食品工业新技术及应用经典培训教程.ppt

食品工业新技术及应用 目录 绪论第一章食品微粉碎和超微粉碎第二章微胶囊造粒技术第三章微波加热技术第四章食品分离新技术第五章食品蒸煮挤压技术第六章食品生物技术 绪论 一 学习本课程的意义和作用二 学习本课程的基本要求 一 学习本课的意义和作用 1 本课程在食品工业中的作用 1 满足食品保藏 加工和消费新需要 2 促进工艺 技术 设备的革新 3 实现资源开发的最大化 达到经济效益的最优化 二 学习本课程的基本要求 1 学习新技术和设备相关基本原理 特点等基本知识 2 学习新技术在食品工业中的典型应用 3 了解和学习新技术的最新发展和应用情况4 尽可能地扩充新知识 相关和交叉学科 从中求发展 求创新 第一章食品微粉碎和超微粉碎 概述第一节粉碎理论第二节干法超微粉碎和微粉碎第三节湿法超微粉碎第四节粒度分布与测定第五节超微粉碎和微粉碎的应用 概述 粉碎 用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达到使之破碎的单元操作 破碎 大块物料分裂成小块物料的操作 研磨和磨碎 将小块物料分裂成细粉的操作 概述 粉碎 破碎和研磨的统称 粉碎在食品工程中的作用1 满足某些食品消费和生产的需要 2 增加固体表面积以利于后道处理的进行 3 工程化食品和功能食品的生产需要 概述 超微粉碎技术应用结果1 可以使食品具有独特的物理化学性能2 可以改善食品感官性能 3 使食品成分被充分利用 4 改变某些食品加工过程或生产工艺 5 食品改进或创新 第一节粉碎理论 1 有关粉碎的基本概念根据被粉碎物料和产品粒度的大小 粉碎分为四类 1 粗粉碎原料粒度40 1500mm成品粒度5 50um 2 中粉碎原料粒度10 100mm成品粒度5 10um 第一节粉碎理论 3 微粉碎原料粒度5 10mm成品粒度100um以下 4 超微粉碎原料粒度0 5 5mm成品粒度10 25um以下按粉体大小划分 超微粉体可分为 1 微米级1 100um 2 亚微米级0 1 1um 3 纳米级1 100nm 第一节粉碎理论 粉碎比 粉碎前后的粒度比 反映粉碎前后粒度变化和设备性能指标 超微粉碎 粉碎比300 1000以上 总粉碎比 多级粉碎 每级粉碎比之和 干法粉碎 在干燥状态下进行的粉碎操作 湿法粉碎 物料悬浮于载体液流中进行的粉碎操作 第一节粉碎理论 二 粉碎理论 一 粉碎力的种类与形式1 种类 挤压力 冲击力 剪切力2 形式 施力种类和方式不同 粉碎基本方法 1 压碎 挤压强度极限 2 劈碎 抗伸强度极限 3 研磨 剪切强度极限 4 折断 弯曲 弯曲强度极限 5 冲击 瞬间冲击力作用 第一节粉碎理论 二 物料力学性质应力和应变关系 极限应力不同 分为 1 硬度 弹性模量大小 抵抗弹性变形的能力 2 强度 弹性极限应力大小 一般硬度大 物料强度和对粉碎阻力大 普氏硬度以物料按强度分为10级 3 脆性 塑变区域长短 4 韧性 抵抗物料裂缝扩展能力大小 反映物料吸收应变能量的能力 不同于强度和硬度 脆性和韧性无确切数量概念 第一节粉碎理论 可碎性和可磨性 物料粉碎的难易性 表示方法 标准单位成品的粉碎能耗 单位能耗所得标准成品的产量 具体物料的力学性质是多种力学性质的综合 决定了粉碎方式的综合性和复杂性 第一节粉碎理论 选择施力方式的一般原则 1 粒度大或中等硬度物料 压碎 冲击 弯曲等 2 粒度较小且坚硬物料 压碎 冲击 研磨 3 粒状或泥状物料 冲击 劈碎 研磨等 4 韧性物料 剪切或高速冲击 第一节粉碎理论 三 物料在粉碎过程中的变化以及超微粉碎过程特点过程变化 在不同粉碎力作用下 产生相应应变 并以应变能形式积蓄于物料内部 当局部应变能超过某临界值时 在脆弱的裂缝线上发生裂解 外界提供粉碎所需能量的过程 粉碎至少需要两方面的能量 裂解发生前的变形能 与体积有关 裂解发生后出现新表面所需的表面能 与表面积有关 第一节粉碎理论 为什么粉碎随粒度减小而变得更加困难 为什么粉碎过程中有用功与裂缝长短有关 2 超微粉碎过程特点粉碎 团聚的动态平衡过程物料粉碎至微米及亚微米级 其表面积和比表面积显著增加 微细颗粒相互团聚 形成二次或三次颗粒的趋势逐渐增加 在一定粉碎条件和环境下 经过一定时间后 超微粉碎处于粉碎 团聚的动态平衡过程 在此情况下 物料粉碎速度趋于变缓 即使延长粉碎时间 物料的粒度不再减小 甚至出现 变粗 趋势 第一节粉碎理论 物料 粉碎极限 超微粉碎过程中出现粉碎 团聚平衡时的物料粒度 粉碎过程机械化学效应在某些粉碎工艺和条件下 由于超微粉碎时间长 强度大 成品粒度小除造成物料粒度减小的变化外 还因机械超微粉碎作用导致被粉碎物料晶体结构和物化性质的变化 此效应称为超微粉碎机械化学效应 第一节粉碎理论 三 粉碎能耗粉碎能 物料粉碎时 当作用力超过颗粒之间的结合力时 产生粉碎 外力做功称为粉碎能或粉碎能耗 粉碎能消耗于以下几方面 机械传动中的能耗 粉碎发生前的变形能和粉碎后的储能 粉碎物料新增表面积的表面能 晶体结构变化所消耗的能量 磨介间的摩擦 震动及其他能耗 第一节粉碎理论 能耗理论主要研究粉碎能耗与被粉碎物料和所得产品粒度之间的关系 三种假说 1 Rittinger假说 表面积假说 粉碎能耗和粉碎后物料的新生表面积成正比 第一节粉碎理论 2 kick假说 体积假说 粉碎能耗与颗粒的体积呈正比 粉碎后颗粒的粒度也呈正比减少 其中 D和d分别为粉碎前后的粒度 第一节粉碎理论 3 Band假说 裂缝假说 粉碎能耗与裂缝长度呈正比 裂缝长度与颗粒体积和颗粒面积均有关 假设 变形功集聚于颗粒内部的裂纹附近 产生应力集中使裂纹扩展成裂缝 裂缝发展到一定程度时 颗粒被粉碎 第一节粉碎理论 粉碎能耗统一公式建立能耗微分式和积分式 dW 颗粒粒度减少dx时的粉碎能耗x 颗粒粒度c n 系数 第一节粉碎理论 积分式 当n 1 得体积假说能耗公式n 1 5 得裂纹扩展假说能耗公式n 2 得表面积假说能耗公式n 1时 积分得 第一节粉碎理论 式中 m n 1 k c n 1 令D d i 则式中 m为与物料性质 产品粒度和设备类型等有关常数 如 方解石采用圆筒球磨机粉碎时 m约为1 23 第一节粉碎理论 三种能耗理论适用范围 