《微胶囊造粒技术》PPT课件.ppt

1、2020/11/2,1,微胶囊造粒技术,微胶囊造粒技术,食品工程 441 赵小余,2020/11/2,2,主要内容,概述,微胶囊化的方法,类胡萝卜素的微胶囊化,展望,4,1,2,3,2020/11/2,3,主要问题,微胶囊的直径 m。 微胶囊化方法中喷雾干燥法的主要设备什么？,2020/11/2,4,概述,定义 微胶囊(microencapsule)是一种能包埋和保护某些物质的具有聚合物硅壳的半透性或密封的微型“容器”或“包装物”。 通过特殊的方法，利用天然或合成的高分子材料包覆固体、液体甚至是气体物质，制成有囊壁的微型胶囊以及保留或截留其他物质的微粒，从而达到保护、控释等效果，这一过程称为微

2、胶囊化,实现微胶囊化过程的技术称为微胶囊技术。,2020/11/2,5,直径 一般在1000m（1mm）以下 多数为5-300m 壁材的厚度0.210m,2020/11/2,6,概述,2020/11/2,7,概述,2020/11/2,8,概述,微胶囊的组成,囊芯与壁材的溶解性能必须是不同的,2020/11/2,9,针对食品工业，已经使用的芯材有： 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、

3、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。,2020/11/2,10,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

4、丙烯酰胺等； 蜡与类脂物：石蜡蜂蜡、硬脂酸和甘油酸酯等。,2020/11/2,11,概述,微胶囊形态 由于芯材、壁材和微胶囊化方法不同，微胶囊的大小、形态和结构变化较大。 芯材为固体微粒的微胶囊形状与囊内固体形状接近，芯材为液体或气体的微胶囊形状一般为球形，也有椭球形、柱形、米粒状、块状、絮状、无定形等形状，但最多的是球形。,2020/11/2,12,概述,延长保质期,改变物料的状态、质量与体积,隔离组分,控制芯材的释放,降低食品添加剂的添加量和毒副作用,掩蔽不良风味和色泽,微胶囊作用,新型微胶囊研究还有靶向作用等,2020/11/2,13,微胶囊的应用,中草药微胶囊 靶向治疗癌症 量子点生物

5、分析和医学诊断,农药微胶囊 肥料微胶囊,益生菌微胶囊 营养素微胶囊,无碳复写纸 污水处理 香料,医药医疗,农牧业方面,食品保健方面,工业方面,微胶囊的应用,2020/11/2,14,概述,微胶囊技术是在传统的胶囊化技术(将药物或有效成分分装在明胶胶囊中)的基础上发展起来的。 20世纪30年代，美国人D.E.Wurster用物理方法制备了微胶囊，20世纪40年代未，他又首先采用空气悬浮法制得了微胶囊并成功地运用到药物方面。 20世纪50年代初，美国Green用相分离复合凝聚法制备了含油明胶微胶囊，并用于制备无炭复写纸，该方法首次使液体材料微胶囊化具有划时代意义。 20世纪60年代，由于利用相分离

6、技术将物质包囊于高分于材料中制成了能定时释放药物的微胶囊，推动了微胶囊技术的发展。 近20年，微胶囊技术发展迅速，已广泛应用到医药、农业、计算机、化学品、食品加工、化妆品等工业中。,2020/11/2,15,概述,微胶囊技术应用于食品工业始于20世纪50年代末，应用微胶囊技术可对一些食品配料或添加剂进行包裹，如香料、脂肪、维生素、矿物质和生物活性物质等。目前，对于油溶性物质微胶囊化研究较为成熟，而水溶性物质微胶囊化则相对研究较少。当前，在食品工业中应用最广的微胶囊化技术是喷雾干燥法，应用领域主要是粉末香精、香料与粉末油脂，今后它们仍然要占主导地位。,2020/11/2,16,微胶囊化的方法,微

