一種通過複合凝聚法製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法
2023-05-24 06:10:36
專利名稱：一種通過複合凝聚法製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法
技術領域：
本發明涉及食品、香精香料、化妝品、菸草及印刷行業，特別涉及一種通過調節pH 來引發複合凝聚反應，包埋芯材，製備微膠囊的技術。所選芯材為親水性物質，可以是功能性物質如水溶性維生素C、B族維生素等；可以是水溶性染料如辣椒紅色素、薑黃色素等； 可以是食品類添加劑如防腐劑山梨酸鉀、甜味劑阿斯巴甜等；也可以是水溶性香精；甚至可直接包埋水，作為一些特殊產品的保潤劑或增溼劑。
背景技術：
微膠囊化的作用主要有(I)改善物質的物理性質，液態物質微膠囊化後可以變成固態粉末，便於貯藏和運輸，也方便於添加到固態或類固態體系中。(2)提高物質的穩定性，微膠囊技術將芯材與周圍環境隔開，避免了光、氧氣、溫度等的影響，也避免了由於不同組分間的相互作用，失去其特有的性質而導致的產品品質劣變，保護了芯材。例如，維生素C 極易受溫度、溼度、氧氣的影響，而發生氧化或分解，從而喪失其生理功能或還原性；水溶性香精在食品加工過程中，往往需要經歷150°C以上的高溫，導致其風味改變或喪失等。採用微膠囊化技術可極大程度延緩芯材物質的氧化速度，耐高溫、高溼能力，增強穩定性。(3)控制釋放。物質經微膠囊化後，可根據需要在恰當的時間與恰當的位置以一定的速率進行釋放。例如，微膠囊化的食用香精可直到產品被食用時才進行釋放，不僅增加了風味，也減少了加工過程中揮發性風味的損失，減少香精香料的使用量，節約成本，提高附加值；傳統甜味劑甜味濃烈，釋放時間短，如能採用微膠囊化方法進行包埋，能使甜味釋放柔和且持久， 特別適合在口香糖中使用。(4)屏蔽味道和氣味。微膠囊化可以用於掩飾某些物質令人不愉快的味道或氣味。目前微膠囊化的方法很多，有噴霧乾燥法、噴霧冷凝法、擠壓法、空氣懸浮法、界面聚合法、相分離法、環糊精法和銳孔法等。噴霧乾燥法工藝簡單，生產成本低，是工業化較為成功的一種。但此類微膠囊的缺點在於當外壁略有破裂時，即會迅速全部釋放芯材，不具備緩釋效果，而且在溼度較大的環境中，其玻璃化的壁材容易溶脹破裂，釋放內部芯材。因此若想得到在高溫高溼下應用的微膠囊，必須採用特殊的微膠囊化方法。複合凝聚法是相分離法的一種，是由組成壁材的兩種高分子聚合物在適當的條件下，通過改變外部環境，如稀釋或調節PH，使聚合物間由於靜電相互作用形成複合凝聚相， 沉積於芯材乳狀液滴表面形成微膠囊的方法。複合凝聚微膠囊技術具有微膠囊大小和載量可調範圍廣、包埋產率高的優點。最重要的是，複合凝聚微膠囊由於在製備過程中經過固化處理，囊壁形成了三維網狀的剛性結構，能耐受高溫、高溼的環境，並具有基於機械力或溫度的控制釋放及緩釋能力。此外，微膠囊經噴霧乾燥後能形成流動性很好的粉末產品，方便後續添加與應用，是一種極具特色又富有前景的微膠囊化方法。目前，採用複合凝聚技術製備微膠囊所適用的芯材種類僅為疏水性物質，未見該法對於親水性物質的成功包埋。因此，大大限制了該種優良的微膠囊化方法的適用範圍。如能採用特殊的處理手段，達到對親水性物質的包埋，則能拓寬傳統該法僅在香精行業的應用，提高系列產品的附加值。由於利用複合凝聚法所製備的壁材與芯材的結合主要依靠的是疏水相互作用，故其無法直接對親水性物質進行包埋。本發明即基於此尋找一種中間手段，以期達到採用複合凝聚法間接包埋親水性物質的目的。
