CN102613298A

CN102613298A - 一种月桂酸单甘油酯微胶囊及其制备方法和应用

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Publication number: CN102613298A
Application number: CN2012101130376A
Authority: CN
Inventors: 冯凤琴; 李想; 张辉; 杜鹃; 宋飞
Original assignee: Hangzhou Kangyuan Food Science & Technology Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Current assignee: Hangzhou Kangyuan Food Science & Technology Co Ltd; Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-04-17
Filing date: 2012-04-17
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2032-04-17
Also published as: CN102613298B

Abstract

本发明公开了一种月桂酸单甘油酯微胶囊及其制备方法和应用，该制备方法包括：将月桂酸单甘油酯和乳化剂溶于60-70℃的水中，得到溶液A；将壁材溶于60-70℃的水中，得到溶液B；将溶液A和溶液B趁热混合，搅拌，得到乳状液；将乳状液进行均质、喷雾干燥，制得月桂酸单甘油酯微胶囊；其中，所述的乳化剂为蔗糖酯、大豆磷脂和脂肪酸单甘油酯中的至少一种；所述的壁材为麦芽糊精和高分子化合物的混合物。本发明方法简单实用，可控制性强，对芯材微胶囊化效率较高；所制得的月桂酸单甘油酯微胶囊具有良好的流动性、溶解分散性及口感，且抑菌效果没有显著降低，可应用于婴幼儿配方粉，起增强免疫、抗感染的作用。

Description

一种月桂酸单甘油酯微胶囊及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及食品添加剂领域，尤其涉及一种月桂酸单甘油酯微胶囊及其制备方法和应用。

背景技术

月桂酸单甘油酯(Glycerol Monolaurate，简称GML)，化学名为2，3-二羟基丙醇十二酸酯，凝固点46～55℃。GML水溶性差，在冷水中几乎不溶，能在热水中分散溶解。GML分子结构中含有亲水性基团和亲油性基团，是一种亲酯性非离子型表面活性剂，HLB值在4～6之间，兼具优良的乳化和抑菌功能，我国于2005年批准其使用于各类食品。

在婴儿生长初期，母乳不仅能为婴儿的生长和发育提供所需的营养物质，而且还包含一些抗病菌、抗病毒的成分。研究显示，这些成分包括母乳中的中短链脂肪酸及其单甘油酯，其中，碳链长度十二的月桂酸酸单甘油酯的作用最强，它对多种致病的细菌及病毒都有较强的抑制或杀死作用。目前市售的婴幼儿配方粉是以牛乳或大米为主要原料制成，其中并不含母乳中天然存在的抗菌抗病毒成分，如果在其中添加适量的月桂酸单甘油酯，对免疫系统尚未发育完全的婴幼儿能起到一定保护作用。

虽然月桂酸单甘油酯有着抗菌广谱、价格低及使用量不受限制等特点，但其也存在流动性差、溶解分散性和口感不佳的缺点，影响了它的应用。目前，较多研究表明月桂酸单甘油酯与一些抑菌剂复合体系能够增强抑菌防腐的效果，但是对于如何改善月桂酸单甘油酯不良特性的研究尚无报道。

微胶囊技术是指利用成膜材料将固体、液体或气体包埋形成微小粒子的过程，其中被包埋的物质称为芯材，外层形成囊壁的物质称为壁材。微胶囊的大小和形状，由于制备工艺的不同而在很大范围内变动。微胶囊的直径一般为2～1000μm，囊壁厚度为0.2～10μm，随着技术的不断发展，大小在1～1000nm的纳米胶囊已经制备出来。微胶囊粒子多为球型，但也可以是不规则形状，其囊壁可以是单层，也可以是双层或多层结构，囊芯可以是一种物质也可以是多种物质。

微胶囊技术的作用主要体现在以下几方面：(1)改变物料的形态，提高芯材的溶解性，流动性；(2)减少芯材的扩散和挥发，提高其稳定性；(3)降低环境因素对芯材的影响；(4)掩盖不良的味道，改善口感；(5)控制芯材的释放，提高其利用率。目前，微胶囊技术已十分普遍应用于食品工业中，如酸味剂、甜味剂，黄酮、营养强化剂、膨松剂、香精香料、抗氧化剂和粉末油脂，其中以香精香料和粉末油脂的研究最为广泛。但微胶囊技术多用于包裹水溶性或油溶性芯材，而两性物质由于其兼具亲水、亲油性，相关微胶囊化技术的报道较少，微胶囊效率一般较低。

