CN111588018A - 一种具有核壳结构的营养盐及其结晶制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以氯化钠为核心的核壳结构营养盐及其制备方法，将氯化钠加入55～80℃水中，配成饱和溶液；加入相对于氯化钠质量的3％～20％的一种或多种壳结构物质，恒温悬浮搅拌5～30分钟，搅拌速率为300～700转/分钟；减压蒸发，蒸发速率相对于初始总水量为1％～10％/h，时间为5～60h；蒸发总量不超60％；维持搅拌速率，恢复常压并恒温悬浮搅拌0.5～2h；经过滤、干燥，得到具有核壳结构的营养盐。壳结构质量占总质量的1％～10％。营养盐颗粒的平均圆度值在0.7以上，粒度范围100～1000微米，休止角为25°以下。实现在氯化钠粒子表面大剂量添加营养物质，工艺简单，成本低廉，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于化学工程工业结晶技术领域，具体涉及一种具有核壳结构的营养盐及其结晶制备方法。
背景技术
氯化钠(Sodium chloride)，是一种离子化合物，化学式NaCl，通常为无色立方结晶或细小结晶粉末，是食品领域应用最为广泛的一种调味料，俗称“食盐”。我国自2017年1月1日起开放食盐价格，取消食盐专营。这意味着食盐市场的竞争将日益激烈，开发精制高端食盐是提高产品竞争力的有效途径，这同时也是我国人民提高生活水平的强烈需求。以食盐粒子为载体，附加多种营养物质，如蛋白质、维生素、氨基酸等，从而形成具有多种营养功能的食盐，将比普通食盐具有更高营养价值，成为高端食盐的一种发展趋势。食盐是日常饮食不可或缺的调味料，因此相比于专门服用营养补品，将营养物质附加在食盐上摄入的方式更加简单高效，避免了专门服用各种营养补品所带来的繁琐操作，更容易达到长期稳定摄入营养物质的目的。利用营养盐来补充营养物质的方式将更受快节奏生活和需要补充多种营养物质等人群的青睐。
开发多功能营养盐的一个重要技术指标就是能够大剂量的添加营养物质。这是因为食盐的日摄入量低，常见的营养物质如蛋白质、维生素、氨基酸，通过附着在食盐上的方式来实现足量的营养摄入的前提，必须是提高营养物质在每个食盐粒子中的占比。这一要求导致多功能营养盐的开发难度很大：蛋白质、维生素、氨基酸等营养物质分子结构与氯化钠差别过大，无法形成共晶等形式的晶体粒子，只能采取物理包覆的形式，而传统的造粒包覆将显著提高工艺难度和造价成本，对于食盐这类售价较低的产品并不现实；同时蛋白质、维生素、氨基酸等营养物质容易粘附，在造粒过程中将导致食盐结块严重，粒度差异大，粒形丑陋不规则，营养物质分布极度不均匀，最终导致制备失败。由于以上难点，导致目前市面上所谓的高端盐基本以含有微量元素“海盐”为主，这极大的限制了“营养盐”这一高端食盐品类的深入开发和种类的多样化。
因此，目前亟需开发一种新技术来制备一种能够大剂量附着蛋白质、维生素、氨基酸等营养物质的食盐产品，实现粒度均匀，粒形规则，同时工艺简单，成本低廉，易于工业化生产。
发明内容
为了克服现有食盐难以大剂量添加营养物质的缺陷，填补技术空白，本发明提供了一种具有核壳结构的营养盐及其结晶制备方法。营养盐的特征是颗粒的核结构为氯化钠，壳结构为营养成分，壳结构质量占总质量的1％～10％；营养盐颗粒的平均圆度值在0.7以上，平均粒径100～1000微米，休止角为25°以下。
壳结构的营养成分为山楂提取物、白芸豆提取物、豌豆蛋白粉、杏仁蛋白粉、大米蛋白粉、玉米蛋白粉、大豆蛋白粉、维生素A、维生素D、天门冬氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、胱氨酸、酪氨酸中的一种或多种物质；多种混合没有比例要求。
本发明的具有核壳结构的营养盐结晶制备方法，包括如下步骤：
1)将氯化钠加入55～80℃水中，配成饱和溶液；
2)加入相对于氯化钠质量的3％～20％的一种或多种壳结构物质，恒温悬浮搅拌5～30分钟，搅拌速率为300～700转/分钟；
3)维持步骤2)的搅拌速率，减压蒸发，蒸发速率相对于初始总水量为1％～10％/h，蒸发持续时间为5～60h，蒸发总量不超过初始总水量的60％；
4)维持步骤3的搅拌速率，恢复常压并恒温悬浮搅拌0.5～2h；
5)经过滤、干燥，得到具有核壳结构的营养盐。
其中，干燥条件是温度30～60℃，常压条件下4～12h。
本发明提供的一种具有核壳结构的营养盐及其结晶制备方法，其创造性在于：
