橘皮色素干燥方式及微胶囊工艺研究_毕业论文.doc

毕 业 论 文 题目： 橘皮色素的干燥方式和微胶囊工艺研究 子题： 专 业： 食品科学与工程 指导教师： 孔繁东 学生姓名： 姜鹤 班级-学号： 食品092-17 2013年6月大连工业大学本科毕业设计橘皮色素干燥方式及微胶囊工艺研究Drying Methods of Citrus Pigment and Microencapsulation Technology Research论文完成日期 2013 年 6 月 21 日学 院： 食品学院 专 业： 食品科学与工程 学 生 姓 名： 姜鹤 班 级 学 号： 食品092-17 指 导 教 师： 孔繁东 评 阅 教 师： 牟光庆 2013年6月大连工业大学2013届本科生毕业论文摘 要柑橘是世界第一大水果，其年产量约为10282万吨。柑橘皮占整个柑橘果重的20，中国每年产出橘皮可达到300万吨，这些橘皮大部分未得到利用而被放弃，造成严重的资源浪费和环境污染。橘皮色素是一种重要的天然色素，具有开胃，止咳，治疗便秘等保健功效，可代替合成色素被应用到食品，饮料，化妆品等工业领域。本文章主要对废弃的橘皮加以处理提取出橘皮色素，采用不同方式对色素进行干燥，并对干燥后的产品微胶囊化，提高其保存期限。本文主要研究了不同干燥方式（鼓风干燥，真空干燥，真空冷冻干燥）和不同工艺条件下橘皮色素干燥效果的优劣，以及橘皮色素微胶囊制备的最佳工艺条件。实验结果表明，橘皮色素最佳干燥条件为：60，真空干燥。微胶囊最佳工艺条件为：明胶和微孔淀粉作为壁材，芯壁材比1：10，明胶浓度6，包埋时间90分钟，进风温度160，出风温度80，此条件下包埋率最大，为98.46。关键词：橘皮；色素；干燥；微胶囊AbstractCitrus are theworlds largestfruit, the annual outputof citrus is 102,820,000 tons.The peel of citrus is 20% of the whole weight, Chinas annual output of citrus peel can reach 3000,000 tons,most of these citrus peel are unused and abandoned, resulting in a waste of resources and serious environmental pollution. The citrus peel pigment is a kind of important natural pigment, with appetizing, cough relieving, treatment of constipation and other health effects, can replace synthetic pigment and be applied to food, beverage, cosmetics and other industrial fields. This article mainly dealt with citrus peel pigment extract of abandoned citrus peel, adopt different ways to dry out the pigment, and microencapsulation, to improve the retention period.This article mainly studies under different drying methods and condictings (air drying, vacuum drying, vacuum freeze drying)the drying effect and the quality of citrus peel pigment , the optimum process conditions of citrus peel pigment microcapsule preparation. The experimental results show that, the optimum drying conditions of citrus peel pigment were: 60, vacuum drying. The optimum conditions of microcapsule were as follows: gelatin and microporous starch as wall materials, the core and wall materials at the ratio of 1: 10, gelatin concentration is 6%, embedding for 90 