内源乳化凝胶法制备微米级海藻酸微胶囊的研究

内源乳化凝胶法制备微米级海藻酸微胶囊的研究 内源乳化凝胶法制备微米级海藻酸微胶囊 的研究 FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES 内源乳化凝胶法制备微米级海藻酸微胶囊的研究 王艳,管斌,孔青,郑君' (中国海洋大学食品科学与 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学院,山东青岛,266003) 摘要内源乳化凝胶法中的一些物理化学参数(海藻酸钠浓度,乳化剂用量,水与油体积比等)影响海藻酸微 胶囊的大小及粒径分布,文中对这些物理化学参数进行了研究.实验 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明:微胶囊的平均粒径随着内部水油相 体积比的增高和乳化剂Span80用量的增大而减小,随着海藻酸钠浓度的增大而增大.制备平均粒径为4O,6O , am海藻酸微胶囊的最佳工艺条件是:海藻酸钠浓度为15g/L,乳化剂Span80用量为0.7,水与油的体积比为 1:8,CaCOs与NaALG质量比为1:5.内源乳化凝胶法对大规模生产较小粒径的微胶囊有广阔的前景. 关键词海藻酸微胶囊,凝胶化,物理化学参数 生物微胶囊技术在保健食品,生物制品以及生物 技术产品等方面已得到广泛的应用_1].把海藻酸 钠(NaALG)溶液挤压到CaC1.溶液中是最常用的生 物微胶囊生产方法,该方法可以产生粒径较大的胶囊 (1,2mm).而粒径较小的微胶囊,如药物包埋所需 要的微胶囊,可以通过喷雾干燥法得到(200,500 m),但是此方法得到的微胶囊粒径分布的分散性较 大_4].另一种可供选择的生物微胶囊制备方法是乳 化法,该方法能够将生物活性物质包埋在很小的微胶 囊中(10,150um)_5J. 采用乳化技术制备微胶囊的一种可行方法是将 热胶或油的乳浊液滴加到冷水中形成微胶囊,而该方 法所需要的高温条件可能对热敏材料造成影响;另外 一 种方法是把CaC1.加入到海藻酸钠油溶性乳浊液 中形成微胶囊_6],该方法的缺点是容易破坏乳浊液的 平衡体系,从而使微胶囊聚结到一起形成大片凝胶. 文中采用的内源乳化凝胶法与以上2种采用乳 化技术制备微胶囊的方法相比,更易控制微胶囊粒径 并且适于大规模生产_7].此方法是将海藻酸钠溶液 和悬浮钙盐颗粒(水相)分散到油相中,在表面活性剂 作用下形成油包水(W/O)型乳状液.在油相中引入 油溶性的冰醋酸,H'透过水一油界面的表面活性剂 层,使海藻酸钠溶液的pH降低,引起不溶性钙盐中 钙离子的释放,引发凝胶化反应发生.由于制备过程 中使用的都是无毒试剂和溶剂,从而可以考虑将其应 用于食品技术中. 内源乳化凝胶法使微胶囊粒径分布集中,但将峰 值控制在4O,60m比较难,以往文献中对这方面 第一作者:硕士研究生(管斌教授为通讯作者). 收稿日期20070919,改回L:l期:20071009 76l!1.塑:!!!! 的讨论也很少.本文通过优化工艺较好地解决了这 一 问题,即通过分析乳化剂用量,水与油的体积比,碳 酸钙与海藻酸钠质量比,及海藻酸钠浓度等影响微胶 囊粒径大小的因素,得出了制备目的粒径微胶囊(40 , 60gm)的最佳条件. 1材料与方法 1.1材料与仪器 1.1.1试验材料 海藻酸钠(青岛明月海藻集团有限公司,化学纯 );纳米级碳酸钙(江西三和纳米碳酸钙有限公司,分 析纯);液体石蜡(烟台三和化学试剂有限公司,化学 纯);Span80(天津市科密欧化学试剂开发中心,化学 纯);Tween80(国药集团化学试剂有限公司,化学 纯). 1.1.2试验仪器 78—1A磁力加热搅拌器(杭卅I三立仪器厂), TGL一16G高速冷冻离心机(深圳市点晶科学仪器 有限公司),XSP一9CA生物显微镜(上海光学仪器 一 厂),C1一C7显微镜测微尺(上海精谊仪器仪表有 限公司). 1.2试验方法 1.2.1微胶囊粒径的测定 光学显微镜观察,用测微尺测定微胶囊的粒径, 计数500个以上,根据公式Dav一?(nd)/?n计算 微胶囊算术平均粒径(Dav:平均粒径,d:微胶囊粒 径,:微胶囊个数). 粒径区间内微胶囊百分含量/一×100 2 其中:为粒径区间内微胶囊的计数数目;.为 微胶囊计数总数目. 1.2.2制备工艺 量取一定浓度海藻酸钠溶液,加入难溶性钙盐颗 粒,搅拌均匀,形成悬浮液;按照一定水油比将此悬浮 液加入到液体石蜡油中(含1Span80),在磁力搅拌 的作用下进行乳化(15min,400r/rain),形成油包水 乳浊液;降低体系pH值,继续反应20min,加入5O mmol/LCaC1溶液(含Tween80),使微胶囊沉降, 离心收集所制得的海藻酸钙微胶囊. 1.2.3工艺条件的确定 在实验过程中进行变量分析,变量参数包括: NaALG浓度/g?L(5,10,15,20);乳化剂Span80 用量/(O.5,1,1.5,2);内部水与油的体积比(1,1, 1:3,1:5,1:8);CaCO3与NaALG的质量比(1:15,1: 6,1:3,1:1.5).最后通过正交试验L.(3)得到形成 微胶囊的最佳条件. 2结果与分析 2.1海藻酸钠浓度对微胶囊粒径的影响 图1不同海藻酸钠(NaAIG)浓度对粒径的影响 由图1可以看出,随着海藻酸钠浓度增加,微胶 囊平均粒径变大,这是因为海藻酸钠粘度随浓度增加 而增加,伴随着浓度的增加,微胶囊球形度随之提高, 凝胶珠产量也随之增大.