CN113842372A - 一种淀粉基胶囊外衣及其制备方法和应用 - Google Patents

一种淀粉基胶囊外衣及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种淀粉基胶囊外衣，由包括以下质量百分比的原料制备得到：阴/阳离子淀粉40～70wt％、天然产物20～50wt％、增塑剂≤10wt％和余量的水；所述天然产物与阴/阳离子淀粉的电荷相反；所述天然产物包括壳聚糖、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚赖氨酸、葡聚糖、葡聚糖硫酸钠和磺化纤维素中的至少一种。本发明采用带有电荷的阴/阳离子淀粉与带相反电荷的天然产物进行复配，能够在静电相互作用下形成聚电解质材料，此聚电解质材料的静电相互作用的作用力远强于氢键和分子间相互作用，且具有集聚效应，使得淀粉基胶囊外衣具备优异的机械性能。

Description

一种淀粉基胶囊外衣及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及天然高分子材料技术领域，尤其涉及一种淀粉基胶囊外衣及其制备方法和应用。
背景技术
胶囊外衣是一种应用十分广泛的药品、食品和保健品装填材料。当前胶囊外衣主要分为明胶胶囊外衣和植物胶囊外衣两类，其中，明胶是屠宰动物的副产品，不仅造成杀戮和宗教信仰冲突，而且价格昂贵且受温度影响易劣变。因此，植物基胶囊外衣由于其性能稳定、价格便宜、“素”食等优点被当前广泛研究与开发。其中应用最广泛的植物基胶囊外衣为淀粉类胶囊外衣，其原料来源于天然植物，丰富且安全，价廉且性能稳定，但淀粉可塑性差，难以加工成型，并且淀粉材料较脆易碎，虽然能够通过添加增塑剂降低脆性但又会造成机械强度不够，使得制备的胶囊外衣性能不如明胶胶囊外衣，使用效果较差。因此，提供具有优异机械强度的淀粉基胶囊外衣成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种淀粉基胶囊外衣及其制备方法和应用。本发明提供的淀粉基聚电解质胶囊外衣具备优异的机械强度。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种淀粉基胶囊外衣，由包括以下质量百分比的原料制备得到：
阴/阳离子淀粉40～70wt％、天然产物20～50wt％、增塑剂≤10wt％和余量的水；所述天然产物与阴/阳离子淀粉的电荷相反；
所述天然产物包括壳聚糖、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚赖氨酸、葡聚糖、葡聚糖硫酸钠和磺化纤维素中的至少一种。
优选地，由包括以下质量百分比的原料制备得到：
阴/阳离子淀粉45～65wt％、天然产物20～40wt％、增塑剂3～10wt％和水10～12wt％。
优选地，由包括以下质量百分比的原料制备得到：
阴/阳离子淀粉50～65wt％、天然产物20～30wt％、增塑剂3～10wt％和水10～12wt％。
优选地，所述阳离子淀粉包括叔胺烷基淀粉醚、鎓类淀粉醚、仲胺烷淀粉醚、伯胺烷淀粉醚和亚胺淀粉醚中的至少一种。
优选地，所述阴离子淀粉包括淀粉硫酸酯、淀粉丁二酸单酯和羧甲基淀粉中的至少一种。
优选地，所述增塑剂包括甘油、山梨醇、丙二醇、聚乙二醇和环氧大豆油中的至少一种。
本发明还提供了上述技术方案所述淀粉基胶囊外衣的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阴/阳离子淀粉、天然产物和水混合，得到初混物；
(2)将所述步骤(1)得到的初混物进行熔融挤出，得到半成品；
(3)将所述步骤(2)得到的半成品进行热压成型或吸塑成型，得到淀粉基胶囊外衣；
当淀粉基胶囊外衣的原料中包括增塑剂时，所述增塑剂在步骤(1)中加入。
优选地，所述步骤(3)中热压成型的温度为60～110℃，热压成型的转速为20～100rpm。
优选地，所述步骤(3)中吸塑成型的温度为60～110℃，吸塑成型的转速为20～100rpm，吸塑成型的真空度为0.5～2MPa，吸塑成型的时间为30～90s。
本发明还提供了上述技术方案所述淀粉基胶囊外衣或上述技术方案所述制备方法制备得到的胶囊外衣在医药、食品、保健品和日化领域中的应用。
