第二章食品微胶囊技术.ppt

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1、第二章食品微胶囊技术,第一节 微胶囊技术的发展简史 第二节 微胶囊技术总论 第三节 微胶囊的主要制备方法 第四节 微胶囊中的囊芯释放 第五节 微胶囊技术在食品工业 中的应用,第一节 微胶囊的发展简史,在微胶囊化领域里，Wuster和Green是两位伟大的先驱者。 微胶囊化始于本世纪30年代，但发展非常迅速。迄今有一百多个研究室在开发微胶囊技术。 隐色压敏复写纸的发明是微胶囊化技术第一次成功应用于商业中，至1981年，此种微胶囊的产量就超过5106t. 应用范围扩大到医药，农用化学品，黏胶剂和夜晶等各个领域。,1936年11月：大西洋海岸渔业公司(Atlantic Coast Fishers)提

2、出了适用于在液体石蜡中，制备含鱼肝油明胶微胶囊的专利申请。 1940年10月：明胶产品有限公司提出了采用一种同心的三层锐孔，创备含药物双壁微胶囊的专利申请。 1949年1月：威斯康星校友研究基金会提出了利用Wurster发明的空气悬浮法，将固体微粒微胶囊化的专利申请。 1950年4月：东方柯达(Eastman Kodak)公司提出了将彩色照片用的乳液和三种基色颜料包敷(即微胶囊化)制备混合颗粒的专利申请。 1950年11月：通用邓洛普(General Dunloberge)公司提出了通过使用一种双层锐孔来制褐藻酸微胶囊的专利申请。,1953一1954年：NCR公司提出了利用凝聚法制备含油明胶微

3、胶囊之基本方法的二个专利，以及利用上述基本方法制备微胶囊型压敏复写纸的四个专利。除日本外，全世界都应用了这个专利。 1956年3月：NCR公司提出了有关光电材料微胶囊化的专利申请。 1957年4月：NCR公司提出了有关彩色摄影用的化合物微胶囊化工艺的专利申请。 1957年8月：穆尔企业公司(Moore Buslness)提出了有关应用喷雾干燥工艺的微胶囊专利申请。 1957年11月：通用安尼莱因(Anlline)胶片公司提出用乙基纤维素将照相乳液微胶囊化后成混合的细粒状的专利申请。,1958年 3月；静电复印(xerox)公司提出 了制备含有液体显像调节剂的微胶囊的专利申请。 1958年5月；

4、NCR公司提出了利用微胶囊化制备热敏粘合剂的专利申请。 1958年6月：NCR公司提出了有关含油的聚苯乙烯微胶囊制备方法的专利申请。该法中使用了单体，并应用了原位聚合反应的工艺。 1958年12月：厄普约翰(Upjohn)公司提出了近20个专利申请。它们均是有关“乳液”的微胶囊化方法。在这些专利中，有的改进了NCR的凝聚方法，应用了增稠剂；有的提出了在有机溶剂体系中的相分离方法；有的提出了明胶微胶囊固化的方法类似的一些方法。1963年，所有的这些专利全都转让给了NCR公司。,第二节 微胶囊的总论,微胶囊：指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包物。其大小一般为5-200m不等，形状多样，取决于原料与

5、制备方法。 微胶囊化：制备微胶囊的过程称为微胶囊化。 微胶囊化技术：指将固体、液体或气体包埋在微小而密封的胶囊中，使其只有在特定条件下才会以控制速率释放的技术。其中，被包埋的物质称为芯材，包括香精香料、酸化剂、甜味剂、色素、脂类、维生素、矿物质、酶、微生物、气体以及其它各种饲料添加剂。包埋芯材实现微囊胶化的物质称为壁材。,一、基本概念,芯材：可为油溶性、水溶性化合物或混合物,其状态可为粉末、固体、液体或气体。可包囊物的品种极其繁多,如交联剂、催化剂、化学反应剂、显色剂、给湿剂、药物、杀虫剂、矿物油、水溶液、染料、颜料、洗涤剂、食品、液晶、溶剂、气体、疏水化合物及无机胶体等。 壁材：可用作微胶囊

6、包囊材料的有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料,视所包囊物质(囊心物)的性质,油溶性囊心物需选水溶性包囊材料,水溶性囊心物则选油溶性包囊材料,即包囊材料应不与囊心物反应,不与囊心物混溶。高分子包囊材料本身的性能也是选择包囊材料所要考虑的因素,如渗透性、稳定性、溶解性、可聚合性、粘度、电性能、吸湿性及成膜性等。,微胶囊粒子的形态,尺 度: 一般 5200 m 有些0.51000 m 不宜过大过小： 300 m 表面静电作用减小,结 构,囊壁厚度: 0.2 - 10 微米,二、微胶囊的功能,1 粉末化：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

