【導(dǎo)讀】柑橘是世界第一大水果，其年產(chǎn)量約為10282萬噸。柑橘皮占整個柑橘果。而被放棄，造成嚴(yán)重的資源浪費和環(huán)境污染。具有開胃，止咳，治療便秘等保健功效，可代替合成色素被應(yīng)用到食品，飲料，化妝品等工業(yè)領(lǐng)域。本文章主要對廢棄的橘皮加以處理提取出橘皮色素，采用。不同方式對色素進(jìn)行干燥，并對干燥后的產(chǎn)品微膠囊化，提高其保存期限。實驗結(jié)果表明，橘皮色素最佳干燥條件為：60℃，真空干燥。最佳工藝條件為：明膠和微孔淀粉作為壁材，芯壁材比1：10，明膠濃度6％，包埋時間90分鐘，進(jìn)風(fēng)溫度160℃，出風(fēng)溫度80℃，此條件下包埋率最大，

　　

【正文】 品呈白色絮狀 粉末，大片粘連，粘壁現(xiàn)象較 嚴(yán)重；明膠和阿拉伯膠產(chǎn)品呈淡黃色絮狀粉末，有粘壁現(xiàn)象；明膠和微孔淀粉產(chǎn)品 呈淡黃色粉末，無粘壁現(xiàn)象；阿拉伯膠和微孔淀粉產(chǎn)品呈白色粉末狀，無粘壁現(xiàn)象；麥芽糊精和微孔淀粉及β =環(huán)糊精和微孔淀粉產(chǎn)品均呈淡黃色粉末狀，產(chǎn)品無粘壁現(xiàn)象； 綜合產(chǎn)品狀態(tài)，粘壁現(xiàn)象和包埋率考慮，明膠和微孔淀粉為最佳壁材。 %%%%%%%明膠明膠+阿拉伯膠 明膠+微孔淀粉阿拉伯膠+微孔淀粉 麥芽糊精+微孔淀粉β環(huán)糊精+微孔淀粉包埋率 圖 ： 不同壁材 對微膠囊化 包埋率 的影響 最佳芯壁材比例的選擇 保持其他因素恒 定 （微孔淀粉 ，明膠濃度 10%，包埋時間 90 分鐘，進(jìn)風(fēng)溫度 150℃ ，出風(fēng)溫度 80℃ ） ，按照不同比例用壁材明膠對色素進(jìn)行包埋。由圖 可見，隨著明膠和橘皮色素的比例的增加，包埋率也隨之增加，當(dāng)比例為 1:10 時包埋率達(dá)到最大，比例繼續(xù)增大 ，包埋率呈下降趨勢。這可能是大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 21 因為 明膠含量增加， 明膠溶液水分含量增大，影響對色素的吸附， 降低了壁材對芯材的包埋效果，從 而導(dǎo)致了色素微膠囊產(chǎn)品包埋率的降低。根據(jù)包埋率，壁材 和芯材最佳 比例為 1： 10。 %%%%%%%1:05 1:10 1:15 1:20 1:25芯壁材比例包埋率 圖 ： 芯壁材比例對微膠囊化 包埋率 的影響 最佳壁材濃度 的選擇 保持其他因素恒定（芯壁材比例 1:10，微孔淀粉 ，包埋時間 90 分鐘，進(jìn)風(fēng)溫度 150℃ ，出風(fēng)溫度 80℃ ），用不同濃度的明膠對色素進(jìn)行包埋。由圖 可知 ，當(dāng)明膠濃度增大時，包埋率呈顯著增加趨勢，在 6%時達(dá)到最大，此后隨著明膠濃度的增大，包埋率變化不大。這可能是因為含水量 較大 影響了色素的溶解，從而影響到微孔淀粉對色素的吸附，也影響到色素和明膠的結(jié)合，最終影響包埋率。 濃度達(dá)到 6%后， 明膠 對色素的包埋能力達(dá)到飽和 ， 此后 ，隨著濃度的提高，粘度增大，對噴霧干燥造成一定困難，噴霧過程中粘壁現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)品外觀 大小不均一。 因此，壁材明膠的最佳濃度為 6%。 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 22 %%%%%1% 3% 6% 9% 12% 15%明膠濃度包埋率 圖 ： 明膠濃度 對 微膠囊化 包埋率 的影響 最佳微孔淀粉含量的選擇 保持其他因素恒定（芯壁材比例 1:10，明膠濃度 6%，包埋時間 90 分鐘，進(jìn)風(fēng)溫度 150℃ ，出風(fēng)溫度 80℃ ），改變微孔淀粉含量進(jìn)行實驗。 