第二十五章功能性食品的加工技术 本章要点 膜分离技术的基本内容 微胶囊技术的基本内容 3.超临界流体萃取的原理和特点 4.超临界流体萃取剂的选择依据 5.超临界流体萃取技术在功能性食品中的应用 6.生物技术的研究内容及其在功能性食品中的应用 微粉碎和超微粉碎的方法和特点 8.分子蒸馏技术的基本内容 9.喷雾干燥及升华干燥的原理和特点 第一节膜分离技术 膜分离的基本概念 膜分离是一种使用半透膜的分离方法。用天然或人工合成的高分子薄膜,以外界能量或 化学位差为推动力,对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法 统称为膜分离法。 如果用膜把一个容器隔成两个部分,膜的一侧是水溶液,另一侧是纯水,或者膜的两侧 是浓度不同的溶液,则通常把小分子溶质透过膜向纯水侧移动、水分透过膜向溶液侧或浓溶 液侧移动的分离称为渗析或透析。如果仅溶液中的水分(溶剂)透过膜向纯水侧或浓溶液侧 移动,溶质不透过膜移动,这种分离称为渗透。 在制膜工业生产上有各种各样的膜以满足各种不同分离对象和分离方法的要求。根据膜 的材质,从相态上可分为固态膜和液态膜。从来源上可分为天然膜和合成膜,后者又可分为 无杋膜和有机膜。根据膜断面的物理形态,可将膜分为对称膜、不对称膜和复合膜。依照固 体膜的外形,可分为平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。按膜的功能,又可分为超滤膜 反渗透膜、渗析膜、气体渗透膜和离子交换膜。 膜性能对膜分离的应用和效果有较大影响。通常所称的膜性能是指膜的物化稳定性和膜 分离透过性。膜的物化稳定性主要是指膜的耐压性、耐热性、适用的p范围、化学惰性
1 第二十五章 功能性食品的加工技术 本章要点 1. 膜分离技术的基本内容 2. 微胶囊技术的基本内容 3. 超临界流体萃取的原理和特点 4. 超临界流体萃取剂的选择依据 5. 超临界流体萃取技术在功能性食品中的应用 6. 生物技术的研究内容及其在功能性食品中的应用 7. 微粉碎和超微粉碎的方法和特点 8. 分子蒸馏技术的基本内容 9. 喷雾干燥及升华干燥的原理和特点 第一节 膜分离技术 一、膜分离的基本概念 膜分离是一种使用半透膜的分离方法。用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或 化学位差为推动力，对双组分或多组分的溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和浓缩的方法， 统称为膜分离法。 如果用膜把一个容器隔成两个部分，膜的一侧是水溶液，另一侧是纯水，或者膜的两侧 是浓度不同的溶液，则通常把小分子溶质透过膜向纯水侧移动、水分透过膜向溶液侧或浓溶 液侧移动的分离称为渗析或透析。如果仅溶液中的水分（溶剂）透过膜向纯水侧或浓溶液侧 移动，溶质不透过膜移动，这种分离称为渗透。 在制膜工业生产上有各种各样的膜以满足各种不同分离对象和分离方法的要求。根据膜 的材质，从相态上可分为固态膜和液态膜。从来源上可分为天然膜和合成膜，后者又可分为 无机膜和有机膜。根据膜断面的物理形态，可将膜分为对称膜、不对称膜和复合膜。依照固 体膜的外形，可分为平板膜、管状膜、卷状膜和中空纤维膜。按膜的功能，又可分为超滤膜、 反渗透膜、渗析膜、气体渗透膜和离子交换膜。 膜性能对膜分离的应用和效果有较大影响。通常所称的膜性能是指膜的物化稳定性和膜 分离透过性。膜的物化稳定性主要是指膜的耐压性、耐热性、适用的 pH 范围、化学惰性