本发明提供了一种淀粉基胶囊外衣，由包括以下质量百分比的原料制备得到：阴/阳离子淀粉40～70wt％、天然产物20～50wt％、增塑剂≤10wt％和余量的水；所述天然产物与阴/阳离子淀粉的电荷相反；所述天然产物包括壳聚糖、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚赖氨酸、葡聚糖、葡聚糖硫酸钠和磺化纤维素中的至少一种。本发明采用带有电荷的阴/阳离子淀粉与带相反电荷的天然产物进行复配，能够在静电相互作用下形成聚电解质材料，此聚电解质材料的静电相互作用的作用力远强于氢键和分子间相互作用，且具有集聚效应，使得淀粉基胶囊外衣具备优异的机械性能。实验结果表明，本发明提供的淀粉基胶囊外衣的拉伸强度为23～33MPa，断裂伸长率为76～88％。
具体实施方式
本发明提供了一种淀粉基胶囊外衣，由包括以下质量百分比的原料制备得到：
阴/阳离子淀粉40～70wt％、天然产物20～50wt％、增塑剂≤10wt％和余量的水；所述天然产物与阴/阳离子淀粉的电荷相反；
所述天然产物包括壳聚糖、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚赖氨酸、葡聚糖、葡聚糖硫酸钠和磺化纤维素中的至少一种。
以淀粉基胶囊外衣原料的总重量为100％计，本发明提供的淀粉基胶囊外衣的原料包括阴/阳离子淀粉40～70wt％，优选为45～65wt％，更优选为50～65wt％。在本发明中，所述阳离子淀粉优选包括叔胺烷基淀粉醚、鎓类淀粉醚、仲胺烷淀粉醚、伯胺烷淀粉醚和亚胺淀粉醚中的至少一种；所述阴离子淀粉优选包括淀粉硫酸酯、淀粉丁二酸单酯和羧甲基淀粉中的至少一种。本发明对所述阴/阳离子淀粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述阴/阳离子淀粉带有电荷，能够与带有相反电荷的天然产物发生静电作用，形成聚电解质，提高胶囊外衣的机械强度。
以淀粉基胶囊外衣原料的总重量为100％计，本发明提供的淀粉基胶囊外衣的原料还包括天然产物20～50wt％，优选为20～40wt％，更优选为20～30wt％。在本发明中，所述天然产物与阴/阳离子淀粉的电荷相反；所述天然产物包括壳聚糖、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚赖氨酸、葡聚糖、葡聚糖硫酸钠和磺化纤维素中的至少一种；当所述淀粉基胶囊外衣的原料中采用阴离子淀粉时，所述天然产物优选采用聚赖氨酸、壳聚糖和葡聚糖中的至少一种；所述葡聚糖优选为β-葡聚糖；当所述淀粉基胶囊外衣的原料中采用阳离子淀粉时，所述天然产物优选采用羧甲基纤维素、海藻酸钠、葡聚糖硫酸钠和磺化纤维素中的至少一种。本发明对所述天然产物的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述天然产物带有与阴/阳离子淀粉相反的电荷，能够与阴/阳离子淀粉发生静电作用，形成聚电解质，提高胶囊外衣的机械强度。
以淀粉基胶囊外衣原料的总重量为100％计，本发明提供的淀粉基胶囊外衣的原料还包括≤10wt％的增塑剂，优选为3～10wt％。在本发明中，所述增塑剂优选包括甘油、山梨醇、丙二醇、聚乙二醇和环氧大豆油中的至少一种。本发明对所述增塑剂的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。
以淀粉基胶囊外衣原料的总重量为100％计，本发明提供的淀粉基胶囊外衣的原料还包括余量的水，优选为10～12wt％。本发明对所述水的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述水作为溶剂和增塑剂。
本发明采用带有电荷的阴/阳离子淀粉与带相反电荷的天然产物进行复配，能够在静电相互作用下形成聚电解质材料，此聚电解质材料的静电相互作用的作用力远强于氢键和分子间相互作用，且具有集聚效应，使得淀粉基胶囊外衣具备优异的机械性能。
本发明提供的淀粉基聚电解质胶囊外衣使用性能优异、安全健康、天然绿色，显著改善了淀粉基材料的塑化加工性能以及机械性能。
本发明还提供了上述技术方案所述淀粉基胶囊外衣的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阴/阳离子淀粉、天然产物和水混合，得到初混物；
(2)将所述步骤(1)得到的初混物进行熔融挤出，得到半成品；
(3)将所述步骤(2)得到的半成品进行热压成型或吸塑成型，得到淀粉基胶囊外衣；
当淀粉基胶囊外衣的原料中包括增塑剂时，所述增塑剂在步骤(1)中加入。
本发明将阴/阳离子淀粉、天然产物和水混合，得到初混物。
在本发明中，所述阴/阳离子淀粉、天然产物和水混合的操作优选在高速混合机内混合；所述混合的转速优选为100～2000rpm，更优选为500～1000rpm；所述混合的时间优选为3～5min。本发明对所述高速混合机的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
