（动物营养与饲料科学专业论文）虾用蛋氨酸微胶囊工艺研究.pdf

摘要 摘要 微胶囊技术是近年来国内外重点研究的一项技术。由于微胶囊具有保护心材，隔离外 界环境不良影响，实现心材缓慢释放等作用，在食品和饲料工业中的应用越来越广泛。本 课题的主要目的是采用微胶囊技术包裹蛋氨酸以降低它在对虾消化道内的释放速度，使晶 体蛋氨酸能够应用于对虾饲料。 本文首先测定了饲料级蛋氨酸的主要理化特性，研究了颗粒粒度对悬浮液稳定性的影 响，发现颗粒控制在7 4 um 以下可以获得稳定性较好的悬浮液。另外，确定了测定蛋氨酸 体外释放率的测定方法，并且测定了晶体蛋氨酸和天然蛋白中的氨基酸的体外释放曲线。 本文分别采用挤压法制备以海藻酸钠为壁材的蛋氨酸微胶囊和喷雾干燥法制备以麦 芽糊精，阿拉伯胶为壁材的蛋氨酸微胶囊。实验结果表明，两种方法都有很明显的缓释作 用。两种方法的微胶囊化产率分别达到7 7 7 和9 7 8 。 实验证明了挤压法制备蛋氨酸微胶囊的最佳工艺方法：以海藻酸钠为壁材，3 0 叽海 藻酸钠，7 5 叽蛋氨酸，3 0 l c a c l 2 为最佳组合方案喷雾干燥法制备蛋氨酸微胶囊的最佳工 艺方法：以麦芽糊精为壁材，1 2 5 l 麦芽糊精，1 2 5 叽蛋氨酸为最佳组合方案。 研究了两种产品在模拟胃液和模拟肠液中的释放效果，结果表明两种产品的缓释效果 明显，产品的粒径能够满足对虾饲料的加工工艺要求。喷雾干燥法制备的产品具有粒度分 布均匀、分散性好、形状近似球形、流动性与面粉相近等特点，两种产品的蛋氨酸含量分 别为5 1 8 和4 8 9 。 对两种方法制备的产品生产成本进行比较，喷雾干燥法成本较低，适合大规模工厂化 生产，产品应用于对虾养殖业。而挤压法成本虽然高，但不需要专用大型设备，适合制备 少量氨基酸微胶囊用于小规模养殖实验，确定不同时期对虾的氨基酸需求量。 关键词：对虾微胶囊蛋氨基酸喷雾干燥挤压法 -r 江南大学硕：l ：学位论文 a b s t r a c t m i c r o e n c a p s u l a t i o nt e c h n i q u ei sv e r yi m p o n a n ti nf o o da n df e e dp r o c e s s i n 舀w h i c hc a n p r o t e c ts e n s i t i v ec o m p o n e n t s ，s t a b i l i z et h ec o r em a t e r i a l ，m a s kf l a v o r so ra r o m a st h a ta r e u n d e s i r a b l ea n ds l o w l yr e l e a s et h ec o r em a t e r i a l i ti n c r e a s e st h er a l l g eo fa p p l i c a t i o no fm a n y t y p e so ff i l n c t i o n a li n 铲e d i e n t s t h eo b j e c t i v eo ft h i sp a p e ri st om i c r o e n c a p - s u l a t em e t h i o n i n ei n o r d e rt os l o w e rt h er e l e a s er a t eo fi ti ni n t e s t i n e so fs h r i m pa n dm a k et h ec r y s t a lm e t h i o n i n e c o u l db eu s e di np r a w nf c e d f i r s t l y ，t h ep h y s i c sa n dc h e m i s t r yc h a r a c t e r i s t i co fm e t h i o n i n ew a sm e n s u r a t e d t 1 l ee f f e c to f p a r t i c l es i z eo ns t a b i l i t yo fs u s p e n s i o nw a ss t u d i e di nd e t a i l i tw a sf o u n dt h a tw h e nt h ep a n i