CN115969808A - 一种新型β-胡萝卜素微胶囊的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型β‑胡萝卜素微胶囊的制备方法。在β‑胡萝卜素乳液制备过程中，在配方中添加一定含量的乳化助剂，乳化助剂会吸附在β‑胡萝卜素乳液液滴表面，利用乳化作用、静电吸附作用和空间阻碍作用，使得乳液液滴相互独立，乳液稳定性增加，从而导致β‑胡萝卜素乳液在喷雾干燥过程中乳液液滴不容易被破坏，减少β‑胡萝卜素在喷雾干燥中的损失，提高β‑胡萝卜素微胶囊产品的存储稳定性。

Description

一种新型β-胡萝卜素微胶囊的制备方法

技术领域

本发明属于β胡萝卜素制剂技术领域，涉及一种新型β-胡萝卜素微胶囊制备方法。

背景技术

β-胡萝卜素(C₄₀H₅₆)是一种橘黄色的脂溶性类胡萝卜素。β-胡萝卜素可作为营养和着色添加剂。β-胡萝卜素是联合国粮农组织和世界卫生组织食品添加剂联合委员认可的无毒、安全、有营养的食品添加剂，目前世界上已有了52个国家和地区批准使用。β-胡萝卜素是一种营养剂，β-胡萝卜素进入机体后，在肝脏及小肠粘膜内经过酶的作用，其中50％变成维生素A，有补肝明目的作用，可治疗夜盲症，利膈宽肠，且其转化具有可调节性，不会因过量摄食而造成维生素A累积中毒。β-胡萝卜素被广泛应用于食品工业、饲料工业、医药及化妆品工业上，β-胡萝卜素是脂溶性，其剂型通常是胶囊和胶状物形式。

β-胡萝卜素在应用中避免氧化。由于β-胡萝卜素具有众多双建结构，因此在热、离子和光作用下容易异构化，遇氧时容易氧化。而且除了氧、光、热等因素外，抗氧化剂、金属离子、pH值等，对β-胡萝卜素的稳定性也有影响。所以，β-胡萝卜素在使用时，应尽量隔绝氧气、光照、高温等，同时采用包埋技术解决这一问题，将β-胡萝卜素包埋于化学活性相对较低，稳定性较高的胶质中，保护β-胡萝卜素的活性。

中国公开专利CN 101999577中介绍了制备胡萝卜素微胶囊粉的制备方法，采用超声波高速剪切和高压均质的方式，将带有β胡萝卜素的酒精溶液与水相混合制备β胡萝卜素乳液，可以得到粒径为100-400nm的β胡萝卜素乳液；该方法采用酒精溶解β胡萝卜素晶体，溶解度较小，需要使用大量的酒精，在喷雾干燥过程中有一定的安全风险，且产品中会有一定的酒精溶剂残留，不利于下游应用；且配方中以明胶、淀粉、β-环糊精作为乳化剂，乳化能力较弱，需要使用较为复杂的乳化设备进行乳化，增加了设备成本。

中国公开专利CN 113229495介绍了制备β-胡萝卜素双层纳米颗粒的方法，采用β-胡萝卜素油相和酪蛋白水相为原料，经均质形成单层纳米乳液，再与壳聚糖水溶液复配形成混合体系，利用动态高压微射流处理以及干燥处理，形成双壁材包裹β胡萝卜素的稳定颗粒体系。该方法使用酪蛋白和壳聚糖对β胡萝卜素进行包埋，保护了β胡萝卜素的稳定性，但该方法采用的β胡萝卜素原料为使用甘油三酯溶解的β胡萝卜素，颗粒中β胡萝卜素的含量较低，无法使用β胡萝卜素晶体粉末进行制剂。

中国公开专利CN 109156827 A公开一种使用研磨装置制备β胡萝卜素微囊的方法，首先将水溶性壁材、抗氧化剂和填充剂加热充分溶解形成水溶性胶体，再在低温条件下将β-胡萝卜素通过剪切使其高效、快速、均匀的分散于水溶性胶体中，最后通过纳米研磨机进行研磨得到β胡萝卜素乳液。该方法整个步骤未使用有机溶剂，工艺绿色环保，更有利于食品安全。同时，该方法无高温过程无溶剂残留，避免了β-胡萝卜素顺反异构进行，大大提高其生物利用度和安全性。但该方法仅使用研磨机进行循环研磨，研磨效率较低，研磨时间较长，无法满足工业化的需求。