7、末食用油脂、粉末乙醇等。例如:将液体油脂作为心材,选择适当的壁材,运用微胶囊技术就可产生出固体粉末油脂,非常方便地添加于各种食品原料中。 2 降低挥发性：防止风味成分的挥发,减少风味损失。,3 降低毒性 减少食品添加剂的毒理作用等，如硫酸亚铁阿司匹林等药物包裹后，可通过控制释放速度来减轻对肠胃副作用。 4 提高物质的稳定性(易氧化，易见光分解，易受温度或水分影响的物质) 许多食品添加剂制成微胶囊产品后,由于有壁材的保护,能够防止其氧化,避免或降低紫外线、温度和湿度等方面的影响,确保营养成分不损失,特殊功能不丧失。,5 能使不相容成分均匀地混合 运用微胶囊技术,将可能相互反应的组分分别制 成微胶

8、囊产品,使它们稳定在一个物系中,各种有效成份有序地释放,分别在相应时刻发生作用,以提高和增进食品产品的风味和营养。例如:有些粉状食品对酸味剂十分敏感。因为酸味剂吸潮会引起产品结块;并且酸味剂所在部位pH 值变化很大,导致周围色泽变化,使整包产品外观不雅。将酸味剂微胶囊化以后,可延缓对敏感成分的接触和延长食品保存期限。,6 掩味 某些营养物质具有令人不愉快的气味或滋味,这些味道可以用微胶囊技术加以掩蔽。这种微胶囊产 品在口腔里不溶化,而在消化道中才溶解,释放出内容物,发挥营养作用。 7 隔离活性成分 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。 8 控制心材释放和作用的时间和数量 微胶

9、囊产品经由预先设计的溶解和释放的机理,可提供特殊的释放方式。,食品工业中壁材举例,植物胶-阿拉伯胶,琼脂,藻酸盐,瓜儿胶,罗望子 胶和卡拉胶等 多 糖-黄原胶, 阿拉伯聚半乳糖, 淀 粉-玉米,马玲薯 交联改性 接枝共聚 纤维素- 羧甲基 羧乙基 乙基 二醋酸 丁基醋酸 硝酸等 蛋白质-明胶 酪蛋白 玉米蛋白 大豆蛋白 聚合物-聚乙烯醇, 聚氯乙烯 蜡与类脂物-石蜡 蜂蜡 硬脂酸 和甘油酸脂等,三、微胶囊的常用壁材,食品工业中心材举例(水溶性居多):,生物活活性物-氨基酸，维生素，矿物元素 食用油脂 酒类 酶和微生物细胞 甜味剂,酸味剂,防腐剂 香精香油 色素,微胶囊粒子的材料,芯材(囊心物质

10、) -微胶囊内部装载的物料 组成-固体,液体,气体(香精,香料等易挥发配料或添加物) 固液,液液,固固,或气液混合体等 食品工业中心材举例(水溶性居多) 壁材(包囊物质) -外部包囊的壁膜物料 组成-有机和无机, 天然与合成的高分子材料 食品工业中壁材举例,（1 ）碳水化合物,麦芽糊精、玉米淀粉糖浆: 这两种碳水化合物本身不具备乳化能力,成膜能力也差,但它们具有高浓度时低粘度的特点,因此如果与其他具有乳化性的壁材配合后,可提高体系的固形物浓度,有利于降低干燥能耗,减少生产成本。 环糊精: 也不具备乳化能力,但其分子中疏水性空腔形成稳定的非共价复合物,从而起到稳定心材,掩盖心材异味的作用。,壳聚

11、糖主要用在复凝聚法微胶囊技术 纤维素及其衍生物主要用在水溶性食品添加剂如甜味剂、酸味剂以及酶或细胞的包埋剂。 蔗糖具有溶解速度快、热稳定性高、价格低、来源广的特点,常被用来作为微胶囊的壁材,以往的研究主要限于在挤压法、共结晶两种微胶囊化工艺中使用,最近已开始有将蔗糖用作喷雾干燥法微胶囊工艺的壁材的报道。,（2） 胶质,海藻胶、瓜儿胶、卡拉胶可分别用于高脂食品,风味料,汤料与果汁等的包埋剂。 阿拉伯胶由于含有约1 %左右具乳化性的蛋白质,能够乳化心材,而且溶解性能好,因此在微胶囊技术中用途最为广泛,研究最多,它主要应用在风味料的微胶囊化技术中,但阿拉伯胶的来源价格高且供应不稳定。 黄原胶是一种微