c l e s t h a ta r cl e s st h a n7 4 弘m ，t h es t a b i l i t yo fs u s p e n s i o nw e r eu n e x p e c t e d l yw e u b a l a n c e s e c o n d l y ， t h em e n s u r a t i o nm e a n s 砸m e t h i o n i n er e l e a s er a t ew a se s t a b l i s h e d t h er e l e a s ec u r v eo fc r y s t a l m e t h i o i l i n ea i l da m i n oa c i di ns a v a g e n e s sp m t e i nw a sm e n s u r a t e d i i lt h i sp 叩e r ，t h em i c m e n c a p s u l a t e dm e t h i o n i n ew i t hs o d i u ma l g i n aa sw a l lm a t er i a lw a s p r e p a r e db ye x t r u s i o n p v i a l t o d e x t r i nw a su s e dt oe n c a p s u l a t em e t h i o n i n eb ys p r a yd r y i n g t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tm i c r o e n c a p s u l a t i o ny i e l do fm i c m e n c a p s u l a t e dm e t h i o n i n ep r e p a r e db y s p r a yd r y i n gm e t h o dw e r e7 7 7 ，p r e p a r e db ys p r a yd r y i n gm e t h o dw e r e9 7 8 t h eo p t i n l a lp r o c e s sp a r a m e t e r sf o rp r e p a r i n gm i c m e n c a p s u l a t e dm e t h i o n i n eb ye x t m s i o n w e r ea sf o l l o w s ：s o d i u ma l 百n a t ec o n c e n t r a t i o n3 0 lm e t h i o n i n ec o n c e n t r a t i o n7 5 l ，c a l c i u m c h l o r i d e3 0 9 l t h eo p t i m a lp m c e s sp a r 锄e t e r sf o rp r c p a r i n gm i c r o e n c a p s u l a t e dm e t h i o n i n e b ys p r a yd r y i n gw e r ea sf o l l o w s ：m a l t o d e x t r i nc o n c e n t r a t i o n3 0 l ，m e t h i o n i n ec o n c e n t r a t i o n 1 2 5 9 ，l t h er e l e a s ec a p a c i t yo fm e t h i o n i n e 丘d mt h em i c r o c a p s u l e si ns i m u l a t e dg a s t r i cn u i da n d s i m u l a t e di n t e s t i n a ln u i dw a si n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tm e t h i o n i n eo fp r o d u c t i o n w a ss l o w l yr e l e a s e d p a r t i c l es i z eo fp m d u c