7、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：,2020/11/2,17,微胶囊化的方法, 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。,2020/11/2,18,微胶囊化方法,物理化学法是通过改变条件，使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉出来，并将囊芯包覆形成微胶囊的方法,2020/11/2,19,微胶囊化的方法,微胶囊化方法分类,2020/11/2,20,微胶囊化方法,2020/11/2,21,微胶囊化方法,20

8、20/11/2,22,喷雾干燥法,基本原理 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。,2020/11/2,23,喷雾干燥法,工艺流程,生产设备 喷雾干燥微胶囊化的主要设备包括配料罐、均质机、喷雾干燥 塔等，其中最关键的设备是喷雾干燥塔。,2020/11/2,24,2020/11/2,25,2020/11/2,26,喷雾干燥法

9、,特点 喷雾干燥法最适于亲油性液体物料的微胶囊化，芯材的憎水性越强，包埋效果越好。它的壁材是易溶于水的，所以复水后壁树立即溶解，芯材得以立即全部释放。它不适于缓释的要求。喷雾干燥过程很短，只有数秒钟，生产又是连续进行，产品可免于长时间受热，因而更适于许多热敏件材料。与其他一些方法相比，此法芯壁材比率范围较广。对于香精、香料油树脂，芯材率一般不大于20，而粉末油脂可达到70。但芯材率过高，胶囊强度减弱，产品不耐摩擦或挤压，操作不好时会有较多的游离芯材分布在胶囊表面。,2020/11/2,27,冷喷干燥,冷喷技术（喷雾冻凝法）与喷雾干燥法的比较 （1）相似之处 都是将芯材分散于已液化的壁材中，利用

10、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 壁材的液化方法不同，喷雾干燥法是将之溶解在某种溶剂中形成溶液，而喷雾凝冻法是通过加热手段使之呈现出熔融的液体状； 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。,2020/11/2,28,空气悬浮包衣法,基本原理 应用流化床，通过热气流的作用使芯材粉粒悬浮或有规则快速运转，接着把壁材溶液(也可以是悬浮液或熔融液)于流化床中喷雾形成包衣区，当芯材颗粒运动进入包衣区，芯材粉粒表面反复被包涂和干燥，从而达到微胶囊化的目的。 工艺流程,

11、2020/11/2,29,空气悬浮包衣法,该方法法所用装置它主要由直立的柱筒、流化床和喷雾管组成。柱筒分成成膜段和沉积段两部分。,2020/11/2,30,空气悬浮包衣法,特点 该方法得到微胶囊产品一般颗粒较大，粒径介于505000m，包埋率高达98以上，适用于包埋固体香料，或对已微胶囊化的香精进行二次包埋。此法仅适用于较大规模的生产，缺点是细粉末易被气流带走而造成损失。在干燥过程中，粒子间相互碰撞造成表面磨损。,2020/11/2,31,锐孔-凝固浴法,基本原理 锐孔凝固浴法微胶变化的基本原理是，芯材和壁材溶液借助外力作用通过一锐孔装置(如细嘴滴管、注射器等)成型，并在凝固浴中通过与CaCl

12、2等无机盐或醛类交联反应，或与带相反电荷的聚合物凝聚反应，或者通过热改性，使壁材凝聚沉淀成膜将芯材包埋，形成微胶囊。 工艺流程,2020/11/2,32,锐孔-凝固浴法,特点 锐孔法制备的微胶囊较大，一般在500m以上，甚至超过1。同喷雾干燥法相比较，锐孔法装置较简单，投资少。锐孔法在食品工业中的应用尚不是十分广泛。,2020/11/2,33,相分离法,基本原理 相分离法微胶囊化又称凝聚法，分为水相分离法和油相分离法。食品中应用的主要是水相分离法，其原理是将芯材均匀乳化或混悬在壁材溶液中，然后加入另一种物质或溶剂，使壁材的溶解度降低，从混合液中凝聚出来并包围在微细化芯材周围而形成微胶囊。 工艺