12、生物多糖,虽然和海藻胶、瓜儿胶、卡拉胶一样不具乳化能力,但它在溶液中粘度较大,利于改善乳状液的流变性,增加乳化体系的稳定性,另外在体系固形物含量较低时添加适量的黄原胶,可以提高进料粘度,这对于喷雾干燥过程中形成较大的雾滴十分有利,因此在体系中使用黄原胶有利于微胶囊化工艺过程的实现,便于降低生产成本,黄原胶来源广,其价格与其他胶质相比也不算贵,因此黄原胶是较为实用的一种微胶囊壁材辅料。,（3） 脂质,脂质一般用作喷雾冷却法微胶囊工艺的壁材,主要用于水溶性材料或固体物质等的微胶囊技术,以它为壁材的微胶囊产品在水中不溶解但具有一定条件释放的功能。 卵磷脂应用于微胶囊技术的主要在于它在较低温度下就可形

13、成卵磷脂胶束,因而可用于生物活性物质如酶类的微胶囊。卵磷脂作为乳化剂与其他壁材如聚乙烯复配可对甜味剂、风味料等进行微胶囊化,作为一种营养强化剂,它本身也已被制成微胶囊化产品。,（4） 蛋白质,主要在于其乳化性能,能够在两相界面形成有良好粘弹性的界面膜,从而有效促进微胶囊过程。 大豆蛋白能定向吸附到油/水界面形成较强的界面膜,但乳化油滴过程中其球状结构的受热展开使大量憎水基团暴露,导致其在水相的溶解度大大下降。因此以其为主要壁材的微胶囊产品溶解性能欠佳,研究表明大豆分离蛋白经酶法改性后溶解性大幅度上升,在pH8.0后可完全溶于水中,而且尚有一定的乳化能力,因此用它来作为水溶性微胶囊化产品的壁材有

14、一定的可能性。,酪蛋白乳化能力很强但溶解性不够理想,酪蛋白酸钠乳化能力与溶解性均好,但价格太高,不宜作为主要壁材使用。 明胶具备乳化性,成膜性,而且也易溶于水,符合作为胶囊壁材中蛋白源要求。另一方面,明胶还有价格低,来源广的优势,更适合于工业化大生产中使用,实际上明胶也是微胶囊技术中至今为止用得最为广泛的一种蛋白源。目前为止大部分报道主要集中于明胶与其他一些离子型多糖采用复凝聚法形成微胶囊 。,四、微胶囊造粒的基本步骤,将心材分散于微胶囊化的介质中,将壁材放入该分散体系中,将壁材聚集, 沉渍或包 在心材的周围,进行化学或物理方法处理 (获得一定的机械强度),五、微胶囊造粒方法分类,物理方法 喷

15、雾干燥 喷雾凝冻 空气悬浮 真空蒸发沉积静电结合 多孔离心 物理化学方法 水相分离 油相分离 囊心交换 挤压 锐孔 粉末床 熔化分散 复相乳液 化学方法 界面聚合 原位聚合 分子包囊 辐射包囊,六、微胶囊产品的质量评定,心材溶出速度 反映囊心物质释放速度的指标 测定方法：食品工业尚未建立标准，尚借助其它行业方 法.因产品具体形式而定. 如：对片剂药物中的微胶囊可有 美国药典中描述的转蓝式释放仪， 国产片剂仪 改进的烧杯法 心材含量 测定方法也因产品不同而异，多用采用溶剂或水提取法进得测定。如：挥发性油类心材含量常用索氏提取法测定 微胶囊尺寸 胶囊大小可用显微镜进行测量，也可用别的粒度测定方法测

16、定,七、选择原则,1 如果囊心是亲油性物质，一般宜选用亲水性聚合物作壁材，反之则选用非水溶性物质。 2 包囊壁材在包覆核心物质时，具有成膜性和粘着力。 3 包壁材料与核心物质不起化学反应，同时考虑渗透性、吸湿性、溶解性和乳化性。 4 包壁材料一定要符合食品卫生要求。 5 材料要来源广泛，易得、成本比较低廉。,八、性能测试,微胶囊的性能一般指微胶囊的大小、包囊层厚度、囊心物的质量百分数、包囊膜的渗透性、表面电荷密度、微胶囊的形态等。 影响微胶囊性能的因素有:pH、离子强度、搅拌速度、温度、表面活性剂的种类及用量、包囊材料的性能、囊心物与包囊材料的比率、包囊材料与溶剂的比率等。除此以外,对于释放型

