CN112295514B - 一种核壳结构微胶囊颗粒的制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核壳结构微胶囊颗粒制备的技术领域，具体涉及一种核壳结构微胶囊颗粒的制备方法及应用，步骤如下：(1)以一定pH及一定质量浓度的海藻酸钠溶液为水相，将其滴入一定浓度的Ca²⁺溶液中固化成为凝胶颗粒；(2)将得到的凝胶颗粒在搅拌下加入到一定pH及一定质量浓度的玉米醇溶蛋白的乙醇‑水溶液中，玉米醇溶蛋白析出并吸附在凝胶颗粒表面形成外壳，最终形成以玉米醇溶蛋白为壳层‑凝胶颗粒为核体的核壳结构微胶囊颗粒。本发明基于静电相互作用原理制备出形状可调控的亲水‑疏水核壳结构微胶囊颗粒，从而使微胶囊兼具亲水材料与疏水材料共同的特性，对于包埋油脂具有更好的减缓消化效果，对于包埋功能因子具有更好的缓释效果。

Description

一种核壳结构微胶囊颗粒的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及核壳结构微胶囊颗粒制备的技术领域，具体涉及一种核壳结构微胶囊颗粒的制备方法及应用。

背景技术

在食品、药品与生物医学等工业生产中，微胶囊作为一种包封技术被广泛应用。亲水-疏水壳核结构微胶囊颗粒通过整合内外两种材料的亲水、疏水特性，并且调控微胶囊颗粒的形状，从而进一步丰富和增强微胶囊的功能特性，但实际上，因材料的相异性导致其难以组装，微胶囊的形状也比较单一。

海藻酸钠（sodiumalginate）是一种天然来源的阴离子聚合多糖。因易提取，成本低廉等因素，在食品工业以及医药领域中得到广泛应用。海藻酸钠可通过大部分二价离子例如钙离子交联形成水凝胶，具有药物制剂辅料所需的稳定性、粘性与可食用性等，所以不仅可以作为良好的伤口敷料，还可以作为微胶囊芯材运送小分子药物、蛋白质以及食品功能因子。

玉米醇溶蛋白（zein）是 Gorhamin 在1821年首次从玉米中提取的一种能溶解于醇类的蛋白质，并取名为玉米醇溶蛋白。玉米醇溶蛋白具有良好的成膜性、黏接性和防水、防湿性能, 还具有耐酸、耐油等特性, 可广泛应用于医药、食品及化工等其它行业。玉米醇溶蛋白分子中亲水性和疏水性氨基酸残基几乎相等，所以他不溶于水，但是溶解于水和较低脂肪醇（如乙醇、丙酮）的混合溶液中，且溶解度会随着混合比例的不同而发生变化。由于这种独特的溶解特性，玉米醇溶蛋白常作为抗氧化剂、涂膜剂以及药物缓释材料。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种核壳结构微胶囊颗粒的制备方法，制备工艺简便，易于调节，制备得到的具有亲水-疏水核壳结构的微胶囊颗粒。

本发明的目的之二在于提供一种一种核壳结构微胶囊颗粒的应用。

本发明实现目的之一所采用的方案是：一种核壳结构微胶囊颗粒的制备方法，包括以下步骤：

（1）以一定pH及一定质量浓度的海藻酸钠溶液为水相，将其滴入一定浓度的Ca²⁺溶液中固化成为凝胶颗粒；

（2）将所述步骤（1）中得到的凝胶颗粒在搅拌下加入到一定pH及一定质量浓度的玉米醇溶蛋白的乙醇-水溶液中，玉米醇溶蛋白析出并吸附在凝胶颗粒表面形成外壳，最终形成以玉米醇溶蛋白为壳层-凝胶颗粒为核体的核壳结构微胶囊颗粒。

本发明的制备方法中，将固化成型的凝胶颗粒加入到玉米醇溶蛋白的乙醇-水溶液中，基于受限反溶剂原理及静电相互作用，凝胶颗粒中的水作为反溶剂缓慢渗出，降低玉米醇溶蛋白溶液的乙醇的浓度，从而使溶于乙醇中的玉米醇溶蛋白析出，吸附在凝胶颗粒表面而形成外壳，最终形成以玉米醇溶蛋白为壳层-凝胶颗粒为核体的不同形状的核壳结构微胶囊颗粒。

