微胶囊造粒技术

微胶囊造粒技术第1页/共27页微胶囊造粒技术第2页/共27页1、微胶囊造粒技术简介2、微胶囊基本结构3、微胶囊造粒的步骤与分类4、微胶囊在食品中的应用优势

5、食品中常用的微胶囊造粒方法目录6、专业联想第3页/共27页

微胶囊造粒技术，或称微胶囊技术，主要是将固体、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，这样能够保护被包裹的物料，使之与外界环境隔绝，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。此外，有些物料经微胶囊化后可掩盖自身的异味，或由原先不易加工的气体、液体转化成为较稳定的固体形式，从而大大地防止或延缓了产品劣变的发生。

1、微胶囊造粒技术简介

微胶囊颗粒的大小一般都在5~200µm范围内，在某些应用中，这个范围可以扩大到0.25~1000µm。当胶囊粒子小于5µm时，因布朗运动加剧而很难收集。而当粒度超过300µm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。第4页/共27页2、微胶囊结构

微胶囊主要由芯材和壁材组成，即微胶囊内部装载的物料囊心物质，外部包囊的壁膜包囊材料。芯材可以是单核或多核,壁材可以是单层结构,也可以是多层。图1：微胶囊基本结构图第5页/共27页

微胶囊的不同结构图第6页/共27页

微胶囊化的基本步骤(a)芯材在介质中分散(b)加入成膜材料(壁材)(c)含水壁膜的沉积(d)壁膜的固化3、微胶囊造粒的步骤与分类第7页/共27页物理法化学法物化法真空蒸发沉淀法、静电结合法等界面聚合法、原位聚合法分子包裹法、辐射包装法水相分离法、油相分离法、挤压法囊芯交换法、融化分散法、复相乳液法喷雾干燥法、喷雾凝冻法、空气悬浮法微胶囊造粒的分类第8页/共27页4、微胶囊在食品中的应用优势1、改变物料的存在状态、物料的质量与体积将不易加工贮存的气体、液体原料固体化,从而提高其溶解性、流动性和贮藏稳定性,如粉末香精、粉末食用油脂、粉末乙醇等。2、隔离物料间的相互作用，保护敏感性物料减少敏感性物料与外界环境的接触时间,提高物料贮存和加工的稳定性,延长产品货架期。3、降低或掩盖不良风味、降低挥发性改善食品品质,如掩盖食品中的臭味、辛辣味、苦味、异味等。防止风味成分的挥发,减少风味损失。4、控制芯材释放速度能延长活性物质的释放时间,如口香糖中的微化香精。5、降低毒性、保持活性

减少食品添加剂的毒理作用等。且能保持食品中微量营养素和生理活性物质对人体的活性作用。第9页/共27页5、食品中常用的微胶囊造粒方法1、喷雾干燥法2、挤压法3、凝聚法4、分子包埋法5、喷雾凝冻法第10页/共27页1、喷雾干燥法

喷雾干燥法制备微胶囊的原理是：首先制备乳化分散相，即把芯材分散在已液化的壁囊材中混合形成溶液，后加入乳化剂，热分散体系经均质变成水包油型乳状液，最后进行喷雾干燥即可。传统喷雾干燥法的工艺流程为:芯材和壁材→混合→均质、乳化→乳化液→在热空气中雾化和干燥→脱水→微胶囊产品喷雾干燥的过程主要包括4个部分：预处理、乳化部分、均质部分、喷雾干燥第11页/共27页第12页/共27页

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。优点是干燥速率高、时间短，物料温度较低，对干热敏性物质的干燥，产品纯度高，具有良好的分散性和溶解性；生产过程简单，操作控制方便，易于实现大规模工业化生产。缺点是单位产品的耗热量大，设备的热效率低，介质消耗量大[1]。干燥器的体积较大，基建费用高。喷雾干燥的产品通常粒度较小，溶解性高，但在干燥时可能存在分散困难。喷雾干燥法的另一个问题是芯材有可能残存在微胶囊的表面、因此存在被氧化的可能，而氧化后会使产品产生异味。第13页/共27页2、挤压法

其作用机理是首先将悬浮在一种液化了的碳水化合物介质中的囊心物质的混合物，经过一系列的孔膜用压力挤压到一种盛有脱水液的水溶液中，当被经过孔膜挤压出来的这种混合物在接触到脱水液体时，包囊材料便发生硬化并随之包覆在囊心物质的表面上，然后再从脱水液中分离出由于挤压所形成的细丝，对其进行干燥并研成粉末状，以便降低它的吸湿性，这样便形成了初产品。第14页/共27页挤压法的工艺流程为:心材+壁材→熔化→混合→乳化液异丁醇挤压→破碎→分离→干燥→成品。第15页/共27页挤压法特别适合于对热不稳定物质的包埋,如各种香精香科、VC、色素等。优点：对风味物质的损害小、货架寿命长、防止风味物质挥发等优点缺点：产品的得率低，只有70%,而喷雾干燥法可达90%～95%[2]。第16页/共27页3、凝聚法凝聚法（相分离法）单凝聚法只有一种聚合物发生聚合复凝聚法在静电力作用下使两种带相反电荷的物质聚合,溶解度下降,芯材物质包埋于其中,凝聚成微胶囊优点：产品具有控制释放的功能,主产品得率较高,可达85%～95%[3]缺点：生产成本高，操作难度大,难以大规模生产

