微膠囊造粒技術(shù)

固定化酶和固定化細(xì)胞傳統(tǒng)液體產(chǎn)品固體粉末化食品添加劑包囊化過程固定化酶和固定化細(xì)胞載體結(jié)合法種將酶或微生物結(jié)合到水不溶性載體上加以固定化的方法。按其結(jié)合方式又可分為物理吸附法、離心結(jié)合法和共價(jià)結(jié)合法三種。對酶的固定化來說，其中的共價(jià)結(jié)合法用得最多?？墒?，作為微生物的固定化方法，載體結(jié)合法并不是一個(gè)好方法，因?yàn)樗嬖谥?xì)胞易從載體上脫落以及因菌體自溶而使酶滲漏出去等缺點(diǎn)。傳統(tǒng)液體產(chǎn)品固體粉末化香精香料的粉末化食用油脂的粉末化酒的粉末化酒的粉末化食用油脂的粉末化噴霧枯燥法油脂粉末化例子心材是70kg的混合油脂(豬油:棉籽油=7:3);壁材由6·5kg酪阮酸鈉和5·8kg結(jié)晶纖維素組成;乳化劑用500g蔗糖脂肪酸醋，穩(wěn)定劑0·6kg的Na3PO3作。N3PO3溶解于83kg水+參加酪骯酸鈉溶解-升溫60℃，結(jié)晶纖維素溶解于l5kg水中，上述兩種水溶液合,+乳化劑,-攪拌均勻--通過均質(zhì)處理--壁材水溶液。緩慢地往壁材水溶液+混合油脂-攪拌混合均勻-噴干-粉末化油脂(心材油脂含量為85.5%，壁材蛋白質(zhì)和纖維素含量分別為7.2%和7.1%，水分0.3%)噴霧枯燥法水相別離法分子包囊法傳統(tǒng)油脂的的缺點(diǎn)不易稱量、包裝和存放;缺乏流動(dòng)性、難均勻混和入配料系統(tǒng)中;與空氣直接接觸易膛敗變質(zhì);相關(guān)容器與加工機(jī)械帶來清洗上不便。

-------為此，迫切需要一種能適應(yīng)現(xiàn)代食品加工業(yè)，貯存、運(yùn)輸和使用相當(dāng)方便的新型油脂產(chǎn)品問世，粉末化油脂的出現(xiàn)順應(yīng)了這種需要。香精香料的粉末化粉末化香精香料的用途例如在焙烤食品中添加風(fēng)味物桂皮醛會(huì)抑制酵母的生長繁殖，從而給應(yīng)用帶來困難。如果將桂皮醛微膠囊化后，即可圓滿地解決上述矛盾。在生產(chǎn)口香糖上，如使用微膠囊化的薄荷油，這種香料油只有與唾液接觸時(shí)溶化了外包囊物質(zhì)后才釋放出，因此能持久濃厚地釋放出香味成分。在生產(chǎn)糖果巧克力時(shí)使用粉末香精香料，有助于防止加工過程中香味成分的損失，同時(shí)提高產(chǎn)品香味的持久性。在生產(chǎn)配制固體飲料時(shí)，粉末化香料比液體香料更有無可比較的優(yōu)越性。香精香料的β-環(huán)糊精-噴干微膠囊工藝噴霧枯燥法分子包囊法水相別離法擠壓法囊心交換法粉末化香精香料的優(yōu)點(diǎn)1保護(hù)香味物質(zhì)防止直接受熱、光和溫度和影響而引起氧化變質(zhì);2防止有效成分因揮發(fā)而損失;3可有效地控制香味物質(zhì)的釋放;4提高貯存、運(yùn)輸和應(yīng)用時(shí)的方便性。食品添加劑包囊化過程固定化酶和固定化細(xì)胞固定化酶和固定化細(xì)胞界面聚合法原位聚合法分子包囊法輻射包囊法輻射包囊法利用聚乙烯醇或明膠為壁材，使壁材在乳濁液狀態(tài)下經(jīng)過輻射而發(fā)生交聯(lián)，即可得到球狀實(shí)體的微囊，然后將微囊浸于心材水溶液中，使其吸收心材，待水分枯燥后得到微膠囊成品。分子包囊法主要是指一種利用β-環(huán)狀糊精分子作為包覆介質(zhì)，發(fā)生在分子水平上的微膠囊化方法。