发明内容

本发明针对月桂酸甘油酯流动性差、溶解分散性差和口感不佳的缺陷，提供一种制备具有良好流动性、溶解分散性及口感的月桂酸单甘油酯微胶囊的方法。

一种月桂酸单甘油酯微胶囊的制备方法，包括：

(1)将月桂酸单甘油酯和乳化剂溶于60-70℃的水中，得到溶液A；将壁材溶于60-70℃的水中，得到溶液B；将溶液A和溶液B趁热混合，搅拌，得到乳状液；

(2)将乳状液进行均质、喷雾干燥，制得月桂酸单甘油酯微胶囊；

其中，各组分用量占所有组分总量的重量百分比为：月桂酸单甘油酯15-45％、乳化剂0.5-5％、壁材50-80％；

所述的乳化剂为蔗糖酯、大豆磷脂和脂肪酸单甘油酯中的至少一种；

所述的壁材为麦芽糊精和高分子化合物的混合物；高分子化合物为大豆分离蛋白、辛烯基琥珀酸淀粉酯、明胶和阿拉伯胶中的至少一种。

本发明的技术方案是：以月桂酸单甘油酯为芯材，以麦芽糊精和高分子化合物的混合物为壁材，结合乳化剂，再通乳化、高压均质将芯材均匀分散在壁材溶液中，然后利用高温气流将混合溶液雾化，使溶液中的水分迅速蒸发，最终使壁材固化并将芯材微胶囊化，以制备粉末状的月桂酸单甘油酯微胶囊。

各组分用量占所有组分总量的重量百分比优选为：月桂酸单甘油酯18-33％、乳化剂0.5-2％、壁材65-80％；更优选为：月桂酸单甘油酯22％、乳化剂1％、壁材77％。该用量比例下，乳化剂用量合适，乳化稳定性最好；且芯材/壁材比例合适，壁材对月桂酸单甘油酯的包埋效果最好。

所述的月桂酸单甘油酯的单酯含量在40％以上，优选为90％以上。月桂酸单甘油酯可由月桂酸与甘油在一定条件下酯化合成，其反应过程中常有二酯和三酯生成，由于二酯和三酯没有抑菌作用，因此单酯含量高能制得抑菌效果好的微胶囊产品。

为了制备水包油型乳状液，需要把油相高度分散于水相中，这样就会大大增加体系的界面，加入乳化剂的目的就是降低体系的界面张力，而提高乳状液的稳定性。所述的乳化剂优选为蔗糖酯或大豆磷脂；更优选为蔗糖酯；最优选为亲水亲油平衡值(HLB值)为14-16的蔗糖酯。由于月桂酸单甘油酯是水包油乳液体系的油相，其自身HLB值在4-6之间，因此选用HLB值较大的乳化剂有利于其乳化。

所述的壁材中麦芽糊精和高分子化合物的重量比优选为9∶1-1∶1。麦芽糊精本身不具有乳化能力，且成膜能力差，但其具有高浓度时低粘度的特点，与其他高分子化合物配合，可提高体系固形物浓度，有助于降低干燥能耗，而减少生产成本，它还可以用来做填充剂增加微胶囊的强度和致密性。麦芽糊精和高分子化合物的重量比会影响包埋效果，具体用量比可以根据所用的高分子化合物种类确定，比如，当高分子化合物选用大豆分离蛋白时，麦芽糊精和大豆分离蛋白的重量比可以为4∶1-9∶1；当高分子化合物选用辛烯基琥珀酸淀粉酯时，麦芽糊精和辛烯基琥珀酸淀粉酯的重量比可以为1∶1-5∶1；优选为2∶1。

为了获得性能优越的微胶囊产品，选择适宜的壁材至关重要。对于食品工业中的微胶囊化壁材应具有如下性质：与芯材之间不会发生化学反应、有适应特定需要的物理-化学性质(如溶解性、吸湿性、成膜性和稳定性等)、来源广泛且价格合理。

所述的高分子化合物优选为大豆分离蛋白或辛烯基琥珀酸淀粉酯(纯胶)；更优选为辛烯基琥珀酸淀粉酯。辛烯基琥珀酸淀粉酯无毒无害，作为食品添加剂其用量没有限制；其作为微胶囊壁材的优点主要体现在其高浓度时粘度较低，同时降低界面张力和形成界面膜的能力较好。从结构上分析，纯胶是在其淀粉长链上同时引入了相同数量的亲水基和疏水基，由于长链的作用，当用于油/水乳状液时，亲水的羧酸基团伸入水相，亲油的烯基长链伸入油相，使长链在水中形成一层很厚的界面膜，相比而言，小分子的乳化剂只能形成单分子的界面膜，因此，纯胶的乳化稳定性要高于小分子乳化剂，可替代阿拉伯胶，对芯材月桂酸单甘油酯的包埋效果、贮存稳定性最好。