表面积假说适用于产物粒度在10um以下的粉碎 体积假说适用于粗粒产物粉碎 裂纹扩展假说适用于以上两者之间 粉碎物粒度1mm 10mm 第一节粉碎理论 能耗理论发展 1 极限比表面积理论 田中达夫 式中 S 比表面积 W 粉碎能 S 极限比表面积 k 系数 上式积分 且S S时 有 第一节粉碎理论 2 在综合考虑粉碎能增加 表面能转变为热能与弹性能贮藏以及固体表面某些物理化学变化基础上提出新能耗公式 列宾契夫 式中 机械粉碎效率 W 粉碎能耗 k 与粉碎颗粒形状有关参数 s 粉碎产物比表面积 s0 颗粒初始比表面积 S 粉碎极限时的比表面积 e 比弹性变形能和比塑性变形能 l 物理或化学变形层厚度 第一节粉碎理论 粉碎能耗理论十分复杂 除与原料粒度和产品粒度有关 还与物料性质 状态 粉碎设备类型 操作条件 环境因素等有关 在利用能耗理论建立的公式对粉碎能耗进行估算时 需根据实验数据对各系数及实验结果进行修正 方可用于评估或比较粉碎过程和粉碎设备能耗 第一节粉碎理论 粉碎动力学研究物料粉碎时粒度 产量和时间的关系 对间歇式粉碎 粉碎速度与粗颗粒含量成正比 式中 在提t时的粗颗粒含量 k 比例系数 第一节粉碎理论 粉碎动力学公式 式中 m 与物料性质及粉碎条件有关它是粉碎流程设计的依据 第二节干法超微粉碎和微粉碎 根据生产粉碎力的原理1 气流式2 高频振动式3 旋转球磨式4 转辊式5 锤击式6 自磨式 第二节干法超微粉碎和微粉碎 一 高频振动式超微粉碎 一 原理 利用球形或棒形研磨介质作高频振动时产生的冲击 摩擦和剪切等作用力实现对物料颗粒的超微粉碎 二 振动磨装有研磨介质和物料的振动磨筒体在传动轴 轴上装有偏心重锤 的带动下作园振动 磨桶的壁使介质受到经常性冲击 随着振动频率升高 介质起落冲击呈放射抛射 并且在机桶壁上回转滑动和围绕桶中心运动 介质获得三种运动 1 强烈抛射 对物料起冲击作用 2 高速同向自转 对物料起研磨作用 3 慢速公转 对物料起均化作用 三 影响粉碎过程因素粉碎物比表面积与粉碎时间关系 见p16研磨介质越小 粉碎产品粒度越小 振动频率越高 粉碎产品粒度越小 第二节干法超微粉碎和微粉碎 四 振动磨特点1 研磨效率高研磨介质小 比表面积大 磨介装填系数 60 80 比球磨机 28 45 大 冲击次数多 冲击力大 研磨效率高 比球磨机高几倍至十几倍 2 研磨成品粒度细 平均粒径达2 3um以下 3 可实现连续化生产并采用封闭生产 4 外形尺寸小 占地面积小 操作方便 维修容易 5 干湿法研磨均可 但运转噪音大 第二节干法超微粉碎和微粉碎 二 转辊式微或超微粉碎 一 原理 利用转动的磨辊在另一相对表面之间产生的摩擦 挤压 剪切等作用力 达到粉碎物料的目的 二 辊磨机工作原理在磨机内 磨辊表面光滑或带齿槽 由于磨辊转速不同使夹在辊间物料受到剪切 挤压等作用而粉碎 第二节干法超微粉碎和微粉碎 三 齿辊技术特性1 齿数 牙数 单位圆周上拉丝形成拉线数 例如小麦磨粉 常采用12 32齿数 2 齿形 见p27其中牙角 锋面与钝角之间的夹角锋角 锋面与直径之间的夹角钝角 钝面与直径之间的夹角齿顶 0 1 0 4mm 防止磨损 第二节干法超微粉碎和微粉碎 3 磨齿排列 锋对锋 锋对钝 钝对锋 钝对钝锋对锋 先挤压 后剪切钝对钝 先挤压 后略剪切4 拉丝斜度 平稳研磨条件 拉丝有一定斜度且相互平行 一般0 20 斜度越小则径向分力越大 粉碎率越高 同时轴向分力越小 物料不易克服磨齿的摩擦阻力而滑向一边 第二节干法超微粉碎和微粉碎 四 特点1 研磨效果好 且能耗小 2 粉碎物料平均粒度可达40 50um 三 气流式超微粉碎 一 基本原理利用空气 蒸汽或其它气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高能气流 颗粒在气流作用下悬浮输送 相互之间发生强烈冲击 碰撞和摩擦作用 加上高速气流对颗粒剪切冲击作用 使物料粉碎并均匀混合 第二节干法超微粉碎和微粉碎 二 气流式超微粉碎特点1 粉碎比大 粉碎颗粒成品平均粒度在5um以下 2 设备结构紧凑 磨损小且易于维修 但动力消耗大 3 粉碎过程设置具有一定分级作用 保证成品粒度均匀性 4 压缩空气 过热蒸汽 膨胀吸热产生致冷作用 有利于热敏性物料的粉碎 第二节干法超微粉碎和微粉碎 5 易实现多单元联合操作 如粉碎与干燥联合处理 粉碎与混合联合处理 粉碎与包埋联合处理 6 易实现无菌操作 卫生条件好 三 圆盘式气流粉碎机示意图见p11 粉碎室呈扁平圆形 沿圆壁等距设置若干喷嘴 喷射流桶圆周呈45度 将粉碎室分成靠周边的粉碎区和中间的分级区 由于各层射流速率差异 颗粒间发生冲击 碰撞和研磨 达到粉碎目的 第二节干法超微粉碎和微粉碎 分级作用 粒度不同颗粒在旋转运动气流离心场中径向运动速度不同 粒度大颗粒径向速度大 而粒度小的径向速度小 粉碎时同时进行分级 粗颗粒被抛向外围重新粉碎 适用范围 进料粒度通常小于0 15mm 一般不超过6mm 成品粒度0 2 5um 第三节湿法超微粉碎 湿法超微粉碎主要设备 均质机和胶体磨一 胶体磨 一 工作原理 工作构件由一个固定的磨体 定子 和一个高速旋转磨体 转子 组成 两磨体间可调节间歇 当物料通过间歇时 由于转子高速旋转 使附着在转子上物料速度达最大 而附着于定子上物料速度为零 因而产生较大速度梯度 物料 第三节湿法超微粉碎 受到强烈的剪切 摩擦等作用而被粉碎 二 特点1 可在较短时间内实现对悬浮液中固形物进行超微粉碎 同时具有混合 搅拌 分散 乳化作用 2 可调间歇 小于1um 达到控制成品粒度 3 效率高 产量大 4 结构简单 操作方便 占地面积小 第三节湿法超微粉碎 二 均质机 一 工作原理 工作部件高压均质阀工作原理与胶体磨相似 当高压物料在阀盘和阀座间流过时产生了较大速度梯度 速度在缝隙的中心最大 而附着在阀盘和阀座上物料速度为零 由于速度梯度产生的强烈剪切作用使物料细化 第三节湿法超微粉碎 二 特点1 适于产量粘度较低物料 2 乳化 分散作用更大 第四节粒度分布与测定 一 粉碎物料粒度与粒度分布1 粒度表示方法物料粉碎后 分散状态的个体物理单元 颗粒颗粒大小的量度粒度 球形颗粒 颗粒直径 粒径非球形颗粒 1 按某种规定的线性尺寸表示粒径如采用球体 