CN104324675A - 一种微胶囊的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微胶囊的生产工艺，包括壁材溶液的制备、芯材和壁材的乳化混合、超声波包埋、均质分散和微胶囊喷雾干燥五个步骤。本发明制备工艺操作简单，选用合理的壁材，如辛烯基琥珀酸淀粉脂、海藻胶、卡拉胶等，原料易得、适用范围广、使用安全可靠，能很好的防止不稳定原料的挥发、氧化变质或者失活，能有效的防止芯材释放；选用合适的乳化剂和搅拌速度，提高微胶囊的包埋率；通过喷雾干燥方法制备微胶囊，生产能力高，工艺简单，适合连续化自动化工业生产。

Description

一种微胶囊的生产工艺

【技术领域】

本发明涉及医药生产工艺的技术领域，特别是一种微胶囊的生产工艺的技术领域。

【背景技术】

微胶囊是指一种具有聚合物壁壳和微型容器或包装物。近几年也有专家将微胶囊也归类于胶囊剂中的意见，微胶囊是指利用天然或合成的高分子材料将药粉微粒或药液微滴包裹直径为1～5000μm的微小囊状物的技术称为微型包裹，制品称为微胶囊剂。

微胶囊是具有一定通透性的球状小囊泡,外层为半透膜,内部为液体内核，由芯材和壁材组成。微胶囊化的意义就在于:①能有效地降低芯材的pH值、氧气、湿度、热、光和其它物质等外界环境因素的反应活性,有效地防止这些外界环境因素对芯材的破坏等不良影响；②减少芯材向环境的扩散或蒸发,抑制芯材中有效活性成分的挥发损失,提高其稳定性,使品质保持持久；③能人为而有效地控制芯材的释放,使芯材原有的效能得到最大限度地发挥；④掩盖芯材的异味,改善芯材的口感和味觉；⑤改变芯材的物理和化学性质,能将液体或半固体的流质体转化为自由流动的固体粉末,便于贮藏和运输等。

现有微胶囊制备方法主要有，物理机械法、化学法、物理化学法。物理机械法主要有喷雾干燥法、空气悬浮法、静电结合法等，化学法主要有界面聚合法、原位聚合法等，物理化学法主要有水相分离法、油相分离法、复凝聚等。微胶囊生产工艺普遍存在制备工艺复杂，壁材选用不合理，不能很好的防止不稳定原料的挥发，芯材释放速度快的缺陷。此外存在的问题还有，壁材成本过高及辅料的安全性问题，要积极寻找原料易得、价廉、适用范围广、对人类和生态环境安全的壁材；搅拌速度对微胶囊粒径影响，乳化阶段的搅拌速度不宜太快，且速度快也使体系产生大量泡沫，使胶囊的强度降低；如果搅拌速度太慢，芯材不能被乳化，产品包埋率和释放性能将受到很大影响；微胶囊的干燥温度对微胶囊性能影响很大，其原因是在干燥时，温度太低，产品强度降低，贮存易发生粘连结块，温度太高，壁材融化，芯材易释放。

【发明内容】

本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种微胶囊的生产工艺，制备工艺操作简单，选用合理的壁材，适用范围广、使用安全可靠，通过喷雾干燥方法制备微胶囊，适合连续化自动化工业生产。

为实现上述目的，本发明提出了一种微胶囊的生产工艺，包括壁材溶液的制备、芯材和壁材的乳化混合、超声波包埋、均质分散和微胶囊喷雾干燥，具体步骤如下：

(a)壁材溶液的制备：选取壁材，称取定量的壁材，将壁材浸泡溶胀后，加热，搅拌使其溶解，保温，备用，并控制壁材溶液中的壁材浓度为30％～40％；

(b)芯材和壁材的乳化混合：选取芯材，称取定量的芯材，向芯材中滴加乳化剂，振荡溶解，将芯材乳化液加入壁材溶液中，置恒温水浴上搅拌，形成芯材和壁材的混合乳剂；

(c)超声波包埋；将芯材和壁材的混合乳剂置于超声波条件下包埋30分钟，静置备用；

(d)均质分散：将芯材和壁材的混合乳剂进行高速匀质分散4～5次后，置于高温的干燥室中；

(e)微胶囊喷雾干燥：干燥室中，通过喷雾干燥装置的喷雾头雾化成微小的液滴，微小的液滴与热空气接触时，使溶解壁材的水份蒸发，壁材凝固，将芯材包裹起来，测定粒径，完成微胶囊的生产。