步骤(1)中，由于月桂酸单甘油酯熔点较高，常温下为稠状，溶解分散性不好，采用60-70℃的水，有利于其溶解；同样地，壁材在冷水中易结块，采用60-70℃的水，有利于其溶解。

制备溶液A时，以每千克水计，所述的月桂酸单甘油酯和乳化剂的总用量优选为400-600g。采用该用量比例有利于月桂酸单甘油酯在水中的溶解。

制备溶液A时，所述的月桂酸单甘油酯和乳化剂加入60-70℃的水后，于超声下搅拌处理15-20min，这样有助于月桂酸单甘油酯的溶解。

所述的溶液A和溶液B制备好后，若放置过久溶液温度低了会使粘度增大，将两者趁热混合，有利于溶液之间的混合。

溶液A和溶液B混合后所述的搅拌速率为500-2000rpm，搅拌时间为15-30min，采用较高的搅拌速度有利于两种溶液间的充分混合。

所述的乳状液中月桂酸单甘油酯、乳化剂和壁材总量的重量百分比浓度优选为25-40％。该浓度下，三种原料的溶解效果较好。

步骤(2)中，所述的均质压力可以为20-60MPa，循环次数为1-3次；优选地，所述的均质压力为30-40MPa。均质压力过大，不仅可能导致壁材物性的改变，还有可能导致乳状液中较小的液滴相互聚集，从而使得乳状液不稳定；同时，试验结果表明，均质压力大于40MPa时，对包埋率提升效果不显著。

喷雾干燥或冷冻干燥均可将乳状液制成颗粒状粉末，由于月桂酸单甘油酯不易挥发或分解，采用所述的喷雾干燥的方式，利用高温气流将混合溶液雾化，使溶液中溶解壁材的水溶剂迅速蒸发形成微胶囊，相比冷冻干燥成本更加低，且操作方便。

喷雾干燥方式不同会影响产品粒径，为了获得较好的产品粒径，所述的喷雾干燥采用压力式或离心式喷雾干燥；优选地，采用压力式喷雾干燥。

所述的喷雾干燥的进料温度优选为60-80℃，出风温度优选为100-120℃。对于进料温度，过低则乳状液易凝固，流动性差，该温度下乳状液流动性好。所述的出风温度由进料温度和进风温度控制，对于出风温度，过低则粘壁现象严重，浪费较多，产物得率不高；过高则会使壁材变形或出现坑洼，影响微胶囊粉末的表面形态和致密性，甚至会使壁材破裂影响包埋效果。该喷雾干燥条件下，产品得率较高，且表面形态较好。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的月桂酸单甘油酯微胶囊，该月桂酸单甘油酯微胶囊为粉末状，粒径在1.8-19μm之间，流动性和溶解分散性较好，可添加于婴幼儿配方粉中，能起到增强免疫和抗感染的作用。

本发明还提供了一种含有上述月桂酸单甘油酯微胶囊的婴幼儿配方粉，该婴幼儿配方粉口感好，月桂酸单甘油酯阈值较高，辨出浓度大。

所述的婴幼儿配方粉可以为婴幼儿配方奶粉或米粉。

婴幼儿配方粉中，所述的月桂酸单甘油酯微胶囊的重量百分比含量优选为0.01-0.4％，更优选为0.05-0.2％。该添加量下，既能保证一定的抑菌效果，又能使婴幼儿配方粉具备较好的口感。

本发明以月桂酸单甘油酯为芯材，结合合适的壁材和乳化剂，通过合适的工艺制备获得了稳定的乳状液；乳状液经高压均质、喷雾干燥技术制得了月桂酸单甘油酯微胶囊，显著改善了其不良特性，可应用于婴幼儿配方粉。

采用本发明方法，具有如下有益效果：

(1)原料来源广泛，价格低廉；制备工艺简单实用，可控制性强，对月桂酸单甘油酯的微胶囊化效率(包埋率)较高，可以达到70％以上，包埋效果较好；同时，制备过程中，月桂酸单甘油酯损失较少，产品得率较高。

(2)所制得的微胶囊颗粒近似球形，粒径大小合适，颗粒均匀，显著改善了流动性和溶解分散性，且其抑菌效果没有显著降低，较好地保持了月桂酸单甘油酯原有的性质。

(3)将月桂酸单甘油酯微胶囊添加于婴幼儿配方粉中，口感较好，阈值高；且婴幼儿配方粉加水冲泡过程中，月桂酸单甘油酯微胶囊能溶解在水中，使芯材月桂酸单甘油酯充分释放出来。