17、微胶囊,包囊膜的孔洞大小及几率、介质性能等均影响其释放性能。,空气悬浮法、喷雾干燥法、喷雾凝冻法、 物理法 真空蒸发沉积法、静电结合法、包结络合法、 多孔离心法、 界面聚合法、原位聚合法 化学法 分子包囊法、辐射包囊法 水相分离法、油相分离法、孔膜挤压法、 物化法 熔化分散法、粉末床法、囊心交换法、 锐孔-凝固浴法、复相乳液法(干燥浴法),第三节 微胶囊的主要制备方法,微胶囊化的方法,物理法：物理法是利用物理和机械原理的方法制备微胶囊,主要有空气悬浮法、喷雾干燥法、包结络合法等。 化学法：主要利用单体小分子发生聚合反应生成高分子或膜材料并将芯材包覆,常使用的是界面聚合法和原位聚合法。 物理化学

18、法：通过改变条件(温度、pH值加入电解质等)使溶解状态的成膜材料从溶液中聚沉出来并将芯材包覆形成微胶囊,具体有凝聚法、油相分离法、干燥浴法、熔化分散冷凝法等。,一、物理法,（一）空气悬浮法,该方法是一种适合于多种包囊材料的微胶囊化技术。其工艺过程是先将固体粒状的囊心物质分散悬浮在承载气流中，然后在包囊室内将包囊材料喷洒在循环流动的囊心物质粒子上，囊心物质粒子悬浮在上升的空气流中，并靠承载气流本身的湿度调节来对产品实行干燥。通常只适用于包制固体的囊心物质，目前一般多用于香精香料以及脂溶性维生素等的微胶囊化。,喷雾干燥是食品工业中应用最普遍的一种微胶囊技术、其工艺过程经济且灵活，所使用的设备适应

19、性强、产品质量好。喷雾干燥法也是最古老的包埋方法之一，早在1930年就已应用于香料的包埋。 该法微胶囊造粒的原理是：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。,（二）喷雾干燥法,喷雾干燥法 喷雾干燥法的工艺流程如下所示： 囊材和囊心物质混合均质、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,喷雾干燥法 预处理过程主要是将芯材与壁材溶液混合，然后加入乳化剂，经均质后形成水包油的乳状液，此溶液由泵送入喷雾干燥室，溶液经雾化后形成微小的

20、球状颗粒，颗粒的外壁为水溶性物料。尽管喷雾干燥的过程处于中高温，但在造粒过程中外层水分快速蒸发时，芯材的温度可保持在100以下，物料受热时间一般为几秒钟。,喷雾干燥法 喷干法制造微胶囊的过程中，芯材与壁材的比例、进料的温度与湿度、干燥空气进出口温度等因素都 会影响产品的质量： 适当的范围内增加壁材含量可以大幅度提高包埋率 进料温度不能太高，必须考虑到低沸点挥发成分的挥发 提高空气入口温度可提高包埋率、降低表面的挥发物含量，且进料的固形物含量越高，这种作用就越强。,喷雾干燥法 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。 该方法主要优点是干燥速率高、时间短，物料温度较

21、低，对干喷雾干燥工艺来说，虽然采用较高温度的干燥介质，但是液滴中含有大量溶剂存在时，物料的表面温度一般不超过热空气的湿球温度，因此非常适用于热敏性物质的干燥，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。,喷雾干燥法缺点 （1）单位产品的耗热量大，设备的热效率低。 （2）干燥器的体积较大，基建费用高。 （3）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。,喷雾凝冻法 （喷雾冷冻法与喷雾冷却法） 与喷雾干燥过程类似，不同点主要有以下两点：干燥室内空气的温度及包壁材料的选用。 一般的喷雾干燥是用热空气将物料的水份蒸发，而

22、冷却喷雾和冷冻喷雾则是用冷空气将干燥室内的温度冷却到室温或所需冷冻温度，远低于所用壁材如脂质（硬脂酸）或蜡质的凝固点。,（三）喷雾凝冻法,喷雾凝冻法 （喷雾冷冻法与喷雾冷却法） 对于冷冻喷雾，壁材一般选用某种植物油或其衍生物，也可选用其他类型的脂肪，熔点在45122的硬脂酸酯具有提高微胶囊产品的分散性并有一定的乳化效果。 冷冻喷雾最早用在固体食品添加剂的包埋，如硫酸亚铁、酸味剂、维生素、固体香精、敏感物料及不溶于一般溶剂中的特殊物料。,喷雾凝冻法 （喷雾冷冻法与喷雾冷却法） 这两种工艺适用面较窄，对于香料等易挥发或对热特别敏感或太不稳定易氧化的芯材适合在低温下使溶剂去除，使壁材凝聚形成微胶囊。