因为低浓度的海藻酸钠凝 胶化反应速度慢,重新聚结的几率增加而易形成片状 凝胶,所以,提高海藻酸钠浓度,能够使得凝胶化反应 速度提高,球型度好.但是浓度太高,粘度迅速增大, 剪切力固定条件下,有大量的粒径较大的海藻酸钠液 滴存在,会形成很宽的凝胶珠粒径分布.实验结果表 明,最佳海藻酸钠浓度为15g/L,此时微胶囊粒径的 峰值在4O,60gm. 2.2乳化剂浓度对微胶囊粒径的影响 由图2可以看出,Span80用量低时,微胶囊粒径 分布宽,用量高时有利于粒径的集中分布,并且随着 乳化剂用量的增高,微胶囊粒径逐渐降低.这是因为 在乳状液中,表面活性剂分子在水油界面上定向吸 附,形成界面膜,阻碍了液滴间的相互聚结,因此界面 膜的强度和排列紧密程度对乳状液稳定性起主要作 用.需要指出的是,乳化剂用量太少,界面上吸附的 分子少,界面膜强度差,不足以阻挡液滴重新聚结;用 量大,乳化剂分子排列紧密,界面膜强度好,有较好的 乳化效果,但用量过大,界面膜过于紧密,降低了通过 水油界面扩散到海藻酸钠液滴中H的量,因此获得 的微胶囊产量随Span80用量增加而减少.同时,图 2中可以看出,最佳乳化剂用量为1,此时微胶囊粒 径峰值集中于4O,60肚m. iu,:J3u~4obo~oo70~80'Jiuu 粒径区间/gm 图2不同乳化剂Span80用量对粒径的影响 2.3水与油体积比对微胶囊粒径的影响 由图3可以看出,随着水与油体积比降低时,微 胶囊的粒径逐渐减小.这是因为水与油体积比小时, 单位体积石蜡内分散的海藻酸钠增多,分散空间相对 减少,在连续的剪切力作用下,有很多小的分散液滴 产生并分散在介质中,从而生成较小的碳酸钙凝胶 珠;水与油体积比增大时,分散空间相对宽松,有利于 大液滴形成,生成微胶囊的粒径也较大.且图3中可 以得到,最佳水与油的体积比为1:5,此时微胶囊粒 径峰值集中于4O,60肚m. 粒径区I司/gm 图3不同水与油体积比对粒径的影响 2.4不同碳酸钙与海藻酸钠质量比对微胶囊粒径的 影响 由图4可以看出,CaCO.与NaALG质量比对微 胶囊粒径大小的影响不是很显着;制备目的粒径微胶 囊(4O,60Urn)的最佳质量比为1:3. l 2007年第33卷第12期(总第240期)I77 ?赫鲫狮?0O ,唧扣 们;雩?狮m50 ,卿舡 FOODANDFERMENTAT10NINDUSTR1E . 粒径区I~J/pm 图4不同碳酸钙与海藻酸钠质量比对粒径的影响 2.5正交试验 结合益生菌的大小以及包埋需求,本实验选择 40~60"m为目的微胶囊的粒径区间.选取NaALG 浓度(A),Span80用量(B),水与油的体积比(C),Ca— CO.与NaALG的质量比(D)为因素,采用L.(3)正 交设计优化工艺条件,因素水平表见表1,结果见表 2 表1正交试验因素水平表 表2正交试验结果 试验号A 11 21 31 42 52 62 73 83 93 均值167.267 均值269.167 均值352.976 极差16.200 BCD百分含量/ 72.367 50.300 66.733 22.067 由表2可知,ABCD4种因素对目的粒径微胶囊 收率的影响大小为C>B>D>A,即水与油体积比 >Span80用量>CaCO.与NaALG的质量比> NaALG浓度.因此ABC.D为最佳组合.即 NaALG浓度为15g/L,Span80用量为0.7,水与 油的体积比为1:8,CaCO.与NaALG的质量比为1 :5 78I!!.塑!!!! 3结论与展望 研究表明,内源乳化凝胶法生产平均粒径40, 60/2rn的微胶囊是可行的,粒径大小主要由生产过程 中的影响因素,如乳化剂浓度,水与油体积比等决定. 通过单因素及正交实验,得到制备平均粒径40,60 "m微胶囊的最佳条件是:NaALG浓度为15g/L, Span80用量为0.7,水与油的体积比为1:8'~Ca— CO.与NaALG的质量比为1:5. 把微胶囊技术应用到益生菌上,对提高益生菌生 理活性,保藏效果以及充分发挥其保健功效都起着重 要作用.将内源乳化凝胶法生产的微米级微胶囊与 益生菌结合起来,较小的粒径能够使厌氧条件严格的 益生菌生理活性得到保持,也可以减小微胶囊的断 裂.同时,内源乳化凝胶法适用于温和条件(pH中 性,常温等)且可使用磁力搅拌器进行连续生产,为大 规模生产创造条件.因此,内源乳化凝胶法制备微胶 囊在研制新型微生态制剂方面具有广阔的应用前景. 参考文献 1ChanLW,HengPW,WanLS.Effectofcellulosede— rivativesonalginatemicrospherespreparedbyemulsifica tion[J].JournalofMicroencapsulation,1997,14(5):545, 555 2姚茂君,刘飞.猕猴桃籽油的微胶囊化研究[J].食品 与发酵工业,2006,32(11):59,62 3RibeiroCC,BarriasC,BarbosaMA.Calciumphos— phate-alginatemicrospheresasenzymedeliverymatrices lJJ.Biomaterials,2004,25:4363,4373 4卢蓉蓉,张国农.