CN101857730A

CN101857730A - 一种通过复合凝聚法制备疏水物质为芯材的微胶囊化方法

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Publication number: CN101857730A
Application number: CN 201010207988
Authority: CN
Inventors: 张晓鸣; 张海洋; 吕怡; 倪悦; 夏书芹; 贾承胜
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2010-06-13
Filing date: 2010-06-13
Publication date: 2010-10-13
Anticipated expiration: 2030-06-13
Also published as: CN101857730B

Abstract

本发明涉及一种通过复合凝聚法制备疏水物质为芯材的微胶囊化方法。本方法工艺简单，成本较低，产品具有较高的包埋率。步骤包括：(1)称取一定比例的明胶和羧甲基纤维素，在热水中搅拌溶解。(2)按一定质量比例加入疏水性物质，高速分散2min形成乳状液。(3)45℃下恒温搅拌，用10％醋酸调节pH至4.4～4.8，反应5分钟。(4)冷却至15℃以下，调pH到6.0，加入谷氨酰胺转氨酶固化。(5)抽滤得到湿囊产品。经冷冻干燥或喷雾干燥可得干燥微胶囊产品。

Description

一种通过复合凝聚法制备疏水物质为芯材的微胶囊化方法

技术领域

本发明涉及食品和香精香料行业，特别涉及一种通过调节pH来引发复合凝聚反应，包埋芯材，制备微胶囊的技术。所选芯材为疏水性物质，可以是油溶性香精，如肉桂醛、甜橙油、薄荷油等，也可以是功能性物质：如鱼油、VE等。

背景技术

微胶囊化的作用主要有：(1)改善物质的物理性质，液态物质微胶囊化后可以变成固态粉末，便于贮藏和运输，也方便于添加到食品中。这对于通常呈油状，分散性差的疏水性物质是很重要的；(2)提高物质的稳定性，微胶囊技术将芯材与周围环境隔开，避免了光、氧气、温度等的影响，也避免了由于不同组分间的相互作用，失去其特有的性质而导致的产品品质劣变，保护了芯材。例如，肉桂醛遇光和热不稳定，在空气中易被氧化，鱼油和VE也极易被空气中的氧气氧化，降低其营养价值。采用微胶囊化技术可延缓其氧化速度，增强稳定性；(3)控制释放。将香精香料微胶囊化后，可根据需要在恰当的时间和恰当的位置以一定的速率进行释放。例如经微胶囊化的食用香精可以直到食用时才释放出来，不仅增加了风味，而且减少了加工过程中挥发性风味的损失，可以减少香精香料的使用量，节约成本，提高附加值；(4)屏蔽味道和气味。微胶囊化可以用于掩饰某些物质令人不愉快的味道或气味。例如可以减弱肉桂醛的浓烈香辛味，掩盖鱼油氧化后的鱼腥味，提高它们的可接受性。

目前微胶囊化的方法很多，有喷雾干燥法、喷雾冷凝法、挤压法、空气悬浮法、界面聚合法、相分离法、环糊精法和锐孔法等。喷雾干燥法工艺简单，生产成本低，是工业化较为成功的一种。但此类微胶囊的缺点在于当外壁略有破裂时，即会迅速全部释放芯材，不具备缓释效果，而且在湿度较大的环境中，其玻璃化的壁材容易溶胀破裂，释放内部芯材。因此若想得到在高温高湿下应用的微胶囊，必须采用特殊的微胶囊化方法。

复合凝聚法是相分离法的一种，是由组成壁材的两种高分子聚合物在适当的条件下，通过改变外部环境，如稀释或调节pH，使聚合物间由于静电相互作用形成复合凝聚相，沉积于芯材乳状液滴表面形成微胶囊的方法。

复合凝聚微胶囊技术具有微胶囊大小和载量可调范围广、包埋产率高的优点。最重要的是，复合凝聚微胶囊由于在制备过程中经过固化处理，囊壁形成了三维网状的刚性结构，能耐受高温、高湿的环境，并具有基于机械力或温度的控制释放及缓释能力。此外，微胶囊经喷雾干燥后能形成流动性很好的粉末产品，方便后续添加与应用，是一种极具特色又富有前景的微胶囊化方法。

目前的复合凝聚微胶囊技术多以明胶和阿拉伯胶为壁材，对其它壁材组合研究不多。阿拉伯胶是从金合欢树和阿拉伯胶树的树干分泌而来，由于该类植物产地的限制，使得阿拉伯胶只能依靠进口，价格较高，同时植物来源的特性使得其不同品牌、不同批次间差异较大，稳定性不高。而由于复合凝聚微胶囊技术是基于两种带相反电荷壁材间发生的静电相互作用，阿拉伯胶性质的改变将直接影响所得微胶囊的各方面性质。理论上带负电荷的高分子材料均可与带正电荷的明胶发生复合凝聚反应，有望成为复合凝聚微胶囊的壁材。本发明即基于此寻找能替代阿拉伯胶的新型微胶囊壁材。同时，当使用其它多糖取代阿拉伯胶与明胶组合制备微胶囊时，由于它们带有较多的负电荷，使得它们与明胶的比例往往低于阿拉伯胶，形成的复合凝聚物中明胶含量较高，相比明胶和阿拉伯胶制备的微胶囊，更易于凝胶化和硬化。

