CN101972619B - 一种薄荷醇微胶囊的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及食品添加剂和生物活性物质控制释放的微胶囊装备技术领域，尤其涉及一种薄荷醇微胶囊的制备方法。一种薄荷醇微胶囊的制备方法，使用的原料为薄荷醇，壁材、乳化剂、交联剂、pH调节剂，其余为水。以薄荷醇为芯材，以壳聚糖为壁材，以单甘酯和吐温40为复合乳化剂，pH调节剂为10％的醋酸，溶液高压乳化后，加入改性淀粉交联，最后经喷雾干燥技术，制备出粉末状的薄荷醇微胶囊产品。本发明的发明目的在于提供一种工艺安全简单、成本低廉的薄荷醇微胶囊的制备方法，提高薄荷醇的稳定性耐热性，控制其释放过程，扩大其应用范围。

Description

一种薄荷醇微胶囊的制备方法

技术领域

本发明涉及食品添加剂和生物活性物质控制释放的微胶囊装备技术领域，尤其涉及一种薄荷醇微胶囊的制备方法。

背景技术

烟用香精香料是专供各种烟草制品加香矫味使用，在卷烟生产中，烟用香精香料内容丰富，品种繁多。其香气类型和香气风格在某种程度上决定着烟品的档次和品位。通常烟草在燃烧时会产生一些辛辣味道的有机物，如果在香烟中加入一些香精，就可以用香气来掩盖烟草燃烧过程中产生的辛辣味，使之在燃吸时产生良好烟气效果。

香精香料在卷烟燃烧前后会发生很大的变化，同时会和烟草中的致香成分混合后发生相长、相消作用。卷烟工艺技术中一般进行加香加料两个步骤，加香是以增加卷烟的香气，突出产品的风格为主，一般选择沸点不是很高的合成香料或单体天然香料，加香作为最后一道工艺之一，通常是加到整个配方烟草中，还具有赋予开启烟盒时有愉快的香味，它们往往比料剂的挥发性高很多，而且用量极小。而加料是以改善卷烟香味为主，并尽可能选择高沸点的合成香料或天然香料，加料通常是在早期初加工工序的烟叶片或烟叶中。

薄荷醇俗称薄荷脑，学名5-甲基-2-异丙基环己醇它是一种重要的有清凉感的化合物.薄荷醇有3个手性中心，共有8种立体异构体.其中左旋薄荷醇带有轻快的甜的刺激气味，有很强的清凉作用.是香烟中的一种重要加香材料。

然而薄荷醇易挥发，遇到光热易分解，影响薄荷醇的使用效果，如加到卷烟中后在卷烟燃烧过程中产生的高热把薄荷醇提前挥发出来，所以为保证所设计的卷烟香气丰满、厚实、谐调并具有特定的风格，保护薄荷醇的稳定性并增强留香能力是改善薄荷醇使用效果的关键所在。

薄荷醇经过微胶囊化后，可提高原有的性能，比如溶解性、反应性、耐热性、贮藏性等特性，能够贮存微细状态的芯材物质并在需要时释放出来。其作用主要体现在：1)使薄荷醇免受外界不良因素，如氧气、光线、高温、水汽、pH等的影响，大大提高耐氧、耐光和耐热的能力，从而增强稳定保护某些香味成分避免直接受热、光、温度等因素影响而引起的变质变味。2)降低挥发性、保香作用。易挥发的香精香料，经胶囊化后可抑制挥发、减少其在加工时的损失，降低了成本。食品或饮料中的天然香气成分经包埋后，其挥发性、氧化和热分解作用显著减缓、使香气持久、怡人。3)高温下的缓慢释放作用。薄荷醇经微胶囊化后，可对其释放时间和释放速率进行控制，使其在最佳条件下释放，达到卷烟抽吸过程高温下的控制释放效果。4)微胶囊化避免了在卷烟生产中因加工工艺造成的香料之间的相互反应。储存期间香料不会从颗粒香精中逸出而挥发散失，因而可长时间保留。

目前，香精香料的微胶囊化研究和开发技术虽已取得了一定的进展，且对某些食品、化妆品、日用品等中添加香精微胶囊得到缓释等方面取得了一定的效果，但在实际应用中仍然存在一些问题，如包埋产率和效率的问题，普遍存在所得微胶囊产品制备包埋率较低，精油载量低，微胶囊形态不规则，分散性不够等问题。

