食品微胶囊造粒技术(食品高新技术课件)

（六）相分离法（凝聚法）
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
凝聚法分单凝聚法、复凝聚法两种。
中(常用二氯甲烷)形成油包水乳液. 2.混合液经喷雾装置进入到冷的酒精中 3.有机溶剂中界面封以液氮,在-70℃温度下乙醇将微球中的
有机溶剂不断抽提,经过滤、干燥即可得包载药物的微胶 囊.
➢ 此方法制得的药物包封率可接近100%。
（三）空气悬浮法
1. 空气悬浮法的原理及特点 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。该方法 可以使包囊材料以溶剂、水溶液乳化剂分散系统成热溶 物等形式包囊，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 。
，达到最大限度得保持原有的色香味、性能和生物活性， 防止营养物质的破坏与损失。此外，有些物料经过微胶囊 化后可以掩盖自身的异味，或由原先不易加工储存的气体 、液体转化成较稳定的固体形式，从而大大得防止或减缓 了产品劣变的发生。
➢ 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。
➢ 微胶囊：指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包 物。其粒子大小一般为5-200μm不等，形状多样 。当胶囊小于5μm时，因布朗运动加剧而很难收 集到，而当粒度超过300μm时，其表面静电摩擦 因数会突然减少失去了微胶囊的作用。微胶囊厚 度通常在0.2-10μm。
（一）微胶囊材料（芯材）
(1)生物活性物质：膳食纤维、活性多糖、超氧化物歧化酶(SOD)球蛋白 等；
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
预处理过程主要是将芯材（如香科、油脂等）与壁材溶 液混合(壁材一般是食品级的胶类，如明胶、植物胶、变性淀 粉、糊精、或非胶类蛋白质)，然后加入乳化剂，经均质后形 成水包油的乳状液，此溶液由泵送人喷雾干燥室，溶液经雾 化后形成微小的球状颗粒，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。
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。
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45℃～122℃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。
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。
二、微胶囊化的制备方法及设备
（一）微胶囊制备方法 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)
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。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。
➢ 喷雾冷冻法举例： 1.将药物及稳定剂溶液分散到疏水性载体高分子的有机溶剂
二、微பைடு நூலகம்囊制备方法与设备
➢ （一）微胶囊制备的基本步骤
将心材分散入微胶囊化的介质中 ➢ 将壁材放入该分散体系中 ➢ 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 ➢ 用物理或化学的方法进行处理
（二）微胶囊质量和尺寸的影响因素
➢ 微胶囊制备过程中，影响微胶囊质量的因素与所 用的方法有关。一般与容积的选择、心材在水中 的溶解度、溶剂的回收速度、壁材聚合物的类型 及相对分子质量、壁材聚合物的结晶度有关。
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。另外，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。
喷雾凝冻法
喷雾凝冻法 （喷雾冷冻法与喷雾冷却法）
（五）挤压法
这是一种在低温条件下进行的微囊化技术。 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。
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。
（二）喷雾干燥法
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。
喷干法是最常用和成本最低廉的微胶囊化方法。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。