13、流程,2020/11/2,34,特点 相分离法是种非常有效的微胶囊化技术，工艺较简单，易控制，包埋率达85一90，可制成十分微小的胶囊颗粒，甚至粒径不到1m。它的主要缺点：成本高，需消耗大量凝聚剂；对发生凝聚反应的条件控制较难；可供选做壁材的凝聚剂较少；产品中易含大量的化学物质。水相分离法的这些缺点使其对脂类物质的微胶囊化还基本上停留在实验阶段，妨碍了其应用和推广。但由于用这种方法生产的微胶囊具有控制释放的功能，因此，它仍然是一种根具潜力的方法。,相分离法,2020/11/2,35,超分子包合物形成法,基本原理 两种分子非共价相互作用时，若其中一分子的部分或全部被另一分子包含或包围，所形成的超

14、分子包合物即超分子微胶囊。 作用力 范德华力、氢键及堆砌作用力 食品中超分子微胶囊技术 环糊精包结法、蛋白质包结法、尿素络合法以及直链淀粉络合法,2020/11/2,36,超分子包合物形成法,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。,2020/11/2,37,类胡萝卜素的微胶囊化,鉴于类胡萝卜素的不稳定性及其水溶性差的特点, 国内外许多专家学者对胡萝卜素、番茄红素、辣椒红素、虾青素等类胡萝卜素的微胶囊化进行了广泛而深入的研究。,2020/1

15、1/2,38,类胡萝卜素的微胶囊化,2020/11/2,39,类胡萝卜素的微胶囊化,壁材：糊精+麦芽糖浆 心材：天然胡萝卜素 心材：壁材=4：6 条件：40 MPa 压力下均质乳化 3次，单甘脂为乳化 剂 喷雾干燥微胶囊化工艺参数： 进风口温度 200 ，出风口温度 90 ，风量为900 m3/h,2020/11/2,40,类胡萝卜素的微胶囊化,2020/11/2,41,2020/11/2,42,发展前景和展望,目前，影响微胶囊技术在食品工业中推广的障碍主要是成本较高；其次是所应用的壁材中，相当一部分不属于食品添加剂范围，还必须开发同样性能的食品壁材。另外，还有一些适用于食品工业的微胶囊方法缺

16、乏工业化生产设备。目前，文献中的许多微胶囊化方法仍处于专利或研究试验阶段,有些方法还遇到废水回收或处理等相关问题而限制了它的应用。因此，微胶囊技术在食品工业中推广应用，要不断开发既能应用于食品又适用微胶囊技术的新材料及设备。,2020/11/2,43,吴克刚，柴向华食品微胶囊技术，中国轻工业出版社，20067，1 许时婴，张晓鸣，夏书芹微胶囊技术一一原理与应用北京：化学工业出版社，20061，169 陈卫栋，宋载儿喷雾干燥技术在微胶囊化食品中的应用中国油脂，2002，27(5)：8559 胡富强, 周美华, 陈志群. 胡萝卜素微胶囊的制备J. 浙江医科大学学报, 1999 , 28( 1) :

17、 1921. 朱选, 许时婴, 王璋. 以水解大豆蛋白为主要壁材的胡萝卜素微胶囊化J. 食品与发酵工业, 1998 , 24( 3) : 13 19. 朱选, 黄慧敏, 阳会军, 等. 壁材组成对胡萝卜素微胶囊化的影响J. 食品与机械, 2000( 6) : 12 14. ROBERT P , CARLSSON R M, ROMERO N, MASSON L.St abi l i t y of spray - dri ed encapsul at ed carot enoi d pi gment s from rosamosquet a ( Rosa rubi gi nosa) ol eoresi n J. Journal of t he Ameri can Oi lChemi st s Soci et y, 2003 , 80( 11) : 1115 1120 刘晓庚, 谢亚桐. 微胶囊制备方法的比较J. 粮食与食品工业,2005 , 12( 1) : 28 31. 高彦祥类胡萝卜素微胶囊化的研究进展饮料工业，2008，(02),2020/11/2,44,葛毅强，孙爱东，倪元颖天然维生素E微胶囊技术的研究中国油脂，2000，25(3)：37-40 郭鹏飞番木瓜中番茄红素和B一胡萝卜素的制备及抗氧化性与稳定性研究暨南大学，2008 SHU B, YU W L,