由圖 可見，當(dāng)微孔淀粉含量增加時，包埋率呈現(xiàn)顯著增加的趨勢，在 時達(dá)到最大，此后包埋率隨微孔淀粉含量的增加變化不是很明顯。 原因：芯材橘皮色素為脂溶性物質(zhì)，壁材明膠為水溶性物質(zhì)，微孔淀粉為 半脂溶性半水溶性物質(zhì)。微孔淀粉的親脂基團(tuán)和親水基團(tuán)使色素和明膠更好地包埋在一起，在一定范圍內(nèi)，微孔淀粉含量的增加可以使包埋效果更好。當(dāng)含量超過 后則包埋率無明顯變化，說明色素已被完全包裹，再增加微孔淀粉含量，已無意義。因此，微孔淀粉最佳含量為 。 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 23 %%%%%%%%%% 1 2 3微孔淀粉含量（g）包埋率圖 ： 微孔淀粉含量對 微膠囊化 包埋率的影響 最佳包埋時間的選擇 保持其他因素恒定（芯壁材比例 1:10，明膠濃度 6%，微孔淀粉含量 ，進(jìn)風(fēng)溫度 150℃ ，出風(fēng)溫度 80℃ ），將明膠 和色素包埋不同時間。 2h 內(nèi)，包埋率隨時間增長而升高， 2h 后包埋率變化不大。原因：隨著包埋時間的延長，芯材與壁材包埋得更充分， 到 2h 包埋效果達(dá)到最好，此后延長時間包埋率基本不變，說明芯壁材已包埋充分，時間不再對其產(chǎn)生影響。因此，最佳包埋時間為 2h。 %%%%%1 2 3包埋時間（h）包埋率圖 ： 包埋時間對 微膠囊化 包埋率的影響 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 24 最佳進(jìn)風(fēng)溫度的選擇 保持其他因素恒定（芯壁材比例 1:10，明膠濃度 6%，微孔淀粉含量 ，包埋時間 90 為，較高的進(jìn)風(fēng)溫度有利于霧化后液滴表面外殼的迅速 形成，有利于芯材的包埋；但過高的溫度會因為水分的快速蒸發(fā)，導(dǎo)致微膠囊破裂的現(xiàn)象，從而降低了包埋 分鐘，出風(fēng)溫度 80℃ ），改變進(jìn)風(fēng)溫度進(jìn)行實驗。結(jié)果如圖 所示，當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度升高時，包埋率逐漸增大，到 160℃ 時最大，此后再升高溫度包埋率下降。這是因 率。因此，最佳進(jìn)風(fēng)溫度為 160℃ 。 %%%%%%%130 140 150 160 170進(jìn)風(fēng)溫度（℃）包埋率圖 ： 進(jìn)風(fēng)溫度對 微膠囊化 包埋率的影響 最佳出風(fēng)溫度的選擇 保持其他因素恒定（芯壁材比例 1:10，明膠濃度 6%，微孔淀粉含量 ，包埋時間 90 分 鐘 ，進(jìn)風(fēng)溫度 160℃ ），改變出風(fēng)溫度進(jìn)行實驗。結(jié)果如圖 所示，隨著出風(fēng)溫度的升高，產(chǎn)品包埋率增大， 80℃ 時達(dá)到最大，此后隨著出風(fēng)溫度升高，包埋率顯著降低。這是因為，出風(fēng)溫度高可以減少產(chǎn)品的干燥時間，可以迅速的形成完整緊密的微膠囊結(jié)構(gòu)。 但溫度太高，增發(fā)過度，會嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量，使得包埋率降低。因此，最佳出風(fēng)溫度為 80℃ 。 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 25 %%%%%%%%%%60 70 80 90 100出風(fēng)溫度（℃）包埋率圖 ： 出風(fēng)溫度對 微膠囊化 包埋率的影響 微膠囊 正交試驗 在綜合分析單因素實驗的結(jié)果和相關(guān)參考資料的基礎(chǔ)上，選取芯壁 材比例（ 1:8， 1:10， 1:12），明膠濃度（ 4%， 6%， 8%），微孔淀粉含量（ ， ，），包埋時間（ ， ， ）這 4 個因素 3 個水平進(jìn)行正交 實驗 [27]。