制备微胶囊的方法有很多，国内外现有报道的香精香料的微胶囊化方法有复凝聚相法、喷雾干燥法和分子包结法等，包囊材料有β-环糊精、明胶、阿拉伯胶、麦芽糊精、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠等。壳聚糖(Chitosan)是甲壳质经脱乙酰基而得到的一种天然阳离子多糖，具有可降解性、良好的成膜性、良好的生物相容性及一定的抗菌和抗肿瘤等优异性能，且原料易得，价格便宜。鉴于壳聚糖的诸多优良性能，近两年国内陆续有单位开展以壳聚糖作为食品微胶囊化的囊壁材料方面的研究，但普遍存在包埋率不高的问题，结果不是十分理想。

关于香精微胶囊包埋，国内外有很多报道，北京化工大学和清华大学孙爱兰等用壳聚糖作为壁材对柠檬醛、橙精油、玫瑰香精等进行了喷雾包埋，达到了香精香气释放速度减慢，留香时间增长的效果；朱丽云等人用壳聚糖和阿拉伯胶两种壁材通过复合凝聚喷雾法对香精进行了包埋并考察了其微胶囊的稳定性；葛艳蕊等利用界面聚合法，以脲醛树脂为壁材制备缓释型香精微胶囊的研究；Maria Ines Teixeira等对用喷雾干燥法对短链脂肪酸的包埋进行了研究；日本一守大学Wen-Chuan Hsieh a等以壳聚糖为壁材对香茅油进行了喷雾包埋。香精微胶囊化的专利也很多，但以壳聚糖为壁材，以改性淀粉为交联剂，先对香精进行交联包埋，而后进行喷雾干燥的技术方法未见报道。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种工艺安全简单、成本低廉的薄荷醇微胶囊的制备方法，提高薄荷醇的稳定性耐热性，控制其释放过程，扩大其应用范围。

本发明是通过下述技术方案解决上述技术问题的：一种薄荷醇微胶囊的制备方法，使用的原料为薄荷醇，壁材、乳化剂、交联剂、PH调节剂，其余为水。以薄荷醇为芯材，以壳聚糖为壁材，以单甘酯和吐温40为复合乳化剂，PH调节剂为10％的醋酸，溶液高压乳化后，加入改性淀粉交联，最后经喷雾干燥技术，制备出粉末状的薄荷醇微胶囊产品，具体制备步骤如下：

(1)改性淀粉的制备：以玉米淀粉为原料，高碘酸钠为氧化剂，玉米淀粉/高碘酸钠摩尔比为1∶(0.8-1.4)，高碘酸钠浓度为0.5-0.7M，反应温度35-45℃，盐酸控制pH为1.2-3.5，避光条件下磁力搅拌反应2-5小时，离心过滤，蒸馏水洗涤至溶液呈中性且无氯离子检出，得到改性淀粉；

(2)薄荷醇微胶囊的制备：

①将壳聚糖在水中浸泡溶胀过夜，形成质量分数为3-5％的透明壳聚糖溶液；

②将(1)得到的改性淀粉溶于热水，形成质量分数为6-8％的改性淀粉溶液；

③将单甘酯和吐温40按照2∶1的质量比作为复合乳化剂溶于水中，形成质量分数为1％-2.5％的复合乳化剂溶液；

④将薄荷醇溶于微量无水酒精中，按照于复合乳化剂1∶0.05-0.1的质量比添加到步骤③得到的复合乳化剂溶液中，在1000-1500rpm搅拌下形成均匀的芯材乳化液；

⑤将步骤①的壳聚糖溶液预热到40-50℃，边搅拌边加到步骤④得到的芯材乳化液中，高速搅拌得壳聚糖芯材乳化液；

⑥将步骤②的改性淀粉溶液预冷到40-50℃，边搅拌边加到步骤⑤中的壳聚糖芯材乳化液中。调整PH为4.1-4.6，在磁力搅拌器高速搅拌，搅拌速度为1500-2500rpm，交联5-8小时，形成均匀的微胶囊溶液，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：薄荷醇1-10％、壳聚糖3-5％，改性淀粉6-8％以及乳化剂0.1-0.5％；

