CN109876734B - 核壳球形液滴制备装置及核壳球形液滴制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核壳球形液滴制备装置及核壳球形液滴制备方法，其中核壳球形液滴制备装置包括数个贮液仓、喷头和驱动部件；数个贮液仓用于存储各待制备液体；喷头包括数根同轴的输液管，各输液管与对应的贮液仓连通，用以形成多层包覆的球形液滴；驱动部件用于控制各输液管内的待制备液体的流动速度。该核壳球形液滴制备装置及核壳球形液滴制备方法能够制备包覆多层核的核壳球形液滴产品，且可根据需要调节各层厚度，实现口感调节。

Description

核壳球形液滴制备装置及核壳球形液滴制备方法

技术领域

本发明涉及液体包覆技术领域，特别涉及核壳球形液滴制备装置及核壳球形液滴制备方法。

背景技术

随着市场对健康和营养食品的需求不断增加，全球食品和饮料的活性成分包裹市场的需求也在急剧增长。对于膏状体的活性成分可以采用制粒工艺来实现包裹，但对于液体状的食品药物等，制粒工艺无法对其进行包覆。目前，市场上常用的液体包覆技术是锐孔法，即采用滴液装置将液滴滴入固化液中，从而将液滴表面固化，形成固化膜，以包覆内部液滴。该方法虽然可以制备核壳球形液滴，但是该方法仅能包覆一种液体，对于形成多种混合口味的产品，只能将各液体混合后再进行包覆，也不方便调节混合组分中各成分的比例，影响口感。

发明内容

基于此，有必要提供一种核壳球形液滴制备装置及核壳球形液滴制备方法。该核壳球形液滴制备装置及核壳球形液滴制备方法能够制备包覆多层核的核壳球形液滴产品，且可根据需要调节各核层厚度，实现口感调节。

一种核壳球形液滴制备装置，包括数个贮液仓、喷头和驱动部件；

所述数个贮液仓用于存储各待制备液体；

所述喷头包括数根同轴的输液管，且各输液管均与对应的贮液仓连通；

所述驱动部件用于控制各输液管内的待制备液体的流动速度。

在其中一实施例中，任一相邻两输液管中，位于靠内的内层输液管的输出管均凸出于位于靠外的外层输液管的输出管。

在其中一实施例中，所述数根同轴的输液管中，沿所述输液管的中心轴线的方向，任一相邻两输液管的输出端之间的距离h≤r₂-r₁，其中，r₂为相邻两输液管中位于靠外的外层输液管的半径，r₁为相邻两输液管中位于靠内的内层输液管的半径。

在其中一实施例中，所述核壳球形液滴制备装置还包括光耦检测器，用于检测从所述喷头喷出的液滴的粒径。

在其中一实施例中，还包括固化池，所述固化池与所述喷头相对设置，用以在所述液滴表面形成固化膜。

采用上述壳核球形液滴制备装置制备核壳球形液滴的方法，包括以下步骤：

配制各待制备液体；

将配制的所述各待制备液体加入对应的贮液仓中；

调节所述驱动部件，控制各待制备液体在所述输液管中的流动速度。

在其中一实施例中，任一相邻两输液管中的所述待制备液体的流速满足以下公式：v₁/v₂＝(R^3-r³)/r³，其中，v₁表示位于靠外的外层输液管中待制备液体的流速，v₂表示位于靠内的内层输液管中待制备液体的流速，R为位于靠外的外层输液管的半径，r为位于靠内的内层输液管的半径。

在其中一实施例中，上述制备方法中还包括向所述固化池中加入固化液的步骤，且添加的所述固化液满足以下要求：

h≤1.5d，其中d表示从所述喷头喷出的液滴的直径，h表示所述喷头的最内层的输液管的输出管的端部和所述固化液的液面之间的垂直距离。

在其中一实施例中，所述固化液为质量百分含量为0.5％-2％的钙离子溶液；

最外层输液管中的所述待制备液体包含有质量百分含量为0.5％-2％的海藻酸钠溶液。

在其中一实施例中，所述待制备液体的绝对粘度大于或等于128cP。

上述核壳球形液滴制备装置通过设置具有数根同轴的输液管喷头，并使输液管与对应的贮液仓连通，如此可以通过各个输液管的作用，形成多层包覆的核壳结构液滴。且其还设置了驱动部件，以控制各输液管中液体的流动速度，进而可以控制所形成的核壳液滴的各层的厚度，实现产品结构的调节。

