙基纖維素、酯酸纖維素類纖維素銜生物等。溶劑的沸點應(yīng)低于100℃，且與水不相混溶，如苯、環(huán)己烷、乙醚、醋酸乙酯、四氧化碳及氧仿等。包囊介質(zhì)為一種保護(hù)膠。如含有0.9%～5%的明膠、阿拉伯膠、聚乙烯醇及羥丙基纖維素等的水溶液，也可用表面活性劑的水溶液。本法的缺點是在形成W／0／W復(fù)合乳劑后，將聚合物溶液中的溶劑除去的時間比較長，通常制備數(shù)百克成品就得耗費數(shù)小時。若溶劑除去過快，囊膜中會有針孔或氣泡。為此，?？蛇x用適宜溶劑將聚合物溶劑抽提除去，這個溶劑能與水和聚合物溶劑混溶，但不溶解聚合物。若用冷凍干燥法也可取得較好的效果。2.微膠囊的主要制備方法2.2噴霧干燥法

噴霧干燥是常用的微膠囊制備方法，其基本過程可分為三個階段，即囊壁材料的溶解、囊芯在囊壁溶液中的乳化和噴霧干燥。在噴霧干燥過程中，芯材物質(zhì)被包埋在壁材之內(nèi)，在噴霧干燥過程中，由芯材和壁材組成的均勻物料被霧化成微小液滴，在干燥室熱交換途中，液滴表面形成一層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的半透膜，其篩網(wǎng)作用可將分子體積大的芯材滯留在網(wǎng)內(nèi)，小分子物質(zhì)(溶劑)由于體積小，可順利逸出網(wǎng)膜，從而完成包埋，成為粉末狀的微膠囊顆粒。噴霧干燥過程的連續(xù)攝影顯示，溶劑先從霧滴表面蒸發(fā)，在表面形成固相，逐步擴展形成固體壁膜，壁膜內(nèi)包含的壁材溶液再進(jìn)一步干燥，溶劑在透過壁膜蒸發(fā)時可使壁膜形成孔洞。溶劑的透過擴散速度對形成孔洞有很大影響，因此，囊壁的硬度、多孔性等性能不僅與使用的壁材性質(zhì)有關(guān)，也與干燥溫度有關(guān)。囊壁網(wǎng)徑的大小的控制可以采用選擇不同物質(zhì)或幾種物質(zhì)混合來實現(xiàn)，因此噴霧干燥法可對不同分子大小的芯材物質(zhì)進(jìn)行微液囊化。噴霧干燥法采用的常用溶劑是水，如果使用其它溶劑則必須控制生產(chǎn)中的阻燃防爆安全，以及溶劑的毒性問題。2.微膠囊的主要制備方法1)制備方法根據(jù)芯材和壁材的組成可分為三種情況：①把脂溶性囊芯或固體分散在水溶性壁材溶液中形成水包油型乳液，為水溶液型；②把水溶性囊芯分散在疏水性有機溶劑的壁材溶液中形成油包水型乳液，為有機溶液型；③以其它方法制成的濕微膠囊濃漿液為囊芯，為囊漿型

2.微膠囊的主要制備方法(1)水溶液型水溶液型的囊芯材料為脂溶性材料，如油脂等，壁材則是水溶性聚合物，如明膠、酪蛋白，糊精、阿拉伯樹膠、甲基纖維素、羧甲基纖維素，羥乙基纖維素、羥丙基纖維素等。噴霧干燥法制備微膠囊要求壁材溶液黏度較低，因此溶液濃度也較低，而且囊芯所占比例也較低，一般很少超過50%。例如隱色染料-羥乙基纖維素微膠囊的制法為：將孔雀綠丁基醚溶于液體石蠟中制成5%濃度的溶液，然后按芯材：壁材=17：3000的比例加入到5％羥乙基纖維素的水溶液中，攪拌分散直至形成lμm大小的液滴；把形成的分散溶液在110～130℃通過雙液噴嘴噴霧干燥，生成顆粒在1～10μm范圍的多核結(jié)構(gòu)的微膠囊。