發明內容
針對上述情況，本發明的目的是提供一種一種通過複合凝聚技術製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法。該方法反應條件簡單，操作方便，且壁材成本較低，易於工業化生產。本發明的最大特點在於採用複合凝聚法，成功包埋了系列親水性物質。本發明通過以下的方法實施一種通過複合凝聚法製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法，包括以下步驟(I)稱取明膠和阿拉伯膠，在60°C熱水中攪拌使其溶解，得到壁材溶液；所述的壁材溶液中明膠和阿拉伯膠總的質量分數為1%，明膠與阿拉伯膠的質量比為I 9 I ；(2)稱取親水性物質，加入油相物質、乳化劑，高速分散得到均一的W/0型乳狀液； 所述的親水性物質為B族維生素、抗壞血酸、辣椒紅色素、薑黃色素、山梨酸鉀、阿斯巴甜中的一種，芯材與壁材的質量比為O. 4 I ;所述的油相物質為大豆油、橄欖油或者花生油中的一種，油相物質與壁材的質量比為0.8 I ;所述的乳化劑司盤80(Span80)，乳化劑與壁材的質量比為O. 8 : I ;(3)將步驟⑵所得的乳狀液倒入步驟⑴所得的壁材溶液中，於45°C下恆溫攪拌，恆溫攪拌的速度為300 500r/min，用10%的酸溶液調節pH至3. 9 4. 2，反應10 20分鐘(優選15分鐘);(4)冷卻至15°C以下,調節pH至6. O,加入穀氨醯胺轉氨酶,在室溫下固化4 6h ； 所述穀氨醯胺轉氨酶的酶活為100U/g，其添加量為明膠質量的1/4 1/12 ；(5)抽濾，得到溼微膠囊產品；(6)經噴霧乾燥或冷凍乾燥得到粉末狀微膠囊化產品。所述的明膠優選等電點為4. 7 5. O的明膠。所述步驟(2)中高速分散所使用的高速分散機的轉速為10000r/min，分散時間 2 5min。所述步驟(3)中的酸溶液為鹽酸溶液、醋酸溶液或硫酸溶液。所述步驟(4)中的冷卻為冰浴冷卻，冷卻時間為0. 5 Ih。本發明的另一種實施方式為一種通過複合凝聚法製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法，包含以下步驟(I)稱取明膠和羧甲基纖維素，在60°C熱水中攪拌使其溶解，得到壁材溶液；所述的壁材溶液中明膠和羧甲基纖維素總的質量分數為1%，明膠與羧甲基纖維素的質量比為 I 9 I ；(2)稱取親水性物質，加入油相物質、乳化劑，高速分散得到均一的W/0型乳狀液； 所述的親水性物質為B族維生素、抗壞血酸、辣椒紅色素、薑黃色素、山梨酸鉀、阿斯巴甜中的一種，芯材與壁材的質量比為O. 4 I ;所述的油相物質為大豆油、橄欖油或者花生油中的一種，油相物質與壁材的質量比為O. 8 I ;所述的乳化劑為司盤80(Span80)，乳化劑與壁材的質量比為O. 8 I ；(3)將步驟⑵所得的乳狀液倒入步驟⑴所得的壁材溶液中，於45°C下恆溫攪拌，恆溫攪拌的速度為300 500r/min，用10%的酸溶液調節pH至4. 4 4. 8，反應10 20分鐘(優選15分鐘);(4)冷卻至15°C以下,調節pH至6. O,加入穀氨醯胺轉氨酶,在室溫下固化4 6h ； 所述穀氨醯胺轉氨酶的酶活為100U/g，其添加量為明膠質量的1/4 1/12 ；(5)抽濾，得到溼微膠囊產品；(6)經噴霧乾燥或冷凍乾燥得到粉末狀微膠囊化產品。