中国公开专利CN108433013A公开一种使用复合乳化剂制备天然胡萝卜素制剂的方法，采用卵磷脂、中链甘油三酸酯和吐温80复合乳化剂进行乳液的稳定，并且避免了有机溶剂的使用，使得胡萝卜素粉末更好的分散在水分散剂中；但乳液中采用吐温80乳化剂增加乳化效果，吐温80中亲脂成份包括不饱和脂肪酸，这些不饱和脂肪酸十分容易氧化降解而产生更多的有毒成份，由此而产生的毒副反应将会超过产品本身带来的益处；因此食品添加剂中应尽量减少有机乳化剂的使用。

上述各方法中均存在相应的缺陷，本发明在制剂过程中添加一定量的乳化助剂，乳化助剂是由二氧化硅改性得到，对生物体无毒害和副作用；且本发明还对乳化剂的加入阶段进行了改进，首先乳化助剂和β胡萝卜素晶体进行混合研磨，使得乳化助剂和晶体粉末更好的混合，且晶体粉末粒径更小，有利于乳液的制备；其次乳液制备阶段加入剩余的乳化助剂，可以有效促进水相与粉末之间的乳化，利用其静电吸附能力和空间阻碍作用，使得乳液稳定性增加，β-胡萝卜素乳液在喷雾干燥过程中乳液液滴不容易被破坏，减少β-胡萝卜素在喷雾干燥中的损失，提高β-胡萝卜素微胶囊产品的存储稳定性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种新型的维生素A乙酸酯微囊制备方法。在制备过程中添加一定含量的乳化助剂，利用乳化作用、静电吸附作用和空间阻碍作用，使得乳液液滴相互独立，乳液稳定性增加，从而提高β胡萝卜素产品的稳定性。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，本发明提供一种β-胡萝卜素微胶囊的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)a：将β-胡萝卜素晶体与部分乳化助剂混合，使用研磨设备进行研磨；b：将胶质、糖类、部分乳化助剂、水混合后使用高速剪切设备进行剪切分散，形成水相溶液；c：将研磨好的β-胡萝卜素晶体粉料加入至水相溶液中继续剪切分散，然后使用研磨设备继续研磨，得到β-胡萝卜素乳液；

(2)将制备好的乳液使用喷雾干燥塔进行喷雾造粒，并在喷雾造粒塔中通入二次包埋材料进行二次包埋，干燥筛分后得到β-胡萝卜素微胶囊产品。

本发明中，步骤(1)中，所述乳化助剂选自改性纳米二氧化硅，所述改性二氧化硅的制备方法包含以下步骤：使用气相沉淀法，将疏水性金属化合物在气相状态下与纳米二氧化硅表面发生气相化学沉淀形成疏水涂层，反应结束后得到改性纳米二氧化硅；

本发明中，所述疏水性金属化合物为ZnS、ZnO、SnS、SnO₂、GeS等，优选为ZnS；

本发明中，所述纳米二氧化硅的粒径为D90为20-300nm，优选为50-100nm；

本发明中，所述疏水性金属化合物与纳米二氧化硅的质量比为1:1～1:4；优选为1:1～1:2；

本发明中，所述气相沉淀法制备改性纳米二氧化硅，反应温度为800-2000℃，优选为900-1800℃，反应时间为2-10h，优选为3-5h；

本发明中，所述乳化助剂粒径尺寸为0.02-0.5μm，优选0.05-0.1μm。

本发明中，步骤(1)中，在步骤a中，所述β-胡萝卜素晶体与乳化助剂质量比为1000:1～5:1，优选为200:1～20:1。

本发明中，步骤(1)中，在步骤b中，所述胶质为明胶、阿拉伯胶、琼脂、瓜尔胶、黄原胶、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、酪蛋白酸钠中的一种或多种，优选为明胶。糖类为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽糊精、果糖、果葡萄糖浆、麦芽糖浆中的一种或多种，优选为葡萄糖。

本发明中，步骤(1)中，在步骤b中，按照质量比，胶质：糖类：乳化助剂：水＝0.4～0.8：0.2～0.6：0.001～0.1：1，优选为0.3～0.5：0.2～0.4：0.005～0.05：1。

本发明中，步骤(1)中，在步骤a中，研磨设备选自球磨机或砂磨机，优选砂磨机。

本发明中，步骤(1)中，在步骤b中，高速剪切设备选自高速剪切机、胶体磨、乳化头或乳化泵，优选为高速剪切机。

本发明中，步骤(1)中，在步骤c中，研磨的β-胡萝卜素晶体粉料与水相溶液的质量比为1:10～1:25，优选为1：10～1:20；

本发明中，步骤(1)中，在步骤c中，研磨设备为砂磨机或多级砂磨机串联研磨，优选为多级砂磨机串联研磨，其中研磨β胡萝卜素粉体的砂磨机研磨珠和研磨乳液的砂磨机研磨珠的尺寸分别为0.6～3mm和0.2～0.8mm，优选为0.6～1mm和0.4～0.6mm。

