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第二章 食品造粒新技术 第一节 总 论一、微胶囊造粒的基本概念、微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物。、微胶囊造粒技术就是将固体、液体或气体物质包埋、封存在一种微型胶囊内，使之成为一种固体微粒产品的技术。、心材（囊心物质）微胶囊内部装载的物料。、壁材（包囊材料）微胶囊外部包囊的壁膜。二、微胶囊造粒的基本原理 针对不同的心材和用途，选用一种或几种复合的壁材进行包覆。通常，油溶性心材采用水溶性壁材，而水溶性心材必须采用油溶性壁材。三、微胶囊造粒技术的优点 保护被包裹的物料，使之与外界不宜环境相隔绝，最大限度地保持原有的色香味、性能和生物活性，防止营养物质的破坏和损失； 掩盖物料的异味； 将不易加工贮藏的气体、液体转化成较稳定的固体形式，防止或延缓产品劣变的发生。四、微胶囊的常见形状 有球形、肾形、粒状、絮状和块状等。 五、已经使用的心材、生物活性物质：、氨基酸：、微生素：、矿物元素：、食用油脂：、酒类：、微生物细胞：、甜味剂：、酸味剂：、防腐剂：、酶制剂：、香精香油：、其它：六、常见壁材（膜材、包裹材料、成膜材料）、选择壁材的原则 能与心材相配伍但不发生化学反应； 能满足安全、卫生要求； 具备适当的渗透性、吸湿性、溶解性和稳定性。、食品工业中可使用的壁材举例：（）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、阿拉伯半乳聚糖、半乳糖甘露聚糖、壳聚糖等；（）淀粉：玉米淀粉、马铃薯淀粉、交联改性淀粉和接枝共聚淀粉等；（）纤维素：羧甲基纤维素、羧乙基纤维素、乙基纤维素、二醋酸纤维素、丁基醋酸纤维素、硝酸纤维素等；（）蛋白质：明胶、 蛋白、玉米蛋白、大豆蛋白等；（）聚合物：聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸酯、聚丙烯酰氨、聚苯乙烯等；（）蜡与类脂物：石蜡、蜂蜡、硬脂酸、甘油酸酯等。七、微胶囊的功能与局限性、改变物料的存在状态、质量与体积、隔离物料间的相互作用，保护敏感性物质。、掩盖不良风味、降低挥发性。、控制释放速度，延长有效时间、降低食品添加剂的毒理作用、局限性：如要控制心材的释放速度，则要权衡壁材的厚度； 要选择能够同时溶解于水的心材和壁材，难度很大。八、微胶囊造粒的步骤、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；、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；、用化学或物理方法处理，加强其机械强度。 九、微胶囊造粒方法的分类（一）分类依据（二）造粒方法的种类十、微胶囊的释放（一）释放方法：、缓慢释放：选择合适的壁材种类和厚度来控制释放速度；、立即释放：采用机械方法（如加压、揉破、毁形或磨擦）、加热融化、化学处理（酶、溶剂溶解、水的溶解、萃取）、在心材中放入膨胀剂或采用电磁方法等。（二）释放机理、心材通过囊壁膜的扩散作用释放、用外压或内压使囊膜破裂释放心材、用水、溶剂等浸渍或加热等方法使囊膜降解而释放心材十一、产品的质量评定、溶出速度的测定 片剂药品中微胶囊产品的溶出速度采用美国药典版中描述的转蓝式释放仪或国产的片剂仪以及改进的烧杯法测定。