机械强度。膜的物化稳定性主要取决于构成膜的高分子材料。由于膜的多孔结构和水溶胀性 使膜的物化稳定性低于纯高分子材料的物化稳定性。膜的物化稳定性主要从膜的抗氧化性、 抗水解性、耐热性和机械强度等方面来评价。而膜的分离透过特性主要从分离效率、渗透通 量和通量衰减系数三个方面来评价。 对任何一种分离过程,总希望分离效率高,渗透通量大,实际上,通常分离效率高的膜 渗透通量小,而渗透通量大的膜,分离效率低。故在实际应用中需要在这二者之间寻求平衡。 常用的膜分离过程 1.微滤 微孔过滤是膜分离过程中最早产业化的。微孔过滤膜的孔径一般在0.02~10μm左右 但是在滤谱上可以看到,在微孔过滤和超过滤之间有一段是重叠的,没有绝对的界线 微孔过滤膜的孔径十分均匀,微孔过滤膜的空隙率一般可高达80%左右。因此,过滤 通量大,过滤所需的时间短。大部分微孔过滤膜的厚度在150μm左右,仅为深层过滤介质 的1/10,甚至更小。所以,过滤时液体被过滤膜吸附而造成的损失很小 微孔过滤的截留主要依靠机械筛分作用,吸附截留是次要的。 由醋酸纤维素与硝酸纤维素等混合组成的膜是微孔过滤的标准常用滤膜。此外,已商品 化的主要滤膜有再生纤维素膜、聚氯乙烯膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜、陶瓷膜 在实际应用中,褶叠型筒式装置和针头过滤器是微孔过滤的两种常用装置。 2.电渗析 电渗析是以电位差为推动力,利用离子交换膜的选择透过性,从溶液中脱除或富集电解 质。电渗析的选择性取决于所用的离子交换膜。离子交换膜以聚合物为基体,接上可电离的 活性基团。阴离子交换膜简称阴膜,它的活性基团常用胺基。阳离子交换膜简称阳膜,它的 活性基因通常是磺酸盐。离子交换膜的选择透过性,是由于膜上的固定离子基团吸引膜外溶 液中的异电荷离子,使它能在电位差或浓度差的推动下透过膜体,同时排斥同种电荷的离子 阻拦它进入膜内。因此,阳离子能通过阳膜,阴离子能通过阴膜 根据膜中活性基团分布的均一程度,离子交换膜大体上可以分为异相膜、均相膜及半均 相膜。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等是离子交换膜最常用的膜材料。性能最好的是用全氟磺 酸、全氟羧酸类型膜材料制备的离子交换膜。 电渗析用于水溶液中电解质的去除、电解质的浓缩、电解质与非电解质的分离和复分解 反应等领域。 3.反渗透 反渗透(又称髙滤)过程是渗透过程的逆过程,即溶剂从浓溶液通过膜向稀溶液中流动 正常的渗透过程按照溶剂的浓度梯度,溶剂从稀溶液流冋浓溶液。若在浓溶液侧加上压力, 当膜两侧的压力差ΔP达到两溶液的渗透压差Δπ时,溶剂的流动就停止,即达到渗透平衡。 当压力增加到ΔP>Δπ时,水就从浓溶液一侧流向稀的一侧,即为反渗透 1960年具有极薄皮层的非对称醋酸纤维素膜问世,使反渗透过程迅速地从实验室走向 工业应用。非对称分离膜的出现,也大大推动了其他膜过程的开发和工业应用。目前应用的 反渗透膜可分为非对称膜和复合膜两大类。前者主要以醋酸纤维素和芳香聚酰胺为膜材料 后者支撑体都为聚砜多孔滤膜,超薄皮层的膜材料都为有机含氮芳香族聚合物。反渗透膜的 膜材料必须是亲水性的。 20世纪90年代出现了纳滤膜分离过程。在前期的研究中,有人将其称为疏松的反渗透 膜,后来由于这类膜的孔径是在纳米范围,所以称为纳滤膜及纳滤过程。在滤谱上它位于反 渗透和超滤之间。纳滤特别适用于分离分子量为几百的有机化合物。它的操作压力一般不到 1 MPa
2 机械强度。膜的物化稳定性主要取决于构成膜的高分子材料。由于膜的多孔结构和水溶胀性 使膜的物化稳定性低于纯高分子材料的物化稳定性。膜的物化稳定性主要从膜的抗氧化性、 抗水解性、耐热性和机械强度等方面来评价。而膜的分离透过特性主要从分离效率、渗透通 量和通量衰减系数三个方面来评价。 对任何一种分离过程，总希望分离效率高，渗透通量大，实际上，通常分离效率高的膜， 渗透通量小，而渗透通量大的膜，分离效率低。故在实际应用中需要在这二者之间寻求平衡。 二、常用的膜分离过程 1. 微滤 微孔过滤是膜分离过程中最早产业化的。