2.2食品微膠囊技術(shù)ppt課件

1、第二節(jié)：食品微膠囊技術(shù)。發(fā)展簡史。烏斯特和格林是微膠囊領(lǐng)域的兩位偉大先驅(qū)。微膠囊技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，但發(fā)展迅速。到目前為止，100多個實驗室正在開發(fā)微膠囊技術(shù)。無色壓敏碳紙的發(fā)明是微膠囊技術(shù)首次成功的商業(yè)應(yīng)用。應(yīng)用范圍擴展到醫(yī)藥、農(nóng)藥、粘合劑和夜晶等各個領(lǐng)域。1936年11月：大西洋海岸漁民提出了一項專利申請，要求在液體石蠟中制備含有魚肝油的明膠微膠囊。1940年10月，明膠制品有限公司提交了一份專利申請，要求通過使用同心三層孔制備含有藥物的雙壁微膠囊。1949年1月：威斯康星校友研究基金會提交了一份專利申請，申請通過使用Wurster發(fā)明的空氣懸浮法將固體顆粒微膠囊化。1950年4月：

2、伊士曼柯達(dá)公司提交了一份專利申請，申請使用彩色照片的涂層(即微膠囊化)乳液和三種原色顏料制備混合粒子。1950年11月：通用鄧洛普公司提交了一份專利申請，利用雙層孔制造海藻酸鹽微膠囊。從1953年到1954年，NCR公司提出了兩項用凝聚法制備含油明膠微膠囊的基本方法的專利，以及四項用上述基本方法制備微膠囊壓敏膠碳紙的專利。除日本外，這項專利已在世界各地申請。1956年3月：NCR公司申請光電材料微膠囊化專利。1957年4月：NCR公司申請彩色攝影復(fù)合微膠囊技術(shù)專利。1957年8月：摩爾布斯尼斯利用噴霧干燥技術(shù)申請微膠囊專利。1957年11月：安林電影公司申請專利，將感光乳劑微膠囊化成混合有乙基

3、纖維素的微粒。1958年3月；施樂公司已經(jīng)提交了一份制備含有液體顯影調(diào)節(jié)劑的微膠囊的專利申請。1958年5月；NCR公司提交了一項通過微膠囊化制備熱敏粘合劑的專利申請。1958年6月：NCR公司提交了制備含油聚苯乙烯微膠囊的專利申請。在該方法中，使用單體，并應(yīng)用原位聚合工藝。1958年12月：約翰公司提交了近20份專利申請。它們都是“乳液”的微膠囊化方法。在這些專利中，一些已經(jīng)改進(jìn)了納米纖維素的凝聚方法并應(yīng)用了增稠劑；有人提出了有機溶劑體系相分離的方法。有人提出了一些類似明膠微膠囊的固化方法。1963年，所有這些專利都轉(zhuǎn)讓給了NCR公司。2基本概念：微膠囊是指一種具有聚合物壁殼的微容器或包裝。

4、其尺寸一般在5至200米之間，其形狀也各不相同，這取決于原材料和制備方法。微膠囊化：制備微膠囊的過程被稱為微膠囊化。微膠囊技術(shù)：是指將固體、液體或氣體包埋在微小且密封的膠囊中的技術(shù)，以便它們只能在特定條件下以受控的速率釋放。其中，包埋物質(zhì)被稱為核心物質(zhì)，包括香精香料、酸化劑、甜味劑、色素、脂類、維生素、礦物質(zhì)、酶、微生物、氣體和其他各種飼料添加劑。包埋芯材實現(xiàn)微膠囊化的物質(zhì)稱為壁材。芯材：它可以是油溶性或水溶性的化合物或混合物，其狀態(tài)可以是粉末、固體、液體或氣體。密封劑有很多種，如交聯(lián)劑、催化劑、化學(xué)試劑、顯色劑、潤濕劑、藥物、殺蟲劑、礦物油、水溶液、染料、顏料、洗滌劑、食品、液晶、溶劑、氣體