⑦将步骤⑥所得的微胶囊溶液，经过10000-15000rpm、2-3min高速剪切乳化，然后进行喷雾干燥。

作为优选，所用壳聚糖为可溶性壳聚糖，脱乙酰度为80-90％。

作为优选，所用玉米淀粉为白色粉末，处理后得到改性淀粉，改性淀粉特征为：离子型为阴离子，外观为白色粉末，糊化温度62-70℃，糊化液稳定不分层。

作为优选，所用的吐温40为微黄色蜡状固体，HLB为15.5。

作为优选，所用的单甘酯为甘油脂肪酸酯，粉末状，HLB为5。

作为优选，微胶囊溶液经交联后，高速剪切乳化2-3min，再进行喷雾干燥；喷雾干燥参数为：进风口温度为180-190℃、出风口温度为80℃，常温下进料、流速为1.5-2L/h。

采用本发明的有益效果如下：

1、采用上述方法制得的薄荷醇微胶囊，其特点在于将薄荷醇加到壳聚糖乳化溶液中，在高速搅拌过程中，在乳化剂作用下，将水溶性壳聚糖迅速分散到薄荷醇表面，加入改性淀粉水溶液后，在此酸性条件下，改性淀粉的醛基与壳聚糖分子的氨基在薄荷醇表面进行聚合交联，形成薄荷醇微胶囊乳液。

2、本发明提供的薄荷醇微胶囊的制备方法成本低，工艺简单，符合环保和使用要求。所用的壳聚糖，来源广泛、价格低廉，是一种优良的生物材料，又具有良好的成膜性，是一种理想的壁材。

3、所用的单甘酯和吐温40对人体没有毒性，交联剂改性淀粉是天然淀粉经氧化制备得到，其结构上的醛基与壳聚糖反应后可以使微胶囊壁在高温下依然能够保持稳定的结构，芯材释放速率较为缓慢。

4、薄荷醇经微胶囊化后，可用于制造烟草薄片或直接加入烟丝中，也可加于卷烟的其他辅料如过滤嘴、卷烟纸和包装材料等方面，具有广泛的应用前景。

5、淀粉资源丰富，价格低廉，可以通过物理、化学的变性和生物降解制得性质各异、适用于不同应用领域的变性淀粉产品，并且淀粉比阿拉伯胶等其他材料价格低，来源丰富，降低了薄荷醇微胶囊的制备和使用成本。本实验通过高碘酸钠氧化得到的改性淀粉分子中含有许多易反应的醛基官能团，因而具有许多优良的特性，如溶解性、易交联、粘接力强、容易糊化等优点。改性淀粉易溶于水，并形成透明粘稠的液体，有良好的附着力和成膜性，是一种性能良好的呈弱酸性的天然阴离子高分子。

综上所述，本专利用壳聚糖作为囊壁材料，以改性淀粉为交联剂，对薄荷醇进行交联包埋，系统地探讨了壳聚糖浓度、改性淀粉浓度、芯壁比、PH、搅拌速度等因素对微胶囊化包埋效果的影响，经过实验确定了最佳工艺条件，制得了包埋率高、产品质量好的薄荷醇微胶囊。

具体实施方式

实施例1

一种薄荷醇微胶囊的制备方法，以薄荷醇为芯材，以壳聚糖为壁材，所用壳聚糖为可溶性壳聚糖，脱乙酰度为80％。以单甘酯和吐温40为复合乳化剂，所用的单甘酯为甘油脂肪酸酯，粉末状，HLB为5，所用的吐温40为微黄色蜡状固体，HLB为15.5。高压乳化后，加入改性淀粉交联，最后经喷雾干燥技术，制备出粉末状的薄荷醇微胶囊产品，具体制备步骤如下：

(1)改性淀粉的制备：以玉米淀粉为原料，所用玉米淀粉为白色粉末，处理后得到改性淀粉，改性淀粉特征为：离子型为阴离子，外观为白色粉末，糊化温度65℃，糊化液稳定不分层。高碘酸钠为氧化剂，玉米淀粉/高碘酸钠摩尔比为1∶1.1，高碘酸钠浓度为0.6M，反应温度40℃，盐酸控制pH为2.3，避光条件下磁力搅拌反应4小时，离心过滤，蒸馏水洗涤至溶液呈中性且无氯离子检出，得到改性淀粉；

