微胶囊造粒技术.ppt

农产品的微胶囊造粒原理及技术 一 引言二 什么是微胶囊 三 微胶囊有什么组成 四 微胶囊有什么作用 五 怎么才能制成微胶囊 六 微胶囊怎么起作用 七 微胶囊造粒技术在农产品加工中有什么应用 一 引言 高新技术在农产品加工领域中的应用决定着一个国家的先进程度和发展水平 在发达国家的农产品加工工业中 90 以上的商品都采用了高新技术 目前国际上广泛应用于农产品领域的高新技术主要有 生物工程技术 速冻技术 真空冷冻干燥技术 超微粉碎技术 冷冻浓缩技术 膜分离技术 微波技术 膨化技术 挤压技术 超临界萃取技术 微电子技术 微胶囊技术 高压加工技术 特征红外干燥技术 新型贮运保鲜技术等 这些高新技术在我国农产品贮藏 保鲜与加工领域都逐步推广 得到广泛运用 二 微胶囊造粒的概念及原理 微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物 微胶囊造粒技术就是将固体 液体或气体物质包埋 封存在一种微型胶囊内成为一种固体微粒产品的技术 它能够保护被包裹的物料 使之与外界不宜环境隔绝 达到最大限度地保持原有的色香味 性能和生物活性 防止营养物质的损失与破坏 微胶囊颗粒的大小一般都在5 200 m范围内 在某些应用中 这个范围可以扩大到0 25 1000 m 当胶囊粒子小于5 m时 因布朗运动加剧而很难收集 而当粒度超过300 m时 其表面静电摩擦系数会突然减少 从而失去微胶囊的作用 微胶囊的壁厚度通常在0 2 10 m范围内 三 微胶囊造粒的结构组成 微胶囊内部装载的物料称为心材 或囊心物质 外部包囊的壁膜称为壁材 或称为包囊材料 微胶囊造粒 微胶囊化 就是 针对不同的心材和用途 选用一种或几种复合壁材进行包覆 一般而言 油溶性心材应采用水溶性壁材 而水溶性心材必须采用油溶性壁材 1 心材 囊心物质 心材可以是单一的固体 液体或气体物质 也可以是固液 液液 固固或气液等物质的混合体 在食品工业中 气体 心材通常是指香精 香料之类的易挥发性的配料或添加剂 由于心材的选择具有一定的灵活性 因此根据具体要求可以设计出某些特殊用途的微胶囊产品 针对食品工业 已经使用的心材有 生物活性物质 膳食纤维 活性多糖 超氧化物歧化酶 SOD 免疫球蛋白等 氨基酸 赖氨酸 精氨酸和组氨酸等 维生素 维生素A B1 B2 C和E等 防腐剂 山梨酸和苯甲酸钠等 酶制剂 蛋白酶 淀粉酶和果胶酶等 香精香油 桔子香精 柠檬香精 薄荷油和冬青油等 微生物细胞 乳酸菌 黑曲霉和酵母等 酸味剂 柠檬酸 苹果酸 酒石酸 乳酸 醋酸和磷酸等 酒类 白酒 葡萄酒和乙醇浸出液等 其他 焦糖色素和酱油等 2 壁材 成膜物质 对一种微胶囊产品而言 选择合适的壁材非常重要 不同的壁材在很大程度上决定着产品的物化性质 选择壁材的基本原则是 能与心材相配合但不发生化学反应 能满足食品工业的安全卫生要求 同时还应具备适当的渗透性 吸湿性 溶解性 稳定性等 无机材料和有机材料都可以作为微胶囊的壁材 但目前常用的是高分子材料 包括天然和合成两大类 在食品工业中的应用有 植物胶 阿拉伯胶 琼脂 藻酸盐 卡拉胶等 多糖 黄原胶 阿拉伯半乳聚糖 半乳糖干露聚糖和壳聚糖等 淀粉 玉米淀粉 马铃薯淀粉 交联改性淀粉等 蛋白质 明胶 玉米蛋白和大豆蛋白等 纤维素 羧甲基纤维素 羧乙基纤维素 二醋酸纤维素 丁基醋酸纤维素等 聚合物 聚乙烯醇 聚苯乙烯和聚丙烯酰胺等 蜡与类脂物 石蜡蜂蜡 硬脂酸和甘油酸酯等 四 微胶囊的功能 1 改变物料的存在状态 质量与体积2 隔离物料间的相互作用 保护敏感性物料3 掩盖不良风味 降低挥发性4 控制释放5 降低食品添加剂的毒副作用 1 微胶囊造粒的步骤形象地说 微胶囊造粒是物质微粒的包衣过程 其过程可分为以下四个步骤 