正交實驗結(jié)果見表 。 正交實驗結(jié)果表明， 4 個因素中芯壁材比例對結(jié)果影響最為顯著，各因素對包埋率的影響大小順序為芯壁材比例＞明膠濃度＞微孔淀粉含量＞包埋時間。最優(yōu)工藝條件為 A2B3C2D2，即芯壁材比例為 1： 10，明膠濃度 8%，微孔淀粉含量 ，包埋時間 。此條件下，微膠囊產(chǎn)品包埋率 %。 表 ：正交試驗結(jié)果表 試驗號 A 芯壁材比例 B 明膠濃度 C 微孔淀粉量 D 包埋時間 包埋率 1 1 1 1 1 % 2 1 2 2 2 % 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 26 3 1 3 3 3 % 4 2 1 2 3 % 5 2 2 3 1 % 6 2 3 1 2 % 7 3 1 3 2 % 8 3 2 1 3 % 9 3 3 2 1 % K1 — K2 — K3 — k1 — k2 — k3 — R — 影響大小順序 ABCD 最優(yōu)工藝 A2B3C2D2 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 27 第四章 結(jié)論 ，安全性高，著色色調(diào)好，此外還具有一定的藥理功效和保 健作用。 橘皮色素 最佳干燥方式為真空干燥 60℃ ， 10h。此條件下干燥得到的色素呈黃色粉末狀， 狀態(tài)最佳。 ， 橘皮色素的最佳壁材為明膠和微孔淀粉，其中微孔淀粉做為輔助性壁材可以將色素和明膠更好的融合在一起。 微膠囊最佳工藝條件為：明膠和微孔淀粉做壁材，芯壁材比例為 1:10，微孔淀粉含量為 ，包埋時間，進(jìn)風(fēng)溫度 160℃ ，出風(fēng)溫度 80℃ 。 此條件下，得到的微膠囊產(chǎn)品包埋率最高，為 %。 ，在食品工業(yè)中其地位將越來越重要。經(jīng)過微膠囊化的色素顏色和狀態(tài)有所改變，其理化 性質(zhì)也會發(fā)生變化，礙于時間限制本試驗中沒有進(jìn)行研究， 后續(xù)實驗可對微膠囊產(chǎn)品的穩(wěn)定性，耐光性，耐熱性等進(jìn)行研究。 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 28 第五章 工廠設(shè)計 設(shè)計背景 項目名稱 年產(chǎn)量 5000 噸橘皮色素微膠囊化工廠 選題意義 隨著生活質(zhì)量的提高，合成色素對人體健康的危害越來越引起人們的注意。天然色素不僅 安全無毒害 , 而且具有一定的營養(yǎng)和保健作用 , 因此應(yīng)用天然色素替代合成色素是目前食品、飲料、化妝品等主流行業(yè)的發(fā)展趨勢。橘皮色素是一類應(yīng)用廣泛的天然色素 , 主要存在于橘子、柑、柚、甜橙 、酸橙、金橘、梔子等植物的果皮中 。 食品工業(yè)中橘皮色素主要用作食品著色劑，其色澤鮮艷，著色性好。 柑橘皮是一種可以再生的生物資源，在中國大部分未得到利用而被廢棄，造成很大的浪費，同時給環(huán)境造成了污染。橘皮公認(rèn)無毒且易收集，所以橘皮是提取色素的很好原料。柑橘黃皮層約占果質(zhì)量的 10％ ，富含精油和橘皮色素 ，從橘皮中提取色素，可以變廢為寶，提高柑橘的生產(chǎn)價值。橘皮 中色素含量高，提取方法簡便 [29]。 由于 天然 色素對光、熱及 pH 值的敏感性較高 , 易受到氧化、還原及微生物作用 , 使得 天然 色素在加工以及流通過程中 , 易 受外界條件的影響 , 發(fā)生氧化分解 ， 從而嚴(yán)重影響了天然色素的單位產(chǎn)品色價和保質(zhì)期。