CN103340195A - 以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊及其制备方法 - Google Patents

以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊及其制备方法 Download PDF

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Abstract

以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊及其制备方法，属于新型植物源农药制剂领域。所述微胶囊以黑胡椒精油为芯材，壳聚糖-阿拉伯胶为壁材，芯壁比（W/W）为1：1，壳聚糖溶液与阿拉伯胶溶液的体积比为1:1，其中壳聚糖质量浓度为0.15～0.3%，阿拉伯胶质量浓度为2.8～4.0%。本发明以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊具有很好的缓释性能；微胶囊的囊壁材料为天然高分子材料，价格低廉且对环境无害；本发明工艺简单，反应条件温和，易操作，重现性好，环境友好，为植物源农药的研制提供了物质基础与技术保障，具有良好的应用前景。

Description

以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明属于新型植物源农药制剂领域，尤其是涉及一种以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊及其制备方法。
背景技术
由于传统化学农药广泛使用引起的害虫再猖撅、害虫抗药性和农药残留等问题的日趋严重，人们越来越重视研究开发生物源农药(源于植物、动物、微生物等)，尤其是以植物天然产物为对象，寻找新型的杀虫活性物质的研究倍受关注。
精油是一类分子量较小的植物次生代谢物质，植物精油对昆虫不仅具有毒杀、忌避、拒食、抑制生长发育的作用，而且还具有昆虫性外激素和引诱作用。由于精油在常温下易挥发，没有特定的保护装置，难以发挥其效能，而微胶囊缓释剂为其应用提供了一个非常方便的剂型，微胶囊技术对于改善被包裹物质的物理性质，提高物质的稳定性、根据需要控制物质的释放等方面具有很大优势。
黑胡椒精油是从黑胡椒中提取的，具有强烈的芳香和刺激性辣味，加拿大学者Sekou Moussa Keita等人报道，将从万寿菊、山香、樟脑罗勒、罗勒和胡椒中提取的胡椒油混入到高岭土粉中熏蒸豌豆，对豆象有较好的防治效果，同时，研究发现黑胡椒精油也是榆紫叶甲的驱避剂，但由于黑胡椒精油挥发性较强，使其应用受到极大的限制，若研究出一种将其包覆在微胶囊内的制备方法，使黑胡椒精油透过半封闭的囊壁缓慢释放，既能保持其固有特性，主要成分的稳定性，又能延长其活性的作用时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以成膜性、生物相容性好，可降解的高分子材料壳聚糖-阿拉伯胶为壁材，能够保持黑胡椒精油主要成分的稳定性、延长药效、降低其挥发性，具有缓释作用的黑胡椒精油微胶囊及其制备方法，为其进一步推广使用奠定基础，为研发绿色无公害植物源农药提供参考。
一、本发明的黑胡椒精油微胶囊以黑胡椒精油为芯材，壳聚糖-阿拉伯胶为壁材，芯壁比（W/W）为1：1，壳聚糖溶液与阿拉伯胶溶液的体积比为1:1，其中壳聚糖质量浓度为0.15～0.3%，阿拉伯胶质量浓度为2.8～4.0%。
本发明按照如下步骤制备上述黑胡椒精油微胶囊：
（1）称取0.038～0.75g的壳聚糖，用25mL 1%的醋酸溶液溶解，再加氯化钙0.27～0.74g搅拌溶解，然后调节pH至7～8，备用；
（2）另称取0.7～1.0g阿拉伯胶，用25 mL去离子水50~60 ℃溶解，得到阿拉伯胶溶液；
（3）称取0.74～1.75g芯材黑胡椒精油，用5～10ml的乳化剂乳化，乳化时间20~30 min，将乳化好的芯材黑胡椒精油乳化液加入到步骤（1）配制的壳聚糖-氯化钙溶液中搅匀，得混悬液；
（4）在45~50℃下，将混悬液缓慢加到步骤（3）配制的阿拉伯胶溶液中，在550～1100 r/min的搅拌条件下，调节混悬液pH值至3.5~3.8即产生凝聚，凝聚后，在550～1100 r/min不断搅拌50~60min，加45~50℃的去离子水50 mL不断搅拌，自然冷却；
（5）自然冷却5~10min后，加戊二醛1mL，固化10~15 min，再调pH=8～9，继续搅拌20~30 min得微囊溶液；
（6）将微囊溶液离心8~10 min，弃去上清液，留沉淀。沉淀用去离子水洗后再离心，将离心得到的沉淀物自然干燥得微胶囊粉末。
本发明的优点是：
（1）以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊具有很好的缓释性能；
（2）微胶囊的囊壁材料为天然高分子材料，价格低廉且对环境无害；
（3）本发明工艺简单，反应条件温和，易操作，重现性好，环境友好，为植物源农药的研制提供了物质基础与技术保障，具有良好的应用前景。
