2食品微胶囊技术

• 鱼油中富含DHA、EPA等多不饱
和脂肪酸, 但DHA、EPA具有高
度不饱和性,极容易氧化,而且鱼 油本身具有一定的腥味。
DHA 学名二十二碳六烯酸
• 1. 2. 3. • 大脑营养必不可少的高度不饱和脂肪酸 它除了能阻止胆固醇在血管壁上的沉积 预防或减轻动脉粥样硬化和冠心病的发生 更重要的是DHA对大脑细胞有着极其重要的作用。 它占了人脑脂肪的10％，对脑神经传导和突触的生长 发育极为有利。
第 2章
食品微胶囊技术
微胶囊技术概述 微胶囊心材、壁材及辅材 微胶囊的制备方法 微胶囊技术在食品工业中的应用及展望
微胶囊技术的发展
• 该技术出现于 20 世纪 30 年代，最先主要应 用于医药工业。
• 最先申请专利的是 1936 年美国大西洋海 岸渔业公司提出的用石 蜡制作鱼肝油明胶囊。
微胶囊技术大规模应用于食品工业始于20世纪
45 ～ 67℃ Spray chilling
32～ 42℃
Spray drying system
微胶囊技术在食品中的应用
• 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。
屏蔽味道和气味
• 微胶囊化可用于掩饰某些化合物令人 不愉快的味道
• 如 β-环状糊精经常用于一些饮料中有 异味特殊因子的包裹。
减少复方制剂配伍禁忌
• 对于原料中相拮抗的物质，采用微胶 囊化隔离各成分，阻止活性成分之间 化学反应，故能保持其有效成分稳定 性。
四.微胶囊化技术的特点
• 微胶囊化技术是将被包埋物作为芯材， 外面聚合物为壁壳的微容器或包装体。 • 微胶囊的大小为 : 5～200μｍ • 囊壁的厚度一般在: 0.2~9μｍ
基本概念与原理
• 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 ~ 1000 µm 。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。
Spray drying
喷雾干燥系统
Air suspension coating
Schematic of a conventional air suspension system 空气悬浮成膜法
Spray cooling and Spray chilling
喷雾冷却法和喷雾急冷法
•Spray cooling
微胶囊技术的作用
具有独特的功能特点，大体有：
(1)改变物料的状态、质量、体积和性能；
(2)控制心材释放 (3)保护敏感成分，增强稳定性 (4)隔离组分，降低对健康的危害，减少毒副作用 (5)降低或掩盖不良味道，降低挥发性；
改变物料的状态、质量、体积和性能：
• 将液态物质改制成固态剂型 • 改变物质密度 （空心胶囊） • 改善流动性 • 可压性 • 分散性
粉末油脂 粉末酒 饮料 调味料
提高稳定性,流动性; 便于加工和 应用 饮用方便,便于携带 味道持久,营养丰富,稳定性佳 采用微胶囊技术置备出粉末酱油, 粉末醋,扩大了这些调味料的应 用范围,使之能够方便地用于汤 精,汤料中,增大了这些调味品的 市场需求
一.
