食品微胶囊技术

第一章食品微胶囊技术第一节食品微胶囊技术历史和特点一概念•微胶囊化技术是用特殊手段将固、液、气体等物质包埋在一个微小封闭的胶囊内的技术。•Microencapsulation•Micro-encapsulation[in7kApsju5leiFEn]包装,封装•MICROENCAPSULATIONisaprocessbywhichverytinydropletsorparticlesofliquidorsolidmaterialaresurroundedorcoatedwithacontinuousfilmofpolymeric[7pCli5merikmaterial二历史•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。•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。Whymicroencapsulationisstillanemergingsector?•Despitethefactthatmicroencapsulationcouldbefoundineverylife-orindustrial-product,itsdevelopmentrequiresthecombinedexpertiseofalotofpeoplefromdifferentdomainofresearchanddevelopment•Moreover:everymicroencapsulatedproductrequiresaspecificprocessdevelopment,&thedifficultyoffindingtherightinformationtobuildtheirbusinessisaveritable5veritEblobstaclepreventingentrepreneursinintroducingmicroencapsulationtechnologyinsomeoftheirprocesses.三.微胶囊的作用具有独特的功能特点，大体有：(1)缓释性能:芯材通过囊壁逐步渗透挥发,延长作用时间；(2)物质外观形态的改变(3)物质外观性质的改变(4)保护和隔离性能：一些具有光敏、热敏或生物性的材料作为芯材包埋后，在需要释放时，破坏壁材即可释放。(5)发泡性能：主要用于食品发泡上；1.改善物质的物理性质：•将液态物质改制成固态剂型•改变物质密度•改善流动性•可压性•分散性2.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。3.改善稳定性,保护囊心物免受环境影响•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。4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。5.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。6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五微胶囊方法及分类1.芯材2.壁材芯材芯材通常是气体、液体和固体1.有机溶剂类、2.增塑剂类、3.酸类或碱类、4.香料类、5.染料类、6.催化剂类、7.黏合剂类、8.复制材料类、9.药物类、10.生物材料类、11.食品类、12.农用化学剂类、13.泡胀剂类、14.防锈剂类等。壁材•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：1.蛋白质类、2.植物胶类、3.纤维素类、4.缩聚物类、5.共聚物类、6.均聚物类、7.疗效聚合物类、8.蜡类、9.金属等无机材料等。类别壁材特点天然高分子材料明胶、阿拉伯胶、虫胶、紫胶、淀粉、糊精、蜡、松脂、海藻酸钠、玉米朊无毒、稳定、成膜性好半合成高分子材料羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素毒性小，粘度大，成盐后溶解度增加，但易水解，不耐高温，需临时配制全合成高分子材料聚乙烯、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、聚硅氧烷成膜性好、化学稳定性好无机材料铜、镍、银、铝、硅酸盐、玻璃、陶瓷壁材要求1.高浓度时有良好的流动性，保证在微胶囊化过程中有良好的可操作性能。2.能够乳化心材并能形成稳定的乳化体系。3.在加工过程以及储存过程中能够将心材完整的包埋在其结构中。4.易干燥以及易脱溶5.良好的溶解性6.可食性与经济性•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,与其他天然胶相比,在水中的溶解度最大,在25OC时,它的浓度可达37%。•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。六.微胶囊化技术的推广障碍1.主要是成本较高2.所用的壁材中，相当一部分不属于食品添加剂范围，还必须开发同样性能的食品壁材3.有些方法还遇到废水回收或处理等相关问题而限制了它的应用。纳米技术•作为这一技术的延伸，纳米技术具有更为宽广的发展前景；研究证明，纳米技术能在很大程度上改变物质的理化性质，这与微胶囊技术基本应用不谋而合。•随着人们对微胶囊化技术认识的不断加深，新材料新设备的不断开发，微胶囊化技术将会沿着它这一独特的方式活跃于食品工业中。第二节微胶囊的制作一.微胶囊的制作过程•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。•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•大体上可分为1.化学方法2.物理化学方法3.机械方法•详细的划分方法和类别如表微胶囊化的方法1.喷雾干燥法2.喷雾冷却法和喷雾冷冻法3.空气悬浮成膜法4.挤压法5.凝聚法6.复相乳液法7.熔化分散与冷凝法8.囊心交换法9.粉末床法10.界面聚合法11.原位聚合法12.锐孔-凝固浴法13.包结络合物法Microencapsulationprocesses•Spraydrying喷雾干燥法•Airsuspensioncoating空气悬浮成膜法•Extrusion挤压法•SpraycoolingandSpraychilling喷雾冷却法和喷雾急冷法•Coacervation(phaseseparation)凝聚•Centrifugalextrusion•Rotationalsuspensionseparation•Inclusioncomplexation包结络合物法SpraydryingSpraydryingsystemAirsuspensioncoatingSchematicofaconventionalairsuspensionsystem空气悬浮成膜法ExtrusionSchematicofextrusionprocessSpraycoolingandSpraychilling喷雾冷却法和喷雾急冷法•Spraycooling45～67℃Spraychilling32～42℃SpraydryingsystemCoacervation(phaseseparation)凝聚•Simplecoacervation•ComplexcoacervationSchematicflowdiagramofencapsulationprocessbasedonphaseseparationCentrifugalextrusionRotationalsuspensionseparationRotationalsuspensionseparationsystem(Benoitetal.,1996;Dziezak,1988)Inclusioncomplexation包结络合物法β-Cyclodextrinmoleculewithplanarrepresentationofstructure(Dziezak,1988)β-环糊精第三节微胶囊技术在食品中的应用•食品工业中使用的越来越多的食品配料,食品添加剂以及具有生物活性功能的物质都是通过微胶囊技术加以包埋和加以保护才能达到性能稳定的目的,可避免在食品加工过程中由于食品组分之间相互作用产生化学反应,造成食品品质劣变.•通过微胶囊化,也可使食品配料,食品添加剂根据需求在恰当的时候和恰当的位置进行释放,而且有的需要瞬间释放,有的需要缓慢释放以延长作用时间。粉末油脂提高稳定性,流动性;便于加工和应用粉末酒饮用方便,便于携带饮料味道持久,营养丰富,稳定性佳调味料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•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•大脑营养必不可少的高度不饱和脂肪酸1.它除了能阻止胆固醇在血管壁上的沉积2.预防或减轻动脉粥样硬化和冠心病的发生3.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。•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，其增强记忆与思维能力、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。DHA的作用•DHA影响胎儿大脑发育孕期，DHA能优化胎儿大脑锥体细胞的磷脂的构成成分。尤其胎儿满5个月后，如人为地对胎儿的听觉、视觉、触觉进行刺激，会引起胎儿大脑皮层感觉中枢的神经元增长更多的数突，这就需要母体同时供给胎儿更多的DHA。•DHA促进视网膜光感细胞的成熟DHA不仅对胎儿大脑发育有重要影响，而且对视网膜光感细胞的成熟有