(2)薄荷醇微胶囊的制备：

①将壳聚糖在水中浸泡溶胀过夜，形成质量分数为3％的透明壳聚糖溶液；

②将(1)得到的改性淀粉溶于热水，形成质量分数为7％的改性淀粉溶液；

③将单甘酯和吐温40按照2∶1的质量比作为复合乳化剂溶于水中，形成质量分数为2％的复合乳化剂溶液；

④将薄荷醇溶于微量无水酒精中，按照于复合乳化剂1∶0.07的质量比添加到步骤③得到的复合乳化剂溶液中，在1500rpm搅拌下形成均匀的芯材乳化液；

⑤将步骤①的壳聚糖溶液预热到40℃，边搅拌边加到步骤④得到的芯材乳化液中，高速搅拌得壳聚糖芯材乳化液；

⑥将步骤②的改性淀粉溶液预冷到40℃，边搅拌边加到步骤⑤中的壳聚糖芯材乳化液中。调整PH为4.4，在磁力搅拌器高速搅拌，搅拌速度为1500rpm，交联6小时，形成均匀的微胶囊溶液，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：薄荷醇3％、壳聚糖3％，改性淀粉7％以及乳化剂0.5％；

⑦将步骤⑥所得的微胶囊溶液，经过13000rpm、2min高速剪切乳化，然后进行喷雾干燥。喷雾干燥参数为：进风口温度为185℃、出风口温度为80℃，常温下进料、流速为1.5L/h。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为46.7％

实施例2

步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：壳聚糖4％，薄荷醇4％，交联温度为45℃，交联时搅拌速度为2000rpm。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为65.8％。

实施例3：步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：壳聚糖5％，薄荷醇5％，交联温度为50℃，交联时搅拌速度为2500rpm。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为50.8％。

实施例4：步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：薄荷醇1.5％，交联温度为50℃，交联时搅拌速度为2000rpm。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为67.1％。

实施例5：步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：壳聚糖4％，薄荷醇2％，交联时搅拌速度为2500rpm。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为77.4％。

实施例6：步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：壳聚糖5％，薄荷醇2.5％，交联温度为45℃。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为81.2％。

实施例7：步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：薄荷醇1％，交联温度为45℃，交联时搅拌速度为2500rpm。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为69.3％。

实施例8：步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：壳聚糖4％，薄荷醇1.3％，交联温度为50℃。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为82.9％。

实施例9：步骤与实施例1类似，区别在于，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：壳聚糖5％，薄荷醇1.7％，交联时搅拌速度为2000rpm。

经检测，所得薄荷醇微胶囊包埋率为70.4％。

该薄荷醇微胶囊的制备方法简便，通过乳化交联法制备薄荷醇微胶囊配方初选正交试验做对比：

采用四因素三水平正交试验(见表1)初选乳化交联法制备薄荷醇微胶囊的配方，以包埋率为响应值进行优化。四因素分别为：m(壁材)∶m(芯材)，壳聚糖浓度(％)，搅拌速度(rpm)，温度(℃)。薄荷醇的乳化条件为，在常温下乳化，乳化时间为10min，转速为1000-1500rpm，单甘酯∶吐温40为2∶1，体系中薄荷醇与乳化剂比例为1∶0.5-1。交联剂改性淀粉与壁材壳聚糖摩尔质量比为4-5∶1。经喷雾干燥，其参数进风口温度为180-190℃、出风口温度为80℃，常温下进料、流速为1.5-2L/h的条件下，得微胶囊粉末。以包埋率为评价指标，其结果见表2.