活性物质微胶囊
(一) 多不饱和脂肪酸DHA与EPA
特点 无毒、稳定、成膜性好
毒性小，粘度大，成盐后溶解 度增加，但易水解，不耐高温， 需临时配制 成膜性好、化学稳定性好
无机材料
壁材要求
1. 具有乳化性、成膜性、分散性、稳定性等 2. 具有一定的强度和力学性能，能将心材密封在起结 构内，与外界环境隔绝； 3. 能在适当条件下溶解并释放心材； 4. 不会与心材发生反应； 5. 具有良好的操作性； 6. 经济性。
在研究微胶囊释放理论时，常常把微胶囊假设成一个理想模式情况：
其囊壁是由高聚物组成的连续均匀成一体的结构， 并且在囊心释放过 程中其形状保持不变。
过程:A. 外界的分散介质透过微胶囊壁材进入到胶囊内部 ;
B. 囊心物质分散到进入的介质 中形成乳状液； C. 分散囊心乳状液由微胶囊内部高浓度区扩散到微胶囊外界。
• 制作微胶囊最关键:
1. 芯材物质的选择: 选择芯材的原则是既要考虑芯材的 物性，又要兼顾芯材和壁材的相容性 及二者的相互作用 2. 成膜技术
微胶囊的制作方法
• 1. 2. 3. • 大体上可分为 化学方法 物理化学方法 机械方法 详细的划分方法和类别如表
微胶囊化的方法
8. 囊心交换法 1. 喷雾干燥法 2. 喷雾冷却法和喷雾冷冻 9. 粉末床法 法 10 .界面聚合法 3. 空气悬浮成膜法 4. 挤压法 11.原位聚合法 5. 凝聚法 12. 锐孔-凝固浴法 6. 复相乳液法 7. 熔化分散与冷凝法 13. 包结络合物法
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。
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；
80年代中期,它在开发新产品,更新传统工艺和提高 产品质量等方面正发挥着越来越重要的作用。
•
例如微胶囊化的香精香料在美国市场上已占食品香 料销量的50%以上; 美国、日本的胶囊化酸味剂已广泛使用于布丁粉、 馅饼、点心粉及固体饮料等多种方便食品中。
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• 我国在 20 世纪 80 代中期引进了这一概念，到目前 已得到了很大的发展。
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•
胶相比,在水中的溶解度最大,在25OC时,它的浓度可达37%。
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一般常与明胶、海藻酸盐、壳聚糖等其他包囊材料混合使用,以 起促进提高之效。
微胶囊的释放原理:
① 扩散释放：在心材在浓度梯度推动下扩散到微胶囊颗粒表面；
② 压力活化释放：压力活化释放是依赖压力使囊壁破损以释放心材； ③ pH 敏感释放：胶囊系统 能对 pH 值变化作出反应，当 pH 值变化 时胶囊破裂释放出心材材料； ④ 熔融活化释放：是指 胶囊外壁熔融从而释放出活性材料。 理想释放模式:
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。
壁 材
• 1. 2. 3. 4. 可选用多种无机或 有机材料， 尤其是高分子材料最为常用。 比如： 蛋白质类、 植物胶类、 纤维素类、 缩聚物类、 5. 6. 7. 8. 9. 共聚物类、 均聚物类、 疗效聚合物类、 蜡类、 金属等无机材料等。
• 自上世纪90年代以来，DHA即不饱和脂肪酸二十二碳六烯酸一直是儿童营养 品的一大焦点。英国脑营养研究所克罗夫特教授和日本著名营养学家奥由占 美教授最早揭示了DHA的奥秘，他们的研究结果表明：DHA是人的大脑发育、 成长的重要物质之一。 人体维持各种组织的正常功能，必须保证有充足的各种脂肪酸，如果缺乏它 们可引发一系列症状，包括生长发育迟缓、皮肤异常鳞屑、智力障碍等。 DHA作为一种必需脂肪酸，其增强记忆百度文库思维能力、提高智力等作用更为显 著。人群流行病学研究发现，体内DHA含量高的人的心理承受力较强、智力 发育指数也高。 人的记忆、思维能力取决于控制信息传递的脑细胞、突触等神经组织的功能， 即信息在神经系统内的传递范围、方向和作用。DHA在神经组织中约占其脂 肪含量的25%，突触是控制信息传递的关键部位，是由突触膜和间隙组成， DHA有助于其结构完整、功能发挥。当膳食中长期缺乏DHA时，突触膜中就 会缺少含DHA的PL，结构就会遭到破坏，进而对信息传递、思维能力产生不 良影响。