作为优选，所述(a)步骤中，壁材选择变性淀粉中辛烯基琥珀酸淀粉酯(n-OSA淀粉)、海藻胶、卡拉胶、阿拉伯胶、壳聚糖中的任一种或多种。

作为优选，所述(b)步骤中，芯材乳化液与壁材溶液按照1:20～1:30的比例混合。

作为优选，所述(b)步骤中，乳化剂为Tween60和Span60复配体系。

作为优选，所述(b)步骤中，搅拌速度为600r/min～800r/min。

作为优选，所述(d)步骤中，高速匀质分散转速为13500r/min，时间为3分钟。

作为优选，所述(e)步骤中，干燥室使用超声波真空干燥，真空压力维持在2.3～3.7kpa。

作为优选，所述(e)步骤中，干燥室使用高温喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃。

作为优选，所述(e)步骤中，微胶囊中壁材的重量百分比为90％～95％。

作为优选，所述生产工艺使用的设备包括恒温水浴锅、高压均质机、鼓风机、干燥箱、喷雾干燥器、激光粒径测定仪。

1)喷雾干燥法

喷雾干燥是应用于液体物料干燥的一种方法，在干燥室中将液体物料经雾化后，在与热空气的接触中水分迅速汽化，即得到粉末状干燥产品。在喷雾干燥的过程中，通过机械作用，将需干燥的物料分散成细小的雾滴微粒，这样的话增大水分蒸发面积加速干燥过程，使得雾滴微粒与热空气接触，瞬间将大部分水分除去，使物料中的固体物质干燥成粉末。该喷雾干燥方法能直接使溶液、乳浊液干燥成粉状或颗粒状制品，能够省去蒸发、粉碎等工序。

喷雾干燥法是食品药品工业中最常用的微胶囊化技术之一。通过喷雾干燥技术制备微胶囊产品时,为使料液获得较高的固形物含量并防止过多的空气混入微胶囊产品,低黏度的n-OSA淀粉是较理想的选择。

喷雾干燥法的基本流程包括制备混合乳化液和芯材均匀分布在壁材溶液中。通常，壁材可溶于水，芯材不溶于水，因此芯材分散于壁材溶液中时，应适当加入乳化剂，制备成油水型乳化液，把这种乳化液通过喷雾干燥，溶解壁材的水份蒸发，壁材凝固将芯材包裹起来，制备的微胶囊颗粒一般呈圆球形。

喷雾干燥的优点是设备易得，操作成本低，可选用的壁材种类多，产品质量好，可包埋热敏性物质且包埋量大，处理量大，生产能力高，工艺简单，适合连续化自动化工业生产。喷雾干燥的缺点是包埋率低，芯材有可能粘附在微胶囊颗粒表面从而影响产品质量，设备造价高，能耗大。尽管使用喷雾干燥法实现微胶囊化存在着这些不足，但是由于它突出的优点，仍然不失为一种微胶囊生产的好方法，因此应用很广泛。

2)壁材的选择

变性淀粉，即在淀粉所具有的固有特性的基础上,为改善淀粉的性能和扩大应用范围，利用物理、化学或酶法处理，改变淀粉的天然性质，增加其某些功能性或引进新的特性,使其更适合于一定应用的要求的淀粉。微胶囊化过程中使用最广泛的变性淀粉是辛烯基琥珀酸淀粉酯(n-OSA淀粉)。n-OSA淀粉乳化性和成膜性能高,具有溶液黏度低，易干燥，不易吸潮等优良性能。与阿拉伯胶溶液相比，n-OSA淀粉溶液在高固形物含量时黏度更低，因此可用于包埋油相含量较高的体系,这也有利于喷雾干燥过程的进行。因为过高的物料黏度可能造成高压均质机料流不畅,或喷雾干燥器的堵塞,影响设备的正常工作。此外,与全天然获取的壁材原料(如阿拉伯胶等)相比,n-OSA淀粉表现出性能的高度一致性,所以n-OSA淀粉可部分或完全取代传统原材料作为微胶囊化的壁材。