(1)实现在氯化钠粒子表面大剂量添加营养物质。其关键在于，在结晶过程中，通过控制蒸发速率维持在特定的过饱和度区间，使氯化钠晶体表面与溶剂之间产生不稳定界面，从而能够将大量营养物质牢固的粘附于氯化钠晶体表面，形成明显的核壳结构。见图1，其核结构为氯化钠，壳结构为营养物质。这一过饱和度区间需要通过氯化钠结晶的成核动力学与生长动力学来确定。氯化钠结晶中，在过饱和度较低时，成核速率慢与生长速率均慢，同时生长速率占优；随着过饱和度增高，两者的速率增加，成核速率增长幅度比生长速率增长幅度快，因此会在某个过饱和度临界点之后，成核速率占优。在这样一个规律下，不稳定界面的过饱和度区间的上限为成核速率转变为占优速率的过饱和度临界点，下限则需要通过大量的实验加以考察。最终确定了本技术方案中的过饱和度控制操作为“减压蒸发，蒸发速率为1％～10％/h(相对于初始总水量)，蒸发持续时间为5～60h(蒸发总量不超过初始总水量的60％)”。
(2)工艺简单，成本低廉，易于工业化生产。本技术方案仅通过调整原有的氯化钠结晶工艺参数即可实现，而无需额外的造粒装置。此优势保证了该技术的工业化可行性。
(3)壳结构中的营养物质可为一种或多种，从而实现单一或复合的营养功能。本技术方法所列举的蛋白质提取物、维生素、氨基酸可以单一附着或均匀混合后附着于氯化钠粒子表面，因此可以实现多品类、多营养功能的营养盐产品。
(4)营养盐粒子为球形颗粒，见图2，避免了结晶过程中的颗粒粘结和后期存储、运输、销售过程中的结块，且不需要添加抗结块剂。本技术方案中的氯化钠在结晶过程中能够形成球形的形状，由于球形颗粒之间的接触面积极小，因此可以避免了普通的立方体食盐在营养物质的高粘性下产生大量的负面的聚结。
对于本发明中的温度、蒸发速率、搅拌控制和营养物添加量，若超出参数设置范围，即温度过高或过低、蒸发速率过快或过慢，搅拌过弱或过强，则无法满足氯化钠晶体的不稳定界面的过饱和度区间、球形度不合格、营养物质大量粘附晶体导致制备失败等问题，无法制备获得目标包覆量、粒度和球形度。本发明方法中采用的温度、蒸发速率、搅拌控制和营养物添加量是综合考虑了营养物质添加量、粒度粒形控制、生产效率和经济效率的优化方案。
附图说明
图1：核壳结构营养盐横截面的电镜照片；
图2：核壳结构营养盐粒子外貌的电镜照片；
图3：核壳结构营养盐粒子堆的照片。
具体实施方式
以下将通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容作进一步的详细说明。但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
(1)将氯化钠加入到55℃水中，配成饱和溶液；
(2)加入相对于氯化钠质量3％的壳结构物质白芸豆提取物，恒温悬浮搅拌5分钟，搅拌速率为700转/分钟；
(3)维持搅拌速率为700转/分钟，减压蒸发结晶，蒸发速率为10％/h(相对于初始总水量)，蒸发持续5h；
(4)维持搅拌速率为700转/分钟，恢复常压并恒温悬浮搅拌0.5h，过滤；
(5)随后在温度60℃，常压条件下干燥4h，得到以球形氯化钠为核心，白芸豆提取物为壳层的核壳结构营养盐。
壳结构质量分数：1％；产品平均圆度值0.80；平均粒径119μm；休止角：25°。相比于普通食盐，该产品具有额外补充植物蛋白的功效。
实施例2
(1)将氯化钠加入到80℃水中，配成饱和溶液；
(2)加入相对于氯化钠质量20％的壳结构物质维生素D，恒温悬浮搅拌30分钟，搅拌速率为500转/分钟；
(3)维持搅拌速率为500转/分钟，减压蒸发结晶，蒸发速率为1％/h(相对于初始总水量)，蒸发持续60h；
(4)维持搅拌速率为500转/分钟，恢复常压并恒温悬浮搅拌2h，过滤，随后在温度30℃，常压条件下干燥12h，得到以球形氯化钠为核心，维生素D为壳层的核壳结构营养盐。
壳结构质量分数：10％；产品平均圆度值0.85；平均粒径782μm；休止角：20°。相比于普通食盐，该产品具有额外补充维生素的功效。
实施例3
(1)将氯化钠加入到70℃水中，配成饱和溶液；
(2)加入相对于氯化钠质量12％的壳结构物质色氨酸，恒温悬浮搅拌15分钟，搅拌速率为400转/分钟；
(3)维持搅拌速率为400转/分钟，减压蒸发结晶，蒸发速率为5％/h(相对于初始总水量)，蒸发持续10h；
(4)维持搅拌速率为400转/分钟，恢复常压并恒温悬浮搅拌1h，过滤，随后在温度40℃，常压条件下干燥10h，得到以球形氯化钠为核心，色氨酸为壳层的核壳结构营养盐。