檸檬油-羧化糊精微膠囊的制備是把水溶性羧基化糊精150份溶于300份水中形成壁材溶液，再將37.7份檸檬油攪拌分散在壁材溶液中，控制進(jìn)風(fēng)溫度和出風(fēng)溫度分別為85℃和38℃進(jìn)行噴霧干燥而成。2.微膠囊的主要制備方法(2)有機溶液型有機溶液型噴霧干燥可使水溶性囊芯微膠囊化。把囊芯水分散到含疏水性壁材的有機溶液中形成油包水乳液后進(jìn)行噴霧干燥，由于有機溶劑沸點一般比水低，因此干燥溫度相對較低。但是有些有機溶劑有易燃易爆性，而鹵代烴溶劑往往對人毒性較大，為避免事故的發(fā)生，在使用醇類等極性溶劑時，常加入水形成混合溶劑以降低其可燃性。例如，制備磺胺-氫化蓖麻油微膠囊時，以氫化蓖麻油的氯仿溶液為壁材，控制在進(jìn)、出口溫度分別為90℃和40℃的條件下噴霧干燥，即得到緩釋磺胺藥物的微膠囊。2.微膠囊的主要制備方法(3)囊漿型有些制備方法得到的微膠囊轉(zhuǎn)變成完全干燥的粉末非常困難，盡管采用了固化處理，但囊壁仍存在粘性和具有溶脹能力，仍然會彼此粘結(jié)在一起。將這些固化前的微膠囊濃漿液經(jīng)過噴霧干燥用很容易得到粉末狀的微膠囊。例如，用明膠-阿拉伯樹膠為壁材采用復(fù)合凝聚相分離法制備的含油微膠囊，在調(diào)節(jié)pH形成微膠囊后不進(jìn)行固化處理，在pH=4的條件下直接對微膠囊漿進(jìn)行噴霧處理，也可使微膠囊壁固化干燥，而且這種方法制得的微膠囊由于沒有進(jìn)行交聯(lián)固化處理，所以囊壁在溫水中可以溶解，并釋放出囊芯。因此，這種方法適合制備在溫水中可溶的香料微膠囊。2.微膠囊的主要制備方法2)影響噴霧干燥法微膠囊化的主要因素(1)物料的濃度和黏度物料的濃度指噴霧干燥用液的固形物含量，一般為30%～60%。濃度過高，黏度太大，液滴霧化困難；濃度過低，芯材的某些成分易揮發(fā)，而且干燥率不高。通常只要不出現(xiàn)嚴(yán)重的粘結(jié)現(xiàn)象，物料濃度愈高、黏度愈大，愈有利于形成穩(wěn)定的微膠囊體。(2)乳化結(jié)構(gòu)芯材和壁材必須制成穩(wěn)定的乳狀液，才能使非連續(xù)相的芯材均勻分布于由壁材構(gòu)成的連續(xù)相內(nèi)，才能形成穩(wěn)定的微膠囊結(jié)構(gòu)，(3)干燥溫度和速率雖然干燥室溫度較高，但液滴內(nèi)部的濕球溫度遠(yuǎn)低于熱空氣溫度。較高的進(jìn)風(fēng)溫度能使液滴表面迅速形成一層半透性膜。防止芯材中揮發(fā)性成分損失。但溫度過高會使物料呈流體狀態(tài)，造成粘滯。另外，干燥速度也影響到囊壁上孔徑大小。2.微膠囊的主要制備方法2.3噴霧冷卻法和噴霧冷凍法

