CN101288662A - 一种叶黄素微胶囊及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶黄素微胶囊及其制备方法。微胶囊的芯材是叶黄素，壁材为天然高分子壳聚糖或明胶、阿拉伯胶和抗氧化剂。工艺步骤：将叶黄素溶于有机溶剂，加入到含乳化剂和抗氧化剂的阿拉伯胶溶液中均质乳化，将乳化好的阿拉伯胶加入到壳聚糖或明胶溶液中凝聚成囊，固化以后用硬脂酸镁处理，干燥得分散性良好的微胶囊。该工艺制备的微胶囊的粒径在1－200μm之间。该工艺制备过程简单，制备条件温和，易于推广，制得的微胶囊分散性好，稳定性高，适合用于食品、保健品、饲料等行业。

Description

一种叶黄素微胶囊及其制备方法

技术领域

本发明涉及微胶囊制备工艺，尤其是运用复合凝聚法制备的叶黄素微胶囊及其制备方法。

背景技术

叶黄素属类胡萝卜素，是一种天然色素，其色泽鲜艳，着色力强，抗氧化性好，安全无毒害，具有丰富的营养价值。是一种广泛存在于蔬菜、花卉、水果和某些藻类植物中的天然物质，被广泛应用于食品、保健品、化妆品、医药、烟草和动禽类饲料等多个领域，参见王明晨等的“自万寿菊提取的叶黄素的抗氧化活性，诱变性/抗诱变性和分解/抗分解性”，食品和化学毒理学，2006，44：1522-1529(Mingchen Wang，Rong Tsao，ShanfengZhang，et al.Antioxidant activity，mutagenicity/anti-mutagenicity，andclastogenicity/anti-clastogenicity of lutein from marigold flowers[J].Food and Chemical Toxicology，2006，44：1522-1529)。

叶黄素是优异的天然抗氧化剂和无毒害的天然黄色素，不仅具有极强的着色力，还能强化添加食品的营养价值。将一定量的叶黄素添加到食品和饮料中，不仅预防肌肉退化症效果良好，而且可以预防和治疗老年性眼球视网膜黄斑退化引起的视力下降与失明，参见理查德·波恩等的“眼睛和血清中的叶黄素和玉米黄质与人类的饮食”，实验眼科研究，2000，71：239-245(Richard A.Bone，Johnt.Landrum，Zisca Dixon，et al.Lutein andZeaxanthin in the Eyes，Serum and Diet of Human Subjects[J].Experimental Eye Research，2000，71：239-245)，还可以预防细胞衰老和机体衰老，提高免疫系统功能，防止因肌体衰老而引发的心血管硬化，冠心病和肿瘤等疾病，参见吉恩·帕克等的“万寿菊提取物叶黄素抑制乳腺肿瘤作用的研究进展”，营养杂志，1998，128(10)：1650-1656(Jean Soon Park，Boon P.Chew，Teri S.Wong.Dietary Lutein from Marigold Extract Inhibits Mammary TumorDevelopment in BALB[J].The Journal of Nutrition，1998，128(10)：1650-1656.)。

叶黄素具有很强的抗氧化性，能够很好的保护皮肤免受阳光灼伤，通常加在营养补充剂或添加到各类护肤品中，减少人体受来自于电脑屏幕、电视屏幕的辐射和超量紫外线照射的损害，具有明显的防辐射，保护，滋润皮肤和抗衰老作用，参见张慧等人的“一种前景广阔的天然食品着色剂-叶黄素”，中国食品添加剂，2004，(5)：45-48。叶黄素作为着色力极强的天然色素已被大量应用于鸡饲料中，在动物饲料中添加叶黄素，有利于动物及禽类的中枢神经系统健康。食用了有叶黄素的动物及禽类进入人的食物链中，其中叶黄素对人体有良好的营养功能，抗病和保健作用，参见郭吉余等人的“饲料叶黄素的研究新进展”，广东饲料，1996，(6)：14-15。