minutes, air inter temperature is 160 , air out temperature is 80 , embedding rate under this condition is 98.46%.Key words: Citrus peel; pigment; drying; microcapsule 目录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 柑橘11.1.1 柑橘简介11.1.2 柑橘的营养价值和保健功能11.1.3 橘皮中活性成分21.2 色素的发展及应用41.2.1食用合成色素51.2.2食用天然色素51.2.3 橘皮色素61.3 干燥技术61.3.1 喷雾干燥71.3.2 热风干燥71.3.3 真空冷冻干燥81.3.4 真空干燥81.4 微胶囊技术81.4.1 微胶囊简介81.4.2 微胶囊作用91.4.3 食品色素微胶囊101.5 本论文创新之处11第二章 实验材料与方法122.1实验材料与试剂122.1.1实验原料122.1.2实验试剂122.1.3 实验仪器122.2 色素微胶囊制备方法132.2.1色素的提取132.2.2 色素的干燥132.2.3 微胶囊的制备13第三章 实验结果与讨论163.1 橘皮色素的干燥163.1.1 真空干燥163.1.2 鼓风干燥173.1.3 不同干燥方式的比较183.2 微胶囊单因素实验193.2.1 标准曲线193.2.2 最佳壁材的选择203.2.3 最佳芯壁材比例的选择203.2.4 最佳壁材浓度的选择213.2.5 最佳微孔淀粉含量的选择223.2.6 最佳包埋时间的选择233.2.7 最佳进风温度的选择243.2.8 最佳出风温度的选择243.3 微胶囊正交试验25第四章 结论27第五章 工厂设计285.1 设计背景285.1.1项目名称285.1.2 选题意义285.1.3 厂址选择295.1.4 生产工艺流程295.2 物料衡算295.2.1原料295.2.2 物料衡算295.2.3 物料衡算图305.3 设备选型315.4 全厂平面图315.5 车间平面图31参考文献32致谢34V大连工业大学2013届本科生毕业论文第一章 绪论1.1 柑橘1.1.1 柑橘简介柑橘是热带和亚热带常绿果树，用作经济栽培的主要有枳属，柑橘属和金桔属，是世界第一大果品。我国拥有丰富的柑橘资源，栽培面积为世界第1位，产量为世界第3位，仅次于巴西和美国1，优良品种繁多，有4000多年的栽培历史。柑橘为柑橘属，芸香科的总称，包括橙子，柚子，金桔，柑橘，广柑等2，性喜温暖湿润气候，在生长发育过程中需要较多水分。中国柑橘分布在北纬1837之间，主要在浙江省，福建省，湖南省，四川省，广西，湖北省等南方地区。柑橘因色香味良好，甘甜多汁，清香爽口，风味醇厚，营养价值高而受到人们喜爱。柑橘果肉除可食用外，还可制成果酱，果汁，果酒，蜜饯，果脯，罐头等食品饮品。柑橘罐头是中国柑橘加工的主导产品，占柑橘加工量的80以上，是柑橘加工行业的一个传统出口产品。柑橘年产量已超过60万吨，2006年中国出口罐头30万吨以上，约占国际贸易量的70，成为世界第一出口大国。柑橘果皮占整个柑橘果重的20，中国每年出产柑橘皮约达300万吨3。柑橘皮作为一种重要的生物资源，除少数部分被作为药用外，大部分未被利用而遭到丢弃，造成资源的极大浪费，同时带来环境污染问题。随着橘加工业的发展，以往从橘皮加工得到的单一产品不利于整个工业链的发展，因此对我国十分丰富的柑橘皮这一天然有机资源的深层开发与利用，具有重要的经济价值和市场前景。1.1.2 柑橘的营养价值和保健功能柑橘的营养成分十分丰富，每100g柑橘可食用部分约含糖10g，热量 150kJ，维生素C50mg，维生素C含量最高，是人体最好的维生素C供给源。橘皮所含营养丰富，尤其富含维生素B1，维生素C，维生素P和挥发油，挥发油中主要含柠檬烯等物质。柑橘汁富含柠檬酸、氨基酸、碳水化合物、脂肪、多种维生素、钙、磷、铁等营养成分，是孕妇孕期必不可少的食品。每500克橘子汁中维生素C，维生素A、维生素B1的含量居水果之冠。橘皮中含有的维生素C远高于果肉，维生素C为抗坏血酸，在体内起着抗氧化的作用，能降低胆固醇，预防血管破裂或渗血；维生素C、维生素P配合，可以增强对坏血病的治疗效果；经常饮用橘皮茶，对患有动脉硬化或维生素C缺乏症者有益。橘皮中所含挥发油具有一定的药用功能，能增强心脏的收缩力，但大剂量则有抑制作用；能扩张冠状动脉，可增加冠状动脉血流量的作用；能降低毛细血管通透性，具有维生素P的作用；能扩张支气管，具有平喘作用；有刺激性，能促使消化液分泌与排除肠内积气。此外，橘皮还具有理气、健脾、祛湿化痰的功用，可治疗胸腔胀满、食少吐泻、咳嗽痰多等病症4。橘络为橘瓤上的筋膜。内含一种名为芦丁的维生素，能使人的血管保持正常的弹性与密度；减少血管壁脆性和渗透性，防止毛细血管渗血；预防高血压患者发生脑出血、糖尿病病人发生视网膜出血；凡平时有出血倾向的人，尤其是有动脉血管硬化的中老年人，食用橘络更有裨益。