该法主要应用于医药，香料行业。根据芯材水溶性不同也分为水相分离法和油相分离法。根据机理：第17页/共27页4、分子包埋法

分子包埋法主要是利用具有特殊分子结构的β-环状糊精(β-CD)作壁材,是一种分子水平的微胶囊技术。β-CD是由7个葡萄糖分子以α-1,4糖苷键结合而成的具有环状结构的麦芽低聚糖,其独特的环状空间结构,形成中心部位疏水,外表面亲水的空腔。当客体分子尺寸和理化性质与空腔匹配时,在范得华力、氢键作用下形成稳定的包含物[4]。优点：β-CD本身无毒、相对价廉易得；产品在干燥状态下稳定，200℃下也不分解，湿润状态下释放对食品的加香具有重要意义。缺点：产品的载量低,一般为9%～14%,另外受物质分子的大小和极性等因素也限制第18页/共27页

凝冻法是利用加热方法使壁材呈熔融状液体,加入芯材物质形成混合物,经喷雾冷凝,使表面转化成固体,形成固体颗粒。5、喷雾凝冻法其工艺流程为:壁材→熔化芯材混合物→冷冻喷雾→微化粉末第19页/共27页6、专业联想微胶囊造粒技术在乳品产业中的应用1、乳酸菌微胶囊的制备乳酸菌是一类发酵乳糖产生乳酸的革兰氏阳性菌的总称，是对人体具有重要的生理和保健功能的益生菌，如拮抗病原微生物，调节消化道微生物区系平衡，增强机体的免疫力抑制肿瘤细胞的形成、降低胆固醇水平等[5]

。但乳酸菌制品从生产到运输、销售、再被口服经上消化道到达肠道的过程中，乳酸菌需经受一系列不良环境（如有氧状态、低ｐＨ值等）的影响，导致到达肠道的活菌数大量减少，限制了乳酸菌生理作用的发挥，而微胶囊技术被视为解决这一问题的可行途径[6]

。第20页/共27页

由于乳酸菌微胶囊化是为了保证其较高的存活率，因此微胶囊化过程中必须具备以下条件：①制备过程要温和、快速，对菌体损伤小，尽可能在生理条件下制备；②使用的试剂和壳材料必须是食品级的，对菌体和人体无毒害作用；③微囊要有足够的机械强度以抵抗培养过程中的搅拌，不破裂，有高的生产能力，并能生成均匀、最佳尺寸的微囊颗粒[5]。因此尽管微胶囊制备方法很多，但适合发酵制品中乳酸菌的不多，以下介绍几种适用的方法：第21页/共27页(a)益生菌在明胶-阿拉伯胶溶液中分散;(b)相互分开的微凝聚物从溶液中析出;(c)微凝聚物在芯材料液滴表面上逐渐沉析;(d)微聚合物结合成液滴的壁材料[6]。国外一些学者曾用油相分离法制得乳酸菌微胶囊，使乳酸菌的防冻能力提高20%--50%,国内常维山等也采用此方法，用明胶和阿拉伯胶，包埋益生素，使其贮存稳定性增加[6]。1、凝聚法即相分离法第22页/共27页2、喷雾干燥法将乳酸菌菌粉与脱脂奶粉、淀粉等保护剂混合均匀后，分散于熔点高于体温的硬化油（如大豆硬化油、椰子硬化油等）中，喷雾得到多核微胶囊化的乳酸菌，该产品具有肠溶性，胃液中存活率高。喷雾干燥方法中主要的微胶囊化材料是柠檬油和羟基化糊精、以及液体石蜡和醋酸纤维素，前者比较常见，因为前者的干燥温度仅为38~65℃，比后者130℃低，提高了乳酸菌存活率。但是喷雾干燥法制作乳酸菌微胶囊存在乳酸菌分散不均匀及制备过程中死亡率高的问题。第23页/共27页3、挤压法挤压法以海藻酸钠作为材料的固定化应用最多，其工艺流程如下将乳酸菌菌体细胞与0.6%（m/m）左右的海藻酸钠溶液混合后滴入约1%（m/m）的CaCl2溶液中固化由于分散去凝胶中打断了凝胶网络的均匀结构，小分子物质容易通过壁材，导致产品不具有耐胃酸性。第24页/共27页近年来有学者对挤压法制备乳酸菌微胶囊进行了两次改进1、将乳酸菌菌液与海藻酸钠在固化液中固化制得的胶粒，干燥后用融点高于体温的油脂喷涂于颗粒表面，制得微胶囊。但由于油脂温度过高导致菌体死亡率高。2、将乳酸菌菌液与海藻酸钠在固化液中固化制得的胶粒加入聚赖氨酸或者壳聚糖与海藻酸钠络合成魔，采用该方法制得的海藻酸钠-聚赖氨酸（壳聚糖）复合膜结构的微胶囊耐酸性好，菌成活率高，肠溶性好[5]。挤压法虽操作简单、成本低、能保持较高的菌体密度和活性，但难以获得干燥的粉末产品。第25页/共27页参考文献[1]张培茜,郑昌江,阎喜霜,等.香辛料精油喷雾干燥法微胶囊化的研究[J].食品科学,1998,19(12):27～29.[2]王璐,许时婴.香精香料微胶囊化[J].食品与发酵工业，1999,25(3):52～58.[3]郑建仙.功能性食品[M].北京