优选地，所述步骤（1）中，海藻酸钠溶液的pH为3-5，海藻酸钠的质量百分数为1%-3%。

优选地，所述步骤（1）中，Ca²⁺溶液的pH为3-5，Ca²⁺的摩尔浓度为0.5-1mol/L或0.01-0.03mol/L。

所述制备球形和纤维形的凝胶颗粒所需的氯化钙质量浓度控制在5-10%(w/w)较为适宜，制备椭圆形的凝胶颗粒所需的氯化钙质量浓度控制在0.1-0.3%(w/w)较为适宜。

优选地，所述步骤（1）中，海藻酸钠溶液与Ca²⁺溶液的体积比为1:2-6。

优选地，所述步骤（1）中，Ca²⁺溶液的溶质包括氯化钙、乳酸钙、碳酸氢钙中的至少一种。

优选地，所述步骤（1）中，海藻酸钠溶液的滴加速率为2-10ml/min，滴口的内径为0.19-1.2mm。

本发明的制备方法通过控制滴加速率和滴口的内径制备球形、椭球形和纤维状等不同形状与尺寸的微胶囊颗粒。不同形状的凝胶颗粒的制备方法不局限使用注射器和搅拌机制备，凡能够形成不同形状的凝胶颗粒的方法均适用于本发明，如模具法。通过控制不同的滴加速率，得到例如球形、椭球型或纤维形的凝胶颗粒。滴口的内径用于控制所得凝胶颗粒的粒径尺寸。

优选地，所述步骤（2）中，玉米醇溶蛋白的乙醇-水溶液的pH为3-5，玉米醇溶蛋白的质量百分数为1%-5%。

优选地，所述步骤（2）中，玉米醇溶蛋白的乙醇-水溶液中，乙醇的原始体积百分数为60%-80%，加入凝胶颗粒后乙醇的体积百分数降至30%-50%。

优选地，所述步骤（2）中，搅拌速度为100-200rpm，搅拌时间为1-4h。

制备不同形状的亲水核体凝胶颗粒：配置一定浓度的的海藻酸钠和Ca²⁺溶液。球形体系：将海藻酸钠溶液滴加到Ca²⁺溶液，静止凝胶使其制备不同尺寸的球形亲水核体凝胶颗粒。椭球形体系：将海藻酸钠溶液滴加到低浓度的Ca²⁺溶液（0.01-0.03mol/L），同时使用搅拌器对溶液搅拌，停止搅拌后，椭球形凝胶颗粒加到高浓度的氯化钙溶液（0.5-1mol/L），静置加强凝胶强度使其制备不同尺寸的椭球形亲水核体凝胶颗粒。制备椭球形凝胶颗粒时，可以根据目标长径比，固定滴口的内径，调控转速制备不同拉伸程度的椭球形亲水核体凝胶颗粒。纤维形体系：通过采用不同滴口内径将海藻酸钠溶液伸进Ca²⁺溶液液面以下连续挤出。静置使其制备不同尺寸的纤维形亲水核体凝胶颗粒。

制备不同形状的核壳结构微胶囊颗粒：将不同形状的亲水核体凝胶颗粒加到带有相反电荷的玉米醇溶蛋白溶液（即溶解在乙醇水溶液）中，在一定转速下搅拌，此过程中玉米醇溶蛋白会逐渐沉淀并依靠静电相互作用吸附在海藻酸钠水凝胶颗粒表面。

本发明实现目的之一所采用的方案是：所述的制备方法制备的核壳结构微胶囊颗粒在减缓油脂的消化及功能因子的控释中的应用。

本发明具有以下优点和有益效果：

本发明的制备方法中核体的材料为海藻酸钠，壳层材料为玉米醇溶蛋白，并基于静电相互作用原理制备出形状可调控的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒，从而使微胶囊兼具亲水材料与疏水材料共同的特性，对于包埋油脂具有更好的减缓消化效果，对于包埋功能因子具有更好的缓释效果。

本发明通过探索亲疏水核壳结构微胶囊颗粒的制备方法，仅通过调控体系pH值即可制备，并配合挤出手段制备出形状和尺寸可调控的核壳结构微胶囊颗粒。本发明的制备方法简单通用，并且可以扩展为使用多种亲水和疏水材料制备更通用的核壳结构，所述制备方法同样适用于其它多糖或蛋白质等天然材料，基于静电相互作用，通过不同形状的凝胶颗粒的加入，形成其与玉米醇溶蛋白的形状可调控的核壳结构，进一步提高了亲疏水核壳结构微胶囊颗粒的应用前景。