1.1.3 橘皮中活性成分橘皮中主要功能性成分包括柑橘精油，黄酮类化合物，类柠檬苦素，果胶，柑橘皮色素，柑橘纤维等六大类化合物5。这些物质使得橘皮具有多种功效，并广泛的应用在食品，饮料，化妆品，染料等工业领域。1.1.3.1 橘皮精油精油是很多植物中存在的具有芳香气味、在常温下易挥发的油状物质总称。柑橘精油约占果皮鲜重的O.526，主要成分为-柠檬烯、-月桂烯、-松油烯、-蒎烯等。橘皮精油因富含维生素C，可对抗发炎和口角炎，具有清新和镇定效果。最主要的功能就是治疗肠胃问题，可以调和肠胃、也能刺激肠胃蠕动、帮助排气；还能镇定消化道，增加胃口，刺激食欲；橘皮精油很温和，婴幼儿、孕妇及老人都能使用，尤其是婴幼儿消化系统功能尚未完全，容易打嗝或消化不良，都非常有效。1.1.3.2 黄酮黄酮为具有-苯基色原酮结构的一类化合物，近来指2个苯基用三个碳连结而成的具有C6-C3一C6基本骨架的化合物，包括黄酮的同分异构体及其氢化的还原产物。柑橘中鉴定出来的黄酮类化合物有60多种，最常见黄酮类物质有橙皮苷、柚皮苷、新橙皮苷、芸香柚皮苷等二氢黄酮类物质，其中橙皮苷在柑橘皮中的含量约为果皮干重的13，最具提取价值7。橙皮柑是构成维生素P的成分，能防止动脉粥样硬化、心肌梗死、流血不止、微血管脆弱等病症，是成药“脉通的主要原料之一，也是健胃消食类药物的主要成分之一。此外，橙皮柑还可以直接用作果蔬的高效抗氧保鲜剂8。从橘皮中提取黄酮类化合物的方法有水提法、酸碱法、醇提法9、丙酮提取法和超临界流体萃取法等。其中醇提法因提取率较高，杂质含量少而广泛使用。1.1.3.3 类柠檬苦素类柠檬苦素又称柠檬苦素类化合物，是一类具有呋喃环的三萜类化合物10。从柑桔属植物中分离和鉴定的柠檬苦素类化合物约50多种，常见的有柠檬苦素诺米林脱乙酰诺米林、黄柏酮、米林酸等，它们都是具有呋喃环的三萜类化合物，其中以柠檬苦素和诺米林在橘皮中最为主要。柠檬苦素具有抗肿瘤11、昆虫拒食、抗病毒、镇痛、抗炎、催眠等多种生物活性。可用于功能性食品添加剂、抗癌食品、杀虫剂、饲料添加剂等。柠檬苦素在抑制癌细胞生长方面有一定效果，有研究显示这一成分能抑制多种癌症细胞系生长，其中包括白血病细胞、宫颈癌细胞、乳腺癌细胞和肝胞癌细等。1.1.3.4 果胶果胶是一种广泛存在于植物中的复合多糖类高分子化合物，其分子结构呈链状，分子量在50000l 80000之间。果胶约占橘皮干重的2030, 大部分存在于中果皮层，世界上70左右的果胶是从柑橘皮中提取的12。果胶是典型的亲水性胶状物质，具有良好的胶凝性和乳化稳定作用，在食品、医药和纺织及精细化工方面有着广泛的用途。食品方面，果胶可以作为食品添加剂具有改善食品品质、提高肠胃消化功能的作用，可用作果酱、果冻的增稠剂，冰激淋的稳定剂。在医学上，果胶是铅、汞等重金属中毒的良好解毒剂和预防剂，果胶及其铝盐可抑制肠道对胆固醇和甘油三酯的吸收，可用于动脉硬化等心血管疾病的辅助治疗13。1.1.3.5 柑橘皮色素柑橘皮中的天然色素主要分为水溶性色素和脂溶性色素两类，还富含维生素E和硒元素，是稳定、安全可靠的食用着色剂和食品强化剂。脂溶性色素约占果皮干重的0.10.5，主要由-胡萝卜素、-胡萝卜素、叶黄素、玉米黄素、-隐黄质等多种类胡萝卜素组成，易溶于氯仿和乙醇等溶剂。水溶性色素约占干果皮重的O.30.8，主要由类黄酮组成，易溶于水、乙醇和甘油等极性溶剂。研究表明，柑橘色素中的主要成分对治疗眼病、阻止超氧自由基产生、避免DNA损伤、防止癌细胞生长、减缓心血管疾病、延迟细胞衰老和增强入体免疫力等都有积极作用，尤其在治疗皮肤癌方面效果显著14。1.1.3.6 柑橘纤维柑橘纤维是从柑橘果皮中提取制作的一种膳食纤维。膳食纤维被称为“第七营养素”，它是平衡膳食的必需营养之一。膳食纤维是一种不能被人体消化的碳水化合物，以溶解于水中可分为两个基本类型：水溶性纤维和非水溶性纤维素。纤维素、半纤维素和木质素是3种常见的非水溶性纤维，非水溶性纤维可以吸收肠道内的有害物质，从而预防便秘，降低患肠癌的风险。常见食物中的大麦，豆类，胡萝卜，燕麦等食物都含有丰富的水溶性纤维，水溶性膳食纤维在促进肠道蠕动，平衡脂质代谢，调节糖代谢和肠道功能方面均表现出一定的生理特性，同时可以延缓细胞老化和有利于减肥抗癌15。与其它的纤维资源相比柑橘膳食纤维的优点是纤维中可溶性纤维的含量高达33，比小麦中多26，符合膳食纤维中可溶性纤维应达到30一50的平衡要求16。1.2 色素的发展及应用许多天然食品具有本身的色泽，能促进人的食欲，增加消化液的分泌，因而有利于消化和吸收，是食品的重要感官指标。但是，天然食品在加工保存过程中容易退色或变色，为了改善食品的色泽，人们常常在加工食品的过程中添加食用色素，以改善感官性质。食用色素作为一种食品添加剂，被广泛应用于食品制作中17。