壳聚糖是由甲壳素经浓碱处理脱乙酰基后的产物,其分子的刚性结构更使其适合应用在微胶囊领域。这种天然高分子的生物官能性和相容性、血液相容性、安全性、微生物降解性等优良性能被各行各业广泛关注，壳聚糖降血脂、降血糖的作用已有研究报告。同时，壳聚糖被作为增稠剂、被膜剂列入国家食品添加剂使用标准GB-2760。在微胶囊的制备过程中,壳聚糖与二醛或三羧酸的交联物常被作为壁材使用,其脱乙酰程度、分子量大小、黏度等都会影响产品的性能。

阿拉伯胶具有突出的乳化性能，是微胶囊及乳状液领域使用最广泛的商业胶。阿拉伯胶约由98％的多糖和2％的蛋白质组成，蛋白质片段的存在对其乳化性有着不可或缺的作用，但因蛋白成分对高温较为敏感，长时间高温加热会导致其乳化性能下降。阿拉伯胶易溶于水形成低黏度溶液，配置成50％浓度的水溶液时仍具有流动性，这是其他亲水胶体所不具备的特性之一。在贮藏过程中阿拉伯胶显示出对芯材很好的保护作用，且产品具有较好的流动性。

卡拉胶是从红海藻等海生植物中提取的多糖类植物胶,分为κ-、ι-、λ-卡拉胶3种,能与许多胶体产生协同效应,以增加体系黏度、凝胶强度和弹性。不同类型的卡拉胶的增稠和胶凝性质有很大的不同。例如，κ型卡拉胶与钾离子形成的坚硬的凝胶，而ι和λ只有轻微影响。ι型卡拉胶与钙离子相互作形成柔软，富有弹性的凝胶，但是盐对于λ型卡拉胶的性质没有影响。在大多数情况下，λ型与κ型在牛奶系统中一同使用获得一种悬浮液或奶油凝胶。卡拉胶及其混合物提供大量的有利物质导致产生大量范围广泛而复杂的商业产品以满足独特的综合性能最适合特定的应用。卡拉胶在食品药品工业中通常将其用作增稠剂、胶凝剂、悬浮剂、乳化剂和稳定剂等。

海藻胶是一种天然多糖，是从天然海藻中提取的，具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。它具有浓缩溶液、形成凝胶和成膜的能力。其温和的溶胶凝胶过程、良好的生物相容性使海藻胶适于作为释放或包埋药物、蛋白与细胞的胶囊。海藻胶具有吸湿性，平衡时所含水分的多少取决于相对湿度。干燥的海藻胶在密封良好的容器内于25℃及以下温度储存相当稳定。用于增加血容量和维持血压，排除烧伤所产生的组胺类毒素以及创伤失血、高烧和急性痢疾等全身脱水，治疗效果良好。还具有使胆固醇排出体外，抑制Pb、Cd、Sr被人体吸收以及保护胃肠道、整肠、减肥、降血糖的作用。在药剂上主要用作助悬剂、乳化剂、黏稠剂、微囊的囊材等。

3)乳化剂的选择

制备微胶囊的过程中，为了防止无机盐对芯材和壁材的混合乳剂的影响，选择乳化剂时，考虑非离子表面活性剂。选择Tween60和Span60复配体系，得到的微胶囊粒径百分数和包埋率都较高，释放率较低，产品强度较大。原因是Tween60和Span60复配体系的乳化能力适中，芯材被乳化成合适的粒径，壁材可以很好的将液滴包覆，所以目标粒径的微胶囊较多，包埋率增大，释放率较小。

4)温度选择

微胶囊的干燥温度对微胶囊性能影响很大，其原因是在干燥时，温度太低，产品强度降低，贮存易发生粘连结块，温度太高，壁材融化，芯材易释放。

进风温度对微胶囊的影响较大，当温度上升时，芯材中的有效成分含量增加，但当超过一定温度时，有效成分含量逐渐下降。

出风温度对微胶囊的影响也较大，出风温度增加会造成芯材中的有效成分的损失较大，最佳出风温度在75～85℃。

本发明的有益效果：本发明制备工艺操作简单，选用合理的壁材，如辛烯基琥珀酸淀粉脂、海藻胶、卡拉胶等，原料易得、适用范围广、使用安全可靠，能很好的防止不稳定原料的挥发、氧化变质或者失活，能有效的防止芯材释放；选用合适的乳化剂和搅拌速度，提高微胶囊的包埋率；通过喷雾干燥方法制备微胶囊，生产能力高，工艺简单，适合连续化自动化工业生产。