本发明中，步骤(2)中，二次包埋材料选自淀粉、变性淀粉、三氧化二铝、硅酸钙、硅铝酸钠、硫酸钙、二氧化硅等中的一种或多种，优选为淀粉和二氧化硅的混合物，混合质量比为100:1～10：2，优选为50：1～10:1；二次包埋材料随送风进入喷雾干燥机，二次包埋材料与β胡萝卜素乳液的质量比为2:1～10～1，优选为3:1～6:1。

本发明的有益效果在于：

本发明采用改性二氧化硅作为乳化剂，可有效避免对有机乳化剂的使用，有效减少了有机乳化剂使用对胃肠道黏膜的刺激及对动物体内内分泌环境的破坏；本发明还对乳化剂的加入阶段进行了改进，首先乳化助剂和β胡萝卜素晶体进行混合研磨，使得乳化助剂和晶体粉末更好的混合，且晶体粉末粒径更小，有利于乳液的制备；其次乳液制备阶段加入剩余的乳化助剂，可以有效促进水相与粉末之间的乳化，利用其静电吸附能力和空间阻碍作用，使得乳液稳定性增加，β-胡萝卜素乳液在喷雾干燥过程中乳液液滴不容易被破坏，减少β-胡萝卜素在喷雾干燥中的损失，提高β-胡萝卜素微胶囊产品的存储稳定性。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。

β胡萝卜素微囊中β胡萝卜素含量的测试按照GB/T 34469-2017《饲料添加剂β-胡萝卜素(化学合成)》进行检测；

包埋率＝(微囊中β胡萝卜素总含量-微囊表面β胡萝卜素含量)/微囊中β胡萝卜素总含量*100％

原料及来源：

制备例1

称取50g纳米二氧化硅(华纳精工，粒径为D90：50-60nm)和25gZnS(浙江亚美纳米科技有限公司)，放入加热炉中，将加热炉温度升高至1700℃，使得ZnS气化，保持1700℃4h，使其充分混合，后降温至室温，取出制备好的粉末，即为纳米SiO2-ZnS复合材料，复合材料D90为65nm；

制备例2

称取100g纳米二氧化硅(华纳精工，粒径为D90：60-80nm)和75gZnO(默克材料)，放入加热炉中，将加热炉温度升高至1800℃，使得ZnO升华，保持1800℃6h，使其充分混合，后降温至室温，取出制备好的粉末，即为纳米SiO2-ZnO复合材料，复合材料粒径D90为100nm；

制备例3

称取20g纳米二氧化硅(华纳精工，粒径为D90：50-60nm)和20gSnS(默克材料)，放入加热炉中，将加热炉温度升高至1300℃，使得SnS气化，保持1300℃2h，使其与二氧化硅充分混合，后降温至室温，取出制备好的粉末，即为纳米SiO2-SnS复合材料，复合材料粒径D90为75nm；

实施例1

(1)称取90gβ胡萝卜素晶体粉末和0.9g纳米SiO₂-ZnS混合均匀后，使用砂磨机进行研磨，砂磨机研磨珠尺寸为0.8-1mm，研磨时间为25min；

(2)称取350g明胶，200g葡萄糖，15g纳米SiO₂-ZnS(自制)，700g水，放入烧杯中，加热至55℃，并使用高速剪切机剪切均匀后备用，高速剪切机转速设置为9000r/m，剪切时间为15min；

(3)将研磨好的晶体在高速剪切机的作用下与水相均匀混合，然后使用砂磨机进行研磨，研磨珠尺寸为0.4-0.6mm，研磨20min后得到均一的β胡萝卜素乳液。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.152μm。

(4)使用喷雾干燥机对均质好的乳液进行喷雾造粒，乳液进料温度为63℃，喷雾干燥机雾化器转速为2000rpm，使用添加含有2％纳米二氧化硅的玉米淀粉共6000g作为二次包埋材料，得到β胡萝卜素微胶囊粗料；