附图说明

图1为海藻酸钠、玉米醇溶蛋白在不同pH下的ξ-电位；

图2是根据海藻酸钠、玉米醇溶蛋白的ξ-电位图，以不同pH制备出海藻酸钠-玉米醇溶蛋白凝胶颗粒在激光共聚焦显微镜下观察得到的图片；

图3a为本发明实施例1制备的不同粒径尺寸的球形凝胶颗粒为核体的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒在光学显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜下观察得到的图片；

图3b为本发明实施例1制备的球形亲水凝胶核体和核壳结构微胶囊颗粒在相机及扫描电子显微镜下观察得到的图片；

图4a为本发明实施例2制备的不同粒径尺寸的椭球形亲水凝胶核体的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒在光学显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜下观察得到的图片；

图4b为本发明实施例2制备的椭球形亲水凝胶核体和核壳结构微胶囊颗粒在相机及扫描电子显微镜下观察得到的图片；

图5为本发明实施例2制备的不同拉伸程度的椭球形亲水凝胶核体和亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒在光学显微镜、荧光显微镜及激光共聚焦显微镜下观察得到的图片；

图6a为本发明实施例3制备的不同粒径尺寸的纤维形亲水凝胶核体的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒在光学显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜下观察得到的图片；

图6b为本发明实施例3制备的不同粒径尺寸的纤维形亲水凝胶核体和核壳结构微胶囊颗粒在相机及扫描电子显微镜下观察得到的图片；

图7为本发明实施例1制备的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒内部结构及其疏水壳层扫描电子显微镜形貌图；

图8为无壳微胶囊颗粒与实施例1制备的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒包埋中链甘油三酸酯模拟体外油脂消化速率对比图；

图9为无壳微胶囊颗粒与实施例1制备的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒荷载维生素B₁在水溶液中的释放速率对比图。

具体实施方式

为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

通过在pH为2-8条件下测量了海藻酸钠和玉米醇溶蛋白的电位，如图1所示，并根据激光共聚焦显微镜的图片（如图2所示）确定制备条件为pH为3-5，其中最优的制备条件为pH为4。

实施例1：制备球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒。

1）亲水核体凝胶颗粒的制备：用超纯水配制海藻酸钠溶液100g(1%w/w)（海藻酸钠的浓度可以为1-3%(w/w)，本实施例优选1%（w/w））和氯化钙溶液200g(5%w/w)（氯化钙溶液的浓度可以为5-10%(w/w)，本实施例优选5%（w/w）），并且将配制好的海藻酸钠和氯化钙溶液pH调为4（pH的范围可以为3-5，本实施例优选4）。通过注射器（针头直径为0.19mm，0.3mm，0.45mm，0.6mm和1.2mm）吸取海藻酸钠溶液，距离5%(w/w)氯化钙溶液面5cm处以0.3mL/min一滴一滴的滴下，静止30min使其制备不同尺寸的球形亲水核体凝胶颗粒。如图3a中第1排第1张所示为注射器针头直径0.19mm制得的球形凝胶颗粒核体的光学显微镜图片。

2）亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒的制备：配制2%(w/w)的玉米醇溶蛋白（玉米醇溶蛋白的浓度可以为1%-5%（w/w），本实施例优选2%(w/w)）于70%(v/v)的乙醇水溶液（乙醇-水溶液的体积百分比可以为60%-70%，本实施例为70%）中并超声15min。将1）中制备得到的球形亲水凝胶颗粒缓慢加入玉米醇溶蛋白溶液中，通过控制加入的凝胶颗粒数量使玉米醇溶蛋白溶液的乙醇浓度从70%(v/v)降至45%(v/v)。混合溶液低速搅拌2h得到包裹均匀的球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒，如图3a中第2-4排第1张所示为注射器针头直径0.19mm制得的球形凝胶颗粒为核体的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒的光学显微镜、荧光显微镜和激光共聚焦显微镜图片，可以清晰的观察到核壳结构已经形成。利用扫描电子显微镜对冷冻干燥的微胶囊颗粒进行形貌观测，如图3b所示，可以看到球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒表面很粗糙，因此可以说明玉米醇溶蛋白吸附在凝胶颗粒表面，并且从图7可以观察到微胶囊颗粒内部结构及能够清晰看到凝胶颗粒表面有形成了玉米醇溶蛋白壳层。