使用的食用色素有天然食用色素和合成食用色素两大类。1856年，英国人帕金合成出第一种人工色素苯胺紫，从此合成色素就登上了历史的舞台，扮演着改善食品色泽的角色。天然食用色素主要是从植物组织中提取得到，一些动物、微生物和矿物也是天然色素的来源，一般对人体无害，如红曲，姜黄色素，胡萝卜素等。人工合成色素是指用人工化学合成方法所制得的色素，主要是以从煤焦油中分离出来的苯胺为原料制成的，或以苯、甲苯、萘等芳香烃类化合物为原料而合成的，如苋菜红，胭脂红，日落黄等。1.2.1食用合成色素合成着色剂的原料主要是化工产品，主要是通过化学合成制得的有机色素。按化学结构可分为偶氮类色素和非偶氮类色素。按溶解性又可分为油溶性色素和水溶性色素。与天然食用色素相比，合成食用色素具有色泽鲜艳色调多性能稳定着色力强坚牢度大调色易使用方便成本低廉应用广泛等特点。现在国家出台的相关规定，促使食用色素生产商更加严格规范化，但用量和使用范围还是受到严格限制。合成食用色素被世界各国使用最多的时侯，有100多个品种。27种曾被日本批准使用的合成色素中，现在已有16种禁止使用。有相当一部分化学合成色素被证明确实对人和动物有致癌性。也有不少过去认为是无害的合成色素, 现在发现仍对动物有致癌性。因此, 近年来合成色素的品种和数量逐渐减少, 世界各国五十年代至少有100多种化学合成色素, 现在只有六十余种。各国对合成色素的控制也越来越严格，有的国家如丹麦，挪威就严格控制，甚至完全禁止使用合成色素。目前我国允许使用的食用合成色素有苋菜红、胭脂红、柠檬黄、日落黄和靛蓝，但在应用上具有严格的规定：严禁用于鱼类肉类及其加工品、酱油醋等调味品、水果及其制品、饼干、糕点、乳制品等副食品、婴儿食品。只有汽水、果汁、配制酒、冷饮食品和糖果可以少量添加，但通常不得超过万分之一。随着社会的发展和人们生活水平的提高，越来越多的人对于在食品中使用合成色素会不会对人体健康造成危害提出了疑问。与此同时，大量的研究报告指出，几乎所有的合成色素都不能向人体提供营养物质，某些合成色素甚至会危害人体健康。开发天然色素，减少合成色素的使用将是我国色素未来发展的总趋势。1.2.2食用天然色素来源于天然植物的根、茎、叶、花、果实和动物、微生物等的天然色素，可以食用的色素称为食用天然色素。绝大多数天然色素无副作用，安全性高，有的色素本身就是一种营养物质，具有一定的营养效果和药理作用，例如：番茄红素具有抗氧化性、抗癌性、增强肌体免疫功能、降血脂和抗动脉粥样硬化等多种生理功能；姜黄色素除了具有抗肿瘤、抗氧化、抗诱变外，还具有降血脂和抗动脉粥样硬化作用，以及活血、抗感染、防止老年斑的形成等多种生理功能。大多数食用天然色素是植物色素如胡萝卜素，叶绿素，花青素，姜黄等一类生物活性物质，是植物药和保健食品中的功能性有效成分。食用色素在食品中占的比倒很小, 一般为产品(饮料、酒类、糕点、糖果、医药等)的千分之几、万分之几甚至是十万分之几。但是它在产品中的作用以及在食品中的应用范围是任何其他食品添加剂所不可比拟的18。2004年食用天然色素总产销量约为211013万吨。绝大部分产品用于国内, 有17种食用天然色素品种出口, 出口金额约218亿元。与合成色素相比, 天然色素最大的优点是安全性相对较高, 能更好地模仿天然物的颜色, 着色色调比较自然, 而且一些天然色素本身就具营养价值, 此外还具有一定的药理作用。因此, 近年来天然色素发展极为迅速, 世界天然色素市场正在以2倍于人工合成色素的速度快速增长, 天然色素取代化学合成色素已成为色素行业发展的大趋势19。1.2.3 橘皮色素橘皮色素是一类性能较稳定、安全可靠的天然色素, 作为食品添加剂的主要成分，可代替人工合成色素用于食品着色。橘皮中的天然色素按其性质的不同可分为两类，一类是水溶性色素（橘黄素A），一种是脂溶性色素（橘黄素B）。其中脂溶性色素主要成分是柠檬烯与类胡萝卜素的混合物，还富含维生素E和稀有元素，这些物质对于防止癌细胞的生长，延迟细胞衰老和增强免疫力均有很好的作用20。橘皮中的色素；它们不仅安全性高，而且有一定的营养和生理功能调节作用，可以保护细胞免受氧化伤害，减少一些疾病如动脉硬化症、癌症、关节炎等的发病率。此外，橘皮中所含的叶黄素是一种类胡萝卜醇色素，具有水溶性和脂溶性两种，其是在眼睛视觉斑区发现的两种类胡萝卜素之一，能够保护视觉斑降解引起的衰老，减少白内障的发生率。1.3 干燥技术干燥技术是采用加热，降温，减压或其他能量传递的方式使物料湿分发生挥发，冷凝，升华等相变过程，使其与物料分离达到去湿干燥的目的。干燥过程包括传热和传质两个过程，传热过程中热空气将热量传递给物料，用于汽化物料中的水分并加热；传质过程中物料的水分挥发并迁移到空气中，使物料中水分逐渐降低，从而得到干燥。干燥是许多工业生产中重要的工艺过程之一，它会直接影响到产品的性能，形态，质量。从农业，食品，化工，医药，矿业加工到制浆，制纸，木材加工，几乎所有的行业都涉及到干燥。