23、水溶性的芯材如矿物质、酶、水溶性维生素、酸味剂等；固体芯材如硫酸亚铁、固体风味料等。,工艺原理就是首先将含有一定包囊材料的水溶性囊心及其乳化液制成均匀的混合液，然后再将这种液体混合到一定的极性溶剂中，利用液体溶剂吸收微囊液滴中的水分从而达到干燥的目的，最终形成一种结构坚实的微型胶囊颗粒并从溶液中沉淀出来。,（四）溶剂脱水法,溶剂脱水法 该法的工艺流程如下所示： 囊材（阿拉伯胶）和囊心物质（调味香料）混合均质、乳化乳化液在乙醇中雾化和干燥脱水微胶囊产品 主要特点： 整个的工艺过程都是在较低的温度下来进行的，而且还能在人为控制的纯溶剂中进行，目前主要用于那些热敏性且易被氧化的一些香料的粉末化生产。

24、,这是一种在低温条件下进行的微囊化技术。 作用机理：首先将悬浮混合物，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。,（五） 孔膜挤压法,孔膜挤压法 该工艺特别适用于那些对热不稳定的囊心物质，其微胶囊化产品的货架期明显的高于采用其它微胶囊技术的制得的产品。目前该工艺主要用于生产微胶囊化的香科及色素等。,这是一种利用-环状糊精作为载体，在分子水平上进行包结的微胶囊化技术。 -环状

25、物精分子是由7个葡萄糖分子以-1，4糖苷键连接成环状，分子呈圆柱形，表面是亲水区，内有一个中空的近似圆柱形的疏水区。包结络合反应只发生在有水的条件下，水分子占据了环状糊精分子中间的疏水区，很容易被极性较低的客体分子所取代，从而进行包埋。,（六） 包结络合法,包结络合法 包结络合物在干燥的条件下很稳定，在人体口腔的温度和湿度条件下，囊心物质易被释放。 该工艺技术主要用在香精、色素及维生素等微胶囊化产品的生产加工上。,此法又称为空气悬浮包埋法。将囊心颗粒置于流化床中，通入空气使囊心分散悬浮在承载空气中，然后将溶解或熔化的壁材通过雾化喷头，喷洒在循环流动的囊心粒子上，并沉淀于表面,经过反复多次循环，

26、形成厚度适中均匀的壁膜。,（七） 流化床喷涂法,流化床喷涂法 流化床喷涂法在包覆芯材的过程中壁材分布均匀，从而减少了壁材的用量，包埋率可高达98 %99 % ，但所得的颗粒较大，粒径一般在505 000m 之间，它可成功地对大小不同、形状不规则的固体颗粒进行包埋。,二、化学法,此方法是将芯材乳化或分散在一个有壁材的连续相中，然后在芯材的表面是通过单体聚合反应而形成微胶囊。参加聚合反应的单体，一种是水溶性的，另一种是油溶性的，它们分别位于囊心液滴的内部和外部，并在囊心液滴的表面上反应形成聚合物薄膜。利用界面聚合法可以使疏水性材料的溶液或分散液微胶囊化，也可以使亲水性材料的溶液或分散液微胶囊化。,

27、（一） 界面聚合法,界面聚合法 在界面聚合法微胶囊化过程中，连续相与分散相均必须提供反应单体，一些易变的、不稳定的材料不适宜应用界面聚合法微胶囊化。 界面聚合法微胶囊化产品很多，例如微胶囊化甘油、水、药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等。,此方法是将反应单体与引发剂全部加入分散相或连续相中，由于单体在单一相中是可溶的，而聚合物在整个体系中是不可溶的，所以聚合反应在分散相上发生。聚合单体首先形成预聚体，最终在芯材表面形成胶囊外壳。,（二）原位聚合法,原位聚合法 界面聚合法与原位聚合法的主要区别在于： 在界面聚合法微胶囊化的过程中，分散相和连续相两者均要能够提供单体，而且两种以上不相容的单体分别溶解在不