目前用于商品化大量提取叶黄素产品的是万寿菊，参见罗伯塔·皮科卡格利亚等人的“不同品种的万寿菊中叶黄素和叶黄素酯的含量”，工业原料作物和产品，1998，8：45-51(Roberta Piccaglia，Mauro Marotti，Silvia Grandi.Lutein and lutein ester content in differenttypes of Tagetes patula and T.erecta[J].Industrial Crops and Products，1998，8：45-51)。万寿菊花中叶黄素均以酯形式存在，叶黄素酯需要转化为游离的叶黄素，才可以被身体代谢。由于叶黄素分子为高度不饱和结构，因此对热和紫外线不稳定。叶黄素的稳定性受诸多因素的影响，保存过程中的温度、光照、氧气及保护剂等因素对其稳定性有很大的影响。应避光、低温、真空保存，同时要添加一些保护剂，以降低叶黄素的氧化速率，增加叶黄素贮存、使用的有效期。叶黄素虽然在很多领域有广泛的应用，但是由于它不稳性，在储存、运输和使用中易于失效，限制了其使用。为了提高叶黄素的稳定性，易于储存和运输，将叶黄素运用微胶囊技术包裹起来，可以克服以上不足，可以扩大叶黄素的应用范围。

微胶囊技术是一种利用成膜材料把固体、液体或气体包覆使之形成微小粒子的技术。包在微胶囊内部的物质称为芯材，微胶囊外部的包覆膜称为壁材，它的种类繁多，在很大程度上决定着载药微囊的理化性质。近年来，可生物降解并可生物吸收的天然高分子材料受到普遍的重视并得到广泛的应用，这类材料稳定、无毒、成膜性或成球性较好，是最常用的壁材，其中主要包括多糖类和蛋白类，如壳聚糖、阿拉伯胶、明胶等。

壳聚糖作为自然界第二大天然高分子，以其独特的生物活性(生物相容性、生物降解性、抗菌性、无毒性等)和物理化学性质引起人们的重视。例如食品方面：以壳聚糖为原料的生物保健品不仅有利于人体肠内双歧杆菌的增殖，同时可抑制肠内有毒菌和腐败物质的生成，增加人体纤维素的质和量，提高免疫力；生物方面：阳离子壳聚糖溶液与阴离子藻酸溶液相互作用形成不溶于水的膜，可用于封入产生胰岛素的细胞。这种膜生物兼容性好，且能渗透细胞产物-胰岛素，将该产品移植到切除了肝脏的动物体内，可成功的控制血糖浓度；医学方面：壳聚糖能被广泛存在于生物体组织中的溶菌酶降解，生成的天然代谢物无毒且能被生物体完全吸收。因此用它作药物缓释材料比许多不能生成无毒天然代谢物的生物腐蚀型材料具有更大的优越性；参见朱启忠等的“壳聚糖及其应用”，资源发展与市场，2005，21(1)：45-51。

壳聚糖因为分子结构中含有游离氨基，能结合酸分子，是天然多糖中的唯一碱性多糖，壳聚糖溶于酸后，分子中胺基可与质子相结合，而使自身带正电荷。由于其分子结构中胺基活性基团的存在，其化学性质和溶解性质都大为改观，有很好的吸附性、成纤性、成膜性、通透性、吸湿性和保湿性，且无毒、无害，具有优良的生物相容性，易于生物降解，不污染环境等特点，十分适合作为微胶囊的壁材。

阿拉伯胶(Acacia Gum)是最为广泛应用的树胶，它是阿拉伯胶树因创伤或逆境引起的树干分泌物，在食品、医药、印染和造纸等各种工业中用途广泛。因阿拉伯胶结构上带有酸性基团，溶液的自然pH值也呈弱酸性，具有酸环境较稳定的特性。由于阿拉伯胶结构上带有部分蛋白质及结构外表的鼠李糖，使得阿拉伯胶有良好的亲水亲油性，是非常好的天然水包油型乳化稳定剂。阿拉伯胶还具有降低溶液表面张力的性质。阿拉伯胶的分子量虽大，但其溶解度却在各种多糖化合物中居首位，可达50％，阿拉伯胶在溶液中带负电。

明胶也是一种来源丰富的天然生物材料，属蛋白质，是两性聚电解质，有一定的等电点，在等电点以上带负电，等电点以下带正电，具有许多优良物性，是最早用作微胶囊的壁材之一，参见董春玲等“明胶-壳聚糖微胶囊过程的研究”，明胶科学与技术，1999，2：64-65。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然高分子包覆的叶黄素微胶囊及其制备方法。

发明概述

本发明微胶囊的芯材是叶黄素或叶黄素浸膏，壁材为天然高分子壳聚糖或明胶、阿拉伯胶和抗氧化剂。工艺步骤：将叶黄素溶于有机溶剂，加入到含乳化剂和抗氧化剂的阿拉伯胶溶液中均质乳化，将乳化好的阿拉伯胶加入到壳聚糖或明胶溶液中凝聚成囊，固化以后用硬脂酸镁处理，干燥得分散性良好的微胶囊。本发明制备的微胶囊的粒径为1-200μm。