本发明的特征及优点将通过实施例进行详细说明。

【具体实施方式】

本发明一种微胶囊的生产工艺，包括壁材溶液的制备、芯材和壁材的乳化混合、超声波包埋、均质分散和微胶囊喷雾干燥，具体步骤如下：

(a)壁材溶液的制备：选取壁材，称取定量的壁材，将壁材浸泡溶胀后，加热，搅拌使其溶解，保温，备用，并控制壁材溶液中的壁材浓度为30％～40％；

(b)芯材和壁材的乳化混合：选取芯材，称取定量的芯材，向芯材中滴加乳化剂，振荡溶解，将芯材乳化液加入壁材溶液中，置恒温水浴上搅拌，形成芯材和壁材的混合乳剂；

(c)超声波包埋；将芯材和壁材的混合乳剂置于超声波条件下包埋30分钟，静置备用；

(d)均质分散：将芯材和壁材的混合乳剂进行高速匀质分散1～5次后，置于高温的干燥室中；

(e)微胶囊喷雾干燥：干燥室中，通过喷雾干燥装置的喷雾头雾化成微小的液滴，微小的液滴与热空气接触时，使溶解壁材的水份蒸发，壁材凝固，将芯材包裹起来，测定粒径，完成微胶囊的生产。

所述(a)步骤中，壁材选择变性淀粉中辛烯基琥珀酸淀粉酯(n-OSA淀粉)、海藻胶、卡拉胶、阿拉伯胶、壳聚糖中的任一种或多种。所述(b)步骤中，芯材乳化液与壁材溶液按照1:20～1:30的比例混合。所述(b)步骤中，乳化剂为Tween60和Span60复配体系。所述(b)步骤中，搅拌速度为600r/min～800r/min。微胶囊的包埋率先随着乳化速度的增加呈增大趋势，当转速增大到700r/min，包埋率趋于稳定。原因可能是乳化速率太低时，液滴容易聚集成大块，难以包覆，包埋率则低。当乳化速率较大时，芯材被乳化成小液滴，壁材能将小液滴很好地包覆，包埋率基本保持不变。微胶囊的释放率开始随着乳化转速增加而降低，原因可能是乳化速度小，形成的液滴大，单个胶囊被包覆的壁材量大，强度也降低。在700r/min时释放率最低。当速度继续增大，对于一定量的芯材，提高乳化速度，形成的微胶囊数目多，囊壁变薄，强度降低，释放率增大。搅拌速度为600r/min～800r/min，且优先选用700r/min。

所述(d)步骤中，高速匀质分散转速均为13500r/min，时间均为3分钟。所述(e)步骤中，干燥室使用超声波真空干燥，真空压力维持在2.3～3.7kpa。所述(e)步骤中，干燥室使用高温喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃。所述(e)步骤中，微胶囊中壁材的重量百分比为90％～95％。所述生产工艺使用的设备包括恒温水浴锅、高压均质机、鼓风机、干燥箱、喷雾干燥器、激光粒径测定仪。

实施例1：姜油树脂微胶囊超声波真空干燥

取新鲜生姜去皮洗净后，在60℃条件下烘8小时，水份含量6.57％，用乙醇作用1小时，过滤，50℃水浴蒸干，置于真空干燥箱干燥后得芯材姜油树脂，其中有效成分为姜辣素，含量4.6％。

100g微胶囊中含有90g壁材，将8g海藻胶、82g辛烯基琥珀酸淀粉酯(n-OSA淀粉)加入300ml蒸馏水中浸泡溶胀后，蒸馏水加热到90℃，搅拌使其溶解，冷却至60℃。

向芯材姜油树脂中加入乳化剂Tween60和Span60复配体系2g，Tween60和Span60的比例为52％:48％，将乳化液12ml加入壁材溶液中，置恒温水浴上搅拌，搅拌速度700r/min，形成芯材和壁材的混合乳剂。

将芯材和壁材的混合乳剂在500W超声波条件下包埋30分钟，放入高速均质机在30mpa条件下匀质4次。

将制备好的混合乳剂经喷嘴进行雾化后，进入高温的干燥室，开动超声波喷雾干燥设备，待干燥腔内真空压力维持在2.27kpa后，先用蒸馏水进行试喷，调整流速为30L/h，干燥箱内的温度在20℃左右。

