微膠囊造粒技術(shù)

農(nóng)產(chǎn)品的微膠囊造粒原理及技術(shù)

2021/3/111一：引言二：什么是微膠囊？三：微膠囊有什么組成？四：微膠囊有什么作用？五：怎么才能制成微膠囊？六：微膠囊怎么起作用？七：微膠囊造粒技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中有什么應(yīng)用？2021/3/112一：引言高新技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工領(lǐng)域中的應(yīng)用決定著一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)程度和發(fā)展水平。在發(fā)達(dá)國(guó)家的農(nóng)產(chǎn)品加工工業(yè)中，90%以上的商品都采用了高新技術(shù)。目前國(guó)際上廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品領(lǐng)域的高新技術(shù)主要有：生物工程技術(shù)，速凍技術(shù)，真空冷凍干燥技術(shù)，超微粉碎技術(shù)，冷凍濃縮技術(shù)，膜分離技術(shù)，微波技術(shù)，膨化技術(shù)，擠壓技術(shù)，超臨界萃取技術(shù)，微電子技術(shù)，微膠囊技術(shù)，高壓加工技術(shù)，特征紅外干燥技術(shù)，新型貯運(yùn)保鮮技術(shù)等。這些高新技術(shù)在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品貯藏，保鮮與加工領(lǐng)域都逐步推廣，得到廣泛運(yùn)用。2021/3/113二：微膠囊造粒的概念及原理微膠囊是指一種具有聚合物壁殼的微型容器或包裝物。微膠囊造粒技術(shù)就是將固體、液體或氣體物質(zhì)包埋、封存在一種微型膠囊內(nèi)成為一種固體微粒產(chǎn)品的技術(shù)。它能夠保護(hù)被包裹的物料，使之與外界不宜環(huán)境隔絕，達(dá)到最大限度地保持原有的色香味、性能和生物活性，防止?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)的損失與破壞。微膠囊顆粒的大小一般都在5~200μm范圍內(nèi)，在某些應(yīng)用中，這個(gè)范圍可以擴(kuò)大到0.25~1000μm。當(dāng)膠囊粒子小于5μm時(shí)，因布朗運(yùn)動(dòng)加劇而很難收集。而當(dāng)粒度超過(guò)300μm時(shí)，其表面靜電摩擦系數(shù)會(huì)突然減少，從而失去微膠囊的作用。微膠囊的壁厚度通常在0.2~10μm范圍內(nèi)。2021/3/114三：微膠囊造粒的結(jié)構(gòu)組成微膠囊內(nèi)部裝載的物料稱(chēng)為心材（或囊心物質(zhì)），外部包囊的壁膜稱(chēng)為壁材（或稱(chēng)為包囊材料）。微膠囊造粒（微膠囊化）就是，針對(duì)不同的心材和用途，選用一種或幾種復(fù)合壁材進(jìn)行包覆。一般而言，油溶性心材應(yīng)采用水溶性壁材，而水溶性心材必須采用油溶性壁材。1.心材（囊心物質(zhì)）心材可以是單一的固體、液體或氣體物質(zhì)，也可以是固液、液液、固固或氣液等物質(zhì)的混合體。在食品工業(yè)中，“氣體”心材通常是指香精、香料之類(lèi)的易揮發(fā)性的配料或添加劑。由于心材的選擇具有一定的靈活性，因此根據(jù)具體要求可以設(shè)計(jì)出某些特殊用途的微膠囊產(chǎn)品。