立方体或长方体的代表尺寸 第四节粒度分布与测定 2 定义与颗粒各现象对应的当量直径 名义粒度 如表面积为基准的名义粒度 外表面积等于该颗粒表面积的球体直径 设颗粒表面积为S 则 第四节粒度分布与测定 如定义总体积等于该颗粒体积的球体直径 则有以体积为基准的名义粒度 平均粒度 实际超微粉体为各种粒度颗粒的集合 颗粒群 平均粒度计算方法 统计数学的方法 第四节粒度分布与测定 设体系中某一微分区间的粒度为di 相应粒径的颗粒数为n 则颗粒群的平均粒径以个数为基准时 有多种表示和计算方法 2 粒度分布平均粒度 颗粒大小的平均程度 不能表示粒度分布的特征 如两批粉体平均粒径相同 具有相同粒径的颗粒数量 质量 体积 可能不同 为全面描述粉体粒度 引入粒度分布 频率分布或相对分布 在粒径间隔d dc 内的所有颗粒的质量百分数为d 相应的颗粒粒数和表面积百分数为dF和的dS 粒径的计数相对频率 第四节粒度分布与测定 粒径的表面积相对频率粒径的体积 质量 相对频率粒径相对频率分布曲线根据上述定义式 利用积分即可得任何粒径范围内的所有颗粒的计数 表面积和体积 质量 百分数 第四节粒度分布与测定 在范围内的颗粒所占的计数百分数为 粉径小于和等于dc的颗粒所占的粒数百分数 即累计粒数百分数 在整个粒径分布范围内 颗粒的累计粒数百分数为100 第四节粒度分布与测定 粒度分布表示方法 1 列表法2 图解法3 函数法 第四节粒度分布与测定 粉体频率分布表 6 施工图设计 初步设计文件批准后 分专业进行施工图设计 工艺人员完成工艺设计施工图 并向其它相关设计工作提出各种数据要求 使设计协调和谐 满足工艺要求 施工图作用 指导施工 在初步设计图基础上 进一步细化 如所有尺寸标注 和补充 如设备安装图 管道安装图 第四节粒度分布与测定 图解法 粉体粒径为横指标 分别以频率分别和累积分布数值为纵坐标可绘制出相对百分率和累积百分率曲线 见上图 其中相对百分率曲线的峰值所对应的粒径为众数粒径 指颗粒出现最多的粒径值 中位径 d50 指累积百分率曲线上占颗粒总数50 的粒子所对应的粒径 d90和d10分别表示在累积分布曲线上占颗粒总数90 和10 的粒子所对应的粒径 衡量粒度分布范围时 常用分布宽度 SPAN 表示 第四节粒度分布与测定 函数法图形表示颗粒的粒径分布虽然直观 但不便于计算 为了计算方便 用数学函数表示 粉尘粒径分布函数通过采用概率论或近似函数的经验方法来寻找粒度分布规律的数学表达式 常用的分布函数有正态分布函数和对数正态分布函数 见p41 正态分布方程对数正态分布方程 第四节粒度分布与测定 平均粒度平均粒度有各种表示方法 多数以粒数频率分布进行加权平均 平均时 采用基准可以不同 平均的方法也可以不同 相应有几种平均粒度计数方法 见p42表1 6重点掌握算术平均 几何平均和调和平均粒度计数方法 第四节粒度分布与测定 3 颗粒形状颗粒形状影响粉体性能 颗粒形状有 球形 正方体 柱状 针状 片状 纤维状等为了以数学语言表示颗粒形状 引入形状系数 它表示颗粒各种立体几何变量之间的关系 常用形状系数如下 第四节粒度分布与测定 表面积形状系数体积形状系数比表面积形状系数 第四节粒度分布与测定 二 粒度分布测定方法传统筛分法 最细标准筛500目 相当与25um 不能用于超微粉体 小于10um 测定 1 显微镜法 光学显微镜 测定范围1 500um 第四节粒度分布与测定 电子显微镜扫描电子显微镜透射电子显微镜测定范围 0 001 100um 沉降法重力沉降法 0 1 100um 离心沉降法 0 01 30um 激光光散射法 0 05 3000um 激光通过超微粉体悬浮液时 照射到颗粒表面而发生散射 当粒径远大于入射波波长时 颗粒越小 散射角越大 通过测定散射角可得平均粒径和粒度分布 当粒径与入射波波长相近时 散射光强度发生波动 通过测定波动速率来测定粒度和粒度分布 见前图 第五节超微粉碎工艺 一 超微粉碎工艺流程1 开路流程 物料经粉碎作用区后即作为成品卸出 粗粒不再循环 特点 工艺简单 缺点 成品粒度分布范围广 气流粉碎因具有自动分级功能采用开路流程 间歇式粉碎也采用开路流程 2 闭路流程 特点 粉碎机和分级机共同构成粉碎 分级闭路系统 胶体磨和振动磨连续粉碎采用此流程 能及时移走细粉 提高粉碎效率 3 第五节超微粉碎工艺 3 带预先分级的开路流程特点 预先将达到要求细粉分离出来 降低能耗和生产成本4 带预先分级的闭路系统特点 提高粉碎效率 降低单位成品能耗 可控成品粒度分布 5 带最终分级的开路系统特点 可在粉碎机后设置一台或多台分级机 得多种不同粒度与粒度分布的成品 第五节超微粉碎工艺 6 带预先分级与最终分级的开路流程特点 不仅可以预先分离出部分符合要求的细粒成品 减轻粉碎机负荷 而且可通过最终分级得到多种不同粒径和粒度分布的成品 粉碎段数主要取决于原料粒度和产品粒度 一般超微粉碎采用多段流程 粉碎方式来看 超微粉碎流程可分为 干法 一段或多段 粉碎 湿法 一段或多段粉碎 干湿组合 多段 粉碎 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 超微粉碎技术在食物资源的充分利用 新型功能食品的开发 传统工艺改进 食品品质改善等方面的作用 一 巧克力超微颗粒的多相分散体系 分散相为细小的糖和可可 连续相为油脂 巧克力重要的质构特征 口感细腻滑润 决定因素 巧克力配料的粒度 平均粒度25um 大部分在15 20um 口感细腻 平均粒度大于40um 口感粗糙 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 加工关键技术 初磨 微粉碎 辊磨 盘磨机 精磨 超微粉碎 五辊精磨和球磨机 精炼 改形 不规则形状变为光滑球体 旋转式精炼机 其中精磨是保证巧克力口感特征的关键 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 二 以蛋白质微粒为基础成分的代脂产品将牛奶和鸡蛋白为原料 经过轻度热变性处理后 通过湿法超微粉碎得到蛋白颗粒大小为0 1 2um产品 该产品具有滑腻柔和的脂肪口感特性 但热量仅有5 43kJ g 成为理想的低热值代脂产品 