此外，上述核壳球形液滴制备装置无需球形模具倒膜即可制备球形颗粒产品，制备过程简单，无需较高的技术要求，生产成本较低，具有较高应用价值。

附图说明

图1为一实施例的核壳球形液滴制备装置的示意图；

图2中a为包括两根输液管的喷头的示意图及其仰视图，b为包括三根同轴输液管的喷头的示意图及其仰视图；

图3中图1所示的核壳球形液滴制备装置的喷头的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，并给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明一实施方式的核壳球形液滴制备装置10包括数个贮液仓101、喷头102和驱动部件103。其中，数个贮液仓101用于存储各待制备液体。贮液仓101的形状和大小无特别限定，优选各贮液仓大小相同，按形成的核壳球形液滴中对应层的顺序依次排列。例如：核壳球形液滴制备装置包括n个贮液仓，分别为第一贮液仓1011、第二贮液仓1012、第二贮液仓1013…第n贮液仓(未图示)，其中第一贮液1011仓用于贮藏形成壳核液滴的外层壳结构的液体，第二贮液仓1012用于贮藏形成与壳层相邻的第一核层的液体，第三贮液仓1013用于贮藏形成与第一核层相邻的第二核层的液体…第n贮液仓用于贮藏最内层的第n-1核层的液体，其中n为大于等于2的整数。

另外，可以在贮液仓101的仓壁上开设第一开口和第二开口，并在第一开口和第二开口处设置有与其吻合的管道，分别用于导入和导出贮液仓内的液体。此外，还可以在贮液仓内设置液面检测器，以监测贮液仓内液面情况，设置温度控制器，以控制贮液仓内液体的温度。

喷头102包括数根同轴的输液管，且各输液管均与对应的贮液仓101连通。图2中a为包括两根输液管的喷头的示意图及其仰视图，图2中b为包括三根同轴输液管的喷头的示意图及其仰视图。由于喷头102的多根输液管同轴，当液体从输液管中流出时，即可形成多层包覆的核壳液滴，且仅需控制输液管中液体的流动速度，即可实现各层厚度的调节，方便快捷。如图3所示，在一实施例中，喷头102包括三根同轴输液管，分别为第一输液管1021、第二输液管1022和第三输液管1023，其中第一输液管1021用于输送形成壳层的待制备液体，第二输液管1022用于输送形成第一核层的待制备液体，第三输液管1033用于形成第二核层的待制备液体。

为了保证所形成的壳核球形液滴内部具有较好的多层包覆结构，优选任一相邻两输液管中，位于靠内的内层输液管的输出管均凸出于位于靠外的外层输液管的输出管。更优选数根同轴的输液管中，沿输液管的中心轴线的方向，任一相邻两根输液管的输出端之间的距离h≤r₂-r₁，其中，r₂为相邻两根输液管中位于靠外的外层输液管的半径，r₁为相邻两根输液管中位于靠内的内层输液管的半径，以利于形成具有较好球形度的同心结构的核壳球形液滴。

喷头102可以采用可拆卸的方式进行连接，一方面方便根据需求更换不同直径的输液管，另一方面方便清洗，以防输液管被堵住而需整体拆除仪器。

此外，制备输液管的材料无特别限定，可以为不锈钢或橡胶树脂材料制备而成，优选在输液管内形成一层与待制备液体具有极性相反的涂层，以避免液体粘附而导致的拖尾。在一实施例中，输液管内壁具有疏水性表面。

驱动部件103为用于控制各输液管中液体流动速度的仪器，其设置位置和数目无特别限定，可以设置在贮液仓101内，也可以设置在靠近喷头102的位置。该驱动部件103可以为电动驱动部件，其具有控制面板，用于预设各个输液管内液体的流动速度。