发明内容

本发明涉及一种通过复合凝聚技术制备疏水性物质为芯材的微胶囊化方法。该方法反应条件简单，操作方便，且壁材成本较低，易于工业化生产。

本发明的最大特点在于使用廉价的羧甲基纤维素取代了价格昂贵的阿拉伯胶，且羧甲基纤维素的用量远小于原阿拉伯胶用量。

一种通过复合凝聚法制备疏水性物质为芯材的微胶囊化方法，包含以下步骤：

(1)按照一定比例称取明胶和羧甲基纤维素，在热水中搅拌使其溶解，得到壁材溶液；

(2)精确称取一定质量的疏水性物质作为芯材，加入到上述壁材溶液中，高速分散均质得到均一的乳状液；

(3)恒温搅拌过程中，加酸调节pH至4.4～4.6，反应5分钟；

(4)冷却至15℃以下，调节pH至6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，在室温下固化4～6h；

(5)抽滤，得到湿微胶囊产品，再经干燥得到粉末状微胶囊产品。

所述的方法，其特征在于所述的明胶等电点为4.7～5.0。

所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中壁材溶液中明胶和羧甲基纤维素总的质量分数为1％。

所述的方法，其特征在于疏水性芯材为肉桂醛、甜橙油、鱼油、VE或者薄荷油中的一种，芯材与壁材的质量比为1∶2～2∶1。

所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中高速分散的转速为10000r/min，分散时间2～5min。

所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中的酸为盐酸、醋酸或硫酸，浓度为10％。

所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中恒温搅拌的速度为300～500r/min，温度为40～45℃。

所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中的冷却为冰浴冷却，冷却时间为0.5～1h。

所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中加入的固化剂是无毒的谷氨酰胺转氨酶，酶的用量以酶活标记，酶活为100U/g，其添加量为明胶质量的1/4～1/12。

所述的方法，其特征在于所述步骤(5)中微胶囊的干燥方法为冷冻干燥或者喷雾干燥。

与传统的明胶/阿拉伯胶复合凝聚法相比，本发明具有相当明显的优势：

(1)大大降低了壁材成本。原复合凝聚法的成本较高，主要源于阿拉伯胶产量较低，价格昂贵。本发明采用便宜易得的羧甲基纤维素代替阿拉伯胶，且羧甲基纤维素的用量较少，仅占壁材总质量的10～12.5％。这样壁材的总成本较明胶/阿拉伯胶微胶囊大大降低。

(2)市售的阿拉伯胶种类、规格较多，阿拉伯胶结构复杂，不同规格的阿拉伯胶参数不明确，性质相差很大，对微胶囊的生产条件影响较大。而羧甲基纤维素结构组成简单，参数与性质对应明确，有利于确定工艺条件，进行规模化生产。

(3)制备得到的微胶囊球形形态较好，粒径均一且分布易于控制，可制得粒径分布均匀的一系列微胶囊化产品，其粒径范围为20～150μm。同时微胶囊的产率、效率较高，可达97.01％和86.55％，产率大大高于明胶/阿拉伯胶微胶囊。

具体实施方式

下面结合具体例子，对本发明进行更具体的阐述。例子中的具体参数仅用于说明本发明而不用于限定范围，本领域内技术人员可以适当修改本发明参数。

美国专利2800457和2800458详细地描述了复合凝聚微胶囊的制备步骤。复合凝聚通常包括四个步骤：乳化，凝聚，成囊和固化。凝聚成囊的条件可以是稀释，也可以是调节pH。本发明采用后者。

实施例1

称取明胶7.2g，羧甲基纤维素0.8g，加800ml去离子水，在60℃水浴中搅拌溶解。称取8g肉桂醛，加入壁材溶液中，高速分散均质2分钟。分散机转速10000r/min。在45℃下恒温搅拌，搅拌速度400r/min。加入10％醋酸溶液调节pH至4.6，搅拌反应5分钟。使用冰水浴冷却至15℃以下。调节pHz至6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，酶活为100U/g，用量为明胶质量的1/4。常温中速搅拌4～6小时。

该条件下制备的微胶囊球形较好，壁膜光滑，粒径均一，能够很好地将芯材肉桂醛包埋于胶囊中。使用乙醇抽提-紫外分光光度法测得微胶囊产率为85.95％，效率为85.17％。微胶囊平均粒径为47.59μm。