附图说明
图1 是用本发明制备的黑胡椒精油微胶囊扫描电镜图；
图2 是用本发明制备的黑胡椒精油微胶囊粒径分布图；
图3 是用本发明制备的黑胡椒精油微胶囊红外光谱图；
图4 是用本发明制备的黑胡椒精油微胶囊释放效果曲线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式的黑胡椒精油微胶囊以黑胡椒精油为芯材，壳聚糖-阿拉伯胶为壁材，芯壁比（W/W）为1：1，壳聚糖与阿拉伯胶的质量比为0.038～0.75：0.7～1.0。其制备方法如下：
（1）称取0.038～0.75g的壳聚糖，用25mL 1%的醋酸溶液溶解，再加氯化钙0.27～0.74g搅拌溶解，得到壳聚糖质量浓度为0.15～0.3%的壳聚糖-氯化钙溶液，然后用20%氢氧化钠溶液调节pH至7～8，备用。
（2）另称取0.7g～1.0g阿拉伯胶，用25 mL去离子水50~60 ℃溶解，得到阿拉伯胶质量浓度为2.8～4.0%的阿拉伯胶溶液。
（3）称取0.74～1.75g芯材黑胡椒精油，用5～10ml的乳化剂乳化，乳化时间20~30 min，将乳化好的芯材黑胡椒精油乳化液加入到步骤（1）的壳聚糖-氯化钙溶液中搅匀，得混悬液。
（4）在45~50℃下，将混悬液缓慢加到步骤（3）的阿拉伯胶溶液中，在550～1100 r/min的搅拌条件下，滴加10%醋酸，调节混悬液pH值至3.5~3.8即产生凝聚，用显微镜观察凝聚成囊的情况。凝聚后，在550～1100 r/min不断搅拌50~60min，加45~50℃的去离子水50 mL不断搅拌，自然冷却。
（5）自然冷却5~10min后，加戊二醛1mL，固化10~15 min，再用40%氢氧化钠调pH=8～9，继续搅拌20~30 min得微囊溶液。
（6）将微囊溶液离心8~10 min，弃去上清液，留沉淀。沉淀用去离子水洗后再离心，将离心得到的沉淀物自然干燥得微胶囊粉末。
所述步骤（1）中壳聚糖质量浓度为0.2%。
所述步骤（2）中阿拉伯胶质量浓度为3.0%；去离子水温度为60 ℃；
所述步骤（3）中芯材为黑胡椒精油，乳化剂为吐温-80，含量为2.0%；乳化时间为30 min；搅拌转数为770 r/min；搅拌温度为45 ℃。
所述步骤（4）中搅拌转数为770 r/min；搅拌温度为45 ℃；
所述步骤（4）中复凝聚溶液pH=3.5；复凝聚反应时间60 min。
所述步骤（5）中戊二醛与微胶囊溶液的体积比为1：100。
所述步骤（6）中离心时间为10 min。
本实施方式中，各原料的具体要求如表1所示。
表 1  实验试剂
名称 规格 销售公司
黑胡椒精油 分析纯 Analytic pure Aladdin
壳聚糖 粘度mPa.s50.0～800.0 国药集团化学试剂有限公司
阿拉伯树胶树粉 粘度cPa.s60.0～130.0 国药集团化学试剂有限公司
具体实施方式二：本实施方式的黑胡椒精油微胶囊的制备方法如下：
（1）壁材溶液的配制：分别配制壳聚糖质量浓度为0.2%的壳聚糖-氯化钙溶液和阿拉伯胶质量浓度为3.0%的胶液，壳聚糖液用20%氢氧化钠溶液调节pH至7～8，备用。
（2）混悬：将用吐温-80乳化好的芯材黑胡椒精油乳化液加入到制备的壳聚糖-氯化钙溶液搅匀得混悬液。在45℃下，将混悬液缓慢加入到制备的阿拉伯胶液中。
（3）凝聚及固化：在550～1100 r/min的搅拌条件下，滴加10%醋酸，调节混悬液pH值至3.5左右即产生凝聚，用显微镜观察凝聚成囊的情况。凝聚后，在550～1100 r/min不断搅拌50~60min，加45~50℃的去离子水50 mL不断搅拌，自然冷却后，加入戊二醛溶液1ml（100:1），固化10~15，然后加40%氢氧化钠溶液至pH值8~9.0左右，继续搅拌20min。
（4）制粒、干燥：将步骤（3）所得微囊溶液离心10 min，弃去上清液，留沉淀。沉淀用去离子水洗后再离心，将离心得到的沉淀物自然干燥得黑胡椒精油微胶囊粉末。该微胶囊以黑胡椒精油为芯材，壳聚糖-阿拉伯胶为壁材，芯壁比（W/W）为1：1，壳聚糖溶液与阿拉伯胶溶液的体积比为1:1。
通过上述步骤制备的黑胡椒精油微胶囊多为规则的球形，表面比较光滑，球形独立完整，没有黏连，包埋率为51.70±2.5%，载药量为42.11±2.3%，微胶囊粒径集中在分布在7μm左右（见图1，图2）。
图3所示，在壳聚糖-阿拉伯胶载药微胶囊的光谱曲线中，在2897 cm-1、1650 cm-1和780 cm-1有明显的芯材黑胡椒精油的特征光谱，证明合成的壳聚糖-阿拉伯胶微胶囊包覆有黑胡椒精油。
从图4可以看出，黑胡椒精油微胶囊的释放速率要明显低于没有包封的黑胡椒精油。未包埋的黑胡椒精油原药，全部释放到介质中的时间为4d，以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材所制备的微胶囊通过透析袋全部释放到介质中的时间为10d，说明所制得的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊具有很好的缓释性能。