表1交联法制备薄荷醇微胶囊配方工艺实验因素水平表

表2薄荷醇微胶囊配方工艺实验结果

注：K1是针对结果中包埋率计算得到的值，其他类推。

表3方差分析表

从以上实验结果可知，对薄荷醇微胶囊工艺中的四个影响因素分析可知，囊材芯材比例影响最大，其次为壳聚糖浓度，温度和搅拌速度影响不显著。具体分析如下：淀粉经高碘酸钠氧化后的改性淀粉，结构上具有较多的活性醛基，有较强的结合壳聚糖上阳离子氨基的作用，因此发生交联，通过对壁材壳聚糖和交联剂改性淀粉的单因素实验可得出壳聚糖与改性淀粉配比为1∶2-2.5时，交联结构比较紧密，能较好的将薄荷醇包埋在内，使包埋的薄荷醇获得较强的缓释效果。在此配比下一开始随着壳聚糖浓度的增加，包埋率提高，而后当壳聚糖浓度达到4％以后，随着壳聚糖浓度增加包埋率反而下降。囊材芯材比例对微胶囊的包埋率影响显著，在一般情况下，随着囊材心材比例减小，即心材含量增加或囊材含量降低，在相同的乳化作用时间和搅拌速度下，薄荷醇分散于连续相中的颗粒直径增大，导致微胶囊直径变大，膜厚减小，壳聚糖分散于溶液中的含量降低，造成包埋率的下降。温度和搅拌速度对薄荷醇的微胶囊包埋影响均不显著，温度可以提高囊材的溶解性能，使乳化作用增强，整个体系黏度降低，利于成囊。但温度太高，香精容易从乳化液中挥发，使包埋率有所下降。搅拌速度则对微胶囊粒径大小起较大作用，搅拌速度增加，粒径相应变小，对微胶囊的包埋率影响不大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种薄荷醇微胶囊的制备方法，其特征在于，以薄荷醇为芯材，以壳聚糖为壁材，以单甘酯和吐温40为复合乳化剂，高压乳化后，加入改性淀粉交联，最后经喷雾干燥技术，制备出粉末状的薄荷醇微胶囊产品，具体制备步骤如下：

(1)改性淀粉的制备：以玉米淀粉为原料，高碘酸钠为氧化剂，玉米淀粉/高碘酸钠摩尔比为1∶0.8-1∶1.4，高碘酸钠浓度为0.5－0.7M，反应温度35－45℃，盐酸控制pH为1.2-3.5，避光条件下磁力搅拌反应2-5小时，离心过滤，蒸馏水洗涤至溶液呈中性且无氯离子检出，得到改性淀粉；

(2)薄荷醇微胶囊的制备：

①将壳聚糖在水中浸泡溶胀过夜，形成质量分数为3-5％的透明壳聚糖溶液；

②将(1)得到的改性淀粉溶于热水，形成质量分数为6-8％的改性淀粉溶液；

③将单甘酯和吐温40按照2∶1的质量比作为复合乳化剂溶于水中，形成质量分数为1％-2.5％的复合乳化剂溶液；

④将薄荷醇溶于微量无水酒精中，按照与复合乳化剂1∶0.05-0.1的质量比添加到步骤③得到的复合乳化剂溶液中，在1000-1500rpm搅拌下形成均匀的芯材乳化液；

⑤将步骤①的壳聚糖溶液预热到40-50℃，边搅拌边加到步骤④得到的芯材乳化液中，高速搅拌得壳聚糖芯材乳化液；

⑥将步骤②的改性淀粉溶液预冷到40-50℃，边搅拌边加到步骤⑤中的壳聚糖芯材乳化液中，调整pH为4.1-4.6，在磁力搅拌器中高速搅拌，搅拌速度为1500-2500rpm，交联5-8小时，形成均匀的微胶囊溶液，控制微胶囊乳化液最终的质量百分比为：薄荷醇1-10％、壳聚糖3-5％，改性淀粉6-8％以及乳化剂0.1-0.5％；

⑦将步骤⑥所得的微胶囊溶液，经过10000-15000rpm、2-3min高速剪切乳化，然后进行喷雾干燥。

2.如权利要求1所述的一种薄荷醇微胶囊的制备方法，其特征在于，所用壳聚糖为可溶性壳聚糖，脱乙酰度为80-90％。

3.如权利要求1所述的一种薄荷醇微胶囊的制备方法，其特征在于，所用玉米淀粉为白色粉末，处理后得到改性淀粉，改性淀粉特征为：离子型为阴离子，外观为白色粉末，糊化温度62-70℃，糊化液稳定不分层。

4.如权利要求1所述的一种薄荷醇微胶囊的制备方法，其特征在于，所用的吐温40为微黄色蜡状固体，HLB为15.5。

5.如权利要求1所述的一种薄荷醇微胶囊的制备方法，其特征在于，所用的单甘酯为甘油脂肪酸酯，粉末状，HLB为5。 

6.如权利要求1所述的一种薄荷醇微胶囊的制备方法，其特征在于，喷雾干燥参数为：进风口温度为180-190℃、出风口温度为80℃，常温下进料、流速为1.5-2L/h。