如：粮食产后通过干燥技术将水分降低到安全水分之下，以确保粮食的形状，色泽，水分，发芽率等其他品质；食品生产和加工过程中主要应用无损于食品风味，不易引起色变和质变的喷雾干燥，真空干燥，真空冷冻干燥等高品质干燥技术来实现食品的保存和改善品质；医药方面，为避免药物储藏过程中出现发霉，变色，风化，粘连，虫蛀等变异现象，采用干燥技术来保证其质量；木材加工中，通过干燥技术保护木材的优良特性，增强木材质量。食品行业中应用较广泛的干燥技术有：喷雾干燥，热风干燥，真空干燥，真空冷冻干燥等。1.3.1 喷雾干燥喷雾干燥是单一工序将溶液、乳浊液、悬浮液和浆状物料雾化并和热空气接触蒸发干燥溶剂而获得粉状、颗粒状、空心球或团粒状干燥产品的一种干燥方法20。该法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，可省去蒸发、粉碎等工序。喷雾干燥传热快、水分蒸发迅速、干燥时间短的特点，且产品质量好，质地松脆，溶解性能也好，能改善某些制剂的溶出速率，适用于热敏性药物，此外，喷雾干燥还可用于制备微囊。缺点是能耗大，热效率不高。1.3.2 热风干燥热风干燥是以加热后的空气为媒介加热物料，促进水的蒸发，将物料表面水分去除的干燥方法，因其设备投资少，操作控制简单，是目前应用最广泛的干燥技术。适合干燥玻璃器皿，固体，耐高温的物品，不适合干燥粉末状物品，腐蚀性物品。但热风干燥也存在弊端，其干燥耗时长，产品在干燥中处于高温，被干燥物料表面可能会出现局部干裂现象，扩大到整个外表面形成表面硬化。并且干燥过程中与氧气长时间接触，会使其中热敏性营养元素和易氧化物质被氧化，造成产品营养流失，从而影响产品的品质和性质。1.3.3 真空冷冻干燥真空冷冻干燥，是将物质冻结到共晶点温度以下，使物质中的水分变成固态冰，然后在较高的真空度下使冰直接升华成水蒸气来除去物料中水分的干燥方法。由于真空干燥在低温下进行，适用热敏性物质，如蛋白质、微生物之类不会发生变性或失去生物活力；同时低温会减小物料中的一些挥发性成分的损失，适合一些化学产品、药品和食品干燥。此外。真空下进行干燥，氧气极少，因此一些易氧化、怕高温环境的热敏性物质得到了保护。因为干燥后产品品质有点显著，目前真空干燥技术被国内脱水蔬菜企业广泛应用。冷冻干燥在低温下进行，使蔬菜中的热敏性物质不易变性或失去活力，降低了营养成分和风味物质的损失，最大限度地保留了蔬菜原有的营养、味道、芳香和颜色。经过冻干的蔬菜能保持原有体积，不易发生收缩现象， 内部结构呈现疏松多孔海绵状态，复水迅速，能保证脱水前后蔬菜品质基本一致。1.3.4 真空干燥真空干燥的过程就是将被待干燥物料置放在密闭的干燥室内，用真空系统抽真空的同时对被干燥物料不断加热，使物料内部的水分通过压力差或浓度扩散差到表面，水分子在物料表面获得足够的动能，在克服分子间的相互吸引力后，逃逸到真空室的低压空间，从而被真空泵抽走的过程。在真空干燥过程中，单位体积内空气的含量大于大气中的含量，子啊这相对缺氧的环境下进行食品干燥可以减轻食品中脂肪的氧化，色素褐变或其他氧化变质等。另外，真空干燥的产品不易出现物料表面硬化，干裂，同时和真空冷冻干燥相比，具有干燥速率快、干燥时间短、设备运转费用低21等优点。1.4 微胶囊技术1.4.1 微胶囊简介微胶囊技术是指通过特定的工艺手段将固体、气体或液体包裹在一个微小密闭的胶囊之中的技术。包裹的过程即为微胶囊化，形成的微小粒子成为微胶囊，被包囊的物质称为芯材，包裹物质称之为壁材。微胶囊化后可以实现许多目的：改善被包裹物质的物理性质；使物质免受环境的影响，提高物质的稳定性；屏蔽味道和气味；降低物质毒性；将不相容的物质隔离；根据需要控制物质的释放等。微胶囊的直径一般在2200m，壁厚为0.5-150m，壳通常占微胶囊质量的0.530 ，活性组分的包覆率在2595。微胶囊可简单地看作由芯材和壁材组成，食品工业中芯材的范围很广泛，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。可包埋的物品有很多种，如色素，维生素、甜味剂、风味剂等。此外，食品中一些不易贮存的或对其它组分产生不良影响的物质均可作为芯材。常用的壁材物质有天然高分子、半合成高分子和合成高分子材料，视所包埋的芯材的性质，油溶性芯材物质需选水溶性壁材来包埋，水溶性芯材物质则选油溶性壁材来包裹，即壁材不与芯材反应，不与芯材混溶。食品工业中，壁材的选用还需根据产品的黏度、渗透性、吸湿性、溶解性及澄清度等因素来决定，并要求无毒、无嗅，对芯材无不良影响。目前应用于食品工业中的微胶囊化方法有物理法，化学法和物理化学法。物理法包括喷雾干燥法，喷雾冷凝法，空气悬浮法，多空离心法。化学法包括界面聚合法，分子包囊法，辐射包囊法。物理化学法包括水相分离法，油相分离法，挤压法，锐孔法。而喷雾干燥法以其操作简单、生产成本较低、生产全过程密闭、产品溶解性好、适用于工业化生产等显著优点，已成为目前国内最普遍应用的微胶囊化方法22。