食品的微胶囊造粒技术

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第十章食品的微胶囊造粒技术 一、基本概念(重点)二、微胶囊的功能三、微胶囊造粒的步骤及方法五、微胶囊产品质量的评定四、微胶囊的释放(重点)六、微胶囊造粒技术的应用 微胶囊造粒技术，或微胶囊技术，是一项比较新颖、用途广泛且发展迅速的新技术。自上世纪30年代起，经过几十年的不断研究与开发，已相继在制药、化肥、食品、饲料、精细化工等领域得到广泛应用。微胶囊技术应用于食品工业中，解决了食品工业中的部分难题，极大地推动了食品工业由低级的农产品初加工业向高级产业转变。一、基本概念 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，这样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。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。 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。微胶囊的壁厚度通常在0.2~10µm范围内。 微胶囊的形状一般呈球形、肾形、粒状、块状等。囊壁可以是单层结构，也可以是多层结构，囊壁包埋的核心物质可以是单核的，也可以是多核的。复合微胶囊双壁微胶囊簇微胶囊产品的大致形状 心材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）的基本原理是，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。心材 针对食品工业，已经使用的心材有：①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；②氨基酸：赖氨酸、精氨酸和组氨酸等；③维生素：维生素A、B1、B2、C和E等；④防腐剂：山梨酸和苯甲酸钠等；⑤酶制剂：蛋白酶、淀粉酶和果胶酶等；⑥香精香油：桔子香精、柠檬香精、薄荷油和冬青油等；⑦微生物细胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母等；⑧酸味剂：柠檬酸、苹果酸、酒石酸、乳酸、醋酸和磷酸等；⑨酒类：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等；⑩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：能与心材相配伍但不发生化学反应，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、溶解性和稳定性等。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：①植物胶：阿拉伯胶、琼脂、藻酸盐、卡拉胶等；②多糖：黄原胶、阿拉伯半乳聚糖、半乳糖干露聚糖和壳聚糖等；③淀粉：玉米淀粉、马铃薯淀粉、交联改性淀粉等；④蛋白质：明胶、玉米蛋白和大豆蛋白等；⑤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；⑥聚合物：聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酰胺等；⑦蜡与类脂物：石蜡蜂蜡、硬脂酸和甘油酸酯等。 二、微胶囊的功能经微胶囊化后，可改变物质的色泽、形状、质量、体积、溶解性、反应性、耐热性和贮藏性等性质，能够储存微细状态的心材物质并在需要时释放出。由于这些特性，使得微胶囊技术在食品工业上能够发挥许多重要的作用。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 三、微胶囊造粒的步骤及方法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：ABCD微胶囊化的基本步骤A心材在介质中分散；B加入壁材；C壁膜沉积；D壁膜固化①将心材分散在微胶囊化的介质中；②再将壁材放入该分散体系中；③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；④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。 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。①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；②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；③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。2.微胶囊造粒的方法 喷雾冻凝微胶囊制作流程图空气悬浮微胶囊制作流程图 真空蒸发沉积法微胶囊工艺流程静电结合法微胶囊工艺流程 四、微胶囊的释放1.释放方法微胶囊所含的心材即可以立刻释放出来，也可缓慢释放出来。如要使所有的心材立刻释放出来可采用机械法（如加压、揉破、毁形或摩擦等）、加热下燃烧或融化法以及采用化学方法（如酶的作用、溶剂及水的溶解、萃取等）。在心材中掺入膨胀剂或应用放电或磁力方法也可使微胶囊即可释放。而缓慢释放则是在环境中心材缓慢释放出来，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。 （一）活性心材物质通过囊壁膜的扩散释放这是一种物理过程，心材通过囊壁膜上的微孔、裂缝或者半透膜进行扩散而释放出来。微胶囊遇到水会逐渐吸胀，水由囊壁膜渗入开始溶解心材，此时出现了囊壁内外的浓度差，水的继续渗入会使心材的溶解液透过半透膜扩散到溶剂中，扩散过程持续进行到囊壁内外浓度达到平衡或整个囊壁溶解为止。（二）用外压或内压使囊壁膜破裂释放出心材此类方法也是使心材得以释放的一种有效方法，一般而言，借助各种形式的外力作用使囊壁破裂释放出心材，或在内部靠心材的自身动力使囊膜降解而释放出心材。 （三）用水等溶剂浸渍或加热等方法使囊膜降解而释放出心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。如对一些用在象焙烤食品中的微胶囊化香料或酸味剂来说，就是利用在一定温度下囊壁的熔化而释放出心材来发挥其作用。另外，对于一些本身具有异味的营养物质来说，需制成在口中不溶解而能在肠胃中溶解吸收的胶囊化产品，要靠肠胃液中的酶来溶解囊壁释放出心材。 级释放零级释放一级释放含等量囊心物质的三种释放模型释放速率时间2.释放模型微胶囊控制释放的模型大致可分为三类：零级释放、一级释放和级释放。①零级释放释放速率为常数，直至活性组分基本耗完，是最简单的释放模型。②一级释放释放速率正比于活性组分的质量或释放速率随时间成指数衰减。③级释放释放速率正比于时间平方根的倒数 微胶囊的释放依赖于滤剂的种类、湿度、pH值、压力和温度，与壁材心材的化学组成物化性质也有关系。心材物质的释放机制受到所用的囊壁物质的限制。微胶囊必须具备一定的强度，能经受一定的处理过程，但也要能在一定的压力下破裂或在一定条件下溶解而释放出心材。因此囊壁聚合物的渗透性、弹性和可溶性都关系到释放的速率。囊壁的渗透性、弹性和可溶性又取决于囊壁聚合物的种类、微胶囊的大小及囊壁的厚度和层数。 五、微胶囊产品质量的评定对微胶囊产品而言，选用不同的壁材和不同的工艺方法制得的微胶囊产品的性能可能相差很大，因此微胶囊的质量评价显得很重要。一般从一下三个方面进行评定：1.心材溶出速度2.心材含量3.微胶囊尺寸大小，分布均匀性 六、微胶囊造粒技术的应用随着微胶囊造粒技术的日趋成熟，它在食品工业中的应用范围也在扩大，各种新的用途被不断开发出来。微胶囊技术，正为食品工业开发新产品、更新传统工艺和改善产品质量等方面展示出美好的应用前景。目前而言，微胶囊技术主要在三个方面取得了工业化的应用：①酶或细胞的固定化；②传统液体产品的固体粉末化；③食品添加剂的胶囊化。 食品及原料的微胶囊化食品添加剂的微胶囊化营养强化剂的微胶囊化粉末油脂、粉末酒类固体饮料、粉末酱油粉末香精、食用色素抗氧化剂、甜味剂、防腐剂微量元素、天然维生素大豆卵磷脂、其他生理活性物质 本章结束