实施例2

称取明胶7.2g，羧甲基纤维素0.8g，加800ml去离子水，在60℃水浴中搅拌溶解。称取16g肉桂醛，加入壁材溶液中，高速分散均质3分钟。分散机转速10000r/min。在45℃下恒温搅拌，搅拌速度400r/min。加入10％醋酸溶液调节pH至4.6，搅拌反应5分钟。使用冰水浴冷却至15℃以下。调节pH到6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，酶活为100U/g，用量为明胶质量的1/4。常温中速搅拌4～6小时。

与实施例1相比，该条件下制备的微胶囊中包埋的肉桂醛量大大增加。使用乙醇抽提-紫外分光光度法测得微胶囊产率为97.01％，效率为86.55％。

实施例3

称取明胶7g，羧甲基纤维素1g，加800ml去离子水，在60℃水浴中搅拌溶解。称取8g肉桂醛，加入壁材溶液中，高速分散均质2分钟。分散机转速10000r/min。在45℃下恒温搅拌，搅拌速度400r/min。加入10％醋酸溶液调节pH至4.4，搅拌反应5分钟。使用冰水浴冷却至15℃以下。调节pH到6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，酶活为100U/g，用量为明胶质量的1/4。常温中速搅拌4～6小时。

使用乙醇抽提-紫外分光光度法测得微胶囊产率为81.6％，效率为73.26％。明胶/羧甲基纤维素比例偏离最佳值后微胶囊的包埋率下降。

实施例4

称取明胶7.2g，羧甲基纤维素0.8g，加800ml去离子水。在60℃水浴中搅拌溶解。称取8g甜橙油，加入壁材溶液中，高速分散均质2分钟。分散机转速10000r/min。在45℃下恒温搅拌，搅拌速度400r/min。加入10％醋酸溶液调节pH至4.6，搅拌反应5分钟。使用冰水浴冷却至15℃以下。调节pH到6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，酶活为100U/g，用量为明胶质量的1/8。常温中速搅拌4～6小时。

实施例5

称取明胶7.2g，羧甲基纤维素0.8g，加800ml去离子水。在60℃水浴中搅拌溶解。称取8g鱼油，加入壁材溶液中，高速分散均质2分钟。分散机转速10000r/min。在45℃下恒温搅拌，搅拌速度400r/min。加入10％硫酸溶液调节pH至4.6，搅拌反应5分钟。使用冰水浴冷却至15℃以下。调节pH到6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，酶活为100U/g，用量为明胶质量的1/12。常温中速搅拌4～6小时。

实施例6

称取明胶7.2g，羧甲基纤维素0.8g，加800ml去离子水。在60℃水浴中搅拌溶解。称取8gVE，加入壁材溶液中，高速分散均质2分钟。分散机转速10000r/min。在45℃下恒温搅拌，搅拌速度400r/min。加入10％盐酸溶液调节pH至4.6，搅拌反应5分钟。使用冰水浴冷却至15℃以下。调节pH到6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，酶活为100U/g，用量为明胶质量的1/4。常温中速搅拌4～6小时。

实施例7

称取明胶7.2g，羧甲基纤维素0.8g，加800ml去离子水。在60℃水浴中搅拌溶解。称取16g薄荷油，加入壁材溶液中，高速分散均质5分钟。分散机转速10000r/min。在45℃下恒温搅拌，搅拌速度400r/min。加入10％醋酸溶液调节pH至4.6，搅拌反应5分钟。使用冰水浴冷却至15℃以下。调节pH到6.0，加入谷氨酰胺转氨酶，酶活为100U/g，用量为明胶质量的1/4。常温中速搅拌4～6小时。

Claims

1.一种通过复合凝聚法制备疏水物质为芯材的微胶囊化方法，包含以下步骤：

(1)按一定比例称取明胶和羧甲基纤维素，在热水中搅拌使其溶解，得到壁材溶液；

(2)精确称取一定质量的疏水性物质，加入到上述壁材溶液中，高速分散均质得到均一的乳状液；

(3)恒温搅拌过程中，加酸调节pH至4.4～4.6，反应5分钟；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的明胶等电点为4.7～5.0。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)中壁材溶液中明胶和羧甲基纤维素总的质量分数为1％。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的疏水物质芯材为肉桂醛、甜橙油、鱼油、VE或者薄荷油中的一种，芯材与壁材的质量比为1∶2～2∶1。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)中高速分散的转速为10000r/min，分散时间2～5min。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中的酸为盐酸、醋酸或硫酸，浓度为10％。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(3)中恒温搅拌的速度为300～500r/min，温度为40～45℃。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中的冷却为冰浴冷却，冷却时间为0.5～1h。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(4)中加入的固化剂是无毒的谷氨酰胺转氨酶，酶的用量以酶活标记，酶活为100U/g，其添加量为明胶质量的1/4～1/12。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(5)中微胶囊的干燥方法为冷冻干燥或者喷雾干燥。