壳结构质量分数：6％；产品平均圆度值0.74；平均粒径751μm；休止角：23°。相比于普通食盐，该产品具有额外补充氨基酸的功效。
实施例4
(1)将氯化钠加入到60℃水中，配成饱和溶液；
(2)加入相对于氯化钠质量的5％的壳结构物质，壳结构物质为山楂提取物和杏仁蛋白粉，山楂提取物和杏仁蛋白粉的质量比1:1，恒温悬浮搅拌5分钟，搅拌速率为600转/分钟；
(3)维持搅拌速率为600转/分钟，减压蒸发结晶，蒸发速率为8％/h(相对于初始总水量)，蒸发持续7h；
(4)维持搅拌速率为600转/分钟，恢复常压并恒温悬浮搅拌0.5h，过滤，随后在温度50℃，常压条件下干燥8h，得到以球形氯化钠为核心，山楂提取物和杏仁蛋白粉为壳层的核壳结构营养盐。
壳结构质量分数：2％；产品平均圆度值0.76；平均粒径328μm；休止角：24°。相比于普通食盐，该产品具有额外补充复合植物蛋白的功效。
实施例5
(1)将氯化钠加入到75℃水中，配成饱和溶液；
(2)加入相对于氯化钠质量16％的壳结构物质，壳结构物质为维生素A和维生素D，维生素A和维生素D的质量比1:1，恒温悬浮搅拌20分钟，搅拌速率为300转/分钟；
(3)维持搅拌速率为300转/分钟，减压蒸发结晶，蒸发速率为3％/h(相对于初始总水量)，蒸发持续20h；
(4)维持搅拌速率为300转/分钟，恢复常压并恒温悬浮搅拌1.5h，过滤，随后在温度30℃，常压条件下干燥12h，得到以球形氯化钠为核心，维生素A和维生素D为壳层的核壳结构营养盐。
壳结构质量分数：7.5％；产品平均圆度值0.82；平均粒径884μm；休止角：22°。相比于普通食盐，该产品具有额外补充复合维生素的功效。
实施例6
(1)将氯化钠加入到65℃水中，配成饱和溶液；
(2)加入相对于氯化钠质量8％的壳结构物质，壳结构物质为大豆蛋白粉、维生素D和谷氨酸，三种物质质量比为1:1:1，恒温悬浮搅拌10分钟，搅拌速率为500转/分钟；
(3)维持搅拌速率为500转/分钟，减压蒸发结晶，蒸发速率为7％/h(相对于初始总水量)，蒸发持续8h；
(4)维持搅拌速率为500转/分钟，恢复常压并恒温悬浮搅拌1h，过滤，随后在温度50℃，常压条件下干燥8h，得到以球形氯化钠为核心，大豆蛋白粉、维生素D和谷氨酸为壳层的核壳结构营养盐。
壳结构质量分数：4％；产品平均圆度值0.78；平均粒径465μm；休止角：23°。相比于普通食盐，该产品具有额外补充植物蛋白、维生素和氨基酸的功效。
本发明公开和提出的一种具有核壳结构的营养盐及其结晶制备方法，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变温度和搅拌等环节实现。本发明的方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和产品进行改动或适当的变更与组合，来实现本发明技术。特别需要指出的是，所有相似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明的精神、范围和内容中。
Claims (4)
1.一种具有核壳结构的营养盐，其特征是颗粒的核结构为氯化钠，壳结构为营养成分，壳结构质量占总质量的1％～10％；营养盐颗粒的平均圆度值在0.7以上，平均粒径100～1000微米，休止角为25°以下。
2.如权利要求1所述的营养盐，其特征是壳结构的营养成分为山楂提取物、白芸豆提取物、豌豆蛋白粉、杏仁蛋白粉、大米蛋白粉、玉米蛋白粉、大豆蛋白粉、维生素A、维生素D、天门冬氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、谷氨酸、胱氨酸或酪氨酸中的一种或多种物质；多种混合没有比例要求。
3.权利要求1的一种具有核壳结构的营养盐的结晶制备方法，其特征是包括如下步骤：
1)将氯化钠加入55～80℃水中，配成饱和溶液；
2)加入相对于氯化钠质量的3％～20％的一种或多种壳结构物质，恒温悬浮搅拌5～30分钟，搅拌速率为300～700转/分钟；
3)维持步骤2)的搅拌速率，减压蒸发，蒸发速率相对于初始总水量为1％～10％/h，蒸发持续时间为5～60h；蒸发总量不超过初始总水量的60％；
4)维持步骤3)的搅拌速率，恢复常压并恒温悬浮搅拌0.5～2h；
5)经过滤、干燥，得到具有核壳结构的营养盐。
4.如权利要求2所述的方法，其特征是：干燥温度30～60℃，常压条件下4～12h。
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