微孔过滤膜的孔径一般在 0.02～10μm 左右。 但是在滤谱上可以看到，在微孔过滤和超过滤之间有一段是重叠的，没有绝对的界线。 微孔过滤膜的孔径十分均匀，微孔过滤膜的空隙率一般可高达 80％左右。因此，过滤 通量大，过滤所需的时间短。大部分微孔过滤膜的厚度在 150μm 左右，仅为深层过滤介质 的 1/10，甚至更小。所以，过滤时液体被过滤膜吸附而造成的损失很小。 微孔过滤的截留主要依靠机械筛分作用，吸附截留是次要的。 由醋酸纤维素与硝酸纤维素等混合组成的膜是微孔过滤的标准常用滤膜。此外，已商品 化的主要滤膜有再生纤维素膜、聚氯乙烯膜、聚酰胺膜、聚四氟乙烯膜、聚丙烯膜、陶瓷膜 等。 在实际应用中，褶叠型筒式装置和针头过滤器是微孔过滤的两种常用装置。 2. 电渗析 电渗析是以电位差为推动力，利用离子交换膜的选择透过性，从溶液中脱除或富集电解 质。电渗析的选择性取决于所用的离子交换膜。离子交换膜以聚合物为基体，接上可电离的 活性基团。阴离子交换膜简称阴膜，它的活性基团常用胺基。阳离子交换膜简称阳膜，它的 活性基因通常是磺酸盐。离子交换膜的选择透过性，是由于膜上的固定离子基团吸引膜外溶 液中的异电荷离子，使它能在电位差或浓度差的推动下透过膜体，同时排斥同种电荷的离子， 阻拦它进入膜内。因此，阳离子能通过阳膜，阴离子能通过阴膜。 根据膜中活性基团分布的均一程度，离子交换膜大体上可以分为异相膜、均相膜及半均 相膜。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等是离子交换膜最常用的膜材料。性能最好的是用全氟磺 酸、全氟羧酸类型膜材料制备的离子交换膜。 电渗析用于水溶液中电解质的去除、电解质的浓缩、电解质与非电解质的分离和复分解 反应等领域。 3. 反渗透 反渗透(又称高滤)过程是渗透过程的逆过程，即溶剂从浓溶液通过膜向稀溶液中流动。 正常的渗透过程按照溶剂的浓度梯度，溶剂从稀溶液流向浓溶液。若在浓溶液侧加上压力， 当膜两侧的压力差ΔP 达到两溶液的渗透压差Δπ时，溶剂的流动就停止，即达到渗透平衡。 当压力增加到ΔP＞Δπ时，水就从浓溶液一侧流向稀的一侧，即为反渗透。 1960 年具有极薄皮层的非对称醋酸纤维素膜问世，使反渗透过程迅速地从实验室走向 工业应用。非对称分离膜的出现，也大大推动了其他膜过程的开发和工业应用。目前应用的 反渗透膜可分为非对称膜和复合膜两大类。前者主要以醋酸纤维素和芳香聚酰胺为膜材料； 后者支撑体都为聚砜多孔滤膜，超薄皮层的膜材料都为有机含氮芳香族聚合物。反渗透膜的 膜材料必须是亲水性的。 20 世纪 90 年代出现了纳滤膜分离过程。在前期的研究中，有人将其称为疏松的反渗透 膜，后来由于这类膜的孔径是在纳米范围，所以称为纳滤膜及纳滤过程。在滤谱上它位于反 渗透和超滤之间。纳滤特别适用于分离分子量为几百的有机化合物。它的操作压力一般不到 1 MPa
4.超滤 超滤也是一个以压力差为推动力的膜分离过程,其操作压力在0.1~0.5Ma左右 般认为超滤是一种筛孔分离过程。在静压差推动下,原料液中溶剂和小的溶质粒子从高压的 料液侧透过膜到低压侧,所得的液体一般称其为滤出液或透过液,而大粒子组分被膜拦住, 使它在滤剩液中浓度增大。这种机理不考虑聚合物膜化学性质对膜分离特性的影响。因此, 可以用细孔模型来表示超滤的传递过程。但是,另一部分人认为不能这样简单分析超滤现象。 孔结构是重要因素,但不是唯一因素,另一个重要因素是膜表面的化学性质。 超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料,以后还用聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙 烯、聚酰胺、聚乙烯醇等以及无机膜材料。超滤膜多数为非对称膜,也有复合膜。超滤操作 简单,能耗低 5.