当乳化液通过雾化器进入真空腔内，经过3s内便可进入二级干燥流化床，此时大部分水分被挥发。进入震动流化床后，经30min，便可在收集出料口对产品进行收集，测定粒径。

实施例2：姜油树脂微胶囊高温喷雾干燥

喷雾干燥工艺为进风温度170℃，出风温度80℃，流速500L/h。

取新鲜生姜去皮洗净后，在60℃条件下烘8小时，水份含量6.57％，用乙醇作用1小时，过滤，50℃水浴蒸干，置于真空干燥箱干燥后得芯材姜油树脂，其中有效成分为姜辣素，含量4.6％。

100g微胶囊中含有90g壁材，将8g海藻胶、82g辛烯基琥珀酸淀粉酯(n-OSA淀粉)加入300ml蒸馏水中浸泡溶胀后，蒸馏水加热到90℃，搅拌使其溶解，冷却至60℃。

向芯材姜油树脂中加入乳化剂Tween60和Span60复配体系2g，Tween60和Span60的比例为52％:48％，将乳化液12ml加入壁材溶液中，置恒温水浴上搅拌，搅拌速度700r/min，形成芯材和壁材的混合乳剂。

将芯材和壁材的混合乳剂在500W超声波条件下包埋30分钟，放入高速均质机在30mpa条件下匀质4次。

开动喷雾干燥设备，将风机启动，调节进风和出风的速度，待进风温度稳定在170℃，出风温度80℃后，先用蒸馏水进行试喷，调整流速为500L/h。

本发明，制备工艺操作简单，选用合理的壁材，如辛烯基琥珀酸淀粉脂、海藻胶、卡拉胶等，原料易得、适用范围广、使用安全可靠，能很好的防止不稳定原料的挥发、氧化变质或者失活，能有效的防止芯材释放；选用合适的乳化剂和搅拌速度，提高微胶囊的包埋率；通过喷雾干燥方法制备微胶囊，生产能力高，工艺简单，适合连续化自动化工业生产。

上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：包括壁材溶液的制备、芯材和壁材的乳化混合、超声波包埋、均质分散和微胶囊喷雾干燥，具体步骤如下：

(a)壁材溶液的制备：选取壁材，称取定量的壁材，将壁材浸泡溶胀后，加热，搅拌使其溶解，保温，备用，并控制壁材溶液中的壁材浓度为30％～40％；

(b)芯材和壁材的乳化混合：选取芯材，称取定量的芯材，向芯材中滴加乳化剂，振荡溶解，将芯材乳化液加入壁材溶液中，置恒温水浴上搅拌，形成芯材和壁材的混合乳剂；

(c)超声波包埋；将芯材和壁材的混合乳剂置于超声波条件下包埋30分钟，静置备用；

(d)均质分散：将芯材和壁材的混合乳剂进行高速匀质分散4～5次后，置于高温的干燥室中；

(e)微胶囊喷雾干燥：干燥室中，通过喷雾干燥装置的喷雾头雾化成微小的液滴，微小的液滴与热空气接触时，使溶解壁材的水份蒸发，壁材凝固，将芯材包裹起来，测定粒径，完成微胶囊的生产。

2.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(a)步骤中，壁材选择变性淀粉中辛烯基琥珀酸淀粉酯(n-OSA淀粉)、海藻胶、卡拉胶、阿拉伯胶、壳聚糖中的任一种或多种。

3.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(b)步骤中，芯材乳化液与壁材溶液按照1:20～1:30的比例混合。

4.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(b)步骤中，乳化剂为Tween60和Span60复配体系。

5.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(b)步骤中，搅拌速度为600r/min～800r/min。

6.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(d)步骤中，高速匀质分散转速均为13500r/min，时间均为3分钟。

7.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(e)步骤中，干燥室使用超声波真空干燥，真空压力维持在2.3～3.7kpa。

8.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(e)步骤中，干燥室使用高温喷雾干燥，进风温度为170℃，出风温度为80℃。

9.如权利要求1所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述(e)步骤中，微胶囊中壁材的重量百分比为90％～95％。

10.如权利要求1至9中任一项所述的一种微胶囊的生产工艺，其特征在于：所述生产工艺使用的设备包括恒温水浴锅、高压均质机、鼓风机、干燥箱、喷雾干燥器、激光粒径测定仪。