另外，上述核壳球形液滴制备装置还可包括固化池104，固化池104与喷头102相对设置，用在从喷头102喷出的液滴的表面形成固化膜。可以根据所选择的固化方法来设置固化池中零部件。固化方法可以为固化液固化、光固化、温控固化等。在一实施例中，固化池中包含有固化液。在另一实施例中，固化液的液面满足以下公式：h≤1.5d，其中d表示从喷头喷出的液滴的直径，h表示喷头的最内层的输液管的输出管的端部和固化液的液面之间的垂直距离。固化液的种类无特别限定，其可为如氯化钙、乳酸钙等的钙离子溶液，也可以为琼脂糖、明胶、壳聚糖等聚合物。在一实施例中，固化液为质量百分含量为0.5％-2％的钙离子溶液。仅需在待制备液体中加入少量海藻酸盐，液滴进入固化液后，能够迅速固化，可以有效地防止由于溶液阻力的作用而导致液滴变形。此外，还可以在固化液中加入需要包裹的其他材料或辅料，以满足各类产品的需求，在此不做特别限定。

另外，上述核壳球形液滴制备装置10还可以包括光耦检测器105，用于检测从喷头102喷出的液滴的性质，例如：液滴的粒径、液滴的球形度等。该光耦检测器可以设置在喷头和固化池之间的区域，在此不做特别限定。

上述核壳球形液滴制备装置10通过设置具有数根同轴的输液管的喷头102，并使输液管与对应的贮液仓101连通，如此可以通过各个输液管的作用，形成多层包覆的核壳结构液滴。且上述核壳球形液滴制备装置还设置了驱动部件103，以控制各输液管中液体的流动速度，进而可以控制所形成的核壳液滴的各层的厚度，可以实现产品结构和口味调节。

此外，上述核壳球形液滴制备装置无需球形模具倒膜即可形成球形产品，制备过程简单，无需较高的技术要求，生产成本较低，应用价值较高。

本发明另一实施方式的采用上述壳核球形液滴制备装置制备核壳球形液滴的方法，包括以下步骤：

S101：配制各待制备液体。

各待制备液体可以为果汁、药液或液体状护肤品等，在此不做特别限定。为了避免制备多层核壳结构液滴中各层之间相互融合，优选待制备液体为粘度较高的液体，在一实施例中，待制备液体的绝对粘度大于或等于128cP，在另一实施例中，待制备液体的绝对粘度大于或等于2000cP。另外，优选各层待制备液体中溶质的质量百分含量接近，在一实施例中，相邻两层的待制备液体的溶质的质量百分含量之差为0-5％，以降低溶质的扩散作用。另外，相邻两层的待制备液体可以采用极性相反的溶剂，形成水包油或油包水的包覆结构，在此不做特别限定。

另外，待制备液体中还可加入如表面活性剂等的辅料，调节液滴的表面张力。且可以根据所采用的固化方法调节待制备液体或其辅料的种类和添加量，在一实施例中，最外层输液管中的待制备液体为质量百分含量为0.5％-2％的海藻酸钠溶液，固化液为0.5％-2％的钙离子溶液。如此可以迅速地在外层形成固化膜，包裹内部多层液体核层。

S102：将配制的各待制备液体加入对应的贮液仓中。

需要说明的是，可以根据所需形成的壳核球形液滴中各层的位置关系，将液体直接加入对应的贮液仓中，也可以先将液体加入贮液仓，再根据所需形成的核壳球形液滴的各层位置来调节贮液仓的位置，在此不做特别限定。

S103：调节驱动部件，控制各待制备液体在输液管中的流动速度。

由于输液管中液体流速不同，所形成的核壳液滴的各层厚度和形状存在差异，优选，任一相邻两输液管中的待制备液体的流速满足以下公式：v₁/v₂＝(R^3-r³)/r³，其中，v₁表示位于靠外的外层输液管中待制备液体的流速，v₂表示位于靠内的内层输液管中待制备液体的流速，R为位于靠外的外层输液管的半径，r为位于靠内的内层输液管的半径，以保证制得形状较好且均一的核壳球形液滴。在一实施例中，最外层所述输液管的半径为5mm-8mm。最外层输液管在上述范围内的液滴具有较好的球形度。在一实施例中，最外层所述输液管的半径为6mm。

上述核壳球形液滴制备方法仅需根据需要调节各贮液仓内待制备液体即可实现包覆多液体核层的产品的制备，可以有效地避免制备混合口味产品时，需要将各口味原料混合的问题，且上述方法仅需调节各层的流动速度即可实现所形成的核壳球形液滴中各层的厚度调节，进而实现口感调节，方便快捷，具有较高的应用价值。