Claims (10)

1.以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊，其特征在于所述微胶囊以黑胡椒精油为芯材，壳聚糖-阿拉伯胶为壁材，芯壁比（W/W）为1：1，壳聚糖溶液与阿拉伯胶溶液的体积比为1:1，其中壳聚糖质量浓度为0.15～0.3%，阿拉伯胶质量浓度为2.8～4.0%。 
2.根据权利要求1所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材的黑胡椒精油微胶囊，其特征在于所述壳聚糖质量浓度为0.2%，阿拉伯胶质量浓度为3.0%。 
3.一种以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于所述方法步骤如下： 
（1）称取0.038～0.75g的壳聚糖，用25mL1%的醋酸溶液溶解，再加氯化钙0.27～0.74g搅拌溶解，然后调节pH至7～8，备用； 
（2）另称取0.7～1.0g阿拉伯胶，用25mL去离子水50～60℃溶解，得到阿拉伯胶溶液； 
（3）称取0.74～1.75g芯材黑胡椒精油，用5～10ml的乳化剂乳化，乳化时间20～30min，将乳化好的芯材黑胡椒精油乳化液加入到步骤（1）配制的壳聚糖-氯化钙溶液中搅匀，得混悬液； 
（4）在45～50℃下，将混悬液缓慢加到步骤（3）配制的阿拉伯胶溶液中，在550～1100r/min的搅拌条件下，调节混悬液pH值至3.5～3.8即产生凝聚，凝聚后，在550～1100r/min不断搅拌50～60min，加45～50℃的去离子水50mL不断搅拌，自然冷却； 
（5）自然冷却5～10min后，加戊二醛1mL，固化10～15min，再调pH=8～9，继续搅拌20～30min得微囊溶液； 
（6）将微囊溶液离心8～10min，弃去上清液，留沉淀。沉淀用去离子水洗后再离心，将离心得到的沉淀物自然干燥得微胶囊粉末。 
4.根据权利要求3所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于所述步骤（1）中壳聚糖质量浓度为0.2%。 
5.根据权利要求3所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于所述步骤（2）中阿拉伯胶质量浓度为3.0%；去离子水温度为60℃。 
6.根据权利要求3所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于所述步骤（3）中乳化剂为吐温-80。 
7.根据权利要求3或6所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于所述步骤（3）中搅拌转数为770r/min；搅拌温度为45℃。 
8.根据权利要求3所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于所述步骤（4）中搅拌转数为770r/min；搅拌温度为45℃。 
9.根据权利要求3所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于步骤（4）中复凝聚溶液pH=3.5；复凝聚反应时间60min。 
10.根据权利要求3所述的以壳聚糖-阿拉伯胶为壁材制备黑胡椒精油微胶囊的方法，其特征在于所述步骤（6）中离心时间为10min。 
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