发明详述

本发明的技术方案如下：

一种叶黄素微胶囊，芯材为叶黄素或叶黄素浸膏，壁材为壳聚糖或明胶，和阿拉伯胶；所述芯材与壁材的重量比可以为1∶1-5，壁材中壳聚糖或明胶与阿拉伯胶用量重量比1∶0.5-10。

上述壁材中还可以包含有抗氧化剂；抗氧化剂选自维生素C、维生素A或维生素E。

按照上述原料成份的所制得的微胶囊大小通常控制在1-200μm之间。

上述叶黄素微胶囊的制备方法，采用复合凝聚法制备，步骤如下：

(1)将叶黄素或叶黄素浸膏在常温下溶于有机溶剂中，制成0.3-0.6g/mL的叶黄素溶液，备用。

(2)配制壳聚糖的醋酸溶液，壳聚糖质量浓度为0.5％-3％wt，壳聚糖与醋酸的质量比为0.5-3∶1，或者将明胶溶于热水中配制浓度为1％-4％wt明胶溶液；将阿拉伯胶溶于水中配制浓度为1％-6％wt阿拉伯胶溶液，备用。

(3)向阿拉伯胶溶液中加入乳化剂搅拌均匀，再加入步骤(1)的叶黄素溶液，加入抗氧化剂，然后将混合液用均质机械均质成均匀的乳液。

(4)将步骤(3)均质乳化好的阿拉伯胶溶液加入到步骤(2)壳聚糖醋酸溶液中或明胶溶液中，在20℃-60℃温度下凝聚，调pH值至4-5，反应0.5h-3h，然后加入与该体系同体积的水稀释，停止加热，使体系温度降至室温，加入固化剂固化0.5h-3h，调pH值为7-10，继续搅拌0.5h-3h，然后沉降，用水洗涤微胶囊。

(5)将洗涤后的微胶囊与分散剂硬脂酸镁混合，使其分散均匀，然后真空干燥，将干燥好的微胶囊分散于水中，搅拌除去硬脂酸镁，然后过滤，干燥得分散性良好的叶黄素微胶囊。

前述的步骤(1)中有机溶剂可以是大豆油、花生油、芝麻油、菜籽油、棕榈油、调和油或无水乙醇。

步骤(3)中乳化剂为吐温-80或吐温-60，抗氧化剂可以是维生素C、维生素A或维生素E；均质机械可以是胶体磨、高速剪切乳化机、高压均质机或超声波粉碎机。

步骤(4)中固化剂可以是甲醛、戊二醛或香草醛。

以上乳化剂、抗氧化剂、固化剂、分散剂的加量可按现有技术。本发明不做特别限定。

本发明是利用复合凝聚法制备叶黄素微胶囊粉末，选用壳聚糖与阿拉伯胶、明胶与阿拉伯胶为复合壁材。微胶囊壁材成份都是天然高分子，不含对人体有害的成分，所设计的工艺路线简单，条件温和，易于实现。微胶囊化不仅使叶黄素从液态转化为固态，提高了叶黄素的稳定性，使其易于储存、运输和使用，并且具有了一定的水分分散性，可以扩大其在食品、饲料、医药等领域的应用。

用上述天然高分子作为囊壁材料对叶黄素进行包覆，不仅可以提高叶黄素的稳定性，而且不会影响叶黄素的应用范围；况且壳聚糖的加入可以与叶黄素产生协同作用，在不影响叶黄素的性质的同时还可以发挥壳聚糖的优良性质，从而比单纯使用叶黄素具有更大的优势。

本发明运用的壁材都是天然亲水性高分子，此类高分子的特点是溶胀性强，在干燥过程中容易粘结到一起，因此而使制备的微胶囊粘连严重，制备的微胶囊分散性不好，以前解决此问题的方法主要是将所制得的微胶囊在干燥之前进行喷雾干燥，但喷雾干燥设备费用较高，能耗比较大，而且由于温度高会使部分芯材分解。本发明针对此特点，对微胶囊用疏水性的硬脂酸镁进行了处理，避免了微胶囊的粘连，制备出的微胶囊分散性良好，既可以大大降低设备费用，又能够更好的保持叶黄素的活性。

根据本发明，能够使遇到热、氧、光易于分解的叶黄素，在室温、空气条件下长期而稳定的保存。因此，对于叶黄素的储存、运输和使用具有重要意义。此法制备的微胶囊适合于食品、保健品、饲料等领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但对本发明并没有限制。所有试剂浓度均为质量百分比浓度。所用原料均为市购，其中壳聚糖分子量为10-30万。