在本发明中，当淀粉基胶囊外衣的原料中包括增塑剂时，所述增塑剂优选在阴/阳离子淀粉、天然产物和水的混合过程中加入。
得到初混物后，本发明将所述初混物进行熔融挤出，得到半成品。
在本发明中，所述熔融挤出优选在双螺杆挤出机中进行；所述双螺杆挤出机的加工温度优选为30～150℃；所述双螺杆挤出机的螺杆转速优选为100～1000rpm，更优选为150～500rpm。本发明对所述双螺杆挤出机的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的仪器设备即可。
得到半成品后，本发明将所述半成品进行热压成型或吸塑成型，得到淀粉基胶囊外衣。
在本发明中，所述热压成型的温度优选为60～110℃，更优选为90～100℃；所述热压成型的压力优选为20～150MPa，更优选为50～100MPa；所述热压成型的转速优选为20～100rpm，更优选为60～80rpm。本发明通过控制热压成型的工艺参数能够进一步提高胶囊外衣的机械强度。
在本发明中，所述吸塑成型的温度优选为60～110℃，更优选为70～95℃；所述吸塑成型的转速优选为20～100rpm，更优选为60～80rpm；所述吸塑成型的真空度优选为0.5～2MPa，更优选为0.9～1.5MPa；所述吸塑成型的时间优选为30～90s，更优选为50～70s。本发明通过控制吸塑成型的工艺参数能够进一步提高胶囊外衣的机械强度。
本发明提供的制备方法采用热压和吸塑代替传统的浸渍胶囊外衣成型工艺，显著改善了生产效率，节省了加工成本，且生产周期短，产品成型稳定，完全满足胶囊材料所需的要求，具有巨大的市场潜力。
本发明还提供了上述技术方案所述淀粉基胶囊外衣或上述技术方案所述制备方法制备得到的胶囊外衣在医药、食品、保健品和日化领域中的应用。本发明对所述淀粉基胶囊外衣在医药、食品、保健品和日化领域中的应用没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的应用操作即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
淀粉基胶囊外衣由以下质量百分比的原料制备得到：
羧甲基淀粉50wt％、壳聚糖30wt％、增塑剂甘油10wt％和余量的水；
所述淀粉基胶囊外衣的制备方法，为以下步骤：
(1)将羧甲基淀粉、壳聚糖、甘油和水按相应比例置于高速混合机内，以500rpm的转速初步共混5min，得到初混物；
(2)将所述步骤(1)得到的初混物以25rpm的进料速度加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出机各区温度分别为：一区40℃、二区80℃、三区120℃、四区120℃、五区120℃、六区100℃、七区80℃、模头80℃，螺杆转速为150rpm，制备出0.15mm厚的片状半成品；
(3)将所述步骤(2)得到的片状半成品进行热压成型，得到淀粉基胶囊外衣；其中，所述热压成型的温度为90℃，压力为100MPa，转速为60rpm。
实施例2
淀粉基胶囊外衣由以下质量百分比的原料制备得到：
淀粉丁二酸单酯65wt％、聚赖氨酸20wt％、增塑剂聚乙二醇3wt％和余量的水；
所述淀粉基胶囊外衣的制备方法，为以下步骤：
(1)将淀粉丁二酸单酯、聚赖氨酸、聚乙二醇和水按相应比例置于高速混合机内，以1000rpm的转速初步共混3min，得到初混物；
(2)将所述步骤(1)得到的初混物以30rpm的进料速度加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出机各区温度分别为：一区40℃、二区80℃、三区150℃、四区120℃、五区120℃、六区100℃、七区90℃、模头90℃，螺杆转速为200rpm，制备出0.1mm厚的片状半成品；
(3)将所述步骤(2)得到的片状半成品进行吸塑成型，得到淀粉基胶囊外衣；其中，所述吸塑成型的温度为95℃，吸塑成型的转速为100rpm，吸塑成型的真空度为0.9MPa，吸塑成型的时间为30s。
实施例3
淀粉基胶囊外衣由以下质量百分比的原料制备得到：
伯胺烷淀粉醚50wt％、海藻酸钠30wt％、增塑剂甘油10wt％和余量的水；
所述淀粉基胶囊外衣的制备方法，为以下步骤：
(1)将伯胺烷淀粉醚、海藻酸钠、甘油和水按相应比例置于高速混合机内，以500rpm的转速初步共混5min，得到初混物；