t i o nw a sf i tf o rt h es h r i m pf e e dm a n u f a c t u r i n g t h e g r a n u l a r i t yo fp r o d u c t i o nb ys p r a yd r y i n gw a sw e l ld i s t r i b u t e d ，a n dt h ec a p s u l e sh a dag l o b a l s h a p e ，i t sn o w c h a r a c t e r sw e r es i m i l a rw “hn o u rp o w d e r c o m p a r i n gt h ec o s to fp m d u c t i o nb ys p m yd r y i n ga n de x t r i i s i o n ，t h ef i r s to n ei sl o w ，s oi ti s f j tf o rp r o d u c i n gi nf a c t o r ya n d u s i n gi ns h r i m pb r e e da q u a t i c s t h es e c o n do n ei sh j g h e rb u ti t n e e d n ts p e c i a le q u i p m e n ti i ti sf i tf o rp r e p a r i n gas m a l lq u a n t i t yo f p m d u c t j o nw h i c hb eu s e dt o e x p e r i m e n ta n dc o n f i m l i n gt h ea m i n oa c i dd e m a n do fs h r i m p k e yw o r d ： p r a w n m i c r o e n c a p s u l a t i o nm 曼! h i q 西n 曼s p r yd r y i n g e x t n l s i o n 独创性声明 y 9 6 7 99 0 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名： 1 2j 圭日期：伽f 年；月，日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规 定：江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、 汇编学位论文，并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签名：! 五j 垂导师签名：之二些乌 日期：御年? 月g 日 第一章绪论 1 1 微胶囊技术概述 第一章绪论 微胶囊是指用成膜物质将固体、液体或气体物质包覆而成的微小胶囊物，其包覆的过 程与方法称为微胶囊化方法，亦称为微胶囊化技术。微胶囊主要由囊心( 核) 和囊壁( 膜) 组成，囊心与囊壁为分离的两相，这是微胶囊的基本特征。囊心物质( 芯材) 多为液态物质， 也可以是固态或气态物质。囊膜通常是由无孔的坚固的薄膜组成，囊膜的厚度一般在o 2 um 至几微米之间，但通常超过1 0um 。囊膜材料早期多为天然高分子材料( 如动物胶、植 物胶) ，现扩展到为多种合成高分子材料( 如聚酰胺、聚酯聚脲等) ，在微胶囊的制备和 应用中，壁材的选择具有重要作用。微胶囊的大小一般在5 2 0 0um 范围内，对所有的微胶 囊来说，被包封的材料均被无孔的囊壁所包裹。微胶囊的结构一般为单核，也有双核和多 核的，单个的微胶囊一般呈球形，也有粒形、肾形、谷粒形等，囊膜可以是单层结构或是 多层结构，微胶囊还可以包含一种或多种芯材。可以根据芯材的物理性质和胶囊的应用来 选择壳材料，一般可以选用天然或合成高分子材料。 1 1 1 微胶囊的作用 大多数气体，液体，固体物质无论是具有亲水性还是具有亲油性，均可以被包裹。形 成微胶囊时，囊心被包覆而与外界环境隔离，它的性质能被毫无影响的保留下来，而在适 当的条件下，壁材被破坏时又能将囊心释放出来。制成的微胶囊，囊心是与外界环境隔开 的，就可使其免受外界的湿度、氧气、紫外线等因素的影响，因而使性质不稳定的囊心不 会变质。