一种微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及食品工业领域,特别涉及一种微胶囊及其制备方法。
背景技术
微胶囊技术(microencapsulation)是利用天然或合成的高分子成膜材料把分散均匀的固体微粒、液体或气体包覆形成微小固体颗粒的技术。其中,包裹在微胶囊内部的物质称为芯材,微胶囊外部的包覆膜称为壁材。通常微胶囊产品直径可控制在2~1000μm。
由于芯材与外界环境隔离,而在适当条件下(如热处理、pH、压力变化等)才释放出来,使得微胶囊技术具有众多优点:保护活性物质,减少外界不良因素(如光、热、氧气等)与芯材反应;减少芯材向外界环境的蒸发或转移;改变物料的物理性状,方便运输、处理等;控制芯材的释放;修饰、掩盖芯材的不良风味、色泽;延长产品货架期并减少组分的营养损失等。
微胶囊制备的过程中,壁材的组成与选择对微胶囊的性质至关重要,而这也是获得高微胶囊化效率、性能优越的微胶囊产品的重要条件之一。对于壁材的选配,一般从以下几方面来考虑,首先要能与芯材相配伍但不发生化学反应;而且还要考虑高分子包埋材料自身的物理化学性质,如溶解性、吸湿性、稳定性、机械强度、成膜性和乳化性等;此外,壁材还应价格合理,且容易制备。常用的壁材按其化学性质可分为碳水化合物类、亲水性胶体类以及蛋白质类。常用的微胶囊壁材有淀粉、麦芽糊精、小分子糖类、壳聚糖、淀粉糖浆干粉等,因为它们具有很好的溶解性,且在固形物含量较高时仍可以保持较低的黏度,所以常常被用于粉末油脂的制备。但是除淀粉外,其它碳水化合物壁材大都需要与胶体、蛋白等配合使用,因为单一使用这些壁材无法达到较高微胶囊化效率所必须的界面特性,包埋率也较低。
目前,碳水化合物类微胶囊壁材多采用多孔淀粉。多孔淀粉是一种新型的变性淀粉,它是将天然生淀粉经酶处理以后,使其表面形成小孔,并一直延伸到颗粒内部,是一种类似马蜂窝状的中空颗粒,可以盛装各种物质于其中,具有良好的吸附性。近年来有学者用多孔淀粉作为微胶囊壁材,取得了较好的效果。许丽娜等用多孔淀粉包埋葡萄籽油,并对产品进行氧化实验,结果表明产品的抗氧化性明显提高,可显著延长保质期;刘勋采用多孔淀粉包埋花椒精油,认为此方法工艺简单,只需在常温常压下将多孔淀粉和花椒精油混合均匀即可,多孔淀粉对花椒精油的吸附量达到0.92g/g,包埋率达48%,高于其它包埋材料。
目前,采用多孔淀粉作为壁材制得微胶囊时的产率和/或包封率较低。因此,提供一种产率和包封率高的微胶囊具有重要的现实意义。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种微胶囊及其制备方法。该微胶囊的产率和包封率较高。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种微胶囊,其包括壁材和芯材,壁材为菠萝蜜种子淀粉。
菠萝蜜果肉中约含1/3的种子,种子富含淀粉,约占干重的52%~58%,是有待开发利用的淀粉资源。本发明采用菠萝蜜种子淀粉作为壁材制备微胶囊,可提高微胶囊的产率和包封率,同时具有较好的贮藏稳定性和缓释性能。
作为优选,芯材与壁材的质量比为1:(3~8)。
在本发明提供的一些实施例中,芯材与壁材的质量比为1:3。
在本发明提供的另一些实施例中,芯材与壁材的质量比为1:5。
在本发明提供的另一些实施例中,芯材与壁材的质量比为1:8。
在本发明提供的一些实施例中,芯材为精油和/或油树脂。
作为“香料之王”的香草兰,其精油和油树脂广泛应用于调制高级香烟、名酒、各类糕点、化妆品等,但由于精油和油树脂环境适应性及稳定性差等缺点会限制其应用。因此适合做成微胶囊产品以减少有效成分的损失。在本发明提供的一些实施例中,芯材为香草兰精油或香草兰油树脂。但本发明中的芯材并非限定于此,本领域技术人员认为可行的芯材均在本发明的保护范围之内。