5、、疏水化合物和無機膠體。壁材：有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料可用作微膠囊包封材料。根據(jù)被封裝物質(zhì)(核心材料)的性質(zhì)，油溶性核心材料應(yīng)該是水溶性封裝材料，而水溶性核心材料應(yīng)該是油溶性封裝材料，也就是說，封裝材料不應(yīng)該與核心材料反應(yīng)，并且不與核心材料混溶。聚合物封裝材料的性能也是選擇封裝材料時要考慮的因素，如滲透性、穩(wěn)定性、溶解性、聚合性、粘度、電性能、吸濕性和成膜性。微膠囊的不同結(jié)構(gòu)圖，微膠囊的分類，緩釋壓敏和熱敏膨脹型，微膠囊的功能，1。粉末化固化了難以加工和儲存的氣體和液體原料，從而提高了它們的溶解性、流動性和儲存穩(wěn)定性，如粉末香精、粉末食用油和粉末乙醇等。例如，以液體油脂為芯材

6、，選擇合適的壁材，利用微膠囊技術(shù)生產(chǎn)固體粉末油脂，可以非常方便地添加到各種食品原料中。據(jù)報道，在國外，有數(shù)十種微膠囊粉末油脂作為食品工業(yè)的原料，用于各種營養(yǎng)保健食品或功能性食品。降低揮發(fā)性，防止風(fēng)味成分揮發(fā)，減少風(fēng)味損失。3、降低毒性，減少食品添加劑如硫酸亞鐵、阿司匹林等的毒性作用。它可以通過控制釋放速率來減少胃腸道副作用。對于制藥行業(yè)來說，微膠囊技術(shù)可以用來制造靶向制劑，從而達(dá)到靶向釋放的效果。4提高物質(zhì)的穩(wěn)定性(易氧化、易被光分解、易受溫度或水分影響的物質(zhì))。許多食品添加劑制成微膠囊產(chǎn)品后，可以防止其氧化，避免或減少紫外線、溫度和濕度的影響，保證營養(yǎng)成分和特殊功能不流失。5能使不相容的成分

7、均勻混合。微膠囊技術(shù)可以將可能相互反應(yīng)的成分制成微膠囊產(chǎn)品，使其穩(wěn)定在一個系統(tǒng)中，各種有效成分能夠有序釋放并在相應(yīng)的時間發(fā)揮作用，從而改善食品的風(fēng)味和營養(yǎng)。例如，一些粉狀食品對酸味劑非常敏感。因為酸味劑的吸濕會導(dǎo)致產(chǎn)品結(jié)塊；此外，酸味劑的酸堿度變化很大，導(dǎo)致周圍顏色的變化，使整個包裝產(chǎn)品看起來不雅觀。酸味劑微膠囊化可以延緩與敏感成分的接觸，延長食品的保質(zhì)期。掩蔽有些營養(yǎng)素有令人不快的氣味或味道，可以通過微膠囊技術(shù)來掩蔽。該微膠囊產(chǎn)品不溶于口腔，只溶于消化道，釋放內(nèi)含物，起到營養(yǎng)作用。有效成分的分離可以保持食品中微量營養(yǎng)素和生理活性物質(zhì)對人體的積極作用。8.控制心材釋放和作用的時間和數(shù)量。微膠囊

8、產(chǎn)品可以通過預(yù)先設(shè)計的溶解和釋放機制提供特殊的釋放方式。釋放方式，擴散膜層被破壞和降解，常用的微膠囊壁材、碳水化合物、麥芽糊精和玉米淀粉糖漿沒有乳化能力，成膜能力差，但在高濃度下具有低粘度的特點。因此，如果與其他乳化壁材結(jié)合，可以提高系統(tǒng)的固體濃度，有利于降低干燥能耗和生產(chǎn)成本。環(huán)糊精也沒有乳化能力，但其分子中的疏水空穴可以與一定大小和形狀的疏水分子形成穩(wěn)定的非共價復(fù)合物，從而穩(wěn)定心材，掩蓋其異味。殼聚糖主要用于復(fù)凝聚微膠囊技術(shù)，纖維素及其衍生物主要用于水溶性食品添加劑，如甜味劑、酸味劑和酶或細(xì)胞包埋劑。蔗糖因其溶解速度快、熱穩(wěn)定性高、價格低廉、來源廣泛而常被用作微膠囊壁材。以前的研究主要局限

9、于擠出和共結(jié)晶微膠囊化過程。最近，有報道稱蔗糖被用作噴霧干燥微膠囊化工藝的壁材。唯一具有乳化性的碳水化合物是辛醇琥珀酸酯改性淀粉，其分子結(jié)構(gòu)中含有親水親油基團(tuán)，因此具有乳化心材的能力，并已獲得美國食品和藥物管理局的正式批準(zhǔn)。它還具有在高固含量下粘度低的特點阿拉伯膠中含有約1%的可乳化蛋白，可乳化心材，具有良好的溶解性，因此在微膠囊技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用和研究。主要用于香料的微膠囊化技術(shù)，但阿拉伯膠來源價格高，供應(yīng)不穩(wěn)定。黃原膠是一種微生物多糖。雖然它不像海藻膠、瓜爾豆膠和卡拉膠那樣具有乳化能力，但在溶液中具有較高的粘度，有利于改善乳液的流變性，增加乳液體系的穩(wěn)定性。另外，當(dāng)體系的固含量較低時，加