、心材含量测定 对挥发油类的测定，通常采用索氏提取法，其它类型的产品采用溶剂提取法或者水提取法。、微胶囊尺寸大小的测定 用显微镜法。第二节 物理法造粒技术一、喷雾干燥法（一）优点与缺点、优点是： 适于热敏性物料的造粒，因为物料表面的水分蒸发带走热量，使得物料温度始终较低； 工艺简单，可实现连续化操作，生产能力大；、缺点是： 包裹率低，心材用可能附于颗粒的表面； 设备造价高，耗能大。（二）喷雾法造粒原理 将心材分散在已液化的壁材中混合均匀，并将此混合物经雾化器喷雾成小液滴，此小液滴的基本要求是壁材必须将心材包裹住。然后在喷雾干燥室内使之与热空气直接接触，使溶解壁材的溶剂瞬间蒸发除去，促使膜壁的形成与固化，最好形成一种颗粒粉末状的微胶囊产品。 概念 初始溶液由心材和壁材调制而成的胶囊化溶液。 概念 囊浆型初始溶液初始溶液有三中类型，即水溶液型、有机溶液型、囊浆型。 概念 水溶性型初始溶液是由水溶性壁材调制而成的初始溶液； 概念 有机溶剂型初始溶液是由有机溶液可溶性壁材调制而成的初始溶液； 概念 囊浆型初始溶液是向已经微胶囊化的絮状分散液中混入少量聚合物粘合剂，所调制而成的初始溶液。用囊浆型初始溶液经过干燥所得的微胶囊产品叫做双壁微胶囊或微胶囊簇。（三）喷雾法微胶囊造粒的基本装置、初始溶液调制系统、溶液输送雾化系统、空气加热输送系统、气液接触干燥系统、成品分离、气体净化系统 二、喷雾冻凝法、喷雾冻凝法造粒原理 将壁材加热至熔融状态，再混合入心材调制而成胶囊化熔融液，使用喷雾器形成熔融状微胶囊细颗粒，于冷凝条件下干燥固化。、喷雾冻凝法与喷雾干燥法的异同点 相似之处在于：将心材分散于已经液化的壁材中； 利用喷雾法进行造粒； 利用外界条件使胶囊化壁膜固化。 不同之处在于：一是壁材的液化方法不同：喷雾干燥法是将壁材溶解于溶解中形成溶液，而喷雾冻凝法是将壁材加热成熔融状态； 二是胶囊化微粒壁膜的固化手段不同：喷雾干燥法是利用加热手段是溶解壁材的溶剂蒸发而固化，而喷雾冻凝法是借助冷冻或冷却的方法使熔融状的壁膜固定。、工艺举例：VB1 （硝酸盐或盐酸盐）对碱不稳定，且具有明显的异味，这就限制了它在食品中的应用范围。如用微胶囊法进行包裹处理，既可提高其稳定性，又可掩盖其异味。 采用喷雾冻凝法的方法是：将100G微生素B1 硝酸盐分散于200G预先加热熔化(7075)的棕榈酸及硬脂酸甘油酯混合液中搅拌均匀，通过变形的多叶式圆盘在15000r/min转速下进行离心雾化，所形成的细小液滴进入冷却室，在冷气流的作用下冷却，使壁膜固化，便得到直经为50微米的微胶囊产品。、与喷雾干燥法的设备比较 喷雾干燥法 喷雾冻凝法 空气加热输送系统 冷气发生输送设备 干燥室 冷却室 三、空气悬浮法（Wurster法） 空气悬浮法是将流态化技术与微胶囊技术结合起来的空气悬浮微胶囊造粒法。流态化技术是使固体微粒与气体接触转变成类似流体状态的单元操作。（一）Wurster法的装置 由柱筒、流化床和喷雾管组成。（二）工作原理 当空气气流速度界于临界流态化速度 和悬浮速度 之间时（ 再将壁材溶剂于有机溶剂中（）将二者分散制成/型乳化液配制胶体保护剂水溶液（），将此溶液分散在上述溶液中，制成/型乳化液加热或减压使有机溶剂蒸除，得到微胶囊产品。 实例： 取份酶水溶液（）配制份聚苯乙烯苯溶液（）将二者分散制成/型乳化液配制100分胶体保护水溶液（水溶液），分散于上述溶液中，形成/乳化液。