作为优选,菠萝蜜种子淀粉的制备方法为:将菠萝蜜种子烘干,去皮,磨浆,加入碱液在40~60℃条件下反应30~40min,过滤,干燥,获得菠萝蜜种子淀粉。
在本发明提供的一些实施例中,菠萝蜜种子淀粉的制备方法为:
将新鲜的菠萝蜜种子放入电热鼓风干燥箱内烘干1.5h,外皮略干内皮湿润时快速去皮;
按1:5比例加入蒸馏水,于多功能磨浆机磨浆,再倒入胶体磨研磨2min;
加入0.2%的NaOH溶液,置于摇床上(50℃)反应36min;
反应结束后过200目筛,滤渣再水洗过滤两次,合并滤液离心(3000rpm,5min),刮去沉淀物上层褐色皮,沉淀经水洗多次;
抽滤后收集沉淀物进行冷冻真空干燥(-30℃到0℃冷冻3h,50℃恒温真空干燥10h),保存待用。
本发明还提供了该微胶囊的制备方法,包括:
将菠萝蜜种子淀粉溶于水,得到壁材水溶液;
将芯材溶于有机溶剂,得到芯材油相;
将壁材水溶液与芯材油相混合,均质,保温,冷藏,过滤,干燥,得到微胶囊。
作为优选,菠萝蜜种子淀粉与水的质量比为1:(10~17)。
在本发明提供的一些实施例中,菠萝蜜种子淀粉与水的质量比为1:10。
在本发明提供的另一些实施例中,菠萝蜜种子淀粉与水的质量比为1:17。
在本发明提供的另一些实施例中,菠萝蜜种子淀粉与水的质量比为1:15。
作为优选,将菠萝蜜种子淀粉溶于水的温度为50~100℃。
在本发明提供的一些实施例中,将菠萝蜜种子淀粉溶于水的温度为50℃。
在本发明提供的另一些实施例中,将菠萝蜜种子淀粉溶于水的温度为80℃。
在本发明提供的另一些实施例中,将菠萝蜜种子淀粉溶于水的温度为100℃。
作为优选,芯材与有机溶剂的质量比为1:(5~10)。
在本发明提供的一些实施例中,芯材与有机溶剂的质量比为1:5。
在本发明提供的另一些实施例中,芯材与有机溶剂的质量比为1:7。
在本发明提供的另一些实施例中,芯材与有机溶剂的质量比为1:10。
作为优选,有机溶剂为乙醇。
作为优选,乙醇的体积百分浓度为50%~100%。
在本发明提供的一些实施例中,乙醇的体积百分浓度为50%。
在本发明提供的另一些实施例中,乙醇的体积百分浓度为80%。
在本发明提供的另一些实施例中,乙醇的体积百分浓度为100%。
作为优选,均质采用超声技术。超声波细胞粉碎不会像其它均质方式如高压均质机产生高温导致成分损失,且操作简单安全。
作为优选,超声的功率为100~300W,超声的时间为5~30min。
作为优选,超声的温度为30℃。
在本发明提供的一些实施例中,超声的功率为100W,超声的时间为30min。
在本发明提供的另一些实施例中,超声的功率为200W,超声的时间为15min。
在本发明提供的另一些实施例中,超声的功率为300W,超声的时间为5min。
作为优选,保温是在振荡水浴锅中进行的。
作为优选,保温温度为50~100℃,保温时间为10~50min。
在本发明提供的一些实施例中,保温温度为50℃,保温时间为10min。
在本发明提供的另一些实施例中,保温温度为70℃,保温时间为30min。
在本发明提供的另一些实施例中,保温温度为100℃,保温时间为50min。
作为优选,冷藏温度为0~4℃,冷藏时间为10~30h。
优选地,冷藏温度为4℃,冷藏时间为10~30h。
在本发明提供的一些实施例中,冷藏温度为4℃,冷藏时间为10h。
在本发明提供的另一些实施例中,冷藏温度为4℃,冷藏时间为24h。
在本发明提供的另一些实施例中,冷藏温度为4℃,冷藏时间为30h。
作为优选,干燥采用真空冷冻干燥技术。真空冷冻工艺在低温低压下进行,能最大程度保持芯材有效成分的理化特性。