此外以淀粉质为基础成分 通过湿法超微粉碎技术也可能开发相似的代脂产品 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 三 膳食纤维膳食纤维的生理活性与持水力和膨胀力有很大关系 是两个重要的功能指标 它们与产品粒度有关 目前已应用超微粉碎技术于蔗渣膳食纤维的制备 大大提高了膳食纤维的生理活性 同时改善了产品的口感 工艺 清理 粗粉碎 漂洗 脱出异味 加碱蒸煮 漂白脱色 干燥 微粉碎 功能活化 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 四 面粉小麦经过超细粉碎后 通过分级机将小麦中不同粒度的颗粒分离开来 从而使小麦中蛋白质发生 转移 和集中 生产出高 中 低三种蛋白含量的小麦 也可根据实际生产需要 生产蛋白含量不同的多种用途的产品 其中蛋白含量较高的强力粉可以配制面包粉 蛋白含量中等的中力粉可做饺子粉 面条粉 馒头粉 蛋白含量低的弱力粉可做饼干粉 蛋糕粉 该技术在小麦深加工中得到应用 将会减少我国专用粉的进口量 还可为专用粉的生产厂以及食品行业带来显著的经济效益 欧洲国家 德国 法国 英国 已采用了对小麦粉直接进行气流分级的技术 达到了提取高蛋白小麦和低蛋白小麦的目的 给相应企业带来可观利润 国内对该技术的研究还处于始发阶段 它在粮食行业的应用将具有广阔的前景 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 以高速打击为原理的冲击式粉碎机这种粉碎机利用围绕垂直轴高速旋转的转子对物料进行强烈冲击 碰撞和剪切 其特点是粉碎比大 运转稳定 适合于中软硬度物料的粉碎 小麦经过CH 300型机械冲击粉碎机粉碎 选择两种不同的加工工艺 1号工艺是冲击转子5000r min 分级转子3000r min 2号工艺是冲击转子7000r min 分级转子5000r min 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 激光粒度仪测试粒度 测试数据见表1 两种试品的粒度微分分布见图1 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 如图所示 冲击转速越高 则粉碎的粉末越细 其粒度分布也逐渐集中 工艺2 的D10达到3 48 m 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 工艺1 和工艺2 的微分分布图的展宽度分别为 1 D90 D10 D50 1 6272 D90 D10 D50 0 798其相应的比表面积为0 72m2 g和1 17m2 g 2 样品超微小麦不但颗粒很细 而且粒度分布非常均匀 生物显微镜照片显示出超微粉碎后的形貌 如图2 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 采用凯氏定氮法 分别测试了小麦原样 工艺1 样品和工艺2 样品的蛋白质 水份和灰份含量 结果见表2 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 小麦经高速粉碎后 总的水份减少 工艺2 的水份减少了47 1 这与粉碎过程中物料与空气充分接触有关 在负压气流系统中 水份被大量蒸发 经过粉碎 分级后 小麦的蛋白质含量发生的变化 工艺1 加工的小麦的蛋白质含量约有减小 用工艺2 加工 当粒度D90小于10 m后 蛋白质含量增加了一倍多 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 在此粒度范围蛋白质大幅增加 可能是小麦在机械冲击粉碎室内将小麦进行强烈的撞击粉碎 使小麦中淀粉粒 蛋白质及类脂体等聚集而成的粒度较大的胚乳粒被再度粉碎 导致淀粉粒蛋白片相互分开 变成游离状态而且粒度更细的颗粒 当它们进入气流分级机时 由于淀粉的粒度 比重 悬浮速度比蛋白质的大 通过调节设备的风量控制阀门和气流速度的参数 将已粉碎的小麦 按粒度重新再分级 从而得到不同蛋白质含量的小麦 其中 先被分级出去的较细的粒度是含蛋白片较多 淀粉粒较少的高蛋白粉 余下的粒度较粗的小麦则含蛋白质较少 含淀粉粒较多 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 利用机械冲击粉碎小麦效果良好 能使D90达到10 m以下 平均粒径5 85 m 而且粒度分布均匀集中 超微小麦形貌规整 对称性好 分散性好 蛋白质发生重新分布 而蛋白质总的含量不变 超微化后小麦蛋白质重新分配这一特性 有益于根据小麦产品的不同要求作进一步的深加工 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 五 细胞破壁花粉被誉为 完全营养品 但是花粉具有坚韧的细胞壁 既影响营养物质的吸收 也影响提取时营养物质的释放 因此花粉的破壁十分重要 目前花粉破壁技术大体分为两类 发酵法和机械法 发酵法设备简单易行 破壁率可达90 95 但时间长 速度慢 机械法又可分为湿法和干法两种 湿法破壁多采用胶体磨 此法破壁率只能达70 80 而且给保存 包装 运输带来不便 干法破壁国内较多的是采用气流粉碎法 由于某些花粉的外壁有弹性 气流对撞的结果只能使外壁变形或向内塌陷 破壁效果不是很理想 在国外采用先将花粉低温冷冻再气流粉碎或者直接用冷冻惰性气体低温粉碎破壁 此法破壁率可达90 以上 但这种方法设备昂贵 能耗较大 致使粉体成本大幅度提高 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 利用振动超微粉碎法粉碎茶花粉工艺过程将茶花粉在真空干燥箱中常温减压干燥12h 用粉碎机粗碎 60目标准筛 然后将粉体用振动超微粉碎机组进行超微粉碎 振动介质为不锈钢球 直径8mm 介质填充率80 物料填充率100 粉碎时间为20min 最后将所得花粉过320目标准筛 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 显微形貌观测茶花粉呈比较规则的圆饼状 