附图说明

图1为GML和微胶囊产品在冷水中的溶解分散性，其中，左图为GML，右图为微胶囊产品；

图2为GML和微胶囊产品在温水中的溶解分散性，其中，左图为GML，右图为微胶囊产品。

具体实施方式

月桂酸单甘油酯的微胶囊化效率测定

采用氯仿和正己烷混合液萃取月桂酸单甘油酯微胶囊表面的GML，再用气相色谱法测定GML的含量，记为表面油含量(T)；

将月桂酸单甘油酯微胶囊用温水溶解后，采用氯仿萃取总GML，再用气相色谱法测定GML的含量，记为总油含量(F)。

月桂酸单甘油酯的微胶囊化效率定义为产品中包埋的GML与总GML的比值，计算公式为：微胶囊化效率(％)＝(F-T)/F×100％。

实施例1-2乳化剂对微胶囊化效率的影响

称取月桂酸单甘油酯49g，乳化剂5g，加入120g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液A；接着称取大豆分离蛋白39.2g，麦芽糊精156.8g，加入630g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液B；再将溶液A加到溶液B中，在1500rpm的转速下机械搅拌15min，得到乳状液；经30MPa压力均质(循环1次)，通过喷雾干燥(进料温度为60℃，进风温度为150℃)，制得月桂酸单甘油酯微胶囊产品。

其中，乳化剂分别为大豆磷脂和蔗糖酯(HLB值为15)；微胶囊化效率结果见表1。

表1

序号	乳化剂	微胶囊化效率
			实施例1	大豆磷脂	20.12％
实施例2	蔗糖酯(SE-15)	25.37％

实施例3-7壁材种类及配比对微胶囊化效率的影响

称取月桂酸单甘油酯61.25g，蔗糖酯5g，加入130g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液A；接着称取壁材183.75g，加入620g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液B；再将溶液A加到溶液B中，在1500rpm的转速下机械搅拌15min，得到乳状液；经30MPa压力均质(循环1次)，通过喷雾干燥(进料温度为60℃，进风温度为150℃)，制得月桂酸单甘油酯微胶囊产品。

其中，壁材种类、配比以及微胶囊化效率结果见表2。

表2

序号	壁材种类及配比	微胶囊化效率(％)
			实施例3	大豆分离蛋白+麦芽糊精(1∶4)	28.21
实施例4	大豆分离蛋白+麦芽糊精(1∶9)	33.47
			实施例5	大豆分离蛋白+麦芽糊精(1∶9)+阿拉伯胶(2％)	23.16
实施例6	辛烯基琥珀酸淀粉酯+麦芽糊精(1∶1)	36.65
			实施例7	辛烯基琥珀酸淀粉酯+麦芽糊精(1∶2)	42.88

实施例8-12均质压力对微胶囊化效率的影响

称取月桂酸单甘油酯71.5g和蔗糖酯3.5g，加入150g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液A；接着称取辛烯基琥珀酸淀粉酯100g，麦芽糊精150g，加入525g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液B；再将溶液A加到溶液B中，在2000rpm的转速下机械搅拌20min，得到乳状液；经一定压力均质(循环1次)，通过喷雾干燥(进料温度为60℃，进风温度为150℃)，制得月桂酸单甘油酯微胶囊产品。

其中，压力均质分别为20、30、40、50和60MPa；微胶囊化效率结果见表3。从表中可以看出，当压力高于30MPa后，微胶囊化效率提高并不明显。

表3

序号	均质压力(MPa)	微胶囊化效率(％)
			实施例8	20	36.42
实施例9	30	53.29
			实施例10	40	55.7
实施例11	50	48.54
			实施例12	60	55.48

实施例13-17进风温度对微胶囊化效率的影响

称取月桂酸单甘油酯71.5g和蔗糖酯3.5g，加入150g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液A；接着称取辛烯基琥珀酸淀粉酯100g，麦芽糊精150g，加入525g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液B；再将溶液A加到溶液B中，在2000rpm的转速下机械搅拌20min，得到乳状液；经30MPa压力均质(循环1次)，通过喷雾干燥(进料温度为70℃)，制得微胶囊产品。

其中，喷雾干燥的进风温度分别为150、160、170、180和190℃，在70℃的进料温度下，相应的出风温度为90-120℃；微胶囊化效率结果见表4。

从表中可以看出过高的进风温度(超过180℃)导致水分蒸发过快，容易使微胶囊表面形成小凹坑，甚至导致囊壁的破裂，影响微胶囊效果。当进风温度过低时(低于150℃)，产品干燥的速度变慢导致水分含量增加，喷雾干燥时会很容易粘度壁。