環(huán)狀糊精包囊外來分子的方法：——把環(huán)狀糊精和外來分子混合在一起，然后攪拌混合——先使固體環(huán)狀糊精與外來分子混合，再加水制成糊狀——往環(huán)狀糊精溶液中通入氣體〔囊心材料〕Β環(huán)糊精的平面與立體結(jié)構(gòu)原位聚合法也在心材滴液外表形成〔不溶性的〕聚合物膜，可溶的單體及催化劑全由分散相或全由連續(xù)相提供。界面聚合法原理：利用分別溶解在不同溶劑中的兩種活性單體，當(dāng)一種溶液分散在另一種溶液中時(shí)，兩種活性單體相互在界面發(fā)生聚合反響而形成膠囊壁〔薄膜〕。特點(diǎn)——可使疏水性也可使親水性材料的溶液或分散液微膠囊化——膜極薄(約20納米)，有半透性，其物性受反響時(shí)間影響——微膠囊大小〔1至幾微米〕由第一種單體分散滴的大小決定也受攪拌速度及乳化劑濃度影響注意—聚合反響如為縮聚反響，反響時(shí)會(huì)放酸，不適合易酸變性的材料；——用于酶時(shí)，要注意選擇適宜的單體界面聚合法微膠囊造粒示意圖A和B為單體;(A-B)n為縮聚物相別離法〔水相，油相別離法〕囊心交換法擠壓法銳孔法粉末床法熔化分散法熔化分散法原理:心材分散于熱熔化型壁材液，分散成微滴并在冷卻介質(zhì)中冷卻,壁材(如蠟類物)固化而成為微膠囊。特點(diǎn):特別適合于水溶性心材物的微膠囊化.冷介質(zhì)可是液體也可是氣體熔化分散法用液體作冷卻介質(zhì)：壁材料(蠟狀物)心材物加進(jìn)溫度高于壁材熔點(diǎn)的惰性液體使壁熔化,后攪拌條件下冷卻,使在心材周圍的壁材硬化;先使心材分散于熔化的壁材中,而后將此混合物加到冷卻液體介質(zhì)中用氣體作冷卻介質(zhì)：微滴狀的心材與液化壁材混合物先懸浮在空氣(或別的氣體)中,然后然下降,微滴冷卻時(shí)被固化成非粘性的球狀枯燥顆粒.粉末床法原理：液滴進(jìn)入干粉末會(huì)成球狀。如使液球邊沿沾有被弄濕的粉末,可使得清晰而固定的相別離現(xiàn)象能持久存在。產(chǎn)品大小:毫米級類型:——心材液落入粉末狀的壁材——溶劑落入由心材壁材混合物構(gòu)成的粉末床——由壁材,心材和其他惰性材料組成——心材相分散于壁材溶液的分散液滴入成膜材料粉末床——熱熔化的心材液滴入惰性粉末床裝置：之一，之二粉末床法微膠囊造粒裝置之二粉末床法微膠囊造粒裝置之一銳孔法原理——使初始液(如以藻酸鈉作壁材的溶液)通過銳孔成微粒狀進(jìn)入一種能使其固化的液體(如氯化鈣液)而造成固化(在囊外形成藻酸鈣所至).銳孔結(jié)構(gòu):見(圖2-25)(圖2-26)一種改進(jìn)的銳孔法微膠囊造粒裝置銳孔法成型示意圖擠壓法原理——受壓力作用的心材壁材乳化液被擠出模頭成絲液絲進(jìn)入冷卻固化液，在固化的同時(shí)被打斷成粒再經(jīng)別離，水洗和枯燥后得到成品〔圖2-23,圖2-24)特 點(diǎn)——根本上在低溫下操作適合熱不穩(wěn)定性產(chǎn)品應(yīng) 用——已有香精香料,維生素C等一百多種產(chǎn)品用此法生產(chǎn),粉末產(chǎn)品貨賀期大多超過了兩年通過擠壓法對香精油進(jìn)行微膠囊化擠壓法示意圖A——壓力反響器B——擠壓模頭C——異丙醇溶液囊心交換法根本原理:----用真正需要的心材替換先被包囊的心材操作步驟：——非極性溶劑預(yù)微膠囊化：用復(fù)凝聚法，用明膠和阿拉伯膠作壁材——極性液的微膠囊化：用(需膠囊化的)極性溶劑(乘壁尚有高滲透性)對初始微膠囊中的非極性溶劑進(jìn)行置換——微膠囊壁處理成非滲透性：再用明膠的非溶劑(如乙醇,丙酮等)處理適用:大多數(shù)水溶液,高極性液,低沸點(diǎn)液體,結(jié)構(gòu)與比例非常易變的混合型囊心物(如檸檬油)水相別離法相別離原理單凝聚法復(fù)凝聚法應(yīng)用舉例復(fù)凝集法制備粉末化白蘭香精100ml3%阿拉伯膠水溶液→混合乳化←12ml白蘭香精 ↓100ml3%明膠水溶液→復(fù)相混合←溫度50-53℃pH8 ↓10%醋酸水溶液→調(diào)pH至4.07 ↓250ml水→ 稀釋 ↓ 形成凝集相復(fù)凝集法制備粉末化白蘭香精↓固化↓水洗↓過濾↓干燥↓粉末化白蘭香精復(fù)凝聚法兩帶不同電荷膠體水溶液混合時(shí)會(huì)產(chǎn)生因受電荷作用而成的復(fù)合物，這種復(fù)合因溶解度低而會(huì)產(chǎn)生相別離現(xiàn)象，從而可從水溶液中析出成微膠囊單凝聚法原理〔高分子聚合物性〕壁材水溶液+水不溶性心材↓調(diào)合↓3相混合物↓+凝聚劑〔也稱沉淀劑，奪水或使聚合物失水〕↓壁材相溶解度降低而凝聚成微膠囊粒聚合物與沉淀劑的組合聚合物水溶液與沉淀劑的組合聚合物水溶液沉淀溶劑（非溶劑）明膠瓊脂果膠甲基纖維素聚乙烯醇乙醇，丙酮丙酮，異丙醇丙酮，丙醇凝聚劑①乙醇，丙酮，丙醇異丙醇之類的沉淀劑〕②硫酸鈉，硫酸銨之類的強(qiáng)親水親鹽③酸堿之類pH值調(diào)節(jié)劑相別離法根本原理初始溶液+某種物質(zhì)或采用某種手段形成新相別離微膠囊概述概述微膠囊的應(yīng)用領(lǐng)域：制藥,食品,飼料,精細(xì)化工,照相器材,機(jī)械制造業(yè)等.食品工業(yè)中應(yīng)用微膠囊的目的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)物的損失與破壞.使不穩(wěn)定的氣體液體食品變成穩(wěn)定的固體掩蓋食品自身的異味,根本概念微膠囊粒子的形態(tài)微膠囊粒子的材料微膠囊造粒的根本步驟微膠囊造粒方法分類微膠囊的釋放微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量評定微膠囊產(chǎn)品的質(zhì)量評定心材溶出速度反映囊心物質(zhì)釋放速度的指標(biāo)測定方法：食品工業(yè)尚未建立標(biāo)準(zhǔn)，尚借助其它行業(yè)方法.因產(chǎn)品具體形式而定.如：對片劑藥物中的微膠囊可有美國藥典一九版中描述的轉(zhuǎn)藍(lán)式釋放儀，國產(chǎn)片劑儀改進(jìn)的燒杯法心材含量測定方法也因產(chǎn)品不同而異，多用采用溶劑或水提取法進(jìn)得測定。如：揮發(fā)性油類心材含量常用索氏提取法測定微膠囊尺寸膠囊大小可用顯微鏡進(jìn)行測量，也可用別的粒度測定方法測定微膠囊的釋放微膠囊釋放的時(shí)間

立即延時(shí)微膠囊釋放的機(jī)理與方法微膠囊釋放的模型微膠囊釋放的模型零級模型

一級模型

時(shí)間平方根倒數(shù)模型微膠囊釋放的零級模型微膠囊釋放的一級模型微膠囊釋放的方根倒數(shù)模型微膠囊釋放的機(jī)理與方法機(jī)理通過囊壁膜擴(kuò)散釋放囊膜破裂釋放出心材囊膜降解而釋放出心材方法機(jī)械方法(加壓破碎摩擦)加熱燃燒熔化電磁用酶、