1.4.2 微胶囊作用微胶囊技术应用于食品工业，使许多传统的工艺过程得到简单化，同时也使许多用通常技术手段无法解决的工艺问题得到了解决，极大推动了食品工由低级初加工向高级深加工产业转变。目前，利用微胶囊技术已成功开发出许多微胶囊化食品，如粉末酒，胶囊饮料，固体饮料等，微胶囊化食品添加剂也已大量应用于生产中。概括起来，微胶囊技术在食品工业中的作用主要有一下几点：改变物料的状态能将液态，气态或半固态物料固态化，如粉末香精，粉末油脂，固体饮料等，以提高其溶解性，流动性和贮藏性。这种固体产品可以很容易地与其他原料均匀混合，便于加工处理，也便于使用，运输和保存。保护敏感成分可防止某些不稳定的食品原辅料挥发，氧化，变质，提高敏感性物质对环境因素（光，热，氧气，温度，湿度，PH值）的耐受力，确保营养成分不损失，特殊功能不丧失。控制芯材释放微胶囊产品可通过预先设计的溶解和释放机理，在最适当时间以最适速率释放芯材物质。降低或掩盖不良味道某些营养物质具有令人不愉快的气味或滋味,如臭味，辛辣味儿，苦味，异味等。这些味道可以用微胶囊技术加以掩蔽或降低。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。隔离组分运用微胶囊技术，将可能相互反应的组分分别制成微胶囊产品，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成分。1.4.3 食品色素微胶囊与合成色素相比，天然色素在诸多方面尚不能尽如人意，特别是对光、热及pH的敏感性较高，对氧化、还原及微生物作用的敏感性较大，如何克服因此带来的褪色、变色等稳定性问题，是天然色素科研的重要课题23。由于食用色素在耐酸碱性、耐光性，稳定性，耐氧化性等方面有诸多局限性，使其在许多食品、药品及化妆品中，无法达到满意的使用效果，传统的加工技术已不能满足这些要求，而微胶囊技术的独特功能可以使许多传统工艺无法解决的难题得以解决。微胶囊化是提高色素稳定性的重要途径之一，该方法将色素封闭在囊膜内与外界环境隔离，可以改善其对光和氧等的稳定性。如金锋等24利用喷雾干燥技术对玉米色素进行微胶囊化, 得到了粉末状的天然色素, 有效地解决了其营养成分、天然风味的加工、保存及再现等问题。钟耀广等25采用喷雾干燥法对NFH色素进行微胶囊化工艺研究,结果表明: 壁材为麦芽糊精(55)、- CD (25) 和阿拉伯胶(20)；喷雾干燥的进料流量为50mL/min；进风温度为200, 出风温度80为最佳工艺条件，此条件下NFH色素保存期限延长，敏感性降低。1.5 本论文创新之处柑桔是世界第一大水果，也是中国农业主要经济作物之一，柑橘果皮在整个水果中占一定比重，且所含营养成分、功能性成分都比较丰富。目前，我国水果加工企业对果皮的回收利用还不够重视，传统加工业大多是将这些皮渣进行填埋处理，只有一少部分进行再加工，实现其应有的价值，这不仅造成资源浪费，而且对环境还有一定的污染。本课题原料取自本科教学中食品工艺实验的废弃物桔皮，废弃物再利用是现在比较流行的研究方向。天然色素越来越受到人们重视，对其稳定性和保护方式的研究符合现代科学技术主流进程。微胶囊技术与天然色素结合到一起，使得色素更具有稳定性，耐储存，耐光，其应用范围及前景更加广阔。第二章 实验材料与方法2.1实验材料与试剂2.1.1实验原料柑橘皮：来自于本科工艺试验后，产生的桔皮废弃物，用清水洗净，晾干后，用粉碎机将其粉碎备用。2.1.2实验试剂表2.1 实验试剂表试剂名称纯度生产厂家乙醇优级纯大连顺兴化工原料有限公司微孔淀粉分析纯浙江永嘉化工试剂厂明胶分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司阿拉伯胶分析纯新乡市前进商贸科技有限公司麦芽糊精分析纯沈阳市兴发万盛商贸有限公司-环糊精分析纯沈阳锦和化工有限公司2.1.3 实验仪器表2.2 实验仪器表仪器设备名称型号生产厂家试验用超声-微波反应器NJL07-5中国南京杰全微波设备有限公司电热恒温水浴锅DK-S24上海森信实验仪器有限公司电热恒温鼓风干燥箱DGG-9070A上海森信实验仪器有限公司真空干燥箱DZF-6050上海精宏实验设备有限公司真空冷冻干燥箱ZG-1杭州创意真空冷冻干燥设备厂200克手提式高速中药粉碎机DFT-200温岭市林大机械有限公司旋转蒸发器RE-52AA上海亚荣生化仪器厂高压均质机SRH60-70上海申鹿均质机有限公司实验型喷雾干燥机SD1500上海沃迪科技有限公司紫外/可见光分光光度计UV755B上海精密科学仪器有限公司低速离心机SC-3610科大创新股份有限公司中佳分公司精密电子天平JJ200Y美国双杰兄弟（集团）有限公司2.2 色素微胶囊制备方法2.2.1色素的提取将晒干的橘皮用粉碎机打成粉末状，真空包装机封口，防潮，备用。橘皮和95%乙醇按1：9的料液比混合，设定超声时间30min,超声功率300w进行超声波辅助浸提，设定微波时间5min,微波功率250W进行微波辅助浸提。