2021/3/115針對(duì)食品工業(yè)，已經(jīng)使用的心材有：①生物活性物質(zhì)：膳食纖維、活性多糖、超氧化物歧化酶（SOD）、免疫球蛋白等；②氨基酸：賴(lài)氨酸、精氨酸和組氨酸等；③維生素：維生素A、B1、B2、C和E等；④防腐劑：山梨酸和苯甲酸鈉等；⑤酶制劑：蛋白酶、淀粉酶和果膠酶等；⑥香精香油：桔子香精、檸檬香精、薄荷油和冬青油等；⑦微生物細(xì)胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母等；⑧酸味劑：檸檬酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、乳酸、醋酸和磷酸等；⑨酒類(lèi)：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等；⑩其他：焦糖色素和醬油等。2021/3/1162.壁材（成膜物質(zhì)）對(duì)一種微膠囊產(chǎn)品而言，選擇合適的壁材非常重要，不同的壁材在很大程度上決定著產(chǎn)品的物化性質(zhì)。選擇壁材的基本原則是：能與心材相配合但不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，能滿(mǎn)足食品工業(yè)的安全衛(wèi)生要求，同時(shí)還應(yīng)具備適當(dāng)?shù)臐B透性、吸濕性、溶解性、穩(wěn)定性等。無(wú)機(jī)材料和有機(jī)材料都可以作為微膠囊的壁材，但目前常用的是高分子材料，包括天然和合成兩大類(lèi)。在食品工業(yè)中的應(yīng)用有：①植物膠：阿拉伯膠、瓊脂、藻酸鹽、卡拉膠等；②多糖：黃原膠、阿拉伯半乳聚糖、半乳糖干露聚糖和殼聚糖等；③淀粉：玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、交聯(lián)改性淀粉等；④蛋白質(zhì)：明膠、玉米蛋白和大豆蛋白等；⑤纖維素：羧甲基纖維素、羧乙基纖維素、二醋酸纖維素、丁基醋酸纖維素等；⑥聚合物：聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酰胺等；⑦蠟與類(lèi)脂物：石蠟蜂蠟、硬脂酸和甘油酸酯等。2021/3/117四：微膠囊的功能1.改變物料的存在狀態(tài)、質(zhì)量與體積2.隔離物料間的相互作用，保護(hù)敏感性物料3.掩蓋不良風(fēng)味、降低揮發(fā)性4.控制釋放5.降低食品添加劑的毒副作用2021/3/1181.微膠囊造粒的步驟

形象地說(shuō)，微膠囊造粒是物質(zhì)微粒的包衣過(guò)程。其過(guò)程可分為以下四個(gè)步驟：ABCD微膠囊化的基本步驟A心材在介質(zhì)中分散；B加入壁材；C壁膜沉積；D壁膜固化①將心材分散在微膠囊化的介質(zhì)中；②再將壁材放入該分散體系中；③通過(guò)某一種方法將壁材聚集、沉漬或包敷在已分散的心材周?chē)?；④?duì)于形成的不穩(wěn)定的微膠囊進(jìn)行化學(xué)或物理的方法處理，以達(dá)到一定的機(jī)械強(qiáng)度。

五：微膠囊造粒的步驟及方法2021/3/119根據(jù)微膠囊造粒原理的不同，可將造粒方法歸為三類(lèi)。但這種分類(lèi)方法并未包括目前的所有方法，而且有些具體方法屬于交叉的，因此分類(lèi)是相對(duì)的。2.微膠囊造粒的方法①物理方法

包括：噴霧干燥法、噴霧凝凍法、空氣懸浮法、真空蒸發(fā)沉積法、靜電結(jié)合法等；②物理化學(xué)方法

包括：水相分離法、油相分離法、擠壓法、囊心交換法、熔化分散法、復(fù)相乳液法等；③化學(xué)方法包括：界面聚合法、原位聚合法、分子包囊法和輻射包囊法等。2021/3/1110噴霧微膠囊造粒的原理

調(diào)制由芯材和壁材組成的膠囊化溶液（又稱(chēng)為初始溶液），使芯材分散在己液化的壁材中混合均勻，并將此混合物經(jīng)霧化器霧化成小液滴，此小液滴的基本要求是壁材必需包裹住芯材（即已形成濕微膠囊）。然后，在噴霧干操室內(nèi)使之與熱氣流直接接觸，使溶解壁材的溶劑瞬間蒸發(fā)除去，促使壁膜的形成與固化，最終形成一種顆粒粉末狀的微膠囊產(chǎn)品。一：噴霧干燥法2021/3/1111