实施例1：

常温下将1g壳聚糖溶于50mL 1％的醋酸溶液中配制成2％的壳聚糖醋酸溶液；将2g阿拉伯胶溶于50mL水配制成4％的阿拉伯胶水溶液，向阿拉伯胶溶液中加入2mL吐温-80搅拌溶解，加入1g叶黄素，8000rpm均质乳化10min；将乳化好的乳液倒入壳聚糖溶液中，60℃凝聚，调pH为4.5，搅拌30min，加入100mL 60℃水稀释，停止加热，使温度降至室温，加25％戊二醛4mL固化1h；调体系pH值至7，继续搅拌30min；然后停止搅拌，沉降，用蒸馏水洗涤微胶囊，至上层液清澈为止，向其中加入3g硬脂酸镁，搅拌使其与微胶囊均匀混合，过滤，真空干燥，将干燥物放入水中搅拌除去硬脂酸镁，过滤，得干燥微胶囊。得到具有96μm平均粒径的微胶囊，叶黄素含量为15％。

实施例2：

常温下将1g壳聚糖溶于50mL 1％的醋酸溶液中配制成2％的壳聚糖醋酸溶液，向其中加入维生素C 0.1g；将3g阿拉伯胶溶于50mL水配制成6％的阿拉伯胶水溶液，向阿拉伯胶溶液中加入2mL吐温-80搅拌溶解，加入1g叶黄素，8000rpm均质乳化10min；将乳化好的乳液倒入壳聚糖溶液中，60℃凝聚，调pH为4.5，搅拌30min，加入100mL 60℃水稀释，停止加热，使温度降至室温，加25％戊二醛4mL固化1h；调体系pH值至7，继续搅拌30min；然后停止搅拌，沉降，用蒸馏水洗涤微胶囊，至上层液清澈为止，向其中加入4g硬脂酸镁，搅拌使其与微胶囊均匀混合，过滤，真空干燥，将干燥物放入水中搅拌除去硬脂酸镁，过滤，得干燥微胶囊。得到具有93μm平均粒径的微胶囊，叶黄素含量为23％。

实施例3：

常温下将0.5g壳聚糖溶于50mL 1％的醋酸溶液中配制成1％的壳聚糖醋酸溶液，向其中加入维生素C 0.1g；将2g阿拉伯胶溶于50mL水配制成4％的阿拉伯胶水溶液，向阿拉伯胶溶液中加入2mL吐温-80搅拌溶解，加入2g叶黄素，10000rpm均质乳化10min；将乳化好的乳液倒入壳聚糖溶液中，60℃凝聚，调pH为4.5，搅拌30min，加入100mL 60℃水稀释，停止加热，使温度降至室温，加40％甲醛溶液5mL固化1h；调体系pH值至7，继续搅拌30min；然后停止搅拌，沉降，用蒸馏水洗涤微胶囊，至上层液清澈为止，向其中加入2.5g硬脂酸镁，搅拌使其与微胶囊均匀混合，过滤，真空干燥，将干燥物放入水中搅拌除去硬脂酸镁，过滤，得干燥微胶囊。得到具有90μm平均粒径的微胶囊，叶黄素含量为25％。

实施例4：

常温下将0.25g壳聚糖溶于50mL 1％的醋酸溶液中配制成0.5％的壳聚糖醋酸溶液，向其中加入维生素C 0.1g；将2g阿拉伯胶溶于50mL水配制成4％的阿拉伯胶水溶液，向阿拉伯胶溶液中加入2mL吐温-80搅拌溶解，加入2g叶黄素，10000rpm均质乳化10min；将乳化好的乳液倒入壳聚糖溶液中，60℃凝聚，调pH为4.5，搅拌30min，停止加热，使温度降至室温，加25％戊二醛5mL固化1h；调体系pH值至9，继续搅拌30min；然后停止搅拌，沉降，用蒸馏水洗涤微胶囊，至上层液清澈为止，向其中加入2g硬脂酸镁，搅拌使其与微胶囊均匀混合，过滤，真空干燥，将干燥物放入水中搅拌除去硬脂酸镁，过滤，得干燥微胶囊。得到具有40μm平均粒径的微胶囊，叶黄素含量为10％。