而作為天然色素加工過程中的重要一環(huán) , 干燥技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用則是解決這些問題的一個重要途徑 , 例如杜敏華等利用真空冷凍技術(shù)加工草莓果漿 , 大大降低了草莓色素及 VC 的損失率 , 較好地保存食品營養(yǎng)成分及色澤 ； 而金鋒等利用噴霧干燥技術(shù)對玉米色素進(jìn)行微膠囊化 , 得到了粉末狀的天然色素 , 有效地解決了其營養(yǎng)成分、天然風(fēng)味的加工、保存及再現(xiàn)等問題。 因此，考慮采用微膠囊的方式來來加工處理橘皮色素，來提高其穩(wěn)定性，延長保質(zhì)期，使其更廣泛的被應(yīng)用 到食品，化工，化妝品，染料等領(lǐng)域。 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 29 廠址選擇 身為營口人 ，愿意回到家鄉(xiāng)，建設(shè)家鄉(xiāng)，希望可以通過自己的一點努力讓家鄉(xiāng)更美好。營口地處渤海之濱，遼東灣畔，中國八大水系的遼河從這里奔流入海 ，是中國第一個對外開放口岸，是東北經(jīng)濟(jì)，金融，貿(mào)易和航運傳播中心?？紤]到化工廠 三廢排放和環(huán)境保護(hù)方面等問題，將廠房建在營口工業(yè)園區(qū) ，屬于郊區(qū)地帶 [30]。這里水質(zhì)良好，原材料充足，遠(yuǎn)離市中心可避免生產(chǎn)過程中給市民帶來的不變。附近還有幾家生產(chǎn)工業(yè)乙醇，明膠等化學(xué)試劑的工廠，此外，電力供應(yīng)較好，交通運輸方便 ，故廠址選擇可 滿足要求。 生產(chǎn)工藝流程 橘皮 色素 → 包埋 → 均質(zhì) → 噴霧干燥 物料衡算 原料 橘皮色素 ， 100%乙醇 ，明膠，微孔淀粉 ，去離子水 物料衡算 年產(chǎn)量 Q=5000t 全年生產(chǎn)天數(shù)： 25天 12個月 =300天 一天一班，則班產(chǎn)量 q(班 )=5000t/300=生產(chǎn)過程中的損失量： 均質(zhì) : 色素 6%； 明膠 6%； 微孔淀粉 6% 噴霧干燥： 色素 12%；明膠 12%；微孔淀粉 12% 班產(chǎn)量 q（班）為 ,16670kg,每班 工作 8小時 ⑴ 每小時產(chǎn)量為 M=16670/8=⑵ 噴霧干燥損失量為 12%，噴霧干燥前混合物為 M/（ 100%12%）=⑶ 色素：明膠 =1： :10，色素：微孔淀粉 =1:4，混合物 M中色素含量 M1為， 明膠 含量 M2=M1 10=，微孔淀粉含量 M3=M14=大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 30 ⑷ 均質(zhì)過程中色素?fù)p失 6%，則色素所需量為 m1=M1/(100%6%)=班；明膠損失量 6%， 明膠所需量 m2=M2/（ 100%6%） =；微孔淀粉損失量為 6%，微孔淀粉所需量 m3=M3/（ 100%6%） =⑸ 包埋過程中，色素與 100%乙醇比例 1:100,乙醇所需量 =m1 100= 100=134349L/班 ⑹ 包埋過程中，明膠濃度為 6%，則去離子水所需量=m2/6%= 物料衡算圖 橘皮色素 +100%乙醇 134349L+微孔淀粉 明膠 +去離子水 ↓ 混合 、 包埋 （ 1h） ↓ 均質(zhì)（ 20min） ↓ 噴霧干燥 ↓ 成品 表 物料平衡一覽表 序號 名稱 數(shù)量 /班 單位 1 橘皮色素 Kg 2 明膠 Kg 3 微孔淀粉 Kg 4 100%乙醇 134349 L 大連工業(yè)大學(xué) 2020屆本科生畢業(yè)論文 31 5 去離子水 L 設(shè)備選型 表 設(shè)備選型一覽表 序號 儀器設(shè)備名稱 型號 外形尺寸 （ mm） 數(shù)量 1 地式臺秤 JJ200Y 780 435 265 3 2 電熱恒溫水浴鍋 DK80 935 735 435 3 3 輔料鍋 DHG600 1500 1700