渗析 当把一张半透膜置于两种溶液之间时,会出现双方溶液中的大分子原地不动而小分子溶 质(包括溶剂)透过膜而互相交换的现象,称为透析 三、膜分离技术的应用 膜分离技术是一种在常温下无相变的高效、节能、无污染的分离、提纯、浓缩技术。这 项技术的特性适合功能食品的加工,在如下几个方面应用效果明显 1.在功能饮用水加工中的应用 饮料用水一般为软化无菌水,既可用电渗析、离子交换树脂软化,超滤除菌,也可用反 渗透一次完成软化除菌。近几年国内已出现纳滤膜,纳滤膜对二价离子的脱除率可达98% 左右,因此用纳滤膜来生产饮料用水更经济合理 用超滤可脱除矿泉水中的铁、锰等高价金属离子胶体、有机物胶体和细菌,用超滤作为 矿泉水的终端处理可防止矿泉水的混浊和沉淀,并能保证其卫生指标 用高脱盐率◇>95%)电渗析加超滤二步法或者用高脱盐率◇>95%)的反渗透一步法都可 达到饮用纯净水的标准。 高氟地区的饮用水会引起人的骨质疏松等多种疾病,用反渗透法可脱除90%以上的氟 而符合国家饮用水卫生标准 用脱气水浸泡大豆到饱和水分仅需2h,而自来水则需4~6h。用脱气水浸泡大豆还能 防止因脂肪氧化酶作用而生的豆腥味;用脱气水加工鱼、肉、香肠时,可减轻腥味,防止褐 变;用脱气水制造速溶茶,可提高提取率,缩短萃取时间 2在发酵及生物过程中的应用 用超滤和洗滤二次法可将酶浓缩10倍,纯度可从20%提高到90%以上。用超滤去除味 精生产中的微生物,并用反渗透回收漂洗水中的谷氨酸钠。可用超滤去除黄原胶中的色素和 蛋白质,并可将黄原胶从lPa·s浓缩到l8Pa·s。用反渗透法可使普通啤酒中乙醇含量 从3%降到0.1%。可用微滤去除酵母,保证生啤酒的感官指标和保质期。用反渗透法可将 普通葡萄酒中乙醇含量降到1%~2%。可用超滤去除低度白酒中的棕榈酸酯等,解决因低 温引起的混浊。超滤还可增加乙醇和水的缔合,使得口感柔和醇厚。用超滤去除上述酒中的 果胶、蛋白、多糖等大分子物质,解决由此产生的沉淀。用反渗透法可将赖氨酸、丝氨酸、 丙氨酸、脯氨酸、苏氨酸等浓缩二倍。用超滤可把固形物20%的血浆浓缩到30%。用超滤 生产的白酱油,可减少高价金属离子的含量,除去细菌和杂质,提高酱油对热和氧的稳定性 用超滤加工的食醋,清亮透明、无菌、无沉淀,并能改善风味 3.在果汁和饮料生产中的应用 可用超滤对果汁进行除菌、澄清、脱果胶及回收果汁中的果胶、蛋白酶等,也可用反渗 透对果汁进行浓缩,浓缩浓度可达20~25°Bκ。可用反渗透把速溶咖啡的固形物含量从8% 浓缩至35%:速溶茶可浓缩至20%左右。用超滤脱除罗汉果浸提液中的多糖、蛋白质等
3 4. 超滤 超滤也是一个以压力差为推动力的膜分离过程，其操作压力在 0.1～0.5 MPa 左右。一 般认为超滤是一种筛孔分离过程。在静压差推动下，原料液中溶剂和小的溶质粒子从高压的 料液侧透过膜到低压侧，所得的液体一般称其为滤出液或透过液，而大粒子组分被膜拦住， 使它在滤剩液中浓度增大。这种机理不考虑聚合物膜化学性质对膜分离特性的影响。因此， 可以用细孔模型来表示超滤的传递过程。但是，另一部分人认为不能这样简单分析超滤现象。 孔结构是重要因素，但不是唯一因素，另一个重要因素是膜表面的化学性质。 超滤膜早期用的是醋酸纤维素膜材料，以后还用聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙 烯、聚酰胺、聚乙烯醇等以及无机膜材料。超滤膜多数为非对称膜，也有复合膜。超滤操作 简单，能耗低。 5. 渗析 当把一张半透膜置于两种溶液之间时，会出现双方溶液中的大分子原地不动而小分子溶 质(包括溶剂)透过膜而互相交换的现象，称为透析。 三、 膜分离技术的应用 膜分离技术是一种在常温下无相变的高效、节能、无污染的分离、提纯、浓缩技术。这 项技术的特性适合功能食品的加工，在如下几个方面应用效果明显。 1.