所述的明膠優選等電點為4. 7 5. O的明膠。所述步驟(2)中高速分散所使用的高速分散機的轉速為10000r/min，分散時間 2 5min。所述步驟(3)中的酸溶液為鹽酸溶液、醋酸溶液或硫酸溶液。 所述步驟(4)中的冷卻為冰浴冷卻，冷卻時間為0. 5 Ih。本發明所使用的穀氨醯胺轉氨酶無任何毒性。對水溶性物質的包埋一直是微膠囊化技術的難點，而本發明工藝操作簡單，易於實施，具有相當明顯的優勢(I)傳統包埋水相物質一般採用界面聚合法或原位聚合法，由於所選用的壁材大多為有機合成類高分子物質，存在較多有毒有害物質，大大限制了其在食品、藥品中的應用。本發明選取的壁材為明膠、阿拉伯膠或羧甲基纖維素，均為市場上極易獲取的食品級原料，保證了所獲得的微膠囊化產品的安全性。(2)傳統方法所形成的壁膜一般可透性較高，對芯材的保護性能較弱，尤其對於一些易受光、熱、氧氣等影響的親水性物質，更是不能達到有效包埋。本發明在預先形成的囊壁交聯網絡中，又加入了可食用固化劑穀氨醯胺轉氨酶，進一步加強了囊壁的交聯程度與耐受:不良條件的能力，起到對芯材物質的聞效保護。(3)製備得到的微膠囊球形形態較好，粒徑均一且分布易於控制，可製得一系列粒徑範圍在20 150 μ m的微膠囊化產品。同時微膠囊的產率、效率較高，可達93. 01 %和 82. 55%。
具體實施例方式下面結合具體例子，對本發明進行更具體的闡述。例子中的具體參數僅用於說明本發明而不用於限定範圍，本領域內技術人員可以適當修改本發明參數。複合凝聚通常包括四個步驟乳化，凝聚，成囊和固化。凝聚成囊的條件可以是稀釋，也可以是調節PH，本發明採用後者。實施例I稱取明膠4g，阿拉伯膠4g，加去離子水至800g，在60°C水浴中攪拌溶解為壁材溶液。稱取3. 2g維生素C,6. 4g大豆油,6. 4g Span80乳化劑,於分散機轉速10000r/min下高速分散均質5分鐘。攪拌完畢將上述溶液倒入壁材溶液中，在45°C下恆溫攪拌，攪拌速度400r/min。加入10%醋酸溶液調節pH至4. 0，攪拌反應15分鐘。使用冰水浴冷卻至15°C 以下，反應30分鐘。調節pH至6.0，加入穀氨醯胺轉氨酶，酶活為100U/g，用量為明膠質量的1/4。常溫中速攪拌4 6小時。該條件下製備的微膠囊球形較好，壁膜光滑，粒徑均一，能夠很好地將芯材維生素 C包埋於膠囊中。使用碘量法測得微膠囊產率為93. 01 %，效率為92. 55%。微膠囊平均粒徑為 44. 59 μ m。實施例2稱取明膠7. 2g，羧甲基纖維素O. 8g，加去離子水至800g，在60°C水浴中攪拌溶解為壁材溶液。稱取3. 2g薑黃色素，6. 4g橄欖油，6. 4g Span80乳化劑，於分散機轉速IOOOOr/ min下高速分散均質5分鐘。攪拌完畢將上述溶液倒入壁材溶液中，在45°C下恆溫攪拌，攪拌速度400r/min。加入10%醋酸溶液調節pH至4. 6，攪拌反應15分鐘。使用冰水浴冷卻至15°C以下，反應30分種。調節pH至6. 0，加入穀氨醯胺轉氨酶，酶活為100U/g，用量為明膠質量的1/4。常溫中速攪拌4 6小時。實施例3稱取明膠7g，羧甲基纖維素lg，加去離子水至800g，在60°C水浴中攪拌溶解為壁材溶液。稱取3. 2g阿斯巴甜,6. 4g花生油,6. 