也可以使原本会发生相互作用的几种组分分开，如把固化剂组分微胶囊化之后就 可与环氧树脂混合在一起形成单一组分的粘合剂，而不必担心在存放期间会发生固化反应 了。香水或有机溶剂形成微胶囊之后，它们在温室下的挥发性也大为降低，从而延长了它 们的使用和保存期。毒性大的杀虫剂形成微胶囊后，对人畜的危害也大大降低。味道极苦 的医药在形成微胶囊，儿童和老人在服药时也不再感到痛苦难咽了“1 。如果选用的壁材具 有半透性，则液体囊心或水溶性囊心可以通过溶解、渗透、扩散的过程，透过膜壁而释放 出来，而释放速度又可以通过改变壁材的化学组成、厚度、硬度和孑l 径大小等加以控制。 这种具有控制释放速率功能的微胶囊在香水、医药、农药的应用方面特别有用”1 。微胶囊 技术受到了各行各业的重视。微胶囊之所以被广泛地应用于各个行业，是由于通过对物质 进行胶囊化可以实现许多目的：可改善被包覆物质的物理性质( 颜色、外观、表观密度、溶 解性) ：提高物质的物质稳定性，使物质免受环境的影响，改善被包囊物质的反应活性、耐 久性( 延长挥发性物质的贮存时间) 、压敏性、热敏性和光敏性：屏蔽气味：降低物质毒性： 根据需要持续释放物质进入外界环境：将不相容的化合物隔离等0 1 。 江南大学硕： 学位论文 上述功能使得微胶囊化成为许多工业领域中的一种有效的商品化方法。通常，如果选 用的壁材具有半透性，则液体囊心或水溶性囊心可以通过改变壁材的化学组成、厚度强度、 孔径大小等加以控制。 1 1 2 微胶囊化方法 1 喷雾干燥法：这是一种较早采用且应用最为广泛的微胶囊化方法。它的主要工艺方法是： 首先将心材分散在己经液化的壁材溶液中混合均匀，然后将此混合液在热气流中进行雾 化，以使溶解心材的溶剂迅速蒸发，该方法主要优点是成本低廉、工艺简单，易于实现大 规模工业化生产，缺点是对一些热敏性物料不适用。目前主要用于生产粉末油脂和粉末香 料。 2 喷雾冷冻法与喷雾冷却法。3 ：这两者与喷雾干燥法的不同点在于干燥室所用的空气温度 以及所用的壁材性质不同，喷雾干燥法中采用热空气将水分去除，而喷雾冷冻法与喷雾冷 却法中干燥室空气为室温或经冷却处理，远低于所用壁材如脂质( 硬脂酸) 或腊质的凝固 点。这两种工艺适用面较窄，一般用于水溶性心材如矿物质、酶、水溶性维生素、酸味剂 等的微胶囊化。喷雾冷冻还可用于固体心材例如：硫酸亚铁、酸味剂、维生素、固体风味 料等的微胶囊化，也可用于一般溶剂中溶解困难的生理活性物质的微胶囊化，同样通过将 液态物质冷冻成固态，可实现对液滴的微胶囊化。 3 空气悬浮法：该方法主要应用流化床将固体粉末状的心材悬浮于包裹室内上升的气流 中，然后在心材表面上喷涂成膜液，使其收缩并粘附于心材表面形成囊壁。根据微胶囊化 的要求，囊膜所需要的厚度，以及囊心物质粒子是否充分包囊的情况，可以进行循环操作， 经过反复多次直到产品满足预定的要求。用空气悬浮法来生产微胶囊产品，目前仍处于试 验研究阶段。 4 相分离凝聚法：该法是在心材和壁材的混合物中，加入另一种物质或不良溶剂，或采用 其它适当方法使壁材的溶解度降低而自溶液中凝聚出来，包覆于心材表面，形成囊壁结构。 采用相分离法，由于心材是通过分散在液体介质中来进行微胶囊化的，因此对于已形成的 微胶囊必须还要经过干燥过程来形成一个稳定的产品。在这类方法中以复凝聚法“”最为主 要，复凝聚法还可分为水相相分离法、非水相相分离法两种方法。其它相分离法还有：单 凝聚法、盐凝聚法、调节p h 一聚合物沉淀法。相分离法尽管是一种非常有效的微胶囊化技 术，但其生产规模小、成本很高，而且由于在这种方法中常引入一些有机溶剂，不易去除 完全，因此主要用于医药和化妆品，食品工业中极少采用“。 5 界面聚合法：将两种活性单体分别溶解在不同的溶剂中，当一种溶液被分散在另一种溶 液中时，相互间可发生聚合反应，该反应是在两种溶液之间的界面上进行的，因而称为界 面聚合法。利用界面聚合法可以使疏水材料的溶液或分散液微胶囊化，也可以使亲水材料 的水溶液或分散液微胶囊化“。在界面聚合法微胶囊化过程中连续相与分散相均必需提供 活性单体，一些易变的、不稳定的材料不适宜应用界面聚合法微胶囊化“。界面聚合法微 2 第一章绪论 胶囊化产品很多，例如：微胶囊化甘油、水、药用润滑油、胺、酶、血红蛋白等产品。1 。 6 络合法：该法主要是利用b 一环糊精作为微胶囊化的壁材。3 。b 一环糊精是由7 个葡萄糖单 位以1 ，4 糖苷键组成的环形分子，有较强的刚性，中间具有疏水的空腔结构，表面具有 亲水的结构。