作为优选,真空冷冻干燥的真空度为10~30Pa,冷阱温度为-30℃~-60℃;
真空冷冻干燥分五阶段真空冷冻干燥,包括第一阶段真空冷冻干燥、第二阶段真空冷冻干燥、第三阶段真空冷冻干燥、第四阶段真空冷冻干燥、第五阶段真空冷冻干燥;
第一阶段真空冷冻干燥为在温度为-50~-20℃条件下干燥1~3h;
第二阶段真空冷冻干燥为在温度为-20~0℃条件下干燥2~5h;
第三阶段真空冷冻干燥为在温度为0~20℃条件下干燥3~6h;
第四阶段真空冷冻干燥为在温度为20~40℃条件下干燥1~2h;
第五阶段真空冷冻干燥为在温度为30~60℃条件下干燥1~5h。
在本发明提供的一些实施例中,真空冷冻干燥的真空度为20Pa,冷阱温度为-50℃;
第一阶段真空冷冻干燥为在温度为-50℃条件下干燥2h;
第二阶段真空冷冻干燥为在温度为-20℃条件下干燥2h;
第三阶段真空冷冻干燥为在温度为0℃条件下干燥3h;
第四阶段真空冷冻干燥为在温度为20℃条件下干燥2h;
第五阶段真空冷冻干燥为在温度为50℃条件下干燥5h。
作为优选,过滤的方式为抽滤。
本发明提供了一种微胶囊及其制备方法。该微胶囊包括壁材和芯材,壁材为菠萝蜜种子淀粉。本发明至少具有如下优势之一:
1、本发明采用菠萝蜜种子淀粉作为壁材制备微胶囊,相对于多孔淀粉,可显著提高微胶囊的产率和包封率,产率达84.82%~87.35%,包封率达72.64%~75.33%;
2、本发明制备方法制得的微胶囊具有较好的贮藏稳定性和缓释性能,货架期至少可达300天;
3、本发明菠萝蜜种子淀粉具有溶解度高、吸水性和吸油性强、低粘度等优点,且制得的微胶囊生物相容性好,
4、本发明对资源丰富的菠萝蜜种子进行副产物利用,拓展淀粉市场,充分发挥其优势,利用其为壁材制备微胶囊,结合简单工艺,降低制备微胶囊的损耗与成本。
5、本发明制备工艺简单,在制备微胶囊时是在适宜温度范围内,不会因为高温工作导致精油或油树脂的损失以及影响微胶囊产品品质。
具体实施方式
本发明公开了一种微胶囊及其制备方法,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明提供的微胶囊及其制备方法中所用材料、试剂、仪器均可由市场购得。
下面结合实施例,进一步阐述本发明:
实施例1一种以菠萝蜜种子淀粉为壁材的香草兰精油微胶囊的制备工艺
1)种子淀粉以1:10的重量比加入蒸馏水中,50℃加热搅拌至完全溶解,晾凉备用;
2)香草兰精油按重量比1:5的比例加入50%的乙醇溶液中,搅拌均匀;
3)将步骤2制得的溶液与步骤1制得的溶液按芯材与壁材质量比为1:3进行混合,搅拌均匀;
4)将步骤3中混合好的溶液置于超声波细胞破碎仪处理,超声功率为100W,超声时间为30min;
5)经超声波细胞破碎仪处理后的溶液置于振荡水浴锅中处理一段时间水浴锅温度为50℃,处理时间10min,;
6)冷却至室温后放入4℃冰箱中冷藏10h;
7)抽滤,滤渣用适量蒸馏水冲洗,抽滤所得湿物料置于真空冷冻干燥机中干燥至恒重,真空冷冻干燥的真空度为20Pa,冷阱温度为-50℃。
实施例2一种以菠萝蜜种子淀粉为壁材的香草兰精油微胶囊的制备工艺
1)种子淀粉以1:17的重量比加入蒸馏水中,80℃加热搅拌至完全溶解,晾凉备用;
2)香草兰精油按重量比1:7的比例加入80%的乙醇溶液中,搅拌均匀;
3)将步骤2制得的溶液与步骤1制得的溶液按芯材与壁材质量比为1:5进行混合,搅拌均匀;
4)将步骤3中混合好的溶液置于超声波细胞破碎仪处理,超声功率为200W,超声时间为15min;
5)经超声波细胞破碎仪处理后的溶液置于振荡水浴锅中处理一段时间水浴锅温度为70℃,处理时间30min,;