10、入適量的黃原膠可以提高進(jìn)料粘度，這對噴霧干燥過程中大液滴的形成非常有利。因此，在系統(tǒng)中使用黃原膠有利于微膠囊化過程的實現(xiàn)。便于降低生產(chǎn)成本。黃原膠來源廣泛，與其他膠相比價格不貴，是一種實用的微膠囊壁材輔料。3.3脂類和脂類一般用作噴霧冷卻微膠囊技術(shù)的壁材，主要用于水溶性物質(zhì)或固體物質(zhì)等的微膠囊技術(shù)。以其為壁材的微膠囊產(chǎn)品不溶于水，但在一定條件下具有釋放功能。卵磷脂主要用于微膠囊技術(shù)，因為它可以在較低的溫度下形成卵磷脂膠束，所以它可以用于生物活性物質(zhì)如酶的微膠囊化。卵磷脂作為一種乳化劑，可以與其他壁材料如聚乙烯一起進(jìn)行微膠囊化。作為一種營養(yǎng)強化劑，卵磷脂本身已被制成微膠囊產(chǎn)品。脂質(zhì)體微囊化技術(shù)主

11、要用于藥物作為藥物載體，既保持了藥物的生理活性，又具有定向釋放的作用。這項技術(shù)對于食品工業(yè)來說是不現(xiàn)實的。3.4蛋白質(zhì)主要由于其乳化性，能在兩相界面形成良好的粘彈性界面膜，從而有效促進(jìn)微膠囊化過程。研究表明，乳清蛋白可以與麥芽糊精結(jié)合作為奶油或微膠囊壁材，具有良好的揮發(fā)性。明膠是一種親水性膠體，是一種重要的蛋白質(zhì)來源，已成為許多食品中的重要功能成分，具有廣泛的應(yīng)用。明膠具有乳化性、成膜性和易溶于水的特點，符合囊壁材料中蛋白質(zhì)來源的要求。另一方面，明膠價格低廉，來源廣泛，更適合工業(yè)化生產(chǎn)。事實上，明膠也是微膠囊技術(shù)中最廣泛使用的蛋白質(zhì)來源。到目前為止，大多數(shù)報道主要集中在明膠和其他離子多糖通過復(fù)

12、合凝聚形成微膠囊。選擇原則：1如果囊芯是親脂性的，應(yīng)使用親水性聚合物作為壁材，否則，應(yīng)使用水不溶性材料。包封壁材料在涂覆芯材料時具有成膜性能和粘附性。3.包覆材料與芯材沒有化學(xué)反應(yīng)，同時考慮了滲透性、吸濕性、溶解性和乳化性。4.包覆材料必須符合食品衛(wèi)生要求。5.材料應(yīng)該是廣泛可得的和低成本的?？諝鈶腋》?、噴霧干燥法、噴霧冷凍法、物理真空蒸發(fā)沉積法、靜電粘合法、包合物界面聚合法、原位聚合法、化學(xué)分子包封法、輻射包封法、水相分離法、油相分離法、多孔膜擠出法、物理化學(xué)熔融分散法、粉末床法、膠囊芯交換法、噴孔-凝固浴法、多相乳液法(干浴法)化學(xué)法：主要利用單體小分子生產(chǎn)聚合物或膜材料并包覆芯材。經(jīng)常使

13、用界面聚合和原位聚合。物理和化學(xué)方法：通過改變條件(溫度、值、添加電解質(zhì)等。)，溶解狀態(tài)的成膜物質(zhì)聚集并從溶液中沉淀出來，芯材被包覆形成微膠囊，包括凝聚法、油相分離法、干燥浴法、熔融分散凝聚法等。4.1物理法，4.1.1空氣懸浮法，空氣懸浮法這是一種適用于各種封裝材料的微膠囊技術(shù)。其工藝過程是將固體顆粒狀芯材分散懸浮在承載氣流中，然后將封裝材料噴涂在封裝室內(nèi)循環(huán)的芯材顆粒上。核心材料顆粒懸浮在上升的氣流中，通過調(diào)節(jié)軸承氣流本身的濕度來干燥產(chǎn)品。這種方法可以將封裝材料以溶劑和水溶液乳化劑分散體系的形式封裝到熱溶液中，這通常只適用于封裝固體核材料。目前，它通常用于香精香料和脂溶性維生素的微膠囊化。