喷雾干燥微胶囊技术中的玻璃化转变 [J].中国乳品工业,2001,29(6):24~27 5LiuQ,RauthAM.,WuXY.Immobilizationandbioac— tivityofglucoseoxidaseinhydrogelmicrospheresformula— tedbyanemulsification—-internalgelation——adsorption—'poly— electrolytecoatingmethod[J].InternationalJournalof Pharmaceutics,2007,339(1,2):148--156 6MatsumotoM,SumiN,OhmoriK,eta1.Immobilization oflipaseinmicr0capsulespreparedbyorganicandinorgan— icmaterials[J].ProcessBiochemistry,1998,33(5):535, 540 7RibeiroAJ,SilvaC,FerreiraD,eta1.Chitosan-rein— forced,alginatemicrospheresobtainedthroughtheemulsi ficati0n/internalgelationtechnique[J].EuropeanJournal ofPharmaceuticalScience,2005,25(1):31,40 8Rastc)giR,SultanaY,AqilM,eta1.Alginatemicrospheresof isoniazidfororalsustaineddrugdelivery[J].InternationalJour— nalofPharmaceutics,2007,334(1):71,77 (下转第82页) 369087856 加盯?他?M? 间,保证食品卫生安全上具有更大的优势. 参考文献 1顾景范,杜寿玢,查良锭,等.现代临床营养学EM].北京: 科学出版社,2001.3O 2GianottiI,AlexanderJW,NelsonJL,eta1.Roleofearly enteraIfeedingandacutestarvationonpostburnbateriaI translocationandhostdefense:prospectiverandomizedtri— alwl,J].CeitCareMed,1994,22:265,272 3KudskKA,MinardG,CroceMA,eta1.Arandomizedtri alofisonitrogenousenteraldietsafterseveretraumarJ_. 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Keywordstotalprotein,enteralnutritionpreparation (上接第78页) StudiesontheProductionofMicron—sizeAlginateBeadsby Emulsification/InternalGelation WangYan,GuanBin,KongQing,ZhengJun (SchoolofFoodScienceandTechnology,OceanUniversityofChina,Qingdao266003,China) ABSTRACTSomephysico— chemicalparameters(alginateconcentration,emulsifierconcentration,interna1 watertooilratio)whichinfluencedtheproductionandsizeofalginatebeadsinemulsification-interna1ge1a— tionmethodwereresearched.Thediameterdecreasedwiththeincreasingofinternalratioofwatertooi1.e— mulsifierSpan80concentration,butincreasedwiththeincreasingofalginateconcentration .Theresults showedthattheoptimalconditionsfortheproductionofalginatebeadswiththemeandiameterof40~60um were:alginateconcentration1.5(w/v),emulsifierSpan80concentration0.7%(v/v),theratioofwaterto oil18(v/v)andtheratioofCaCO3toNaALG1:5(w/w),Theresultsdemonstratedthattheemu1sifica— tion—internalgelationWaspromisingforlarge—scaleimmobilization. Keywordsalginatebeads,gelation,physico—chemica1parameters 822007VOI33NO12(Total240)