表4

序号	进风温度(℃)	微胶囊化效率(％)
			实施例13	150	46.32
实施例14	160	53.29
			实施例15	170	51.12
实施例16	180	44.32
			实施例17	190	39.03

实施例18制备月桂酸单甘油酯微胶囊

称取月桂酸单甘油酯71.5g和蔗糖酯3.5g，加入150g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液A；接着称取辛烯基琥珀酸淀粉酯100g，麦芽糊精150g，加入525g水，在60℃下搅拌至完全溶解得到溶液B；再将溶液A加到溶液B中，在2000rpm的转速下机械搅拌20min，得到乳状液；经35MPa压力均质(循环1次)，通过喷雾干燥(进料温度为55℃，进风温度为165℃，进料流量为30mL/min)，制得微胶囊产品。

经检测，其微胶囊化效率为77.69％。

实施例19月桂酸甘油酯微胶囊的理化性质及抑菌效果

取实施例18制备得到的月桂酸单甘油酯微胶囊，进行以下的理化性质、抑菌效果试验。

(1)微胶囊产品流动性评价

将相同质量的粉体加入漏斗中，比较全部粉体流出所需的时间，微胶囊产品所需时间明显短于GML，表明其流动性有明显改善。

(2)微胶囊产品溶解分散性评价

将GML和含等量GML的微胶囊产品溶解在等量冷水及温水中，比较其溶解分散性。图1是两者在5℃～10℃冷水中的溶解分散性，可以看出，GML几乎不溶解且都沉淀在底部，而微胶囊产品能形成白色均匀乳状液。图2是两者在40℃～45℃温水中的溶解分散性，可以看出，GML以絮状形式存在于溶液中，而微胶囊产品能形成白色均匀的乳状液。

(3)微胶囊产品对婴幼儿配方食品的感官影响评价

将GML和微胶囊产品添加于婴幼儿配方奶粉和营养米粉中，进行感官评定，方法如下：选择10名(5男5女)受试者参与样品品尝。奶粉的浓度为27g/180mL，营养米粉的浓度为20g/200mL，对照组为不添加GML和微胶囊产品的样品，样品组按不同的质量分数添加GML和微胶囊产品。用37℃温水作为漱口水。测定结果用“有影响”、“无影响”、“不确定”来表示，测试者的阈值定义为有影响与不确定两种情况下对应的添加浓度的平均值。最后根据所有参试者的阈值求出的平均值即为产品的阈值，实验结果如表5。由表5结果可知，微胶囊产品的阈值明显高于GML，表明相同月桂酸单甘油酯添加量下，以微胶囊产品添加入婴幼儿粉参试者更不容易觉察出。

表5GML和微胶囊产品在婴幼儿配方粉中的阈值

注：微胶囊严品的平均阈值已换算为以月桂酸甘油酯量计。

(4)微胶囊产品对致病菌的抑制效果评价

通过比较月桂酸单甘油酯及其微胶囊产品对大肠杆菌(G-)和金黄色葡萄球菌(G+)的抑制率，评价微胶囊产品对致病菌的抑制效果。采用倒平板法，在含有不同浓度抑菌剂的营养琼脂培养基上，经37℃培养上述两种菌24h后，检测其菌落数。抑菌率的计算公式如下。本实验中的大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的菌落浓度为10⁵CFU/mL。不加任何抗菌剂的平板作为对照。

抑制率＝(1-测试组菌落数/对照组菌落数)×100％

结果见表6，两组抑菌剂含有相同浓度的GML，从表中可以看出，经微胶囊包埋后，GML的抑菌效果没有显著降低。

表6不同浓度的GML和微胶囊产品的抑制率

Claims

1.一种月桂酸单甘油酯微胶囊的制备方法，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，各组分用量占所有组分总量的重量百分比为：月桂酸单甘油酯18-33％、乳化剂0.5-2％、壁材65-80％。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的乳化剂为蔗糖酯或大豆磷脂。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的壁材中麦芽糊精和高分子化合物的重量比为9∶1-1∶1。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的高分子化合物为大豆分离蛋白或辛烯基琥珀酸淀粉酯。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的均质压力为20-60MPa，循环次数为1-3次。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的喷雾干燥的进料温度为60-80℃，出风温度为100-120℃。

8.一种采用如权利要求1-7任一所述的制备方法制得的月桂酸单甘油酯微胶囊。

9.一种含有如权利要求8所述的月桂酸单甘油酯微胶囊的婴幼儿配方粉。

10.根据权利要求9所述的婴幼儿配方粉，其特征在于，所述的月桂酸单甘油酯微胶囊的重量百分比含量为0.01-0.4％。