在功能饮用水加工中的应用 饮料用水一般为软化无菌水，既可用电渗析、离子交换树脂软化，超滤除菌，也可用反 渗透一次完成软化除菌。近几年国内已出现纳滤膜，纳滤膜对二价离子的脱除率可达 98％ 左右，因此用纳滤膜来生产饮料用水更经济合理。 用超滤可脱除矿泉水中的铁、锰等高价金属离子胶体、有机物胶体和细菌，用超滤作为 矿泉水的终端处理可防止矿泉水的混浊和沉淀，并能保证其卫生指标。 用高脱盐率(>95％)电渗析加超滤二步法或者用高脱盐率(>95％)的反渗透一步法都可 达到饮用纯净水的标准。 高氟地区的饮用水会引起人的骨质疏松等多种疾病，用反渗透法可脱除 90％以上的氟， 而符合国家饮用水卫生标准。 用脱气水浸泡大豆到饱和水分仅需 2 h，而自来水则需 4～6 h。用脱气水浸泡大豆还能 防止因脂肪氧化酶作用而生的豆腥味；用脱气水加工鱼、肉、香肠时，可减轻腥味，防止褐 变；用脱气水制造速溶茶，可提高提取率，缩短萃取时间。 2.在发酵及生物过程中的应用 用超滤和洗滤二次法可将酶浓缩 10 倍，纯度可从 20％提高到 90％以上。用超滤去除味 精生产中的微生物，并用反渗透回收漂洗水中的谷氨酸钠。可用超滤去除黄原胶中的色素和 蛋白质，并可将黄原胶从 1 Pa·s 浓缩到 18 Pa·s。用反渗透法可使普通啤酒中乙醇含量 从 3％降到 0.1％。可用微滤去除酵母，保证生啤酒的感官指标和保质期。用反渗透法可将 普通葡萄酒中乙醇含量降到 1％～2％。可用超滤去除低度白酒中的棕榈酸酯等，解决因低 温引起的混浊。超滤还可增加乙醇和水的缔合，使得口感柔和醇厚。用超滤去除上述酒中的 果胶、蛋白、多糖等大分子物质，解决由此产生的沉淀。用反渗透法可将赖氨酸、丝氨酸、 丙氨酸、脯氨酸、苏氨酸等浓缩二倍。用超滤可把固形物 20％的血浆浓缩到 30％。用超滤 生产的白酱油，可减少高价金属离子的含量，除去细菌和杂质，提高酱油对热和氧的稳定性； 用超滤加工的食醋，清亮透明、无菌、无沉淀，并能改善风味。 3.在果汁和饮料生产中的应用 可用超滤对果汁进行除菌、澄清、脱果胶及回收果汁中的果胶、蛋白酶等，也可用反渗 透对果汁进行浓缩，浓缩浓度可达 20～25 ºBx。可用反渗透把速溶咖啡的固形物含量从 8％ 浓缩至 35％；速溶茶可浓缩至 20％左右。用超滤脱除罗汉果浸提液中的多糖、蛋白质等
再用反滲透进行浓缩,其浓缩浓度为20~25°Bx 4在色素生产中的应用 用超滤可脱除焦糖色素中的有害成分亚铵盐及不愉快的味道。用超滤可脱除天然食用色 素水提取液中95%以上的果胶和多糖类物质,并可用反渗透法浓缩该浸提液至固含量20% 以上。色价保持率极高。 5在食用胶生产上的应用 用超滤可脱掉食用明胶中的色素及灰分,并把食用明胶的固含量浓缩至15%。用超滤 可脱掉果胶中的糖、酸、色素,其脱除率》98%,并可把果胶浓缩到固含量3.5%以上。 6.在蛋白质加工中的应用 用超滤法生产大豆分离蛋白,蛋白质截留率>95%,蛋白质回收率>93%,比传统的酸 沉淀法得率提高10%。用反渗透浓缩蛋清,固含量可从12%浓缩到20%:用超滤浓缩全蛋, 其固含量可从24%浓缩到42%。用超滤可从马铃薯淀粉加工废水、粉丝生产黄浆水、水产 品加工废水、大豆分离蛋白加工废水以及葡萄糖生产中回收蛋白。这样既充分利用了资源, 又符合环保的要求 7.在乳制品加工中的应用 用反渗透法浓缩牛奶,用于生产奶粉和奶酪,牛奶的固形物可浓缩到25%。亚洲人普 遍对乳糖过敏,用超滤法把牛奶中的乳糖脱除,并回收乳糖作工业原料。用超滤法可从干酪 乳清中回收并浓缩蛋白。 第二节微胶囊技术 、微胶囊的基本概念 1.微胶囊的定义 日常生活中人们对服用胶囊药物已经司空见惯,那是将药粉或药粒装填到可食性胶囊 中,便于吞服并避免了药的苦味和不良气味,这种胶囊已有一百多年历史了。如果将这种胶 囊缩小到直径只有5~200μm范围内,就是微胶囊。可以说,微胶囊就是指一种具有聚合物 壁壳的微型容器或包装物。