14、噴霧干燥噴霧干燥是食品工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的微膠囊技術(shù)之一。其工藝過程經(jīng)濟靈活，所用設(shè)備適應(yīng)性強，產(chǎn)品質(zhì)量好。噴霧干燥也是最古老的包埋方法之一，早在1930年就被用于包埋香料。噴霧干燥法是最常用和最便宜的微膠囊化方法。該方法微膠囊造粒的原理是：首先制備乳化分散相，即將芯材分散在液化的壁材膠囊中，混合成溶液，然后加入乳化劑，將熱分散體系均化成水包油乳液，最后進(jìn)行噴霧干燥。4.1.2噴霧干燥法，噴霧干燥法的工藝流程如下：將囊材和芯材混合均質(zhì)，在熱風(fēng)中霧化乳化乳液，干燥脫水微膠囊產(chǎn)品。噴霧干燥工藝主要包括預(yù)處理、乳化、均質(zhì)和噴霧干燥四個部分。在噴霧干燥法的預(yù)處理過程中，芯材(如香料、油脂等。)與壁材料溶

15、液混合(壁材料通常是食品級膠，例如明膠、植物膠、改性淀粉、糊精或非凝膠蛋白)，然后加入乳化劑，在均質(zhì)化后，形成水包油乳液。溶液被泵送到噴霧干燥室，溶液被霧化形成微小的球形顆粒，其外壁是水溶性材料。雖然噴霧干燥過程處于中高溫，但當(dāng)外層水分在制粒過程中迅速蒸發(fā)時，芯材的溫度可保持在100以下，材料的加熱時間一般為幾秒鐘。在噴霧干燥法制備微膠囊的過程中，芯材與壁材的比例、進(jìn)料的溫度和濕度以及干燥空氣的進(jìn)出口溫度都會影響產(chǎn)品的質(zhì)量。在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)增加壁材含量可以大大提高包埋率。進(jìn)料溫度不宜過高，必須考慮到低沸點揮發(fā)性組分的揮發(fā)和提高空氣的入口溫度可以提高包埋率，降低表面的揮發(fā)性含量，而且進(jìn)料的固含量越

16、高，這種效果越強。噴霧干燥是親脂性液體材料微膠囊化的最合適方法。芯材的疏水性越強，包埋效果越好。該方法的主要優(yōu)點是干燥速度快、時間短、物料溫度低。對于干法噴霧干燥過程，雖然使用了高溫干燥介質(zhì)，但當(dāng)液滴中存在大量溶劑時，材料的表面溫度一般不會超過熱空氣的濕球溫度，因此非常適合干燥熱敏性物質(zhì)，產(chǎn)品純度高，分散性和溶解性好。生產(chǎn)工藝簡單，操作控制方便，易于實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。噴霧干燥法的缺點是單位產(chǎn)品熱耗高，設(shè)備熱效率低，介質(zhì)消耗高。此外，烘干機體積大，基建費用高。噴霧干燥的產(chǎn)品通常粒度小，溶解度高，但在干燥過程中可能難以分散。噴霧干燥法的另一個問題是芯材可能殘留在微膠囊的表面，因此有被氧化的可能，并且氧化后，產(chǎn)品會產(chǎn)生異味。噴霧冷凍法(噴霧冷凍法和噴霧冷卻法)與噴霧干燥過程相似，但有兩個主要區(qū)別：干燥室內(nèi)的空氣溫度和包覆材料的選擇。在一般的噴霧干燥中，熱空氣被用來蒸發(fā)物料中的水分，而冷卻空氣則被用來蒸發(fā)水分4.1.3噴霧冷凍法，噴霧冷凍法(噴霧冷凍法和噴霧冷卻法)對于冷凍噴霧，壁材一般使用一定的植物油或其衍生物，也可以使用其他類型的脂肪。熔點為45122的硬脂酸鹽能提高微膠囊產(chǎn)品的分散性，并具有一定的乳化作用。冷凍噴霧首次用于包埋固體食品添加劑，如硫酸亞鐵