之后4000r/min转速下离心12min,离心之后取上清液，40条件下旋转蒸发，得膏状色素。2.2.2 色素的干燥将膏状的色素均匀摊开在平皿中。分别放入鼓风干燥箱，真空干燥箱，真空冷冻干燥箱进行干燥至恒重。分别用色差计对干燥前后产品测定色差，综合比较，选出最佳干燥方式。2.2.3 微胶囊的制备2.2.3.1 微胶囊制备流程称取一定量橘皮色素粉末用少量95%乙醇溶解作为芯材，称取一定量壁材和去离子水以适当比例融合，两者混合在40恒温水浴一定时间。高压均质20min，调整好进风温度和出风温度进行喷雾干燥，得到橘皮色素微胶囊粉末。包埋率测定：干燥后的微胶囊产品取0.2g，在40水浴条件下溶解到50%乙醇中，445nm波长下测吸光度，结果带入换算公式，得产品中色素含量。另取微胶囊产品0.2g与100%乙醇混合，抽滤2遍，滤液在445nm波长条件下测吸光度，结果带入换算公式，得产品表面色素含量。包埋率=（1-产品表面色素含量/产品中色素含量）100%；2.2.3.2 标准曲线的测定261.取-胡萝卜素10mg于烧杯中，用95%乙醇溶剂，洗涤，转入100ml容量瓶，定容。浓度为100ug/ml。2.分别吸取-胡萝卜素标准溶液0.5,1.0,2.0，3.0,4.0,5.0ml于25ml比色管中，加95%乙醇至刻度，摇匀，即得-胡萝卜素标砖系列，分别含-胡萝卜素2,4,8,12,16,20ug/ml。3.以0.0ml（无标液）为空白在445nm波长处测吸光度。以标准系列吸光值为纵坐标，-胡萝卜素浓度为横坐标绘制标准曲线，得y=0.0135x+0.0201(y为产品吸光值，x为产品中-胡萝卜素浓度)。4.换算公式X=(VC/M) 1/1000：X试样中-胡萝卜素的含量，单位：g/l；V定容后的体积，ml；C试样中-胡萝卜素浓度（标准曲线上查得），单位ug/ml；M试样的量，单位g；2.2.3.3单因素试验采用不同壁材（明胶与微孔淀粉，-环糊精，阿拉伯胶，阿拉伯胶与微孔淀粉，阿拉伯胶与明胶，麦芽糊精与微孔淀粉）对色素进行包埋，以包埋率为指标，选出最佳壁材。分别采用不同的芯壁材比例（1：5，1：10,1：15,1：20,1：25），不同壁材浓度（1%，3%，6%，9%，12%，15%），不同微孔淀粉含量（0g,0.5g,1.0g,1.5g,2.0g,2.5g,3.0g），不同包埋时间（0.5h,1.0h,1.5h,2.0h,2.5h,3.0h），不同进风温度（130,140,150,160,170）和不同出风温度（60,70,80,90,100）进行实验，以包埋率为指标，选取最佳条件。2.2.3.4 正交试验鉴于芯壁材比例，壁材浓度，微孔淀粉含量，包埋时间等四个因素对包埋率影响较大，通过四因素三水平L9（34）优化最佳条件。表2.2：正交试验因素水平表水平芯壁材比例（A）明胶浓度（B）微孔淀粉量g（C）包埋时间h（D）11:84%1.81.221:106%2.01.531:128%2.21.82.2.3.4 验证采用优化后的最佳工艺条件进行实验，验证最佳工艺。第三章 实验结果与讨论3.1 橘皮色素的干燥3.1.1 真空干燥真空条件下，采用不同温度对色素干燥相同时间（10h），用色差计测干燥前后产品的色差值。由图3.1可知，不同温度下干燥前后，色素的色差值均有不同程度的改变。色差值由DL,DA,DB,DE组成，其中DL*反应颜色的明亮程度，DL*0表示颜色偏白，DL*0表示颜色偏黑；DA*反应红色或绿色物质的浓度，DA*0表示颜色偏红，DA*0表示颜色偏绿；DB*反应黄色或蓝色物质的浓度，DB*0表示颜色偏黄，DB*0表示颜色偏蓝。DE*表示产品的总色差值27。 由图3.1可知，45时与干燥前相比，产品总色差值减小，黄色减弱，红色减弱，黑色程度减弱，干燥后产品呈橘色膏状固体；50时，干燥前后黑色程度减弱，其他各色差值变化不大，干燥产品呈橘色膏状。57时，黑色程度增加，红色减弱，黄色减弱，总色差值几乎不变，产品呈深黄色膏状。60条件下，总色差值DE*与干燥前相接近，其他各色差值无明显变化，干燥效果较好，色素成黄色粉末。鉴于其他温度下干燥产品成膏状，综合干燥效果考虑，60为最佳真空干燥条件。图3.1：不同温度下真空干燥效果3.1.2 鼓风干燥鼓风条件下，采用不同温度对色素干燥相同时间（10h），用色差计测干燥前后产品的色差值。由图3.2可知，45条件下干燥前后产品总色差值降低，黄色减弱，红色增强，明暗度降低，干燥后呈较粘稠膏状；60干燥后，产品颜色趋近绿色，红色减弱，明暗度降低，总色差值降低，干燥后产品呈膏状固体；65时，产品明暗度降低，红色减弱，总色差值降低，干燥后产品呈黄色膏状固体；75时，各色差值与干燥前相接近，干燥后产品呈块儿状黄色晶体，干燥效果相比其他温度下较好，综上，最佳鼓风干燥温度为75。图3.2： 不同温度下鼓风干燥效果3.1.3 不同干燥方式的比较 采用真空干燥（60），鼓风干燥（75）和冷冻干燥三种干燥方式对色素干燥相同时间（10h），其干燥前后色差值如图3.3所示。