(2)将所述步骤(1)得到的初混物以25rpm的进料速度加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出机各区温度分别为：一区40℃、二区80℃、三区120℃、四区120℃、五区120℃、六区100℃、七区80℃、模头80℃，螺杆转速为150rpm，制备出0.15mm厚的片状半成品；
(3)将所述步骤(2)得到的片状半成品进行热压成型，得到淀粉基胶囊外衣；其中，所述热压成型的温度为90℃，压力为100MPa，转速为60rpm。
实施例4
淀粉基胶囊外衣由以下质量百分比的原料制备得到：
叔胺烷基淀粉醚65wt％、羧甲基纤维素20wt％、增塑剂聚乙二醇3wt％和余量的水；
所述淀粉基胶囊外衣的制备方法，为以下步骤：
(1)将叔胺烷基淀粉醚、羧甲基纤维素、聚乙二醇和水按相应比例置于高速混合机内，以1000rpm的转速初步共混3min，得到初混物；
(2)将所述步骤(1)得到的初混物以30rpm的进料速度加入到双螺杆挤出机中进行熔融挤出，挤出机各区温度分别为：一区40℃、二区80℃、三区150℃、四区120℃、五区120℃、六区100℃、七区90℃、模头90℃，螺杆转速为200rpm，制备出0.1mm厚的片状半成品；
(3)将所述步骤(2)得到的片状半成品进行吸塑成型，得到淀粉基胶囊外衣；其中，所述吸塑成型的温度为95℃，吸塑成型的转速为100rpm，吸塑成型的真空度为0.9MPa，吸塑成型的时间为30s。
将实施例1～4制备得到的淀粉基胶囊外衣以及市售明胶胶囊外衣按照测试标准GB13022-91进行机械性能测试，结果如表1所示。所述的市售明胶胶囊外衣的加工工艺为传统的蘸胶成型工艺。
表1实施例1～4制备得到的淀粉基胶囊外衣以及市售明胶胶囊外衣的性能数据
Figure BDA0003289278300000071
Figure BDA0003289278300000081
从表1可以看出，本申请提供的淀粉基胶囊外衣的拉伸强度优于明胶胶囊外衣，断裂伸长率也能够与明胶胶囊外衣接近，说明本申请提供的淀粉基胶囊外衣具备优异的机械强度。
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。

Claims (10)

1.一种淀粉基胶囊外衣，由包括以下质量百分比的原料制备得到：
阴/阳离子淀粉40～70wt％、天然产物20～50wt％、增塑剂≤10wt％和余量的水；所述天然产物与阴/阳离子淀粉的电荷相反；
所述天然产物包括壳聚糖、羧甲基纤维素、海藻酸钠、聚赖氨酸、葡聚糖、葡聚糖硫酸钠和磺化纤维素中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的淀粉基胶囊外衣，其特征在于，由包括以下质量百分比的原料制备得到：
阴/阳离子淀粉45～65wt％、天然产物20～40wt％、增塑剂3～10wt％和水10～12wt％。
3.根据权利要求2所述的淀粉基胶囊外衣，其特征在于，由包括以下质量百分比的原料制备得到：
阴/阳离子淀粉50～65wt％、天然产物20～30wt％、增塑剂3～10wt％和水10～12wt％。
4.根据权利要求1～3任意一项所述的淀粉基胶囊外衣，其特征在于，所述阳离子淀粉包括叔胺烷基淀粉醚、鎓类淀粉醚、仲胺烷淀粉醚、伯胺烷淀粉醚和亚胺淀粉醚中的至少一种。
5.根据权利要求1～3任意一项所述的淀粉基胶囊外衣，其特征在于，所述阴离子淀粉包括淀粉硫酸酯、淀粉丁二酸单酯和羧甲基淀粉中的至少一种。
6.根据权利要求1～3任意一项所述的淀粉基胶囊外衣，其特征在于，所述增塑剂包括甘油、山梨醇、丙二醇、聚乙二醇和环氧大豆油中的至少一种。
7.权利要求1～6任意一项所述淀粉基胶囊外衣的制备方法，包括以下步骤：
(1)将阴/阳离子淀粉、天然产物和水混合，得到初混物；
(2)将所述步骤(1)得到的初混物进行熔融挤出，得到半成品；
(3)将所述步骤(2)得到的半成品进行热压成型或吸塑成型，得到淀粉基胶囊外衣；
当淀粉基胶囊外衣的原料中包括增塑剂时，所述增塑剂在步骤(1)中加入。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中热压成型的温度为60～110℃，热压成型的转速为20～100rpm。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中吸塑成型的温度为60～110℃，吸塑成型的转速为20～100rpm，吸塑成型的真空度为0.5～2MPa，吸塑成型的时间为30～90s。
10.权利要求1～6任意一项所述淀粉基胶囊外衣或权利要求7～9任意一项所述制备方法制备得到的胶囊外衣在医药、食品、保健品和日化领域中的应用。
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