優(yōu)缺點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)①適于熱敏性物料的造粒，因?yàn)槲锪媳砻娴乃终舭l(fā)帶走熱量，使得物料溫度始終較低；②工藝簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化操作，生產(chǎn)能力大；（2）缺點(diǎn)①包裹率低，芯材可能附著在顆粒的表面；②設(shè)備造價(jià)高，耗能大。噴霧干燥能耗較大，一般情況下，熱效率為30%~50%，若要提高效率，可在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量提高進(jìn)風(fēng)溫度以及利用排風(fēng)的溫度預(yù)熱進(jìn)風(fēng)。2021/3/1112二：噴霧凝凍法（冷噴技術(shù)）1、基本原理將壁材加熱至熔融的液體狀態(tài)，加入芯材調(diào)成膠囊化熔融液并混合均勻，然后使用霧化器形成熔融狀微膠囊細(xì)顆粒，通過(guò)冷凝的方法使壁材固化成固體顆粒。2、冷噴技術(shù)（噴霧凍凝法）與噴霧干燥法的比較（1）相似之處都是將芯材分散于液化的壁材中，利用噴霧法進(jìn)行造粒并借助外界條件使膠囊化微粒壁膜固化。（2）不同之處①壁材液化方法不同，噴霧干燥法是溶解于某種溶劑形成溶液，而噴霧凝凍法是加熱成熔融的液體狀；②膠囊化微粒壁膜的固化手段不同，噴霧干燥法是利用加熱手段使溶解壁材的溶劑蒸發(fā)去除從而使壁膜固化，而噴霧凝凍法是借助冷卻或冷凍方法使熔融狀的壁膜固定。2021/3/1113三：空氣懸浮法原理：當(dāng)空氣氣流速度u界于臨界流態(tài)化速度umf和懸浮速度ut之間時(shí)，固體芯材顆粒在流化床所產(chǎn)生的湍動(dòng)空氣流中劇烈翻滾運(yùn)動(dòng)，這時(shí)往這些作懸浮運(yùn)動(dòng)的芯材顆粒外表面噴射預(yù)先調(diào)制好的壁材溶液使芯材表畫(huà)濕潤(rùn)(即包囊)。之后，芯材表面的成膜溶液逐漸被空氣流所干燥，(若采用加熱空氣則有助于加速囊膜的干燥)，形成了一定厚度的薄膜，從而完成芯材的包囊與固化過(guò)程。2021/3/1114四：分子包囊法原理：分子包囊法又叫包接絡(luò)合法。利用環(huán)糊精做壁材，圓臺(tái)形，親水基團(tuán)在外，中心為疏基團(tuán)，中間的非極性腔可與許多物質(zhì)形成包接絡(luò)合物，包住芯材。芯材含量6-15%，在口腔的溫度、濕度下芯材易釋放。成本低，芯材為非極性。2021/3/1115五：輻射包裹法原理：以聚乙烯醇或明膠為壁材，利用γ-射線(xiàn)、x-射線(xiàn)或電子束進(jìn)行輻射后使壁材在乳濁液狀態(tài)發(fā)生交聯(lián)，形成微膠囊，然后將微膠囊浸泡于芯材水溶液中吸收芯材，待干燥后成為微膠囊。2021/3/1116六：微膠囊的釋放釋放方法（1）即刻釋放可以采用機(jī)械方法（如加壓、揉破、毀形或摩擦）、加熱下燃燒或融化方法以及采用化學(xué)方法（如酶的作用、溶劑及水的溶解、萃取等）。在芯材中摻入膨脹劑或應(yīng)用放電或磁力的電磁方法也可使即刻釋放。（2）逐漸釋放在環(huán)境中芯材緩慢釋放出來(lái)，一般不需要外加條件。醫(yī)藥、化肥等一般常要求緩慢釋放，以提高作用效果。2021/3/1117釋放機(jī)理：（1）活性芯材物質(zhì)通過(guò)囊壁膜的擴(kuò)散釋放。芯材通過(guò)囊壁膜上的微孔、裂縫或者半透膜進(jìn)行擴(kuò)散出來(lái)。（2）用外壓或內(nèi)壓使囊壁膜破裂釋放出芯材。（3）浸漬或加熱等方法使囊壁膜溶解或降解而釋放出芯材。這種釋放機(jī)理對(duì)食品工業(yè)來(lái)說(shuō)，在許多方面能發(fā)揮較好的作用。如對(duì)一些用在焙烤食品中的微膠囊化香料或者酸味劑來(lái)說(shuō)，就是利用在一定溫度下囊壁的熔化而釋放出芯材來(lái)發(fā)揮作用。另外，對(duì)于一些本身具有異味的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)說(shuō)，需制成在口中溶解而能在腸胃中溶解吸收的膠囊產(chǎn)品，要靠腸胃中的酶溶解囊壁而釋放芯材。2021/3/1118七:微膠囊造粒技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工中的應(yīng)用維生素微膠囊

維生素C在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，如在肉類(lèi)食品中加入維生素C可以保持肉類(lèi)色澤鮮紅及防止亞硝胺生成，在果蔬加工過(guò)程中可防止氧化褐變，在魚(yú)類(lèi)冷凍前用維生素C處理可延長(zhǎng)保存期，防止和減少三甲胺氧化物的產(chǎn)生。此外，維生素C還可以作食品保鮮劑等等。但是，維生素C在食品加工過(guò)程中受溫度、濕度影響而分解的情況是很?chē)?yán)重的，如在100℃下2h和24h的殘存率為60%和37%，在常溫下庫(kù)存30天和60天后殘存率分為為60%和25%。微膠囊化對(duì)穩(wěn)定維生素C有極佳的作用，如在食品含水量為15%，溫度85-95℃條件下，維生素C微膠囊的保存率在95%以上，而在同樣條件下對(duì)照組維生素C保存率僅42-49%。維生素A、維生素D有令人不愉快的氣味和味道，并在消化過(guò)程中易被胃液破壞，通常使用乙基纖維素或鄰苯二甲酸纖維素這類(lèi)不溶于酸的壁材制成腸溶微膠囊，以利人體對(duì)維生素A、D和鈣質(zhì)的吸收。1：在營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑中的應(yīng)用2021/3/1119酸味劑微膠囊