28、相容的两相中。 而对于原位聚合法来说，单体仅由分散相或者连续相中的一个相提供。,三、物理化学法,凝聚法 又称相分离法，指在囊心物质与包囊材料的混合物中，加入另一种物质或溶剂或采用其他适当的方法，使包囊材料的溶解度降低，使其自溶液中凝聚出来产生一个新的相，故叫做相分离凝聚法。 此法一般按以下三步进行： 制备三种不相溶的化学相囊膜的沉积囊膜的固化,（一） 凝聚法,凝聚法 凝聚法的工艺流程如下所示： 囊材（阿拉伯胶、明胶）和囊心物质（调味香料）混悬液或乳浊液（油/水）凝聚沉降固化微胶囊产品,凝聚法 凝聚法的包埋率很高，可达8590。但其操作成本高，且共聚合反应的敏感性使得操作难度大，另一限制因素是难

29、以找到食品工业允许的合适壁材，是一种在食品工业中有潜在作用的包埋技术。 此法目前多用于一些亲水性的物质的微胶囊化。,凝聚法：芯材分散壁材包覆,熔化分散冷凝法 这是利用蜡状物质在受热时独特性质来实现微胶囊化的一种方法。 该法可分为：液态介质中微胶囊化、气态介质中微胶囊化和应用锐孔成形微胶囊化3种类型。,（二）熔化分散冷凝法,粉末床法 该法是利用液滴可以润湿细小的固体粉末并在液滴周围形成一定厚度的壁膜的原理来制备微胶囊的。一般液滴是从粉末层的上方落下来，所以通常将此法称为“粉末床法”。,（三） 粉末床法,第四节 微胶囊的释放,一、微胶囊释放的时间 立即 延时 二、微胶囊释放的机理与方法 三、微胶囊

30、的释放的模型,二、微胶囊释放的机理与方法,机理 通过囊壁膜扩散释放 囊膜破裂释放出芯材 囊膜降解而释放出芯材 方法 机械方法( 加压 破碎 摩擦) 加热 燃烧 熔化 电磁 用酶、 溶剂或水使壁材溶解,三、微胶囊释放的模型,零级模型 一级模型 时间平方根倒数模型,微胶囊释放的零级模型,微胶囊释放的一级模型,微胶囊释放的方根倒数模型,第五节 微胶囊技术在食品工业中的应用,第五节 微胶囊技术在食品中应用,一、食品及原料的微胶囊 二、食品添加剂的微胶囊 三、营养强化剂的微胶囊,一、食品及原料的微胶囊,1粉末油脂 微胶囊化能够对油脂进行有效的保护，降低在保存过程中的氧化哈败，而且极大地提高油脂的使用方便

31、性，最广泛应用的粉末油脂是人们熟悉的咖啡伴侣，产品的保质期可达一年。此外，深海鱼油、小麦胚芽油、-亚麻酸、DHA、EPA等含高度不饱和脂肪酸的油脂易氧化变质，而且带有特殊腥味或异味。通过微胶囊化使其成为固体粉末，不但能有效降其氧化变质的可能，而且异味也得以掩蔽。,（1）核桃油的微胶囊(锐孔-凝固浴法) 壁材为海藻酸钠，浓度为1.5，芯材为核桃，与壁材的配比为3.6：1，乳化剂为单甘酯，浓度为0.2，乳化温度为6070，凝固浴CaCl2的浓度为2，包埋率为86.3。 （2）棕榈油的微胶囊(喷雾干燥法) 壁材为麦芽糊精和酪蛋白酸钠，芯材：壁材35：65，加水量(相对于固形物倍数)1.2倍，乳化剂用

32、量(以固形物计)1.25，单甘酯：蔗糖酯4.5：1，酪蛋白酸钠最佳用量（以固形物计）4，乳化温度70-80，包埋率98.05，产品含水量2.0，溶解性和流动性能良好。,2.粉末酒类,将酒类微胶囊化，去除酒中最大的组分水，保留酒中有效成分醇和酯，制成粉末状微胶囊形式，可以极大地降低酒类产品的贮藏和运输成本，只需在 饮用前加水溶解复原即可，非常适合于作为旅行食品等。 利用喷雾冻凝法生产粉末酒的工艺过程是：在18kg原料酒中添加5.7kg明胶和5.9kg麦芽糊精，升温至3540促使壁材均匀溶解，形成胶囊化初始溶液；在-40以下喷雾冻结，并于冻结状态下进行真空干燥。原酒的酒精含量为51.3，成品的含量