加热，使苯蒸除。干燥后得到微胶囊产品。（）/复相乳液法（适于水溶性壁材对油溶性心材的微胶囊化） 步骤： 将油溶性心材溶液（）分散在水溶性壁材聚合物中（），形成/型乳化液将混合液分散在胶体稳定油溶性材料中（），形成/型乳化液。干燥后得到微胶囊化产品 实例: 制备鱼甘油明胶微胶囊产品:将200G鱼甘油分散在1000G33%的明胶水溶液中,制成O/W乳化液在将其加到300mL矿物油中,制成O/W/O型乳化液干燥后得到微胶囊产品第四节 化学法微胶囊造粒技术一、界面聚合法、概念 界面聚合法是利用分别溶解在不同溶剂中的两中活性单体，当一种溶液分散在另一种溶液中时，两中活性单体相互间在界面发生聚合，从而形成胶囊壁的一种微胶囊造粒技术。、原理及步骤 二、原位聚合法、概念 在原位聚合法中，单体及催化剂全部位于心材液滴的内部或外部，单体是可溶的，它仅由分散相或者仅由连续相供给，而聚合物是不可溶的。聚合反应在心材液滴的表面发生，生成的薄膜覆盖住心材液滴的全部表面。、酶或细胞的固定化过程 三、分子包裹法、概念 分子包裹法，是一种发生在分子水平上的微胶囊化法，它主要是利用环糊精作为胶囊化的包覆介质。、原理及原理图 、环状糊精包裹外来分子的主要方法把环状糊精与外来分子混合在一起，然后搅拌混合。如果外来分子不溶于水，则应首先用水溶性溶剂溶解它。把固体环状糊精与外来分子混合，加水制成糊状，在此过程中不用任何溶剂。把气体通入环状糊精溶液中。四、辐射包裹法概念与原理 以聚乙烯醇或明胶为壁材，利用射线、射线或电子束进行辐照后使壁材在乳浊液状态发生交联，得到球状实体微囊，然后将微囊浸泡于含心材的水溶液中，使其吸收心材，待水分干燥后，即得到含有心材的微胶囊产品。第五节 微胶囊造粒技术在食品工业中的典型应用一、在酶或细胞固定化方面的应用（一）固定化酶和固定化细胞的特点、固定化酶的优点容易与底物和产物分开；可以在较长时间内进行反复分批反应；可以提高酶的稳定性；酶反应过程得到严格控制；产物溶液中没有酶的残留，因而简化了提纯工艺；较水溶性酶更适合于多酶反应；增加产物的得率，提高产物质量；提高酶的使用效率，降低生产成本。、固定化酶的缺点固定化过程对酶的活性有所损失；增加了固定化成本；只能用于水溶性底物，而且对小分子底物较适宜，对大分子底物不太适宜；与完整菌株相比，它不适宜于多酶反应，特别是对需要辅助因子的反应。胞内酶必须经过酶的分离。、固定化细胞的优点省去酶的分离费用；是多酶系统，无需辅酶的再生；细胞生长停滞的时间短；细胞多，且反应快；对污染的抵抗力强；可实现连续化发酵；蒸溜或提取前，不需分离去除细胞；保持酶的原始状态，从而加强了酶的稳定性；单批发酵的细胞只用一次即行废弃，而固定化细胞却可以连续使用； 使用固定化细胞反应塔，一边进入培养基，一边排出发酵液，可以避免反馈抑制和产物的消耗。、固定化细胞的缺点必须保持菌体的完整，防止菌体的自溶，否则会影响产物的纯度；必须抑制细胞内蛋白酶对所需酶的分解作用；细胞内有多种酶的存在，因而易形成副产物，因此，要抑制其它酶的活力。细胞膜或细胞壁会造成底物渗透和扩散的障碍。（二）利用固定化处理的部分酶的名称 （三）实例（利用包裹化细胞生产天冬氨酸） 天冬氨酸是重要的食品添加剂，以延胡索酸和氨为原料，经天冬氨酸酶的催化作用来制备。大肠杆菌中的酶活性最高，因此对大肠杆菌进行固定化处理，再将其用于生产。 首先将大肠杆菌进行包裹化再将包裹化细胞用于L-天冬氨酸的连续化生产。二