4g Span80乳化劑,於分散機轉速10000r/min 下高速分散均質5分鐘。攪拌完畢將上述溶液倒入壁材溶液中，在45°C下恆溫攪拌，攪拌速度400r/min。加入10%醋酸溶液調節pH至4. 4,攪拌反應15分鐘。使用冰水浴冷卻至 15°C以下，反應30分種。調節pH至6.0，加入穀氨醯胺轉氨酶，酶活為100U/g，用量為明膠質量的1/4。常溫中速攪拌4 6小時。實施例4稱取明膠4g，羧甲基纖維素4g，加去離子水至800g，在60°C水浴中攪拌溶解為壁材溶液。稱取3. 2g山梨酸鉀，6. 4g大豆油，6. 4g Span80乳化劑，於分散機轉速10000r/min 下高速分散均質5分鐘。攪拌完畢將上述溶液倒入壁材溶液中，在45°C下恆溫攪拌，攪拌速度400r/min。加入10%醋酸溶液調節pH至4. 0，攪拌反應15分鐘。使用冰水浴冷卻至 15°C以下，反應30分種。調節pH至6.0，加入穀氨醯胺轉氨酶，酶活為100U/g，用量為明膠質量的1/4。常溫中速攪拌4 6小時。實施例5稱取明膠7. 2g,羧甲基纖維素0. 8g，加去離子水至800g，在60°C水浴中攪拌溶解為壁材溶液。稱取3. 2g辣椒紅色素，6. 4g橄欖油，6. 4g Span80乳化劑，於分散機轉速 10000r/min下高速分散均質5分鐘。攪拌完畢將上述溶液倒入壁材溶液中，在45°C下恆溫攪拌，攪拌速度400r/min。加入10%醋酸溶液調節pH至4. 6，攪拌反應15分鐘。使用冰水浴冷卻至15°C以下，反應30分種。調節pH至6. 0，加入穀氨醯胺轉氨酶，酶活為100U/g，用量為明膠質量的1/4。常溫中速攪拌4 6小時。實施例6稱取明膠7. 2g，阿拉伯膠0. 8g，加去離子水至800g，在60°C水浴中攪拌溶解為壁材溶液。稱取3. 2gB族維生素，6. 4g橄欖油，6. 4g Span80乳化劑，於分散機轉速IOOOOr/ min下高速分散均質5分鐘。攪拌完畢將上述溶液倒入壁材溶液中，在45°C下恆溫攪拌，攪拌速度400r/min。加入10%醋酸溶液調節pH至4. 6，攪拌反應15分鐘。使用冰水浴冷卻至15°C以下，反應30分種。調節pH至6. 0，加入穀氨醯胺轉氨酶，酶活為100U/g，用量為明膠質量的1/4。常溫中速攪拌4 6小時。
權利要求
1.一種通過複合凝聚法製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法，其特徵在於包括以下步驟(1)稱取明膠和阿拉伯膠，在60°C熱水中攪拌使其溶解，得到壁材溶液；所述的壁材溶液中明膠和阿拉伯膠總的質量分數為1%，明膠與阿拉伯膠的質量比為I 9 I ；(2)稱取親水性物質，加入油相物質、乳化劑，高速分散得到均一的W/0型乳狀液；所述的親水性物質為B族維生素、抗壞血酸、辣椒紅色素、薑黃色素、山梨酸鉀、阿斯巴甜中的一種，芯材與壁材的質量比為0. 4 I ;所述的油相物質為大豆油、橄欖油或者花生油中的一種，油相物質與壁材的質量比為0. 8 : I ;所述的乳化劑為Span80乳化劑，乳化劑與壁材的質量比為0.8 I ；(3)將步驟(2)所得的乳狀液倒入步驟(I)所得的壁材溶液中，於45°C下恆溫攪拌，恆溫攪拌的速度為300 500r/min，用10%的酸溶液調節pH至3. 9 4. 2，反應10 20分鐘(優選15分鐘);(4)冷卻至15°C以下，調節pH至6.0，加入穀氨醯胺轉氨酶，在室溫下固化4 6h;所述穀氨醯胺轉氨酶的酶活為100U/g，其添加量為明膠質量的14 1/12 ；(5)抽濾，得到溼微膠囊產品；(6)經噴霧乾燥或冷凍乾燥得到粉末狀微膠囊化產品。