包在微胶囊内的物质称为芯材,而外面的“壳”称为壁材:它们 必须是无毒无味及食品卫生法规所允许的材料,且在食品中的最终用量也应符合食品卫生法 的要求。一般来说,油溶性芯材应采用水溶性壁材,而水溶性芯材必须采用油溶性壁材。当 然这样小的胶囊不可能是装填的,于是人们发明了许多制造微胶囊的方法。微胶囊造粒技术 有时也被称为包埋技术。 2.微胶囊的构成 (1)芯材在食品工业生产中,凡食品中的必要成分或需要添加的材料,如要改变性 状并保持其特定性能,都可作为芯材,它是开发和应用微胶囊技术的目的物。 (2)壁材就是构成微胶囊外壳的材料,也有的称为“包衣”。食品微胶囊的壁材首先 应无毒,符合国家食品添加剂卫生标淮。它必须性能稳定,不与芯材发生反应,具有一定强 度,耐摩擦、挤压、耐热等性能。 最常用的壁材为植物胶、阿拉拍胶、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂等。其次是淀粉及其衍生 物,如各种类型的糊精、低聚糖。国外开发岀许多淀粉衍生物具有很好的乳化性、成膜性、 质密性,是很好的包埋香精的壁材。此外明胶、酪蛋白、大豆蛋白、多种纤维素衍生物也都 是很好的壁材
4 再用反渗透进行浓缩，其浓缩浓度为 20～25 ºBx。 4.在色素生产中的应用 用超滤可脱除焦糖色素中的有害成分亚铵盐及不愉快的味道。用超滤可脱除天然食用色 素水提取液中 95％以上的果胶和多糖类物质，并可用反渗透法浓缩该浸提液至固含量 20％ 以上。色价保持率极高。 5.在食用胶生产上的应用 用超滤可脱掉食用明胶中的色素及灰分，并把食用明胶的固含量浓缩至 15％。用超滤 可脱掉果胶中的糖、酸、色素，其脱除率>98％，并可把果胶浓缩到固含量 3.5％以上。 6.在蛋白质加工中的应用 用超滤法生产大豆分离蛋白，蛋白质截留率＞95％，蛋白质回收率＞93％，比传统的酸 沉淀法得率提高 10％。用反渗透浓缩蛋清，固含量可从 12％浓缩到 20％；用超滤浓缩全蛋， 其固含量可从 24％浓缩到 42％。用超滤可从马铃薯淀粉加工废水、粉丝生产黄浆水、水产 品加工废水、大豆分离蛋白加工废水以及葡萄糖生产中回收蛋白。这样既充分利用了资源， 又符合环保的要求。 7.在乳制品加工中的应用 用反渗透法浓缩牛奶，用于生产奶粉和奶酪，牛奶的固形物可浓缩到 25％。亚洲人普 遍对乳糖过敏，用超滤法把牛奶中的乳糖脱除，并回收乳糖作工业原料。用超滤法可从干酪 乳清中回收并浓缩蛋白。 第二节 微胶囊技术 一、微胶囊的基本概念 1.微胶囊的定义 日常生活中人们对服用胶囊药物已经司空见惯，那是将药粉或药粒装填到可食性胶囊 中，便于吞服并避免了药的苦味和不良气味，这种胶囊已有一百多年历史了。如果将这种胶 囊缩小到直径只有 5～200μm 范围内，就是微胶囊。可以说，微胶囊就是指一种具有聚合物 壁壳的微型容器或包装物。包在微胶囊内的物质称为芯材，而外面的“壳”称为壁材；它们 必须是无毒无味及食品卫生法规所允许的材料，且在食品中的最终用量也应符合食品卫生法 的要求。一般来说，油溶性芯材应采用水溶性壁材，而水溶性芯材必须采用油溶性壁材。当 然这样小的胶囊不可能是装填的，于是人们发明了许多制造微胶囊的方法。微胶囊造粒技术 有时也被称为包埋技术。 2.微胶囊的构成 （1）芯材 在食品工业生产中，凡食品中的必要成分或需要添加的材料，如要改变性 状并保持其特定性能，都可作为芯材，它是开发和应用微胶囊技术的目的物。 （2）壁材 就是构成微胶囊外壳的材料，也有的称为“包衣”。食品微胶囊的壁材首先 应无毒，符合国家食品添加剂卫生标淮。它必须性能稳定，不与芯材发生反应，具有一定强 度，耐摩擦、挤压、耐热等性能。 最常用的壁材为植物胶、阿拉拍胶、海藻酸钠、卡拉胶、琼脂等。其次是淀粉及其衍生 物，如各种类型的糊精、低聚糖。国外开发出许多淀粉衍生物具有很好的乳化性、成膜性、 质密性，是很好的包埋香精的壁材。此外明胶、酪蛋白、大豆蛋白、多种纤维素衍生物也都 是很好的壁材