表面布满网状纹理 其直径约30um 在扫描电镜的视场中可以看到 经过振动超微碎 绝大部分花粉的结构都已经破坏 颗粒细胞外壁已经完全打开 内容物已全部释放出来 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 粒径微分分布直方图可以看出 粉碎后花粉粒径比较均匀 基本呈正态分布 粒径主要集中分布在5 15um之间 其中位直径D50为8 22um 即有50 的粒子粒径小于8 22um 完整花粉粒子的直径在30um左右 如果认为粒径小于20um的花粉粒子细胞壁已经受到破坏 则此种花粉超微粉的破壁率为94 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 茶花粉经过20min超微粉碎 粉体中位直径达8 22um 破壁率达95 左右 粉体色泽鲜 口感好 入口即化而无砂感 振动超微粉碎破壁技术为食品工业在现代技术条件下寻找理想有效的花粉破壁方法开辟了重要途径 此法与其他现有的方法比较 具有粉碎破壁率高 粉碎过程温升小40 对营养成分无破坏 简便易行能耗低 破壁后花粉干燥易于包装 存放和运输 生产速度快 易于工业规模生产等优点 是一项值得推广的花粉加工技术 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 玉米花粉破壁利用可调参数式行星球磨机对玉米花粉进行超微化 超微化破壁的最佳工艺参数为 转速476r min 粉碎时间为1 2h 球料比为7 花粉含水率控制在5 以下 此时花粉颗粒直径小于8 m 花粉破壁率达100 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 结构变化 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 通过超微粉碎 使花粉颗粒直径达到8 m以下 并且粒度分布均匀合理 适于将其直接添加到花粉营养口服液以及化妆品等功能保健品当中 不会产生沉淀或有较粗颗粒感觉 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 五 纳米淀粉淀粉用机械方法破碎导致淀粉颗粒结构发生改变 从而使淀粉易于被酶作用 纳米级大米淀粉具有独特的理化特性 如良好的分散性 吸附性 溶解性 易被人体吸收消化等 可用于化妆品扑粉 照相纸粉末 造纸施胶 糖果糖衣和药片赋形剂等 糊化后的纳米级大米淀粉吸水快 质构柔滑似奶油 具有口感细腻 热量低 成本低等优点 是目前市场上最佳的奶油和黄油代用品 可以用于无奶油奶酪 低脂冰淇淋 无脂人造奶油 沙司和色拉调味料的生产 其应用前景广阔 经济效益可观 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 超高压均质是一个通过压力能的释放和高速运动使物料粉碎的过程 在超高压均质过程中 剧烈的处理条件如液体高速撞击 高剪切 空穴爆炸 高速振荡等作用可能会导致大分子结构的变化 通过超高压均质技术和超微粉碎制备纳米级大米淀粉 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 超高压均质技术能有效地减小大米淀粉的颗粒粒度 将平均粒径由2800nm减小到350nm 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 超高压均质后再超微粉碎能进一步减小大米淀粉的颗粒粒度 最小的平均粒度达到了74 8nm 超高压均质压力最适压力为120MPa 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 随着粒度的减小 淀粉与水的结合能力增强 吸湿性能 溶解度和膨胀率明显提高 体现了纳米级大米淀粉的表面效应和小尺寸效应 利用纳米级大米淀粉的溶解性好 粒度小等性能 可能替代奶油用于低脂冰淇淋 低脂人造奶油及化装品 造纸等生产 第六节超微粉碎或微粉碎的应用 六 纳米茶茶叶纳米化处理 提高有效成分的溶出率及人体吸收率 充分体现茶叶保健功能 制备工艺 普通粉碎处理 80 100目 气流超微粉碎 10um 纳米球磨机 100纳米以下 每步工艺加工时间15 30min 同时控制温度和防止氧化 作业 作业 作业 第二章微胶囊造粒技术 微胶囊造粒技术 利用天然和合成高分子材料 将分散固体 液体或气体物质封装包埋在一种微型胶囊内形成一种固体微粒产品的技术 作为一种食品加工新技术 在食品工业中发挥重要作用 微胶囊功能1 改变物料的理化性质 1 固体化 利于加工 储藏和运输 2 改变物料密度或体积 3 改变物质性能 第二章微胶囊造粒技术 2 隔离物料间相互作用 保护敏感性物料3 掩蔽不良风味 降低挥发性4 控制释放5 降低对健康的危害 减少毒副作用 第一节概论 一 微胶囊造粒基本概念微胶囊 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 利用天然和合成高分子材料 将分散固体 液体或气体物质封装包埋在一种微型胶囊内形成一种固体微粒产品的技术 大小 形状和结构 1 1000um 小于1um 纳米胶囊 大于1000um 大胶囊 球形 粒状 块状 肾形 不规则状 单核 多核 双壁或多膜微胶囊 复合微胶囊 第一节概论 一 芯材 微胶囊内部装载的物料 囊芯物料 涉及所有食品物料 微生物和酶等 1 生物活性物质 2 氨基酸 3 矿物元素和维生素 4 油脂和食品添加剂 5 微生物细胞和酶制剂 第一节概论 二 壁材 膜材 外部包囊的壁膜材料选择原则 1 能与芯材配伍但不发生化学反应2 满足食品卫生安全要求3 具备适当的物化性质 渗透性 溶解性和稳定性等 第一节概论 壁材 天然和人工合成高分子材料 1 植物胶 2 多糖 3 淀粉及其改性产品 4 纤维素 5 蛋白质 6 聚合物 7 类脂物 第一节概论 二 微胶囊造粒的步骤和分类 一 微胶囊造粒的步骤微胶囊化过程 1 芯材悬浮芯材分散于微胶囊化的介质中 2 三相体系建立将壁材分散于含芯材的介质中形成三相体系 3 聚合物沉积通过某种微胶囊化方法 使壁材聚集 