微囊中β胡萝卜素含量为10.80％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至10.68％。

实施例2

(1)称取60gβ胡萝卜素晶体粉末和1.2g纳米SiO₂-ZnO混合均匀后，使用砂磨机进行研磨，砂磨机研磨珠尺寸为1-1.2mm，研磨时间为30min；

(2)称取240g明胶，150g葡萄糖，9g纳米SiO₂-ZnO，400g水，放入烧杯中，加热至55℃，并使用高速剪切机剪切均匀后备用，高速剪切机转速设置为8000r/m，剪切时间为15min；

(3)将研磨好的晶体在高速剪切机的作用下与水相均匀混合，然后使用砂磨机进行研磨，研磨珠尺寸为0.3-0.4mm，研磨10min后得到均一的β胡萝卜素乳液。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.163μm。

(4)使用喷雾干燥机对均质好的乳液进行喷雾造粒，乳液进料温度为63℃，喷雾干燥机雾化器转速为2200rpm，使用添加含有10％纳米三氧化二铝的玉米淀粉共4000g作为二次包埋材料，得到β胡萝卜素微胶囊粗料；

微囊中β胡萝卜素含量为10.30％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至10.21％。

实施例3

(1)称取120gβ胡萝卜素晶体粉末和0.6g纳米SiO₂-SnS混合均匀后，使用砂磨机进行研磨，砂磨机研磨珠尺寸为1.6-1.8mm，研磨时间为50min；

(2)称取300g阿拉伯胶，400g蔗糖，50g纳米SiO₂-SnS，1000g水，放入烧杯中，加热至65℃，并使用胶体磨剪切均匀后备用，胶体磨转速设置为6000r/m，剪切时间为25min；

(3)将研磨好的晶体在胶体磨的作用下与水相均匀混合，然后使用砂磨机进行研磨，研磨珠尺寸为0.2-0.3mm，研磨15min后得到均一的β胡萝卜素乳液。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.143μm。

(4)使用喷雾干燥机对均质好的乳液进行喷雾造粒，乳液进料温度为65℃，喷雾干燥机雾化器转速为2000rpm，使用添加含有30％纳米硅酸钙的玉米淀粉共6000g作为二次包埋材料，得到β胡萝卜素微胶囊粗料；

微囊中β胡萝卜素含量为10.95％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至10.83％。

实施例4

(1)称取70gβ胡萝卜素晶体粉末和4g纳米SiO₂-SnO₂混合均匀后，使用砂磨机进行研磨，砂磨机研磨珠尺寸为0.6-0.8mm，研磨时间为20min；

(2)称取250g瓜尔胶，180g麦芽糊精，4g纳米SiO₂-SnO₂，500g水，放入烧杯中，加热至60℃，并使用乳化头剪切均匀后备用，乳化头转速设置为10000r/m，剪切时间为20min；

(3)将研磨好的晶体在乳化头的作用下与水相均匀混合，然后使用砂磨机进行研磨，研磨珠尺寸为0.6-0.8mm，研磨15min后得到均一的β胡萝卜素乳液。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.175μm。

(4)使用喷雾干燥机对均质好的乳液进行喷雾造粒，乳液进料温度为60℃，喷雾干燥机雾化器转速为2400rpm，使用添加含有2％纳米二氧化硅的变性淀粉共7000g作为二次包埋材料，得到β胡萝卜素微胶囊粗料；

微囊中β胡萝卜素含量为10.93％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至10.80％。

实施例5

(1)称取98gβ胡萝卜素晶体粉末和2.5g纳米SiO₂-GeS混合均匀后，使用砂磨机进行研磨，砂磨机研磨珠尺寸为2-2.2mm，研磨时间为60min；

(2)称取400g木质素磺酸钠，200g果葡萄糖浆，50g纳米SiO₂-GeS，500g水，放入烧杯中，加热至60℃，并使用乳化泵循环剪切均匀后备用，乳化头转速设置为4000r/m，循环剪切时间为20min；

(3)将研磨好的晶体在乳化泵的作用下与水相均匀混合，然后使用砂磨机进行研磨，研磨珠尺寸为0.2-0.3mm，研磨20min后得到均一的β胡萝卜素乳液。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.156μm。

(4)使用喷雾干燥机对均质好的乳液进行喷雾造粒，乳液进料温度为60℃，喷雾干燥机雾化器转速为2400rpm，使用添加含有4％硫酸钙的玉米淀粉共3000g作为二次包埋材料，得到β胡萝卜素微胶囊粗料；

微囊中β胡萝卜素含量为10.40％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至10.28％。

对比例1

其他条件与实施例1相同，但步骤(1)中未加入纳米疏水改性二氧化硅。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.359μm。