此外，上述方法也仅需调节固化方法或固化液浓度即可实现所制得的核壳球形液滴产品的软硬程度，尤其适用于食品加工和药物制剂技术领域。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种壳核球形液滴制备装置制备包覆多层核的核壳球形液滴的方法，其特征在于，所述核壳球形液滴制备装置包括数个贮液仓、喷头和驱动部件；其中，所述数个贮液仓用于存储各待制备液体；所述喷头包括数根同轴的输液管，各输液管与对应的贮液仓连通，用以形成多层包覆的球形液滴；所述驱动部件用于控制各输液管内的待制备液体的流动速度；

其中，所述数根同轴的输液管中，沿所述输液管的中心轴线的方向，任一相邻两输液管的输出端之间的距离h≤r₂-r₁，其中，r₂为相邻两输液管中位于靠外的外层输液管的半径，r₁为相邻两输液管中位于靠内的内层输液管的半径；

最外层所述输液管的半径为5mm-8mm；

任一相邻两输液管中，位于靠内的内层输液管的输出管均凸出于位于靠外的外层输液管的输出管；

制备包覆多层核的核壳球形液滴的方法包括以下步骤：

配制各待制备液体；

将配制的所述各待制备液体加入对应的贮液仓中；

调节所述驱动部件，控制各待制备液体在所述输液管中的流动速度；

其中，待制备液体的绝对粘度大于或等于128cP，相邻两层的待制备液体的溶质的质量百分含量之差为0-5％；或相邻两层的待制备液体采用极性相反的溶剂；

任一相邻两输液管中的所述待制备液体的流速满足以下公式：v₁/v₂＝(R³-r³)/r³，其中，v₁表示位于靠外的外层输液管中待制备液体的流速，v₂表示位于靠内的内层输液管中待制备液体的流速，R为位于靠外的外层输液管的半径，r为位于靠内的内层输液管的半径。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述核壳球形液滴制备装置还包括光耦检测器，用于检测从所述喷头喷出的液滴的粒径。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括固化池，所述固化池与所述喷头相对设置，用以在所述液滴表面形成固化膜。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括向所述固化池中加入固化液的步骤，且添加的所述固化液满足以下要求：

h≤1.5d，其中d表示从所述喷头喷出的液滴的直径，h表示所述喷头的最内层的输液管的输出管的端部和所述固化液的液面之间的垂直距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述固化液为质量百分含量为0.5％-2％的钙离子溶液；

最外层输液管中的所述待制备液体包含有质量百分含量为0.5％-2％的海藻酸钠溶液。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述待制备液体的绝对粘度大于或等于2000cP。

7.一种用于制备包覆多层核的核壳球形液滴的核壳球形液滴制备装置，其特征在于,所述核壳球形液滴制备装置包括数个贮液仓、喷头和驱动部件；其中，所述数个贮液仓用于存储各待制备液体；所述喷头包括数根同轴的输液管，各输液管与对应的贮液仓连通，用以形成多层包覆的球形液滴；所述驱动部件用于控制各输液管内的待制备液体的流动速度；

其中，所述数根同轴的输液管中，沿所述输液管的中心轴线的方向，任一相邻两输液管的输出端之间的距离h≤r₂-r₁，其中，r₂为相邻两输液管中位于靠外的外层输液管的半径，r₁为相邻两输液管中位于靠内的内层输液管的半径；

最外层所述输液管的半径为5mm-8mm；

任一相邻两输液管中，位于靠内的内层输液管的输出管均凸出于位于靠外的外层输液管的输出管。

8.根据权利要求7所述的核壳球形液滴制备装置，其特征在于，所述喷头采用可拆卸的方式进行连接。

9.根据权利要求7所述的核壳球形液滴制备装置，其特征在于，所述核壳球形液滴制备装置还包括固化池，所述固化池与所述喷头相对设置，用以在所述液滴表面形成固化膜。

10.根据权利要求7所述的核壳球形液滴制备装置，其特征在于，所述核壳球形液滴制备装置还包括光耦检测器，用于检测从所述喷头喷出的液滴的粒径。

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