沉积或包覆在分散芯材周围 形成初级微胶囊 4 囊壁固化囊壁不稳定 需通过物理化学方法处理 提高其机械强度 第一节概论 二 微胶囊造粒方法微胶囊造粒方法 物理 物理化学和化学1 物理法喷雾干燥法 喷雾凝冻法 空气悬浮法 真空蒸发沉积法 静电结合法 多孔离心法等 2 物化法相分离法 囊芯交换法 挤压法 锐孔法 粉末床法 熔化分散法 复相乳液法 3 化学法界面聚合法 原位聚合法 分子包囊法 辐射包囊法 第一节概论 三 释放类型芯材释放是基于一种或几种控制机制 时间 地点 速率特定条件下 瞬间释放和缓慢释放两大类 瞬间释放方法 破坏囊壁 1 物理方法 机械压碎 摩擦 加热熔化 微波 超声波等 2 化学方法 溶剂溶胀或溶解 膨胀剂 萃取 pH变化等3 生化方法 酶反应 第一节概论 缓释胶囊释放 一般芯材通过溶解 渗透 扩散方式经半透囊壁缓慢释放 四 微胶囊分类据释放类型1 缓释型微胶囊2 压敏型微胶囊3 热敏型微胶囊4 pH型微胶囊5 膨胀型微胶囊 第一节概论 五 微胶囊产品的质量评定 一 囊形和粒径形状规则统一 大小均匀 粒径分布集中 满足结构要求 不影响芯材释放 如双膜微胶囊应界面清晰 粒径分布和计算同前章 二 释放速率 溶出速率 微囊片剂 转篮法 50r min 和改进烧杯法测定 三 含量测定1 含挥发油类芯材 蒸馏法和索氏抽提法2 溶剂提取法3 水提取法 第一节概论 影响微囊质量的因素1 影响胶囊大小因素芯料细度与性质 壁材的性质 制备方法和条件 搅拌速度 温度 2 影响芯材释放的因素芯材理化性质 溶解性 壁材性质和壁厚 制备方法和条件 第二节物理法微胶囊造粒技术 喷雾干燥 喷雾冻凝法 空气悬浮法一 喷雾干燥法特点 1 适合热敏性物料微胶囊造粒3 干燥速度快 时间短2 工艺简单 易实现工业化生产 生产能力大 缺点 包埋率低 芯材易粘附于微囊表面 设备造价高 能耗大 第二节物理法微胶囊造粒技术 一 造粒原理芯材分散于已液化的壁材中混合均匀 将此混合物经雾化器雾化成小液滴 此小液滴基本已形成湿胶囊 在喷雾干燥室内使之与热气流直接接触 使溶解壁材的溶剂瞬间挥发除去 促使壁膜形成与固化 形成一种颗粒粉末状微胶囊产品 第二节物理法微胶囊造粒技术 造粒质量取决于调制初始溶液过程 调制 由芯材和壁材和溶剂制成溶液 初始溶液 的过程 初始溶液性质不同 有三种类型1 水溶液型壁材能溶于水 芯材为油状或固体非水溶性 2 有机溶剂型壁材为非水溶性聚合物 芯材为疏水溶性或水溶性 第二节物理法微胶囊造粒技术 3 囊浆型囊浆型初始溶液 已微胶囊化的浆状分散液 双壁微胶囊 在囊浆型初始溶液加入聚合物经喷雾干燥可制得双壁微胶囊 微胶囊簇 第二节物理法微胶囊造粒技术 二 喷雾微胶囊造粒装置装置组成1 初始溶液调制系统 调配缸 胶体磨 均质机等 2 溶液输送系统 螺杆泵 蠕动泵 雾化器 3 空气加热输送系统 空气过滤器 加热器 风机 4 干燥系统 干燥室 5 产品分离和气体净化系统 卸料器 粉末回收 第二节物理法微胶囊造粒技术 关键装置 雾化器 离心式 压力式和气流式 干燥室 锥形 平底 斜底 液滴与干燥介质进行热质传递和交换 工艺 顺流 逆流 混合流 接触流动方向 顺流工艺特点 干燥效率高 产品质量好 但回收困难 逆流工艺特点 热效率高 但已干燥物料与高温气体接触 不适合热敏性物料干燥 混合工艺特点 接触紧密 接触面积大 并有搅拌作用 脱水效率高 第二节物理法微胶囊造粒技术 产品性能粒径10 300um 芯材填充量60 20 30 适于于水溶性和油溶性芯材包埋 低沸点极性物质包埋较难 如乙酸乙酯 第二节物理法微胶囊造粒技术 二 喷雾冻凝法1 原理 将芯材分散于熔融的壁材中 混合物喷雾于冷空气流中 使囊膜凝固而成微囊 与喷雾干燥法比较相同点 芯材分散于已液化的壁材中 喷雾法造粒 外界条件固化囊壁 第二节物理法微胶囊造粒技术 不同点 壁材液化方式不同 壁膜固化手段不同 2 材料在室温下为固体 高温下能熔融的包埋材料 3 适用范围 热敏感性芯材 第二节物理法微胶囊造粒技术 三 空气悬浮法空气悬浮法是流态化与微胶囊技术相结合而形成的一种微胶囊造粒方法 流态化技术 将固体颗粒与气体接触转变为类似流体状态的技术 1 原理当空气流速界于临界流态化速度和悬浮速度之间时 固体颗粒在流化床所产生的空气流中剧烈翻滚运动 将壁材溶液以喷雾形式喷射于颗粒表面 支持悬浮颗粒的流气流使壁材溶液中的溶剂蒸发 使芯材上沉积壁膜 完成芯材的包埋和固化过程 第二节物理法微胶囊造粒技术 2 装置基本组成 直立的柱筒 流化床 喷雾管见p65柱筒 成膜段和沉积段当颗粒进入沉积段 空气流速减小 颗粒降落返回至成膜段 然后再次进入沉积段 如此循环往复直至成膜厚度达到要求 第二节物理法微胶囊造粒技术 3 适用范围和特点芯材为固体颗粒 细颗粒容易损失 空气流带走 若壁材选择不当 易发生颗粒凝聚形成大胶囊 胶囊易磨损 造成外观粗糙 壁厚均匀 生产周期短 芯材含量高 壁材用量少 可制备多壁微胶囊 第二节物理法微胶囊造粒技术 包囊产品的粒度50um左右 4 材料植物和动物胶 淀粉及衍生物 纤维素衍生物 蜡质类 脂肪酸酯 脂肪醇等 壁材形式 水溶液 溶剂溶液 乳液 分散液 热熔融物 第二节物理法微胶囊造粒技术 四 静电结合法1 原理如果两种带相反电荷的气溶胶 芯材和壁材颗粒 相互碰撞 由于静电吸引作用而结合形成微胶囊 2 形成微胶囊条件芯材和壁材颗粒互不相溶 芯材和壁材颗粒大小接近 第二节物理法微胶囊造粒技术 壁材颗粒可润湿芯材颗粒表面 壁材表面张力比芯材表面张力低 电导率满足要求 保证形成良好雾状颗粒 高压电源可使颗粒带电 喷雾器喷射方向和速度恰当 空间颗粒密度合适 提高结合概率 第二节物理法微胶囊造粒技术 五 锅包法1 原理利用糖衣锅对囊芯进行滚制 用壁材包覆形成微胶囊的方法 2 设备糖衣锅 圆球形 直径1m 3 特点 第二节物理法微胶囊造粒技术 操作简单 易于推广 形成微胶囊固体颗粒较大 大于500um 呈球形 易流动 干燥速率低 能源消耗大 适用于以粘度较低的壁材溶液制备较大球形颗粒微胶囊 4 材料芯材含糖和淀粉等物质 蜡质物质 硬脂酸单甘油酯 白蜂蜡 或明胶 第三节物化法微胶囊造粒技术 主要技术 水相分离法 油相分离法 囊芯交换法 挤压法 锐孔法 粉末床法 