向上述混合溶液中加入大量的水使形成的球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒从混合溶液中洗脱出来，通过过滤等手段收集得到球形核壳结构微胶囊颗粒。如图3a所示为不同粒径尺寸的球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒在光学显微镜、荧光显微镜、激光共聚焦显微镜下的图片，因此，通过控制注射器针头直径可以有效的调控核壳结构微胶囊颗粒的尺寸。

图8-9为无壳微胶囊颗粒和核壳结构微胶囊颗粒在包埋油脂（中链甘油三酸酯）和功能因子（维生素B₁）的测定对比，核壳结构微胶囊颗粒能够对包埋油脂减缓消化及功能因子在溶液中的释放起到显著的缓释作用。

实施例2：制备椭球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒。

1）亲水核体凝胶颗粒的制备：用超纯水配制海藻酸钠溶液100g(1%w/w) （海藻酸钠的浓度可以为1-3%(w/w)，本实施例优选1%（w/w））、高浓度氯化钙溶液200g(5%w/w) （氯化钙溶液的浓度可以为5-10%(w/w)，本实施例优选5%（w/w））以及低浓度氯化钙溶液200g(0.2%w/w)（氯化钙溶液的浓度可以为0.1-0.3%(w/w)，本实施例优选0.2%（w/w）），并且将配制好的海藻酸钠和氯化钙溶液pH调为4（pH的范围可以为3-5，本实施例优选4）。通过注射器（针头直径为0.19mm，0.3mm，0.45mm，0.6mm和1.2mm）吸取海藻酸钠溶液，滴入0.2%(w/w)氯化钙溶液的同时，使用悬臂搅拌器以400rpm的转速对溶液搅拌20min，停止搅拌后，椭球形凝胶颗粒加到5%(w/w)的氯化钙溶液，静置30min加强凝胶强度使其制备不同尺寸的椭球形亲水核体凝胶颗粒。并且可以根据目标长径比，固定注射器针头直径为0.3mm，将转速调控为200rpm，400rpm，600rpm，800rpm，1000rpm，制备不同拉伸程度的椭球形亲水核体凝胶颗粒。如图4a中第1排第1张所示为注射器针头直径0.19mm和转速400rpm制得的椭球形凝胶颗粒核体的光学显微镜图片。如图5中第1排第1张所示为注射器针头直径0.19mm和转速200rpm制得的椭球形凝胶颗粒核体的光学显微镜图片。

亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒的制备：配制2%(w/w)的玉米醇溶蛋白（玉米醇溶蛋白的浓度可以为1%-5%（w/w），本实施例优选2%(w/w)）于70%(v/v)的乙醇水溶液（乙醇-水溶液的体积百分比可以为60%-70%，本实施例为70%）中并超声15min。将1）中制备得到的椭球形亲水凝胶颗粒缓慢加入玉米醇溶蛋白溶液中，通过控制加入的凝胶颗粒数量使玉米醇溶蛋白溶液的乙醇浓度从70%(v/v)降至45%(v/v)。混合溶液低速搅拌2h得到包裹均匀的椭球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒，如图4a中第2-4排第1张所示为注射器针头直径0.19mm和转速400rpm制得的椭球形凝胶颗粒为核体的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒的光学显微镜、荧光显微镜和激光共聚焦显微镜图片，图5中第2-4排第1张所示为注射器针头直径0.19mm和转速200rpm制得的椭球形凝胶颗粒为核体的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒的光学显微镜、荧光显微镜和激光共聚焦显微镜图片，都可以清晰的观察到核壳结构已经形成。利用扫描电子显微镜对冷冻干燥的微胶囊颗粒进行形貌观测，如图4b所示，可以看到椭球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒表面很粗糙，因此可以说明玉米醇溶蛋白吸附在凝胶颗粒表面。

向上述混合溶液中加入大量的水使形成的椭球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒从混合溶液中洗脱出来，通过过滤等手段收集得到椭球形核壳结构微胶囊颗粒。如图4a和5所示为不同粒径尺寸和拉伸程度的椭球形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒在光学显微镜、荧光显微镜和激光共聚焦显微镜下的图片，因此，通过控制注射器针头直径和搅拌速率可以有效的调控核壳结构微胶囊颗粒的尺寸和长径比。