6)冷却至室温后放入4℃冰箱中冷藏24h;
7)抽滤,滤渣用适量蒸馏水冲洗,抽滤所得湿物料置于真空冷冻干燥机中干燥至恒重,真空冷冻干燥的真空度为20Pa,冷阱温度为-50℃。
实施例3一种以菠萝蜜种子淀粉为壁材的香草兰油树脂微胶囊的制备工艺
1)种子淀粉以1:15的重量比加入蒸馏水中,100℃加热搅拌至完全溶解,晾凉备用;
2)香草兰油树脂按重量比1:10的比例加入100%的乙醇溶液中,搅拌均匀;
3)将步骤2制得的溶液与步骤1制得的溶液按芯材与壁材质量比为1:8进行混合,搅拌均匀;
4)将步骤3中混合好的溶液置于超声波细胞破碎仪处理,超声功率为300W,超声时间为5min;
5)经超声波细胞破碎仪处理后的溶液置于振荡水浴锅中处理一段时间水浴锅温度为100℃,处理时间50min;
6)冷却至室温后放入4℃冰箱中冷藏30h;
7)抽滤,滤渣用适量蒸馏水冲洗,抽滤所得湿物料置于真空冷冻干燥机中干燥至恒重,真空冷冻干燥的真空度为20Pa,冷阱温度为-50℃。
对比例1一种以β-环糊精为壁材的香草兰精油微胶囊的制备工艺
1)β-环糊精以1:17的重量比加入蒸馏水中,80℃加热搅拌至完全溶解,晾凉备用;
2)香草兰精油按重量比1:7的比例加入80%的乙醇溶液中,搅拌均匀;
3)将步骤2制得的溶液与步骤1制得的溶液进行混合,搅拌均匀;
4)将步骤3中混合好的溶液置于超声波细胞破碎仪处理,超声功率为200W,超声时间为15min;
5)经超声波细胞破碎仪处理后的溶液置于振荡水浴锅中处理一段时间水浴锅温度为70℃,处理时间30min,;
6)冷却至室温后放入4℃冰箱中冷藏24h;
7)抽滤,滤渣用适量蒸馏水冲洗,抽滤所得湿物料置于真空冷冻干燥机中干燥至恒重,真空冷冻干燥的真空度为20Pa,冷阱温度为-50℃。
对比例2一种以壳聚糖为壁材的香草兰精油微胶囊的制备工艺
用1%醋酸溶解壳聚糖,壳聚糖质量分数为1%。准确称取香草兰精油(精油与壳聚糖的质量比为1:3),溶于100mL壳聚糖溶液中,搅拌均匀,120W超声1min,除气泡后进行喷雾干燥,即得香草兰精油壳聚糖微球。蠕动泵速度为15%,进风温度为150℃。
对比例3一种以玉米多孔淀粉为壁材的香草兰精油微胶囊的制备
1)玉米多孔淀粉以1:10的重量比加入蒸馏水中,50℃加热搅拌至完全溶解,晾凉备用;
2)香草兰精油按重量比1:5的比例加入50%的乙醇溶液中,搅拌均匀;
3)将步骤2制得的溶液与步骤1制得的溶液按芯材与壁材质量比为1:3进行混合,搅拌均匀;
4)将步骤3中混合好的溶液置于超声波细胞破碎仪处理,超声功率为100W,超声时间为30min;
5)经超声波细胞破碎仪处理后的溶液置于振荡水浴锅中处理一段时间水浴锅温度为50℃,处理时间10min,;
6)冷却至室温后放入4℃冰箱中冷藏10h;
7)抽滤,滤渣用适量蒸馏水冲洗,抽滤所得湿物料置于真空冷冻干燥机中干燥至恒重,真空冷冻干燥的真空度为20Pa,冷阱温度为-50℃。
实施例4产品对比结果及性质测定
(一)微胶囊产率和包埋率测定实验
对实施例1-3和对比例1-3所得的产品的产率、包埋率进行测定,结果见表1。
表1微胶囊产品的产率和包埋率
项目 |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
对比例1 |
对比例2 |
对比例3 |
产率% |
84.82b |
87.35a |
85.47b |
82.99c |
77.35d |
81.30c |
包埋率% |
75.33a |
72.64b |
74.28b |
73.92b |
67.64c |
64.00d |
由表1的结果可以看出,本发明的产品产率、包埋率略高于以壳聚糖、β-环糊精为壁材制得的微胶囊的产率、包埋率。与多孔淀粉相比,本发明采用菠萝蜜种子淀粉制得的微胶囊的产率、包埋率得到了显著提高。