33、为44。,3固体饮料,饮料中总固体的含量一般不超过10，饮料中的水占据了产品包装、运输的绝大部分，固体饮料则能克服这一缺点，而且可以长期保存。市场上常见的果珍、雀巢柠檬茶、菊花晶、高乐高等都属于固体饮料。,二、食品添加剂的微胶囊,1.粉末香精 粉末香精已广泛用于固体饮料、固体汤料、快餐食品和休闲食品中，能起到减少香味损失、延长留香时间的作用。 如焙烤制品在高温焙烤时香料易被破坏或蒸发，形成微胶囊后香料的损失大为减少，如果制成多层壁膜的微胶囊，而且外层为非水溶性壁材，那么在烘烤的前期香料会受到保护，仅在到达高温时才破裂释放出香料，因而可减少香料的分解损失。 糖果食品，特别是口香糖需要耐咀嚼，常使

34、用含溶剂少的高浓度香料微胶囊。 固体汤粉调味品中，使用微胶囊形式的固体香辛料可以把葱、蒜等的强刺激气味掩盖起来。,肉桂醛微胶囊(喷雾干燥法)的壁材为阿拉伯胶和麦芽糊精，两者的最佳质量配比为1：1，乳化剂为单甘酯，最佳用量为0.4，最佳固形物质量分数为40；芯材与壁材的配比为lmL：10g。最佳喷雾干燥条件为：进风温度225，出风温度82。,2.食用色素的微胶囊,（1）番茄红素微胶囊(喷雾干燥法) 蔗糖和食用明胶为壁材，质量比为9：1，芯材：壁材1：14。壁材 以400mL蒸馏水溶解，番茄红素用氯仿溶解，氯仿用量为1g番茄红素溶于10mL氯仿；均质30min，在均质的同时将氯仿挥发掉，再将此乳化

35、液溶于水，使其固形物含量为1015。喷雾干燥进风温度为120140，出风温度为80100。 （2）亚硝基亚铁血色原微胶囊(喷雾干燥法) 该色素的微胶囊壁材最佳组合为：麦芽糊精55，-环糊精25，阿拉伯胶20，芯材与壁材的比例为2：98；喷雾干燥造粒工艺条件为：进风温度200，出风温度80。,3.抗氧化剂的微胶囊,（1）尼泊金丙酯微胶囊(喷雾干燥法) 壁材的最佳组合为：阿拉伯胶25，微孔淀粉 25，玉米糖浆50；芯材与壁材比例为55：45，均质压力 30MPa；微胶囊喷雾干燥工艺条件为：进料温度5560，进风温度180190，出风温度90左右，包埋率74。 （2）BHT微胶囊(包接络合法) 以-

36、环糊精为壁材，以抗氧化剂BHT为芯材，芯材与壁材的最佳比例为12：88；在-环糊精中加入少量水，使-环糊精形成均匀的糊状物，然后将溶于有机溶剂的BHT加入，进行超声波处理，最适处理时间为30min，最后干燥得到产品。-环糊精微胶囊BHT对提高油脂抗氧化能力有明显作用。,4甜味剂微胶囊(粉末床法),甜味剂微胶囊化后的吸湿性大为降低，而且微胶囊的缓释作用能使甜味持久。 阿斯巴甜在可乐等酸性饮料中不稳定，易于水解，在烘烤食品中应用也会因羰胺反应损失而使甜味减弱，制成微胶囊后稳定性可显著提高。 制备过程：将粒度为20m的500g阿斯巴甜与150g聚乙烯吡咯烷酮混合，在30的粉末床中流化，并在10min

37、内喷入250mL水造粒，然后干燥40min，将其中粒度在50350m部分颗粒进行涂层包埋，涂层材料是熔点为85的氢化蓖麻油，用量为500g颗粒喷涂1400g熔融的氢化蓖麻油。,5酸味剂微胶囊,酸味剂有增加风味、延长保质期的作用，但有时酸味剂会与食品中的某些成分发生化学作用，使食品的风味损失，色素分解，淀粉食品的货架期缩短。茶叶中加入酸味剂后会与茶叶中的单宁起反应，并使茶叶褪色。 将酸味剂制成微胶囊，使其与食品中其他成分隔离，对酸敏感的成分便可不受其影响。酸味剂的微胶囊通常使用氢化油脂、脂肪酸等蜡质材料为壁材，在食品加工的后期加入食品中，微胶囊受热熔化时才释放。,6防腐剂微胶囊,食品防腐剂微胶囊