微囊中β胡萝卜素含量为9.82％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至9.34％。

对比例2

其他条件与实施例1相同，但步骤(2)中未加入纳米疏水改性二氧化硅。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.659μm。

微囊中β胡萝卜素含量为9.12％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至8.24％。

对比例3

其他条件与实施例1相同，但步骤(1)(2)中均未加入纳米疏水改性二氧化硅。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为1.259μm。

微囊中β胡萝卜素含量为8.56％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至7.24％。

对比例4

其他条件与实施例1相同，但步骤(1)(2)中均未加入纳米疏水改性二氧化硅，在步骤(1)(2)加入等质量的吐温80替代纳米疏水改性二氧化硅。

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.235μm。

微囊中β胡萝卜素含量为10.45％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至9.89％。

对比例5

其他条件与实施例1相同，但步骤(1)(2)中均加入等量的纳米二氧化硅替代纳米疏水改性二氧化硅

使用bettersize2600激光粒度测试仪测试乳液粒径为D(4,3)为0.335μm。

微囊中β胡萝卜素含量为10.25％，常温放置一年后，检测其β胡萝卜素含量降低至9.99％。

Claims (10)

1.一种β-胡萝卜素微胶囊的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)a：将β-胡萝卜素晶体与部分乳化助剂混合，使用研磨设备进行研磨；b：将胶质、糖类、部分乳化助剂、水混合后使用高速剪切设备进行剪切分散，形成水相溶液；c：将研磨好的β-胡萝卜素晶体粉料加入至水相溶液中继续剪切分散，然后使用研磨设备继续研磨，得到β-胡萝卜素乳液；

(2)将制备好的乳液使用喷雾干燥塔进行喷雾造粒，并在喷雾造粒塔中通入二次包埋材料进行二次包埋，干燥筛分后得到β-胡萝卜素微胶囊产品。

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述乳化助剂选自改性纳米二氧化硅，所述改性二氧化硅的制备方法包含以下步骤：使用气相沉淀法，将疏水性金属化合物在气相状态下与纳米二氧化硅表面发生气相化学沉淀形成疏水涂层，反应结束后得到改性纳米二氧化硅。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述疏水性金属化合物为ZnS、ZnO、SnS、SnO2、GeS等，优选为ZnS；和/或，所述纳米二氧化硅的粒径为D90为20-300nm，优选为50-100nm；和/或，所述疏水性金属化合物与纳米二氧化硅的质量比为1:1～1:4；优选为1:1～1:2。

4.如权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述气相沉淀法制备改性纳米二氧化硅，反应温度为800-2000℃，优选为900-1800℃，反应时间为2-10h，优选为3-5h；和/或，所述乳化助剂粒径尺寸为0.02-0.5μm，优选0.05-0.1μm。

5.如权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在步骤a中，所述β-胡萝卜素晶体与乳化助剂质量比为1000:1～5:1，优选为200:1～20:1；和/或，在步骤a中，研磨设备选自球磨机或砂磨机，优选砂磨机。

6.如权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在步骤b中，所述胶质为明胶、阿拉伯胶、琼脂、瓜尔胶、黄原胶、木质素磺酸盐、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、酪蛋白酸钠中的一种或多种，优选为明胶；糖类为葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、麦芽糊精、果糖、果葡萄糖浆、麦芽糖浆中的一种或多种，优选为葡萄糖。

7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在步骤b中，按照质量比，胶质：糖类：乳化助剂：水＝0.4～0.8：0.2～0.6：0.001～0.1：1，优选为0.3～0.5：0.2～0.4：0.005～0.05：1。

8.如权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在步骤c中，研磨的β-胡萝卜素晶体粉料与水相溶液的质量比为1:10～1:25，优选为1：10～1:20。

9.如权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，在步骤c中，研磨设备为砂磨机或多级砂磨机串联研磨，优选为多级砂磨机串联研磨，其中研磨β胡萝卜素粉体的砂磨机研磨珠和研磨乳液的砂磨机研磨珠的尺寸分别为0.6～3mm和0.2～0.8mm，优选为0.6～1mm和0.4～0.6mm。

10.如权利要求1-9任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，二次包埋材料选自淀粉、变性淀粉、三氧化二铝、硅酸钙、硅铝酸钠、硫酸钙、二氧化硅等中的一种或多种，优选为淀粉和二氧化硅的混合物，混合质量比为100:1～10：2，优选为50：1～10:1；二次包埋材料随送风进入喷雾干燥机，二次包埋材料与β胡萝卜素乳液的质量比为2:1～10～1，优选为3:1～6:1。