熔化分散法和复相乳液法 一 水相分离法相分离法 凝聚 相分离法 在含有芯材和壁材的初始溶液中 加入另一种物质或溶剂或采用其他方法使壁材的溶解度降低 从初始溶液中凝聚形成一个新相并分离出来 第三节物化法微胶囊造粒技术 步骤 1 三种互不相溶化学相调制将芯材相分散于含壁材聚合物的溶液中 聚合物的溶剂称液体介质相 2 囊壁层析出通过改变聚合物溶液温度 加入无机盐 沉淀溶剂 不配伍聚合物和诱发聚合物相互作用等方法促进壁材相形成 第三节物化法微胶囊造粒技术 3 囊壁层的固化利用壁材的物理化学性质 通过加热 高分子交联或去除溶剂等方法来固化囊壁层 相分离法分类 水相分类法 凝聚相从水溶液中分离出来 油相分类法 凝聚相从有机溶液中分离出来 第三节物化法微胶囊造粒技术 水相分离法分类单凝聚法和复凝聚法 凝聚机理不同 一 单凝聚法1 原理 以一种高分子壁材 将芯材分散在壁材水溶液中 加入凝聚剂 乙醇 等亲水性非电解质或 硫酸钠溶液 强亲水性电解质 使壁材胶粒水合膜中水与凝聚剂结合 造成壁材的溶解度降低而凝聚分离出来 形成微胶囊 第三节物化法微胶囊造粒技术 适合范围 非水溶性物质的微胶囊化 常见体系 水 明胶和醇 芯材不溶于水也不溶于醇 凝聚方法1 使用无机盐的单凝聚法 1 明胶与无机盐单凝聚法 盐析反应阴离子凝聚能力强于阳离子 第三节物化法微胶囊造粒技术 2 聚乙烯醇与无机盐的单凝聚法2 调节pH值的凝聚法高分子电解质电离与pH值有关 酪蛋白 壁材 初始碱性加盐酸调节pH值促进凝聚 3 使用非溶剂的单凝聚法亲水性有机溶剂破坏水溶性高分子在水中溶解作用 如乙醇对明胶水溶液 第三节物化法微胶囊造粒技术 4 使用亲水性更强的高分子单凝聚法在高分子溶液中加入水溶性比它更强的高分子浓溶液 从而引发高分子浓缩而凝聚 形成微胶囊 如甲基纤维素溶液中加入葡聚糖浓溶液可引起甲基纤维素凝聚 第三节物化法微胶囊造粒技术 二 复凝聚法1 原理 当一种带正电荷的胶体溶液与一种带负电荷的胶体溶液混合时 由于电荷中和作用形成一种复合物 使包埋材料溶解度降低 从溶液中凝聚析出 形成微胶囊 复凝聚条件 两种聚合物离子电荷相反 离子数量相等 第三节物化法微胶囊造粒技术 2 影响因素影响凝聚相的构成和数量 体系pH 温度 浓度和盐含量3 明胶 阿拉伯胶复凝聚法明胶 两性高分子电解质 等电点pH 4 9等电点以下 带正电荷的粒子等电点以上 带负电荷的粒子阿拉伯胶 水中带负电荷 pH 3除外 阴离子型高分子电解质 第三节物化法微胶囊造粒技术 必要条件 浓度35 通常40 温度过低可能形成单凝胶 体系中无机盐含量低于临界值 盐效应抑制凝聚 第三节物化法微胶囊造粒技术 制备工艺1 芯材分散 疏水性固体和溶液 于明胶溶液 2 复凝聚 加阿拉伯胶溶液产生复凝聚作用 控制工艺 稀释法 其他条件不变 加温水调节溶液浓度 第三节物化法微胶囊造粒技术 pH调节法 调节溶液pH值 形成凝聚 温度调节法 壁材溶液保持浓度和pH最佳调节 通过与芯材混合升温实现包埋 3 固化 凝聚过程可逆固化方法 化学交联醛 甲醛 戊二醛 明胶醛化蛋白质 第三节物化法微胶囊造粒技术 金属螯合盐 硫酸铜 明矾 单宁酸 五倍子酸及其铁盐反应 氧化交联和羧甲基纤维素钠处理 4 后处理 醛可使壁膜微交联 但仍具亲水性 易溶胀 在不絮集情况下难干燥 降低亲水性 低pH下甲醛处理提高交联度 降低溶胀性 第三节物化法微胶囊造粒技术 特点 材料无毒 易降解 使用简便 芯材与壁材调节范围大 适于非极性易挥发油性液体包埋 壁材 阴离子高分子物质 褐藻酸钠 琼脂 羧甲基纤维素钠 阳离子高分子物质 酪蛋白 聚乙烯吡咯烷酮 第三节物化法微胶囊造粒技术 二 油相分离法1 原理 以有机溶剂溶解壁材聚合物 加入水溶性芯材调成三种互不相溶的化学相 通过絮凝剂或其他方法使壁材相溶解度降低而凝聚出来 实现微胶囊化 2 基本方法溶剂 非溶剂法 第三节物化法微胶囊造粒技术 非溶剂指与有机溶剂相结合的沉淀溶剂 将可凝胶的聚合物乳化分散在有机溶剂中 形成凝胶聚合物液滴 然后加入非溶剂 有机溶剂或水 使聚合物沉淀于液滴上 如以水作为非溶剂 芯材水溶液使用疏水性有机溶剂 丙酮 第三节物化法微胶囊造粒技术 2 加入高分子聚合物的油相分离法聚合物引发与温度引发相结合工艺 首先制备聚合物稀溶液 然后加入另一种聚合物引发相分离 随温度升高 亲水性成膜聚合物溶解性降低 形成微胶囊 第三节物化法微胶囊造粒技术 改变温度的油相分离法一种壁材 室外基本不溶 高温溶解度较大 改变温度使聚合物相分离成凝聚液滴 包埋芯材 特点 适合制备水溶性芯材微胶囊 缺点 难于完全去除溶剂和非溶剂 溶剂用量大 安全不易保障 工艺控制难 非溶剂和变温工艺控制瞬间析出难 应用有限 第三节物化法微胶囊造粒技术 三 挤压法与锐孔法原理相似 通过模头 锐孔 在压力作用下成型 但挤压法需二次成型 一 挤压法1 原理 将芯材混悬于液化的碳水化合物中 糖与水解淀粉混合物 通过系列模孔挤入凝固液中 冷却固化形成细丝状微胶囊初级产品 在搅拌作用下打断形成细小棒状产品 第三节物化法微胶囊造粒技术 壁材 玉米糖浆粉 葡萄糖等凝固液 异丙醇等醇类挤压法装置 p802 特点 适合热不稳定油溶性和水溶性香料 维生素 色素包埋 产品保质期长 二 锐孔法1 原理 含芯材的聚合物溶液 壁材 或熔融的混合物 预先通过锐孔成型 然后进入固化液固化或冷却形成微胶囊 第三节物化法微胶囊造粒技术 壁材 海藻酸钠 蜡 脂肪固化液或冷却气体 CaCl2水溶液成型装置 锐孔基本类型p811 一根管或喷嘴组成2 同轴内外管组成的双锐孔结构3 双锐孔结构 但内管末端位于外管末端上部 第三节物化法微胶囊造粒技术 4 改进型 利用离心力 使较大液滴变成细小液滴 特点 微胶囊大小可调 生产效率提高 对热熔融壁材常用此法生产 要求壁材粘度不高 能快速固化 工艺差别 旋转悬浮分离旋转盘制备壁材包埋芯材颗粒 在制造室固化形成微胶囊 第三节物化法微胶囊造粒技术 四 囊芯交换法复合凝聚法不能实现对水溶性芯材包埋 1 原理 先通过复凝聚法实现对非极性溶剂 油性成分 进行包埋 在固化之前囊壁尚保持渗透性 用极性溶剂 水溶性成分 置换囊芯中非极性溶剂 实现对水溶性芯材包埋 交换完成后 用非溶剂处理胶囊 使囊壁固化变成非渗透性 