38、化可以达到缓释、延长防腐作用时间、减少对人毒性的目的。 山梨酸的酸性对食品性能会有影响，而且长期暴露在空气中易于氧化变色。采用硬化油脂为壁材形成微胶囊后，既可避免山梨酸与食品直接接触，又可利用微胶囊的缓释作用，缓慢释放出防腐剂起到杀菌作用。 乙醇在低pH值条件下，即使量很低也有很好的防腐效果，将其微胶囊化，附在食品包装内，其缓慢释放的蒸气有很好的杀菌作用，而且对人体无任何毒害作用。,三、营养强化剂的微胶囊,1大豆磷脂微胶囊(喷雾干燥法) 称取100g粉末状大豆磷脂，加入1000mL温水搅拌乳化后，在40水浴恒温下加入100g微孔淀粉在搅拌下进行吸附，然后缓慢加入10明胶溶液400mL，定容至1

39、500mL，充分混合均匀。喷雾干燥工艺条件为：进料温度5060，进风温度160左右，出风温度90左右。,2.薏苡仁酯微胶囊(锐孔凝固浴法),壁材：海藻酸钠，初始溶液的质量浓度为10gL；芯材：薏苡仁酯；芯材壁材的质量之比为0.6：1，乳化剂在壁材与芯材乳化分散液中的质量浓度为单甘酯1gL，蔗糖酯0.5gL；固化液：质量浓度为10gL的CaCl2。芯材和壁材乳化液保持在5060，分散注入冷却的CaCl2固化液中形成微胶囊，并在4左右的低温下固化10min，筛分分离后用清水洗去胶囊表面的CaCl2残留，脱水后的微胶囊置于45恒温箱中干燥至质量恒定。用该工艺条件制得的微胶囊产品，薏苡仁酯的包埋率达8

40、1.8。,3生产天然维生素E微胶囊(喷雾干燥法),原料配比为：天然维生素E 3040，壁材5565，乳化剂45，稳定剂0.5一1.2，芯材与壁材之比为0.6：1；最佳均质压力为3540MPa，最佳喷雾干燥条件为进料温度5060，进风温度190，出风温度75。壁材的配比为：明胶32，酪蛋白酸钠16，糊精35，乳糖17，产品包埋率为95.4。,4.肠溶性双歧杆菌的微胶囊(空气悬浮干燥法),与双歧杆菌具有生物相容性及肠溶性的壁材有丙烯酸聚合物，这类材料中甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯或乙酯的共聚物在改变聚合比例时，可得到不同溶解性能的囊衣材料。 将菌粉悬浮于由流化床产生的承载气流中、在包衣室中呈沸腾状，

41、压缩空气通过气流环隙时造成的真空将囊液压出喷嘴，雾化形成的微液滴使菌粉润湿，待溶剂挥发后聚合物在菌粉表面形成囊衣，被包埋的颗粒随气流在干燥室反复循环，同时完成包囊和固化的过程。进气温度的控制以有机溶剂尽快挥发又不致于使菌体失活为原则，制得的双歧杆菌微胶囊具有肠溶性，可使胃酸免受破坏。,5植物甾醇酯微胶囊(喷雾干燥法),壁材的配比为：明胶30，酪蛋白酸钠18，糊精35.5，黄原胶l，乳糖15.5。 原料配比为：植物甾醇酯3040，乳化剂12，稳定剂0.51.2，壁材5868，芯材与壁材之比为0.6：1；最佳均质压力为3540MPa；喷雾干燥工艺条件为：进风温度195，出风温度75，进料温度556

42、5。性状分析表明，微胶囊型植物甾醇酯的水溶性、流动性、分散性及稳定性等性能指标良好。,6微量元素微胶囊,铁盐是重要的营养强化剂，但是亚铁盐特别是硫酸亚铁异味非常严重，难以直接入口，而且硫酸亚铁对胃壁有较强的刺激作用，一般需要用硬化油脂包埋成微胶囊后食用。 锌元素也需要包埋成微胶囊。 微胶囊化对稳定维生素C有极佳的作用，如在食品含水量为15，温度8595条件下，维生素C微胶囊的保存率在95以上，而在同样条件下对照组维生素C保存率仅4249。 维生素A、维生素D有令人不愉快的气味和味道，并在消化过程中易被胃液破坏，通常使用乙基纤维素或邻苯二甲酸乙酸纤维素酯这类不溶于酸的壁材制成肠溶微胶囊，以利人体对维生素A、维生素D和钙质的吸收。 将维生素C和亚铁盐等先进行微胶囊化处理，制成维生素C亚铁补血奶粉，解决了维生素C和亚铁盐在贮存的过程中极易被氧化变色等技术难题；,