3.微胶囊的形态 微胶囊因制作方法的不同有球型、椭球型、柱型、无定型等形状。但最多的是球型。它 们可以是单核的,也可以是多核的。微胶囊外壁可以是单层也可以是双层。对于挤压成型再 粉碎的产品则是无定型的。应用最广的喷雾干燥法微胶囊为表面有陷凹的球形,内部为众多 个不连续的球状芯 4.微胶囊芯材的释放 微胶囊芯材可在水中或其他溶剂中因壁材溶解而释放,这是最常见的释放方法,如喷雾 干燥法制造的粉末香精、粉末油脂。也有因温度升髙到壁材融化,外壳破坏而释放的,如膨 松剂中的酸性材料。也有因挤压摩擦破坏外壳而释放的。如口香糖中的甜味剂和香精。以上 几种是瞬时释放。即一旦外壳破坏,芯材立即释放出来。还有因壁材吸水膨胀形成半透膜而 使芯材逐渐渗透而缓慢释放的,这种释放直到内外渗透压平衡而停止。微胶囊的制造应根据 其用途、释放方式、芯材性质而选择相应的制造方法。 5.食品工业中常用的几种微胶囊化方法 微胶囊化方法大致可分为化学法、物理法和融合二者的物理化学法。具体方法可有20 余种。如喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法(又称沸腾床法)、真空蒸发沉积法、多孔离 心法、静电结合法、单凝聚法、复合凝聚法、油相分离法、挤压法、锐孔法、粉末床法、熔 融分散法、复相乳液法、界面聚合法、原位聚合法、分子包埋法、幅射包埋法等,其中,有 部分还停留在发明专利上,没有形成规模工业生产;部分已应用于医药工业、化学工业上。 真正可用于食品工业的微胶囊方法则需符合以下条件:能批量连续化生产,生产成本低。能 被食品工业接受,有成套相应设备可引用、设备简单,生产中不产生大量污染物、如含化学 物的废水。壁材是可食用的,符合食品卫生法和食品添加剂标准。使用微胶囊技术后确实可 简化生产工艺,提高食品质量。因此目前能在食品工业中应用的方法只有少数几种。 主要有喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法、分子包接法、水相分离法、油相分离法、 挤压法、锐孔法等八种方法,另外还有界面聚合法、原位聚合法、粉末床法。随着技术的改 进和设备的开发,今后会有更多的造粒技术走向成熟,投入使用 二、食品工业的微胶囊功能 在食品工业中应用最早、最广泛的微胶囊功能是物料形态的改变。即把液态原料固体化, 变成微细的可流动性粉末,除便于使用、运输、保存外,还能简化食品生产工艺和开发出新 型产品,如粉末香精就是固体饮料开发的前提,粉末的油脂的出现促成了许多方便食品的开 发,如咖啡伴侣、维生素强化奶粉等。 防止某些不稳定的食品原辅料挥发、氧化、变质。许多香精和香料精油化学性质不稳定, 易挥发或被氧化,维生素E、维生素C、高度不饱和的油脂(如DHA、EPA)等材料很易氧化而 失去功能,生产中又要求这些成分在食品中高度分散于易被氧化的环境中。微胶囊化就是解 决这一矛盾的最好方法。 控制芯材释放速度是微胶囊技术应用最广泛的功能之一。食品中有效成分需要控制释放 的例子很多。如在焙烤业中,某些膨松剂要求在面胚表面升温到某一程度,淀粉糊化和蛋白 质变性已具备了保气功能后再产气,而生成的气体形成气泡不会溢散。酸碱式膨松剂中的一 种(通常为酸性材料)应先制成微胶囊,待达到所需温度后再释放气体。日本有微胶囊化乙醇 保鲜剂,在密封包装中缓慢释放乙醇蒸汽以防止霉菌。还可以利用医药中的肠溶微胶囊技术 制某些活菌制品,改善肠道消化状态。中国传统豆腐生产中使用石膏可生产出细嫩的南豆腐, 就是利用了石膏的天然缓释Ca¨的功能;MgCl2没有缓释功能,但豆腐的风味更好,将MgCl2 微胶囊化后,就可以结合二者优点。 功能食品加工过程中可能产生不良气味,某些原料中也会含有难于去除的不良气味或去 除工艺复杂,还会破坏应有香气,此时可用微胶囊化方法解决,通常用β-环糊精为壁材的