实施例5：

常温下将1g明胶溶于50mL热水中配制成2％的明胶溶液，向其中加入维生素C 0.1g；将2g阿拉伯胶溶于50mL水配制成4％的阿拉伯胶水溶液，向阿拉伯胶溶液中加入2mL吐温-80搅拌溶解，加入2g叶黄素，10000rpm均质乳化10min；将乳化好的乳液倒入阿拉伯胶溶液中，维持温度为50℃，调pH为4.2，搅拌1h，停止加热，冰水浴使温度降至5-10℃，加25％戊二醛5mL固化1h；调体系pH值至9，继续搅拌30min；然后边搅拌边加入AlCl₃至出现沉降物为止，沉降，向其中加入3g硬脂酸镁，搅拌使其与微胶囊均匀混合，过滤，真空干燥，将干燥物放入水中搅拌除去硬脂酸镁，过滤，得干燥微胶囊。得到具有80μm平均粒径的微胶囊，叶黄素含量为21％。

实施例6：

常温下将0.75g壳聚糖溶于50mL 1％的醋酸溶液中配制成1.5％的壳聚糖醋酸溶液；将2g阿拉伯胶溶于50mL水配制成4％的阿拉伯胶水溶液，向阿拉伯胶溶液中加入2mL吐温-80搅拌溶解，加入2g叶黄素，0.2g维生素E，10000rpm均质乳化10min；将乳化好的乳液倒入壳聚糖溶液中，60℃凝聚，调pH为4.5，搅拌30min，加入100mL 60℃水稀释，停止加热，使温度降至室温，加25％戊二醛5mL固化1h；调体系pH值至7，继续搅拌30min；然后停止搅拌，沉降，用蒸馏水洗涤微胶囊，至上层液清澈为止，向其中加入3g硬脂酸镁，搅拌使其与微胶囊均匀混合，过滤，真空干燥，将干燥物放入水中搅拌除去硬脂酸镁，过滤，得干燥微胶囊。得到具有72μm平均粒径的微胶囊，叶黄素含量为20％。

Claims (8)

1.一种叶黄素微胶囊，其特征在于，芯材为叶黄素或叶黄素浸膏，壁材为壳聚糖或明胶，和阿拉伯胶；所述芯材与壁材的重量比可以为1∶1-5，壁材中壳聚糖或明胶与阿拉伯胶用量重量比1∶0.5-10；微胶囊粒径1-200μm。

2.如权利要求1所述的叶黄素微胶囊，其特征在于，壁材中还包含有抗氧化剂。

3.如权利要求2所述的叶黄素微胶囊，其特征在于，抗氧化剂是维生素C、维生素A、或维生素E。

4.一种叶黄素微胶囊粉末的制备方法，步骤如下：

(1)将叶黄素或叶黄素浸膏在常温下溶于有机溶剂中，制成高浓度为0.3-0.6g/mL的叶黄素溶液，备用；

(2)配制壳聚糖的醋酸溶液，壳聚糖浓度为0.5％-3％wt，或者将明胶溶于热水中配制浓度为1％-4％wt明胶溶液；将阿拉伯胶溶于水中配制浓度为1％-6％wt阿拉伯胶溶液，备用；

(3)向阿拉伯胶溶液中加入乳化剂搅拌均匀，再加入步骤(1)的叶黄素溶液，加入抗氧化剂，然后将混合液用均质机械均质成均匀的乳液；

(4)将步骤(3)均质乳化好的阿拉伯胶溶液加入到步骤(2)壳聚糖醋酸溶液中或明胶溶液中，在20℃-60℃温度下凝聚，调pH值至4-5，反应0.5h-3h，然后加入与该体系同体积的水稀释，停止加热，使体系温度降至室温，加入固化剂固化0.5h-3h，调pH值为7-10，继续搅拌一定时间0.5h-3h，然后沉降，用水洗涤微胶囊；

(5)将洗涤后的微胶囊与分散剂硬脂酸镁混合，使其分散均匀，然后真空干燥，将干燥好的微胶囊分散于水中，搅拌除去硬脂酸镁，然后过滤，干燥得分散性良好的叶黄素微胶囊。

5.如权利要求4所述的叶黄素微胶囊粉末的制备方法，其特征在于，步骤(1)中有机溶剂是大豆油、花生油、芝麻油、菜籽油、棕榈油或调和油。

6.如权利要求4所述的叶黄素微胶囊粉末的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中乳化剂是吐温-60或吐温-80。

7.如权利要求4所述的叶黄素微胶囊粉末的制备工艺，其特征在于，步骤(3)中均质机械是胶体磨、高速剪切乳化机、高压均质机或超声波粉碎机。

8.如权利要求4所述的叶黄素微胶囊粉末的制备工艺，其特征在于，步骤(4)中固化剂是甲醛、戊二醛或香草醛。