這兩種方法的工藝與噴霧干燥法相似，都是首先將芯材均勻地分散于液化的壁材中，用噴霧方法使液滴霧化，在設(shè)定條件下使壁膜較快地固化。與噴霧干燥法的不同之處是噴霧冷卻法和冷凍法是通過在干燥室內(nèi)通入循環(huán)冷風(fēng)，使原來熔融狀態(tài)的壁材(油脂類或蠟類)冷凝成微膠囊，或利用冷的有機溶劑的脫溶劑作用而干燥來完成的。對于香料等易揮發(fā)或?qū)崽貏e敏感的囊芯，適合采用低溫下脫除溶劑使壁材凝聚形成微膠囊的方法。例如，把香料等油性囊芯均勻分散在阿拉伯樹膠水溶液中形成水包油乳液后，再通過噴霧裝置形成微小霧滴進(jìn)入到冷的酒精、甘油、丙二醇等有機溶劑中，由于阿拉伯樹膠不溶于這些溶劑，而水與這些溶劑相溶，所以水從阿拉伯樹膠乳液中逸出，阿拉伯樹膠則沉積在囊芯周圍形成微膠囊。經(jīng)過過濾、洗滌、干燥，即得到粉末微膠囊。整個過程可在常溫下進(jìn)行。在噴霧冷卻法中所使用的典型壁材是氧化油脂、低熔點蠟等蠟狀材料，也可使用其它壁材，如熔點在45～67℃的甘油單二酸酯。在噴霧冷凍法中，壁材可選擇熔點為32～42℃的氧化植物油或熔點更低的壁材。2.微膠囊的主要制備方法2.4囊芯交換法

某些水溶液、高極性液體和低沸點液體很難形成微膠囊，囊芯交換法是這類物質(zhì)微膠囊化的較好方法之一。囊芯交換法首先是采用復(fù)合凝聚法制成脂溶性囊芯的微膠囊，在囊壁固化處理之前的具有高滲透階段把水溶性囊芯溶解在介電常數(shù)較低的極性溶劑中，通過壁膜內(nèi)外的溶劑交換，將水溶性囊芯置換入微膠囊中，然后再進(jìn)行固化處理以得到水溶性囊心的微膠囊。因此，囊芯交換法也可以被認(rèn)為是凝聚法的方法之一。檸檬油的微膠囊化是一個典型的例子。2.微膠囊的主要制備方法檸檬油的主要成分是80%～90%油溶性d-檸檬烯，而主要的香味成分水溶性檸檬醛僅占3%～5%。經(jīng)過真空分餾得到的無萜檸檬油中檸檬醛含量可提高到40%～60%，其水溶性也得到明顯提高。單用明膠-阿拉伯樹膠復(fù)合凝聚法對檸檬油進(jìn)行包覆僅能包埋油溶性的檸檬烯，水溶性的檸檬醛被排斥在微膠囊外。運用囊芯交換法，將400g含d-檸檬烯的高滲透微膠囊加到500g含20%無萜檸檬油的乙醇溶液中攪拌1h進(jìn)行囊芯交換，然后去除上層清液，再保持?jǐn)嚢璺磻?yīng)5h，得到大約含有10%無萜檸檬油的微膠囊。在35～40℃下用飽和山梨醇的乙醇溶液洗滌后用流化床進(jìn)行干燥，使微膠囊的微孔封閉，便得到密封性良好的檸檬油微膠囊粉末狀產(chǎn)品。2.微膠囊的主要制備方法在囊芯交換法中，囊芯內(nèi)外極性和非極性溶劑難以直接交換，需要一種既能溶于水又能溶于非極性溶劑的中間溶劑，幫助非極性溶劑透過壁膜溶解在其中，同時作為交換溶劑攜帶水溶性囊芯進(jìn)入微膠囊，完成交換過程。這種溶劑稱為交換溶劑。能作為交換溶劑的物質(zhì)以在室溫下的介電常數(shù)20以下者交換效率最好。如果介電常數(shù)遠(yuǎn)高于20，進(jìn)入微膠囊的溶劑總量會太大，有可能使微膠囊膨脹破裂。常用交換溶劑有乙醚、乙醇、丙酮、丙醇、丁酮、丁醇、戊醇、乙醇胺、乙酸丁酯、甲基異丙酮、甲基異丁酮等。2.微膠囊的主要制備方法2.5凝聚法凝聚法又稱