第三节物化法微胶囊造粒技术 2 特点 适合于兼含水溶性和油溶性成分芯材包埋 注意 交换溶剂 水溶性芯材溶解于极性有机溶剂中 该溶剂介电常数不能超过20 否则溶剂进入量过大 易造成胶囊破裂 第三节物化法微胶囊造粒技术 五 复相乳液法 挥发溶剂沉积法 原理 将壁材和芯材混合物以微滴状态分散到介质 挥发性 中 然后挥发除去分散液滴中的溶剂形成囊壁 挥发除去介质方法 加热 减压 溶剂萃取 冷冻干燥水中干燥法 W O W复相乳液法 和油中干燥法 O W O复相乳液法 第三节物化法微胶囊造粒技术 一 水中干燥法1 原理 选择一种与水不混溶溶剂 其沸点低于水的挥发性溶剂 将壁材溶于该溶剂中 然后芯材水溶液分散于上述溶液中 形成W O 油包水 型乳化液 然后加入含保护胶体稳定的水溶液 形成W O W型复相乳液 中搅拌作用下 加热或减压等方法 挥发去除有机溶剂 使壁材溶液浓缩沉积固化形成囊壁层 第三节物化法微胶囊造粒技术 2 工艺要点保持W O W型复相乳液稳定 避免影响产率和发生逆向转化释放芯材 方法 加入保护性胶体水溶液 加入阴离子型表面活性剂 3 材料壁材 乙基纤维素 聚苯乙烯溶剂 苯 四氯化碳 乙酸乙酯胶体材料 明胶 聚乙烯醇 第三节物化法微胶囊造粒技术 4 特点壁材高分子为线性结构 形成囊壁有微孔 可允许透过小分子物质 如水 无机盐 不能透过大分子物质 蛋白质 适合包埋酶 细胞等 缺点 壁材溶剂去除时间长 第三节物化法微胶囊造粒技术 二 油中干燥法1 原理 先将芯材 油溶性 乳化在聚合物水溶液中形成O W型乳化液 然后将其分散到稳定的油性材料 液体石蜡 油 中形成O W O型复相乳液 经冷冻 干燥等脱出水形成囊壁层 2 特点 适合油溶性芯材微胶囊化 注意 同样需避免发生相转化 第三节物化法微胶囊造粒技术 三 复相乳液法特点 方法简单 反应条件温和 无需特殊设备和反应试剂 微胶囊小 缺点是反应时间长 不易控制 产量较低 第四节化学法微胶囊造粒技术 建立在化学反应基础上的微胶囊造粒技术 主要有 界面聚合法 原位聚合法 分子包囊法和辐射包囊法 一 界面聚合法1 原理 利用分散相 水相 和连续相 有机相 中的溶解单体 在液 液相界面产生聚合反应 缩聚反应和加聚反应 生成高分子聚合物 壁材 实现对芯材包埋 第四节化学法微胶囊造粒技术 缩聚反应 链增长过程中 包括单体与增长链之间以及各种低聚物之间的缩合反应 加聚反应 单体与增长链之间的缩合反应 2 材料 单体 二元酰氯 二元氯代甲酸酯 溶于有机相 二元胺 二元酚 溶于水相 第四节化学法微胶囊造粒技术 二元酰氯 二元胺聚酰胺二元酰氯 二元酚聚酯二元氯代甲酸酯 二元胺聚氨酯2 特点 界面反应速度快 囊壁薄 具有半透性 囊壁可塑性小 不易变性 胶囊大小均匀 粒径可控 不适合对酸敏感物料 反应产酸 和食品物料 单体残存 包埋 第四节化学法微胶囊造粒技术 二 原位聚合法 一 原理利用一种单体在催化剂作用下发生聚合反应生成聚合物膜包埋芯材 实现芯材的微胶囊化 二 与界面聚合法区别1 单体和催化剂位于芯材液滴的内部或外部 形成聚合物不可溶 固体芯材原位聚合 单体和催化剂位于微胶囊介质中 第四节化学法微胶囊造粒技术 芯材为液体时 单体和催化剂位于芯材液滴的内部或位于微胶囊化的介质中 单体来源于微胶囊化介质 包括水 有机溶剂或气体 2 界面聚合由两种单体反应生成薄膜 它们分别位于芯材液滴内部和外部 分散相和连续相均是活性单体的库源 第四节化学法微胶囊造粒技术 3 反应类型 1 均聚反应 一种单体加成聚合形成高分子聚合物的反应 产物分子量超过一定 不溶于溶剂 2 共聚反应 两种单体加成聚合形成高分子聚合物的反应 3 缩聚反应 与界面聚合反应不同 由一种多官能团的单体或其低聚合度的预聚体自身缩合形成高分子聚合物的反应 第四节化学法微胶囊造粒技术 4 特点反应需使用催化剂 反应时间一般较长 控制聚合物沉积较困难 实际应用少 三 分子包囊法1 原理 利用 环糊精作为包囊介质 一种分子水平上形成的微胶囊 第四节化学法微胶囊造粒技术 2 环糊精性能含7个吡喃葡萄糖单元 分子具有立体结构 空腔外表面具有一定亲水性 空腔内部表现为非极性和疏水性 可利用其疏水性和空间体积匹配效应 与一定大小 形状和疏水性分子通过非共价相互作用形成稳定包埋物 有限溶解性 第四节化学法微胶囊造粒技术 2 制备微胶囊方法包囊物形成条件 水存在时 通过置换反应 非极性的分子置换由 环糊精非极性基团占据的水分子 1 环糊精水溶液中反应制备15 环糊精水溶液 70 加芯材溶液 降温冷却 沉淀析出 过滤干燥 第四节化学法微胶囊造粒技术 2 直接与 环糊精浆液混合芯材与固体 环糊精混合 加水调制成糊 搅拌干燥 3 芯材蒸汽通入 环糊精水溶液油性芯材蒸汽通入 环糊精水溶液反应 形成微胶囊 第四节化学法微胶囊造粒技术 3 特点芯材含量6 15 无味晶体状 可缓释 包埋均匀牢固 吸湿性低 便于长期保藏 缺点是对包埋分子大小要求较高 与空腔大小相近 原料价格较高 溶解度有限 四 辐射包囊法1 原理 第四节化学法微胶囊造粒技术 以聚乙烯醇或明胶为壁材 利用r 射线 x 射线或电子束进行辐照使壁材在乳浊液状态发生交联 形成球状实体胶囊 浸泡于芯材水溶液中吸收芯材 干燥得微胶囊产品 2 特点成型容易 胶囊大小50um以下 适合于水溶性芯材包埋 辐射要求高 推广应用难 第五节微胶囊造粒技术进展 一 纳米胶囊制备纳米胶囊 1 1000nm 具有独特性质 如药物纳米胶囊具有良好的靶向性和缓释作用 一 乳液聚合法1 原理在表面活性剂 乳化剂存在的条件下 利用机械搅拌或强烈振动方法将不溶于溶剂的单体分散于溶剂中形成乳浊液 利用引发剂引发聚合反应 关键 利用上述方法将单体和芯材分散到纳米级 第五节微胶囊造粒技术进展 2 体系组成 分散介质 水和有机溶剂 单体 乳化剂 引发剂 3 基本过程聚合反应在含芯材和增溶 单体 溶解 于胶束内部 单体的表面活性剂胶束之间进行 聚合反应引发后 胶束内单体迅速形成聚合物 同时胶束外单体扩散入胶束继续聚合 胶束外乳化剂亲水膜保证纳米胶束内聚合物胶粒稳定和均匀分散 第五节微胶囊造粒技术进展 二 糖玻璃胶囊化技术糖玻璃是结晶糖加热熔化经快速冷却后 转化为透明的非晶体 无定型玻璃态固体 影响熔融所需温度的因素