酸味劑有增加風(fēng)味、延長(zhǎng)保質(zhì)期的作用，但有時(shí)酸味劑會(huì)與食品中的某些成分發(fā)生化學(xué)作用，使食品的風(fēng)味損失、色素分解、淀粉食品的貨架期縮短。茶葉中加入酸味劑后會(huì)與茶葉中的單寧起反應(yīng)，并使茶葉褪色。將酸味劑制成微膠囊，使其與食品中其它成分隔離，對(duì)酸敏感的成分便可不受其影響。酸味劑的微膠囊通常采用氧化油脂、脂肪酸等蠟質(zhì)材料為壁材，在食品加工的后期加入食品中，微膠囊受熱時(shí)才釋放。氨基酸微膠囊

氨基酸產(chǎn)品往往帶有些特殊的氣味，直接添加到食品中會(huì)影響食品的風(fēng)味，而且氨基酸還會(huì)與食品中含有的還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)，使食品顏色變深，這一現(xiàn)象在某些食品中是不希望發(fā)生的，因此，需要把氨基酸微膠囊化。2：在食品添加劑中的應(yīng)用2021/3/1120防腐劑微膠囊

食品防腐劑微膠囊化可以達(dá)到緩釋、延長(zhǎng)防腐作用時(shí)間、減小對(duì)人毒性的目的。如山梨酸的酸性對(duì)食品性能會(huì)有影響，而且長(zhǎng)期暴露在空氣中易于氧化變色。采用硬化油脂為壁材形成微膠囊后，既可避免山梨酸與食品直接接觸，又可利用微膠囊的緩釋作用，緩慢釋放出防腐劑起到殺菌作用。又如乙醇在低pH值條件下，即使量很低也有很好的防腐效果。例如6%濃度的乙醇配合乳酸、磷酸等和一種天然物質(zhì)相互間的協(xié)同作用可以起到與70%濃度乙醇或3%濃度過(guò)氧化氫相同的防腐殺菌效果。將這些物質(zhì)微膠囊化，附在食品包裝內(nèi)，其緩慢釋放的蒸汽有很好的殺菌作用，而且對(duì)人體無(wú)任何毒害作用。3：在飲料工業(yè)中的應(yīng)用微膠囊技術(shù)與飲料工藝結(jié)合，制造微膠囊復(fù)合果蔬飲料。產(chǎn)品具有葉酸，蛋白質(zhì)，維生素，鈣等營(yíng)養(yǎng)成分。產(chǎn)品具有色澤明快，風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)豐富，穩(wěn)定性極佳等特點(diǎn)。2021/3/11214：在乳制品中的應(yīng)用乳制品中添加的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)具有不愉快的氣味，其性質(zhì)不穩(wěn)定易分解，影響產(chǎn)品質(zhì)量。將這些添加物通過(guò)微膠囊技術(shù)爆麥可增強(qiáng)產(chǎn)品的穩(wěn)定性，使產(chǎn)品具有獨(dú)特的風(fēng)味，無(wú)異味，不結(jié)塊，泡沫均勻細(xì)膩沖調(diào)性好，保質(zhì)期長(zhǎng)。利用此法制成的產(chǎn)品有果味奶粉（包埋調(diào)味劑），姜汁奶粉包埋姜汁，保護(hù)姜汁香辛成分），可樂(lè)奶粉（包埋香精，可樂(lè)膏劑以及磷酸），發(fā)泡奶粉（包埋檸檬酸）等5：在糖果中的應(yīng)用微膠囊技術(shù)可應(yīng)用于糖果的調(diào)色，調(diào)香，調(diào)味以及糖果的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化和品質(zhì)改善。糖果生產(chǎn)中的天然使用色素，香精，營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑等物質(zhì)極易分解，利用噴霧干燥等方法將其微膠囊化以確定產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。常用的壁材有水溶性食用膠，環(huán)狀糊精，纖維素衍生物，明膠，酪蛋白等物質(zhì)，用此法生產(chǎn)的糖果顏色鮮亮持久，產(chǎn)品或假期長(zhǎng)。2021/3/11226：在稻米加工中的應(yīng)用Β-胡羅卜素因具有維生素A活性而引起