实施例3：制备纤维形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒。

1）亲水核体凝胶颗粒的制备：用超纯水配制海藻酸钠溶液100g(1%w/w)（海藻酸钠的浓度可以为1-3%(w/w)，本实施例优选1%（w/w））和氯化钙溶液200g(5%w/w)（氯化钙溶液的浓度可以为5-10%(w/w)，本实施例优选5%（w/w）），并且将配制好的海藻酸钠和氯化钙溶液pH调为4（pH的范围可以为3-5，本实施例优选4）。通过注射器（针头直径为0.6mm，0.7mm，0.8mm，0.9mm和1.2mm）吸取海藻酸钠溶液，伸进5%(w/w)氯化钙溶液液面以下连续挤出。静置30min使其制备不同尺寸的纤维形亲水核体凝胶颗粒。如图6a中第1排第1张所示为注射器针头直径0.6mm制得的球形凝胶颗粒核体的光学显微镜图片。

2）亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒的制备：配制2%(w/w)的玉米醇溶蛋白（玉米醇溶蛋白的浓度可以为1%-5%（w/w），本实施例优选2%(w/w)）于70%(v/v)的乙醇水溶液（乙醇-水溶液的体积百分比可以为60%-70%，本实施例为70%）中并超声15min。将1）中制备得到的纤维形亲水凝胶颗粒缓慢加入玉米醇溶蛋白溶液中，通过控制加入的凝胶颗粒数量使玉米醇溶蛋白溶液的乙醇浓度从70%(v/v)降至45%(v/v)。混合溶液低速搅拌2h得到包裹均匀的纤维形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒，如图6a中第2-4排第1张所示为注射器针头直径0.6mm制得的纤维形凝胶颗粒为核体的亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒的光学显微镜、荧光显微镜和激光共聚焦显微镜图片，可以清晰的观察到核壳结构已经形成。利用扫描电子显微镜对冷冻干燥的微胶囊颗粒进行形貌观测，如图6b所示，可以看到纤维形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒表面很粗糙，因此可以说明玉米醇溶蛋白吸附在凝胶颗粒表面，

向上述混合溶液中加入大量的水使形成的纤维形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒从混合溶液中洗脱出来，通过过滤等手段收集得到纤维形核壳结构微胶囊颗粒。如图6a所示为不同粒径尺寸的纤维形亲水-疏水核壳结构微胶囊颗粒在光学显微镜、荧光显微镜和激光共聚焦显微镜下的图片，因此，通过控制注射器针头直径可以有效的调控纤维形核壳结构微胶囊颗粒的尺寸。

以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，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变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种核壳结构微胶囊颗粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）以一定pH及一定质量浓度的海藻酸钠溶液为水相，将其滴入一定浓度的Ca²⁺溶液中固化成为凝胶颗粒；

（2）将所述步骤（1）中得到的凝胶颗粒在搅拌下加入到一定pH及一定质量浓度的玉米醇溶蛋白的乙醇-水溶液中，玉米醇溶蛋白析出并吸附在凝胶颗粒表面形成外壳，最终形成以玉米醇溶蛋白为壳层-凝胶颗粒为核体的核壳结构微胶囊颗粒；

所述步骤（1）中，海藻酸钠溶液的pH为3-5，海藻酸钠的质量百分数为1%-3%，Ca²⁺溶液的pH为3-5，Ca²⁺的摩尔浓度为0.5-1mol/L或0.01-0.03mol/L，海藻酸钠溶液与Ca²⁺溶液的体积比为1:2-6，海藻酸钠溶液的滴加速率为2-10ml/min，滴口的内径为0.19-1.2mm，所述步骤（2）中，玉米醇溶蛋白的乙醇-水溶液的pH为3-5，玉米醇溶蛋白的质量百分数为1%-5%，玉米醇溶蛋白的乙醇-水溶液中，乙醇的原始体积百分数为60%-80%，加入凝胶颗粒后乙醇的体积百分数降至30%-50%。

2.根据权利要求1所述的核壳结构微胶囊颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，Ca²⁺溶液的溶质包括氯化钙、乳酸钙、碳酸氢钙中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的核壳结构微胶囊颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，搅拌速度为100-200rpm，搅拌时间为1-4h。

4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法制备的核壳结构微胶囊颗粒在减缓油脂的消化及功能因子的控释中的应用。

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