将心材分散在微胶囊化的介质中 再将壁材放入该分散体系中 通过某一种方法将壁材聚集 沉渍或包敷在已分散的心材周围 对于形成的不稳定的微胶囊进行化学或物理的方法处理 以达到一定的机械强度 五 微胶囊造粒的步骤及方法 根据微胶囊造粒原理的不同 可将造粒方法归为三类 但这种分类方法并未包括目前的所有方法 而且有些具体方法属于交叉的 因此分类是相对的 2 微胶囊造粒的方法 物理方法包括 喷雾干燥法 喷雾凝冻法 空气悬浮法 真空蒸发沉积法 静电结合法等 物理化学方法包括 水相分离法 油相分离法 挤压法 囊心交换法 熔化分散法 复相乳液法等 化学方法包括 界面聚合法 原位聚合法 分子包囊法和辐射包囊法等 喷雾微胶囊造粒的原理调制由芯材和壁材组成的胶囊化溶液 又称为初始溶液 使芯材分散在己液化的壁材中混合均匀 并将此混合物经雾化器雾化成小液滴 此小液滴的基本要求是壁材必需包裹住芯材 即已形成湿微胶囊 然后 在喷雾干操室内使之与热气流直接接触 使溶解壁材的溶剂瞬间蒸发除去 促使壁膜的形成与固化 最终形成一种颗粒粉末状的微胶囊产品 一 喷雾干燥法 优缺点 1 优点 适于热敏性物料的造粒 因为物料表面的水分蒸发带走热量 使得物料温度始终较低 工艺简单 可实现连续化操作 生产能力大 2 缺点 包裹率低 芯材可能附着在颗粒的表面 设备造价高 耗能大 喷雾干燥能耗较大 一般情况下 热效率为30 50 若要提高效率 可在不影响产品质量的前提下 尽量提高进风温度以及利用排风的温度预热进风 2020 3 16 13 可编辑 二 喷雾凝冻法 冷喷技术 1 基本原理将壁材加热至熔融的液体状态 加入芯材调成胶囊化熔融液并混合均匀 然后使用雾化器形成熔融状微胶囊细颗粒 通过冷凝的方法使壁材固化成固体颗粒 2 冷喷技术 喷雾冻凝法 与喷雾干燥法的比较 1 相似之处都是将芯材分散于液化的壁材中 利用喷雾法进行造粒并借助外界条件使胶囊化微粒壁膜固化 2 不同之处 壁材液化方法不同 喷雾干燥法是溶解于某种溶剂形成溶液 而喷雾凝冻法是加热成熔融的液体状 胶囊化微粒壁膜的固化手段不同 喷雾干燥法是利用加热手段使溶解壁材的溶剂蒸发去除从而使壁膜固化 而喷雾凝冻法是借助冷却或冷冻方法使熔融状的壁膜固定 三 空气悬浮法 原理 当空气气流速度u界于临界流态化速度umf和悬浮速度ut之间时 固体芯材颗粒在流化床所产生的湍动空气流中剧烈翻滚运动 这时往这些作悬浮运动的芯材颗粒外表面喷射预先调制好的壁材溶液使芯材表画湿润 即包囊 之后 芯材表面的成膜溶液逐渐被空气流所干燥 若采用加热空气则有助于加速囊膜的干燥 形成了一定厚度的薄膜 从而完成芯材的包囊与固化过程 四 分子包囊法 原理 分子包囊法又叫包接络合法 利用环糊精做壁材 圆台形 亲水基团在外 中心为疏基团 中间的非极性腔可与许多物质形成包接络合物 包住芯材 芯材含量6 15 在口腔的温度 湿度下芯材易释放 成本低 芯材为非极性 五 辐射包裹法 原理 以聚乙烯醇或明胶为壁材 利用 射线 x 射线或电子束进行辐射后使壁材在乳浊液状态发生交联 形成微胶囊 然后将微胶囊浸泡于芯材水溶液中吸收芯材 待干燥后成为微胶囊 六 微胶囊的释放 释放方法 1 即刻释放可以采用机械方法 如加压 揉破 毁形或摩擦 加热下燃烧或融化方法以及采用化学方法 如酶的作用 溶剂及水的溶解 萃取等 在芯材中掺入膨胀剂或应用放电或磁力的电磁方法也可使即刻释放 2 逐渐释放在环境中芯材缓慢释放出来 一般不需要外加条件 医药 化肥等一般常要求缓慢释放 以提高作用效果 释放机理 1 活性芯材物质通过囊壁膜的扩散释放 芯材通过囊壁膜上的微孔 裂缝或者半透膜进行扩散出来 2 用外压或内压使囊壁膜破裂释放出芯材 3 浸渍或加热等方法使囊壁膜溶解或降解而释放出芯材 这种释放机理对食品工业来说 