2.如權利要求I所述的方法，所述的明膠優選等電點為4.7 5. 0的明膠。
3.如權利要求I所述的方法，所述步驟(2)中高速分散所使用的高速分散機的轉速為 10000r/min，分散時間 2 5min。
4.如權利要求I所述的方法，所述步驟(3)中的酸溶液為鹽酸溶液、醋酸溶液或硫酸溶液。
5.如權利要求I所述的方法，所述步驟(4)中的冷卻為冰浴冷卻，冷卻時間為0.5 Ih0
6.一種通過複合凝聚法製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法，其特徵在於包括以下步驟(1)稱取明膠和羧甲基纖維素，在60°C熱水中攪拌使其溶解，得到壁材溶液；所述的壁材溶液中明膠和羧甲基纖維素總的質量分數為1%，明膠和羧甲基纖維素的質量比為I 9:1;(2)稱取親水性物質，加入油相物質、乳化劑，高速分散得到均一的W/0型乳狀液；所述的親水性物質為B族維生素、抗壞血酸、辣椒紅色素、薑黃色素、山梨酸鉀、阿斯巴甜中的一種，芯材與壁材的質量比為0. 4 I ;所述的油相物質為大豆油、橄欖油或者花生油中的一種，油相物質與壁材的質量比為0. 8 : I ;所述的乳化劑為Span80乳化劑，乳化劑與壁材的質量比為0.8 : I ;(3)將步驟(2)所得的乳狀液倒入步驟(I)所得的壁材溶液中，於45°C下恆溫攪拌，恆溫攪拌的速度為300 500r/min，用10%的酸溶液調節pH至4. 4 4. 8，反應10 20分鐘(優選15分鐘);(4)冷卻至15°C以下，調節pH至6.0，加入穀氨醯胺轉氨酶，在室溫下固化4 6h ;所述穀氨醯胺轉氨酶的酶活為100U/g，其添加量為明膠質量的1/4 1/12 ；(5)抽濾，得到溼微膠囊產品；(6)經噴霧乾燥或冷凍乾燥得到粉末狀微膠囊化產品。
7.如權利要求6所述的方法，所述的明膠優選等電點為4.7 5. 0的明膠。
8.如權利要求6所述的方法，所述步驟(2)中高速分散所使用的高速分散機的轉速為 10000r/min，分散時間 2 5min。
9.如權利要求6所述的方法，所述步驟(3)中的酸溶液為鹽酸溶液、醋酸溶液或硫酸溶液。
10.如權利要求6所述的方法，所述步驟(4)中的冷卻為冰浴冷卻，冷卻時間為0.5 Ih0
全文摘要
本發明涉及一種通過複合凝聚法製備親水性物質為芯材的微膠囊化方法。本方法工藝簡單，成本較低，產品具有較高的包埋率。步驟包括(1)稱取一定比例的特定蛋白質和多糖，在熱水中攪拌溶解，作為壁材溶液。(2)稱取一定質量的親水性芯材物質，按一定質量比例加入油相物質、乳化劑，進行高速分散，形成W/O型乳狀液。(3)將上述乳狀液直接倒入壁材溶液，於45℃下恆溫攪拌，用10％的酸調節pH，反應15分鐘。(4)冷卻至15℃以下，調pH至6.0，加入穀氨醯胺轉氨酶固化。(5)抽濾得到溼囊產品。經冷凍乾燥或噴霧乾燥可得乾燥微膠囊產品。
文檔編號B01J13/02GK102580638SQ20121006385
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者呂怡, 夏書芹, 張曉鳴, 戴清源, 賈承勝 申請人:江南大學