(二)微胶囊贮藏稳定性及缓释性能测定实验
对实施例1-3和对比例1-3所得的产品进行贮藏稳定性及缓释性能分析,即测定微胶囊产品在储藏期间的过氧化值及香气强度的变化。
过氧化值的测定:将样品存放在60℃烘箱中,每隔3天称取4g微胶囊样品于研钵中,分次加入50mL氯仿溶液,充分研磨5min,过滤至已知重量为W1的干燥角瓶中,将滤液蒸馏,回收所用的提取溶剂,挥发残余溶剂后于80℃干燥箱干燥1h,取出放入干燥器中冷却至室温后称重,重复操作至恒重W2,加入30mL三氯甲烷-冰乙酸混合液于三角瓶中,使试样完全溶解,加入1.00mL饱和碘,钾溶液,紧密塞好瓶塞,轻轻振摇0.5min,在暗处放3min,取出加100mL水,摇匀,立即用硫代硫酸钠标准滴定溶液滴定,至淡黄色时,加1mL淀粉指示液,继续滴定至蓝色消失为终点。取相同量三氯甲烷-冰乙酸混合液、碘化钾溶液、淀粉指示液、水按同一方法做空白实验,计算过氧化值,结果以三次测定值的平均值表示。
缓释性能分析:利用电子鼻测定其在储藏过程中的香气强度变化。传感器响应值参照最低值为0.05,电子鼻检测参数为载气,净化空气;流速:150mL/min;样品:1g;样品容器容积:10mL;孵化温度:50℃;孵化期:300s;注射器温度:60℃;注射体积:1500μL;数据采集延迟时间180s;数据采集时间:90s由G6500-CTC自动进样器取样检测,每个待测样品制备10个平行样。
过氧化值和缓释性能数据结果见表2、3:
表2样品过氧化值
表3样品在电子鼻传感器上的响应值
实施例 |
T30/1 |
T70/2 |
PA/2 |
P30/2 |
LY2/AA |
LY2/gCT |
实施例1 |
3.96138 |
6.44295 |
10.55767 |
6.69293 |
0.18754 |
0.09738 |
实施例2 |
3.88687 |
6.38973 |
9.68372 |
6.56291 |
0.17892 |
0.08973 |
实施例3 |
3.89267 |
6.29078 |
9.59472 |
6.46210 |
0.16291 |
0.09476 |
对比例1 |
0.22361 |
1.52357 |
3.27481 |
4.7289 |
0.26169 |
0.22807 |
对比例2 |
0.96062 |
1.26546 |
3.20058 |
3.79366 |
0.25036 |
0.21707 |
对比例3 |
0.07825 |
1.56719 |
3.38961 |
3.53838 |
0.27009 |
0.21581 |
由表2、3的试验结果看出,实施例制成的微胶囊过氧化值在4.8~6.6左右,然而对比例制的微胶囊过氧化值范围在10.5~11.8内,说明储藏一段时间后本发明的产品过氧化值仍保持在较低范围,且稳定性良好,能有效防止内部芯材被氧化。另一方面,本发明产品在放置一段时间后香气强度仍高于对比例制的微胶囊的香气强度,说明本发明的产品能显著减缓香草兰芯材的释放,可作为一种优良的微胶囊壁材。
根据实验指标测定情况以及结合经验公式,温度与食品货架期之间的关系如表4所示:60℃下储藏1d相当于20℃下储藏16d,可以得出,本发明的微胶囊香气释放缓慢,且货架期至少可达300天。
表4温度与货架期系数的关系
温度 |
60℃ |
50℃ |
40℃ |
30℃ |
20℃ |
10℃ |
货架寿命系数 |
1 |
2 |
4 |
8 |
16 |
32 |
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。