在许多方面能发挥较好的作用 如对一些用在焙烤食品中的微胶囊化香料或者酸味剂来说 就是利用在一定温度下囊壁的熔化而释放出芯材来发挥作用 另外 对于一些本身具有异味的营养物质来说 需制成在口中溶解而能在肠胃中溶解吸收的胶囊产品 要靠肠胃中的酶溶解囊壁而释放芯材 七 微胶囊造粒技术在农产品加工中的应用 维生素微胶囊维生素C在食品工业中得到广泛应用 如在肉类食品中加入维生素C可以保持肉类色泽鲜红及防止亚硝胺生成 在果蔬加工过程中可防止氧化褐变 在鱼类冷冻前用维生素C处理可延长保存期 防止和减少三甲胺氧化物的产生 此外 维生素C还可以作食品保鲜剂等等 但是 维生素C在食品加工过程中受温度 湿度影响而分解的情况是很严重的 如在100 下2h和24h的残存率为60 和37 在常温下库存30天和60天后残存率分为为60 和25 微胶囊化对稳定维生素C有极佳的作用 如在食品含水量为15 温度85 95 条件下 维生素C微胶囊的保存率在95 以上 而在同样条件下对照组维生素C保存率仅42 49 维生素A 维生素D有令人不愉快的气味和味道 并在消化过程中易被胃液破坏 通常使用乙基纤维素或邻苯二甲酸纤维素这类不溶于酸的壁材制成肠溶微胶囊 以利人体对维生素A D和钙质的吸收 1 在营养强化剂中的应用 酸味剂微胶囊酸味剂有增加风味 延长保质期的作用 但有时酸味剂会与食品中的某些成分发生化学作用 使食品的风味损失 色素分解 淀粉食品的货架期缩短 茶叶中加入酸味剂后会与茶叶中的单宁起反应 并使茶叶褪色 将酸味剂制成微胶囊 使其与食品中其它成分隔离 对酸敏感的成分便可不受其影响 酸味剂的微胶囊通常采用氧化油脂 脂肪酸等蜡质材料为壁材 在食品加工的后期加入食品中 微胶囊受热时才释放 氨基酸微胶囊氨基酸产品往往带有些特殊的气味 直接添加到食品中会影响食品的风味 而且氨基酸还会与食品中含有的还原糖发生美拉德反应 使食品颜色变深 这一现象在某些食品中是不希望发生的 因此 需要把氨基酸微胶囊化 2 在食品添加剂中的应用 防腐剂微胶囊食品防腐剂微胶囊化可以达到缓释 延长防腐作用时间 减小对人毒性的目的 如山梨酸的酸性对食品性能会有影响 而且长期暴露在空气中易于氧化变色 采用硬化油脂为壁材形成微胶囊后 既可避免山梨酸与食品直接接触 又可利用微胶囊的缓释作用 缓慢释放出防腐剂起到杀菌作用 又如乙醇在低pH值条件下 即使量很低也有很好的防腐效果 例如6 浓度的乙醇配合乳酸 磷酸等和一种天然物质相互间的协同作用可以起到与70 浓度乙醇或3 浓度过氧化氢相同的防腐杀菌效果 将这些物质微胶囊化 附在食品包装内 其缓慢释放的蒸汽有很好的杀菌作用 而且对人体无任何毒害作用 3 在饮料工业中的应用 微胶囊技术与饮料工艺结合 制造微胶囊复合果蔬饮料 产品具有叶酸 蛋白质 维生素 钙等营养成分 产品具有色泽明快 风味独特 营养丰富 稳定性极佳等特点 4 在乳制品中的应用 乳制品中添加的营养物质具有不愉快的气味 其性质不稳定易分解 影响产品质量 将这些添加物通过微胶囊技术爆麦可增强产品的稳定性 使产品具有独特的风味 无异味 不结块 泡沫均匀细腻冲调性好 保质期长 利用此法制成的产品有果味奶粉 包埋调味剂 姜汁奶粉包埋姜汁 保护姜汁香辛成分 可乐奶粉 包埋香精 可乐膏剂以及磷酸 发泡奶粉 包埋柠檬酸 等 5 在糖果中的应用 微胶囊技术可应用于糖果的调色 调香 调味以及糖果的营养强化和品质改善 糖果生产中的天然使用色素 香精 营养强化剂等物质极易分解 利用喷雾干燥等方法将其微胶囊化以确定产品质量的稳定 常用的壁材有水溶性食用胶 环状糊精 纤维素衍生物 明胶 酪蛋白等物质 用此法生产的糖果颜色鲜亮持久 产品或假期长 6 在稻米加工中的应用 胡罗卜素因具有维生素A活性而引起人们极大兴趣 美国癌症研究所经过研究证实