溶劑或水使壁材溶解微膠囊造粒方法分類物理方法噴霧枯燥 噴霧凝凍 空氣懸浮 真空蒸發(fā)沉積 靜電結(jié)合 多孔離心物理化學(xué)方法水相別離 油相別離 囊心交換 擠壓銳孔粉末床 熔化分散 復(fù)相乳液化學(xué)方法界面聚合 原位聚合 分子包囊 輻射包囊微膠囊造粒的根本步驟將心材分散于微膠囊化的介質(zhì)中將壁材放入該分散體系中將壁材聚集,沉漬或包在心材的周圍進(jìn)行化學(xué)或物理方法處理(獲得一定的機(jī)械強(qiáng)度)微膠囊粒子的材料心材(囊心物質(zhì))----微膠囊內(nèi)部裝載的物料組成----固體,液體,氣體(香精,香料等易揮發(fā)配料或添加物)固液,液液,固固,或氣液混合體等食品工業(yè)中心材舉例(水溶性居多)壁材(包囊物質(zhì))----外部包囊的壁膜物料組成---有機(jī)和無機(jī),天然與合成的高分子材料食品工業(yè)中壁材舉例壁材的選材原那么食品工業(yè)中心材舉例(水溶性居多):生物活活性物--氨基酸，維生素，礦物元素食用油脂酒類酶和微生物細(xì)胞甜味劑,酸味劑,防腐劑香精香油色素食品工業(yè)中壁材舉例植物膠---阿拉伯膠,瓊脂,藻酸鹽,瓜兒膠,羅望子 膠和卡拉膠等多糖---黃原膠,阿拉伯聚半乳糖,淀粉---玉米,馬玲薯交聯(lián)改性接枝共聚纖維素----羧甲基羧乙基乙基二醋酸丁基醋酸硝酸等蛋白質(zhì)----明膠酪蛋白玉米蛋白大豆蛋白聚合物----聚乙烯醇,聚氯乙烯蠟與類脂物----石蠟蜂蠟硬脂酸和甘油酸脂等微膠囊粒子的形態(tài)尺度:一般5~200μ有些0.5~1000μ不宜過大過?。?lt;5μ布朗運(yùn)動(dòng)不易收集>300μ外表靜電作用減小形狀:形,腎形,粒狀,谷粒狀,絮狀,和塊狀結(jié)構(gòu)囊壁厚度:0.2-10微米壁材的選材原那么能與心材配伍但不發(fā)生化學(xué)反響,滿足平安衛(wèi)生要求,有適當(dāng)?shù)臐B透性、吸濕性、溶解性和穩(wěn)定性等。物理法微膠囊造粒噴霧枯燥法噴霧凝凍法空氣懸浮法空氣懸浮法——此法因美威斯康新大學(xué)提出因而也稱Wurster法裝置構(gòu)成示意(圖-2-9)，〔圖2-10)原理:〔預(yù)調(diào)好的〕壁材溶液噴向〔受空氣作劇烈翻動(dòng)的〕固體心材粉粒形成濕膠囊粒，枯燥后成為微膠囊成品局限性:心材狀態(tài)須為固體——液體先須變成固體(凍干法,或先吸附于干粉上)；有濕顆粒互粘和干顆粒碰碎的現(xiàn)象Wurster微膠囊造粒裝置Wurster微膠囊造粒裝置示意圖噴霧凍凝法原理：壁材以熔融〔而非溶解〕液體狀與心材混成混合液,霧化液滴受冷卻固態(tài)粒特點(diǎn)：低溫或常溫顆?；?；用此法可以得到較精確的粒度控制.適合于:室溫下為固態(tài)的物質(zhì),如氫化植物油,脂肪酸脂,脂肪醇,蠟類,糖類和某些聚合物作為壁材的場合.特別熱敏性物質(zhì):如維生素,礦物元素(硫酸亞鐵)和風(fēng)味物質(zhì)等.粒徑影響因素:〔與枯燥法相似〕液體的粘度,濃度,霧化方法,進(jìn)料速度及材料性質(zhì)設(shè)備:根本與枯燥法相同。進(jìn)入枯燥室的是冷空氣,配的是空氣冷卻(而非加熱)系統(tǒng)噴霧枯燥法微膠囊造粒原理特點(diǎn)初始液的類型裝置應(yīng)用舉例噴干法微膠囊造料應(yīng)用舉例壁材水溶液的調(diào)制10-50%的β-環(huán)狀糊精液+香味物質(zhì)糊精量的5-40%↓均質(zhì)乳化↓液噴霧枯燥進(jìn)風(fēng)溫度130-190℃排風(fēng)溫度60-90℃↓成品初始液的類型噴霧枯燥法微膠囊造粒類型壁材相膠囊化否噴霧的作用水溶液型水溶液未成囊固化有機(jī)溶液型有機(jī)液未成囊固化囊漿型外層有粘性已成雙壁微膠囊，固化裝置實(shí)際上就是一套噴霧枯燥器系統(tǒng)，由以下局部構(gòu)成：1.初始溶液調(diào)制段調(diào)制缸,攪拌器2.溶液輸送霧化段,泵,霧化器3.空氣輸送加熱段,風(fēng)機(jī),過濾器加熱器4.氣液接觸枯燥段枯燥室5.成品別離尾氣凈化段,集料器,粉塵回收器,除塵器噴霧枯