由图可知，干燥前后红色程度均有减弱，其他色差值变化不大。冷冻干燥后色素呈比较细腻的黄色粉末状产品，干燥品质最佳，但冷冻干燥能耗高，操作繁琐，不适于批量干燥。真空干燥后产品成黄色粉末状，鼓风干燥后产品呈黄色小块儿结晶，根据干燥前后产品形态来看，真空干燥60为较优干燥方式。图3.3：不同干燥方式干燥效果3.2 微胶囊单因素实验3.2.1 标准曲线图3.4：-胡萝卜素的标准曲线3.2.2 最佳壁材的选择 保持其他条件相同，采用不同壁材对色素进行包埋。其中，明胶产品呈白色絮状粉末，大片粘连，粘壁现象较严重；明胶和阿拉伯胶产品呈淡黄色絮状粉末，有粘壁现象；明胶和微孔淀粉产品呈淡黄色粉末，无粘壁现象；阿拉伯胶和微孔淀粉产品呈白色粉末状，无粘壁现象；麦芽糊精和微孔淀粉及=环糊精和微孔淀粉产品均呈淡黄色粉末状，产品无粘壁现象；综合产品状态，粘壁现象和包埋率考虑，明胶和微孔淀粉为最佳壁材。图3.5：不同壁材对微胶囊化包埋率的影响3.2.3 最佳芯壁材比例的选择保持其他因素恒定（微孔淀粉2.0g，明胶浓度10%，包埋时间90分钟，进风温度150，出风温度80），按照不同比例用壁材明胶对色素进行包埋。由图3.6可见，随着明胶和橘皮色素的比例的增加，包埋率也随之增加，当比例为1:10时包埋率达到最大，比例继续增大，包埋率呈下降趋势。这可能是因为明胶含量增加，明胶溶液水分含量增大，影响对色素的吸附，降低了壁材对芯材的包埋效果，从而导致了色素微胶囊产品包埋率的降低。根据包埋率，壁材和芯材最佳比例为1：10。图3.6：芯壁材比例对微胶囊化包埋率的影响3.2.4 最佳壁材浓度的选择保持其他因素恒定（芯壁材比例1:10，微孔淀粉2.0g，包埋时间90分钟，进风温度150，出风温度80），用不同浓度的明胶对色素进行包埋。由图3.7可知，当明胶浓度增大时，包埋率呈显著增加趋势，在6%时达到最大，此后随着明胶浓度的增大，包埋率变化不大。这可能是因为含水量较大影响了色素的溶解，从而影响到微孔淀粉对色素的吸附，也影响到色素和明胶的结合，最终影响包埋率。浓度达到6%后，明胶对色素的包埋能力达到饱和，此后，随着浓度的提高，粘度增大，对喷雾干燥造成一定困难，喷雾过程中粘壁现象严重，产品外观大小不均一。因此，壁材明胶的最佳浓度为6%。图3.7：明胶浓度对微胶囊化包埋率的影响3.2.5 最佳微孔淀粉含量的选择保持其他因素恒定（芯壁材比例1:10，明胶浓度6%，包埋时间90分钟，进风温度150，出风温度80），改变微孔淀粉含量进行实验。由图3.8可见，当微孔淀粉含量增加时，包埋率呈现显著增加的趋势，在2.0g时达到最大，此后包埋率随微孔淀粉含量的增加变化不是很明显。原因：芯材橘皮色素为脂溶性物质，壁材明胶为水溶性物质，微孔淀粉为半脂溶性半水溶性物质。微孔淀粉的亲脂基团和亲水基团使色素和明胶更好地包埋在一起，在一定范围内，微孔淀粉含量的增加可以使包埋效果更好。当含量超过2.0g后则包埋率无明显变化，说明色素已被完全包裹，再增加微孔淀粉含量，已无意义。因此，微孔淀粉最佳含量为2.0g。图3.8：微孔淀粉含量对微胶囊化包埋率的影响3.2.6 最佳包埋时间的选择保持其他因素恒定（芯壁材比例1:10，明胶浓度6%，微孔淀粉含量2.0g，进风温度150，出风温度80），将明胶和色素包埋不同时间。2h内，包埋率随时间增长而升高，2h后包埋率变化不大。原因：随着包埋时间的延长，芯材与壁材包埋得更充分，到2h包埋效果达到最好，此后延长时间包埋率基本不变，说明芯壁材已包埋充分，时间不再对其产生影响。因此，最佳包埋时间为2h。图3.9：包埋时间对微胶囊化包埋率的影响3.2.7 最佳进风温度的选择保持其他因素恒定（芯壁材比例1:10，明胶浓度6%，微孔淀粉含量2.0g，包埋时间90为，较高的进风温度有利于雾化后液滴表面外壳的迅速形成，有利于芯材的包埋；但过高的温度会因为水分的快速蒸发，导致微胶囊破裂的现象，从而降低了包埋分钟，出风温度80），改变进风温度进行实验。结果如图3.10所示，当进风温度升高时，包埋率逐渐增大，到160时最大，此后再升高温度包埋率下降。这是因率。因此，最佳进风温度为160。图3.10：进风温度对微胶囊化包埋率的影响3.2.8 最佳出风温度的选择 保持其他因素恒定（芯壁材比例1:10，明胶浓度6%，微孔淀粉含量2.0g，包埋时间90分钟，进风温度160），改变出风温度进行实验。结果如图3.11所示，随着出风温度的升高，产品包埋率增大，80时达到最大，此后随着出风温度升高，包埋率显著降低。这是因为，出风温度高可以减少产品的干燥时间，可以迅速的形成完整紧密的微胶囊结构。但温度太高，增发过度，会严重影响产品质量，使得包埋率降低。因此，最佳出风温度为80。图3.11：出风温度对微胶囊化包埋率的影响3.3 微胶囊正交试验在综合分析单因素实验的结果和相关参考资料的基础上，选取芯壁材比