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。
液态物料转换成固态后，也能进行冷冻喷雾。加工后的 产品外形像珍珠粒，可溶于水，但芯材只能在壁材的熔点下 才能释放。
由于能够通过调节壁材的熔点控制芯材的释放，这一技 术适用于保护许多水溶性的物料，用此技术生产的香精应用 于焙烤食品时，产品在烘烤受热时，香味才能挥发出来。
➢ 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。
（二）微胶囊的常用壁材
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：芯材分散——壁材包覆
复合相凝聚微胶囊制程包含 三个阶段︰
i. 活性成份的分散物先溶于 聚电解质水溶液中
ii. 水溶液中加入第二种电解 质或相反电位的交替使核 心物质能聚集沉降
iii. 聚集物胶化形成微胶囊
-- 这种利用电性中和的原理 可以使用在许多聚合物的 微胶囊制作中
➢ 凝胶相分离法的利用性 ➢ -- 优点 ➢ i. 微粒子的粒径大小控制相当方便 ➢ ii. 所形成的颗粒均匀而呈现圆形的 ➢ 球体 ➢ -- 缺点 ➢ 在工业上不易量产，而限制其经济价值
凝聚法的包埋率很高，可达85％～90％。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。
(2)氨基酸：赖氨酸、精氨酸、组氨酸和胱氨酸等， (3)维生素：维生素A、B1、B2、C和E等； (4)矿物元素：硫酸亚铁等， (5)食用油脂：米糠油、玉米油、麦胚油、月见草油、鱼油 (6)酒类：白酒、葡萄酒和乙醇浸出液等 (7)微生物细胞：乳酸菌、黑曲霉和酵母菌等； (8)甜味剂：甜味素(Aspartame)、甜菊苷、甘草甜素 (9)酸味剂：柠檬酸、酒石酸、乳酸、磷酸和醋酸等* (10)防腐剂：山梨酸和苯甲酸钠等； (11)酶制剂：蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和维生素酶等； (12)香精香油：桔子香精、柠檬香精、樱桃香精、薄荷油和冬青油 (13)其它：焦糖色素和酱油等。
单凝聚法是指以一种高分子化合物为壁材，将芯材分散 其中后加入凝聚剂(乙醇或硫酸钠等亲水物)后，由于大量的 水分与凝聚剂结合，致使包埋物的溶解度下降凝聚成微胶囊 。
复凝聚法是指以两种相反电荷的壁材作包埋物， 芯材分散其中后，在一定条件下两种壁材由于电荷间 的相互作用使溶解度下降而凝聚成微胶囊。壁膜形成 后，还需通过加热、交联或去溶剂等方法使之进一步 固化。然后用过滤、离心的方法收集胶囊，用适当溶 剂洗涤，再通过喷雾干燥或流化床等方法生成自由流 动的分散颗粒。
空气悬浮法设备
（四）包结络合法
➢ 包结络合法也成为分子包埋法、超分子微胶囊法 。该方法是指两种或两种以上的分子通过分子间 非共价键相互作用，使其中一个分子的部分或全 部被另一个分子所包含或包围，形成了超分子包 合物（即超分子微胶囊）的过程。
包结络合法最常利用β-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。
➢ 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、色素、 维生素C等。
➢ 采用挤压法微胶囊化的香料表现出良好的货架期，通常储 存器可超过两年。用该工艺生产的香料微胶囊在冷水和热 水中都很稳定，因而被应用于饮料粉、蛋糕粉、凝胶点心 混合料等干态食品生产。
此法目前多用于一些亲水性的物质的微胶囊化。
第二节 微胶囊造粒技术
一、概述
➢ 微胶囊造粒技术：指利用天然或者合成高分子材料，将分 散的固体、液体，甚至是气体物质包裹起来，形成具有半 透性或者密封囊膜的为小李子的技术，属于造粒技术中的 一种。
➢ 微胶囊化：制备微胶囊的过程称为微胶囊化。 ➢ 微胶囊化能够保护被包裹的物料，使之与外界环境相隔绝
➢ β-环状糊精本身为天然产品，具有无毒、可生物 降解的优点，已经被广泛用于制备香料等油性囊 心的微胶囊，不足之处是其价格较高，一定程度 上限制了在食品工业中的应用。
包结络合物在干燥的条件下很稳定，要在2000℃的温度 下才能被分解，但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。
β-环状物精分于是由7个葡萄糖分子以α-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 环状物精分子中间的疏水区，很容易被极性较低 的客体分子所置换取代，从而进行包埋。
➢ 该法不需要特殊的设备，且形成的产品具有吸湿 性低的特点。在相对湿度85%的环境中，它的吸 水率不到14%，因此非常稳定，可以长期保存。