控制释放
• 通过选择不同囊材组合和配比，使囊 心物在适当条件下缓慢或立即释放 • 该性质已在医药、农业和化肥行业、 食品工业里得到广泛应用。
改善稳定性,保护敏感成分免受环境影响
• 有些物质很容易受氧气、温度、水分、 紫外线等各种因素影响，通过微胶囊 化，使囊心物与外界环境相隔离。
降低对健康危害，减少毒副作用 • 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。 • 对于制药工业来说，可采用微胶囊技术制 造靶制剂，达到定向释放效果。
影响因素: 1） 壁材厚度的影响 ：微胶囊的壁膜的厚度对囊心的释放具有影 响作用， 囊壁厚的则扩散慢。 2） 囊壁上孔洞的影响：微胶囊的壁膜上分布的孔隙率对位心材的 释放有一定的 影响，孔隙率高的扩散速率高。 3）壁材变形的影响：微胶囊在贮藏时因壁膜吸水膨胀，改变了壁 材的孔隙率，甚至吸水膨胀成一种胶状层，阻止了囊心向外扩散。 4）壁材结晶度的影响：囊心一般不能通过紧密排列的结晶区向外 扩散，只能通过无定形区向外扩散，因此高 聚物壁材的结晶度不 同会影响其囊心扩散的阻力，结晶度高的壁材阻力大。 5）壁材性质的影响明胶可与负电荷的聚电解质（如果胶，褐藻酸 钠，阿拉伯胶）凝聚形成 微胶囊壁膜； 有些微胶囊的制备中使用 了交联使胶囊壁硬化， 交联度越大对囊心扩散的阻力也越大。
基本概念与原理
• 利用天然或合成高分子等成膜材料包埋固体、液体或气体，形成
具有半透性或密封的微小粒子的技术，来保护囊心物质免受不利
环境因素如光线、氧气等影响，以此来提高产品的稳定性和货架 期，扩展囊心的应用范围，并控制释放的一种技术。 • 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。
类别 天然高分子 材料 半合成高分 子材料 全合成高分 子材料
壁材 明胶、阿拉伯胶、虫胶、紫胶、 淀粉、糊精、蜡、松脂、海藻酸 钠、玉米朊 羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙 基纤维素 聚乙烯、聚苯乙烯、聚丁二烯、 聚醚、聚脲、聚乙二醇、聚乙烯 醇、聚酰胺、聚丙烯酰胺、聚氨 酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯 吡咯烷酮、环氧树脂、聚硅氧烷 铜、镍、银、铝、硅酸盐、玻璃、 陶瓷
•
一般常与明胶、海藻酸盐、壳聚糖等其他包囊材料混合使用,以 起促进提高之效。
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、半合成和合成，以 及无机材料。
•
壁材浓度大,包埋的效果就好,形成的外胶囊就厚.为此要求使用的 壁材是高浓度低粘度的。 阿拉伯胶就是典型的“高浓低粘”产品,性质稳定、无毒、成膜 性好,是最常用的天然包囊材料之一。 且由于其主要由钙盐、镁盐和钾盐以及糖苷酸组成,与其他天然
微胶囊的制备方法
• 是先将芯材加工成微粉状，分散在适当介质中， 然后引入壁材（成膜物质），使用特殊方法将壁 材物质在芯材粒子表面形成薄膜（也称外壳或保 护膜），最后经过化学或物理处理，达到一定的 机械强度，形成稳定的薄膜（也称为壁膜的固 化）。
1. 将心材分散入微胶囊化的介质中 2. 再将壁材放入该分散体系中 3. 通过某种方法将壁材聚集、沉渍或包敷在 已分散的心材周围； 4. 这样形成的微胶囊膜壁在很多情况下是不 稳定的，尚需要用化学或物理的方法进行 处理，以达到一定的机械强度。
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壁材浓度大,包埋的效果就好,形成的外胶囊就厚.为此要求使用的 壁材是高浓度低粘度的。 阿拉伯胶就是典型的“高浓低粘”产品,性质稳定、无毒、成膜 性好,是最常用的天然包囊材料之一。 且由于其主要由钙盐、镁盐和钾盐以及糖苷酸组成,与其他天然
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胶相比,在水中的溶解度最大,在25OC时,它的浓度可达37%。
微胶囊心材、壁材及辅材
• 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。
心 材
心材可以是单一的固体、液体或气体物质，也可以