5 3. 微胶囊的形态 微胶囊因制作方法的不同有球型、椭球型、柱型、无定型等形状。但最多的是球型。它 们可以是单核的，也可以是多核的。微胶囊外壁可以是单层也可以是双层。对于挤压成型再 粉碎的产品则是无定型的。应用最广的喷雾干燥法微胶囊为表面有陷凹的球形，内部为众多 个不连续的球状芯。 4. 微胶囊芯材的释放 微胶囊芯材可在水中或其他溶剂中因壁材溶解而释放，这是最常见的释放方法，如喷雾 干燥法制造的粉末香精、粉末油脂。也有因温度升高到壁材融化，外壳破坏而释放的，如膨 松剂中的酸性材料。也有因挤压摩擦破坏外壳而释放的。如口香糖中的甜味剂和香精。以上 几种是瞬时释放。即一旦外壳破坏，芯材立即释放出来。还有因壁材吸水膨胀形成半透膜而 使芯材逐渐渗透而缓慢释放的，这种释放直到内外渗透压平衡而停止。微胶囊的制造应根据 其用途、释放方式、芯材性质而选择相应的制造方法。 5.食品工业中常用的几种微胶囊化方法 微胶囊化方法大致可分为化学法、物理法和融合二者的物理化学法。具体方法可有 20 余种。如喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法(又称沸腾床法)、真空蒸发沉积法、多孔离 心法、静电结合法、单凝聚法、复合凝聚法、油相分离法、挤压法、锐孔法、粉末床法、熔 融分散法、复相乳液法、界面聚合法、原位聚合法、分子包埋法、幅射包埋法等，其中，有 一部分还停留在发明专利上，没有形成规模工业生产；部分已应用于医药工业、化学工业上。 真正可用于食品工业的微胶囊方法则需符合以下条件：能批量连续化生产，生产成本低。能 被食品工业接受，有成套相应设备可引用、设备简单，生产中不产生大量污染物、如含化学 物的废水。壁材是可食用的，符合食品卫生法和食品添加剂标准。使用微胶囊技术后确实可 简化生产工艺，提高食品质量。因此目前能在食品工业中应用的方法只有少数几种。 主要有喷雾干燥法、喷雾冻凝法、空气悬浮法、分子包接法、水相分离法、油相分离法、 挤压法、锐孔法等八种方法，另外还有界面聚合法、原位聚合法、粉末床法。随着技术的改 进和设备的开发，今后会有更多的造粒技术走向成熟，投入使用。 二、食品工业的微胶囊功能 在食品工业中应用最早、最广泛的微胶囊功能是物料形态的改变。即把液态原料固体化， 变成微细的可流动性粉末，除便于使用、运输、保存外，还能简化食品生产工艺和开发出新 型产品，如粉末香精就是固体饮料开发的前提，粉末的油脂的出现促成了许多方便食品的开 发，如咖啡伴侣、维生素强化奶粉等。 防止某些不稳定的食品原辅料挥发、氧化、变质。许多香精和香料精油化学性质不稳定， 易挥发或被氧化，维生素 E、维生素 C、高度不饱和的油脂(如 DHA、EPA)等材料很易氧化而 失去功能，生产中又要求这些成分在食品中高度分散于易被氧化的环境中。微胶囊化就是解 决这一矛盾的最好方法。 控制芯材释放速度是微胶囊技术应用最广泛的功能之一。食品中有效成分需要控制释放 的例子很多。如在焙烤业中，某些膨松剂要求在面胚表面升温到某一程度，淀粉糊化和蛋白 质变性已具备了保气功能后再产气，而生成的气体形成气泡不会溢散。酸碱式膨松剂中的一 种(通常为酸性材料)应先制成微胶囊，待达到所需温度后再释放气体。日本有微胶囊化乙醇 保鲜剂，在密封包装中缓慢释放乙醇蒸汽以防止霉菌。还可以利用医药中的肠溶微胶囊技术 制某些活菌制品，改善肠道消化状态。中国传统豆腐生产中使用石膏可生产出细嫩的南豆腐， 就是利用了石膏的天然缓释 Ca ++的功能；MgCl2 没有缓释功能，但豆腐的风味更好，将 MgCl2 微胶囊化后，就可以结合二者优点。 功能食品加工过程中可能产生不良气味，某些原料中也会含有难于去除的不良气味或去 除工艺复杂，还会破坏应有香气，此时可用微胶囊化方法解决，通常用β-环糊精为壁材的