由于中间具有疏水的空腔，因此可以包合脂溶性物质“，如：大蒜油、洋葱 油、脂溶性维生素( 从，v e ，v k ) 等。目前，b 一环糊精在日本及许多东欧国家已批准用于 食品工业，但仍有一些国家不允许用于食品0 1 。 7 复相乳液法：将壁材与心材的混合物乳化再以液滴形状分散到介质中，形成双重乳状液， 随后，通过加热、减压、搅拌、溶剂萃取、冷冻、干燥等手段将壁材中的溶剂去除，形成 了囊壁，再与介质分离得到微胶囊产品。根据所用微胶囊化介质的不同，此方法又可分为 水浴干燥法和油浴干燥法。前一种方法首先形成w 0 乳状液再分散到水溶性介质中形成 w o w 型双重乳状液，然后去除油相溶剂，使油相聚合物在心材外硬化成壁。后一种先将 心材乳化至聚合物的水溶液形成o w 乳液，然后再将其分散到稳定的油性材料( 如液态石 蜡，豆油) ，形成o w o 双重乳液，然后再除水，使水相聚合物在心材外硬化成壁。水浴干 燥法的应用如过氧化氢酶的微胶囊化，油浴干燥法的应用如鱼肝油的微胶囊化。3 。 8 挤压法：挤压法属于一种低温加工的微胶囊化技术，它的作用机理是将溶解后的聚合物 溶液挤出至固化浴中，聚合物迅速沉淀析出并形成壁膜。固化反应主要是带相反电荷的两 种聚合物的结合，因为固化反应非常快，故有必要使含有心材的聚合物溶液，在加入到固 化剂前先成型，锐孔挤压可满足这种要求，因此该法可称挤压法或锐孔法。挤压法主要有 三种类型：第一种是由一个管子或喷嘴组成，心材在壁材溶液中形成的分散液或乳化液， 自管子的末端呈球形液滴滴落，在凝固浴中固化。第二种类型是一个双层流动喷嘴，由带 有同轴的内、外管的双锐孔组成，液态心材自内管流出，与此同时，壁材溶液自外管流出， 中央的心材被壁材溶液包裹，自双层喷嘴中滴落到凝固浴中，壁材固化的同时对心材实现 微胶囊，国外己用此法制备出含油的海藻酸钠微胶囊。第三种类型与第二种基本相同，区 别在于内管的末端放在外管的内部，内管不与外管接触。心材的小滴自内管的末端滴到外 管末端形成的壁材薄膜之上，最后形成微胶囊化产物“。挤压法在食品中主要用于热敏性 物质的微胶囊化。 微胶囊化方法的具体选择，主要取决于：心材的敏感性：心材与壁材的物理化学性 质：心材的释放要求：微胶囊化产品的应用领域：工艺的经济性等因素 1 1 3 微胶囊化壁材 理想的微胶囊化壁材应具备以下性质1 ：( 1 ) 良好的成膜性能，在食品加工、贮存中， 将心材密封在其结构之内，从而最大程度地与外界环境相隔绝：( 2 ) 在适当条件下溶解并释 放心材：( 3 ) 不与心材发生反应：( 4 ) 良好的操作性，如易溶于水或乙醇等食品工业中允许采 用的溶剂：高浓度下具备良好的流动性：在干燥或其它脱溶剂条件下，可完全释放加工中采 用的溶剂：低吸湿：无味：( 5 ) 来源充足，价格低廉。表卜l 列出了一些常用壁材。但是，几 江南大学硕士学位论文 乎没有一种壁材能同时满足以上所有条件。在实际应用中，往往是几种壁材，和或抗氧 剂、表面活性剂、鳌合剂等联合使用以满足不同要求。常见的壁材如表卜1 表卜l 。微胶囊技术中常用壁材种类 碳水化合物蛋白质脂肪 变性淀粉、麦芽糊精、明胶、大豆蛋白、乳清蛋石蜡、蜂蜡、硬脂酸甘 玉米糖浆、环糊精、蔗 白、酪蛋白酸钠、谷蛋白、 油三酯、单甘酯、甘油 糖、乳糖、纤维素、海肽、麦醇溶蛋白、血红蛋二酯、油、脂肪、氢化 藻酸盐、阿拉伯胶、琼白、鸡蛋清蛋白等油、卵磷脂等 脂、葡聚糖等 1 1 4 微胶囊应用与研究现状 微胶囊技术应用于食品工业是在五十年代末期开始的，微胶囊技术使许多传统工艺无 法解决的难题得以解决，这极大地促进了微胶囊技术在食品领域中的应用。应用微胶囊技 术可对一些食品配料或添加剂进行包裹，如香料、脂肪、维生素、矿物质和生物活性物质 等。目前，油溶性物质的微胶囊化研究的较为成熟，而水溶性物质的微胶囊化则相对研究 的较少。下面重点介绍几种已经商品化的水溶性物质的微胶囊化产品。 1 、微胶囊化碳酸氢钠 在一些预制的特别面团中，常含有带酸性的配料，如水果丁、酸奶油等，它们与焙烤 用的碳酸氢钠接触时会发生反应，在面团加工过程中释放出气体。因此，面团在焙烤过程 中就失去了膨胀的能力，得到的焙烤制品的体积较小且不松软。通过微胶囊技术，可使碳 酸氢钠在特定的条件下释放出来。有研究报道“”采用在室温下呈固态，但在一定温度可以 融化的脂肪，如氢化植物油、单甘醋等包裹碳酸氢钠，则可以避免其在焙烤之前和其它成 分相互作用而夫效，而只在高温焙烤过程中释放，从而赋予焙烤制品蓬松的体积和松脆的 质构。 2 、微胶囊化硫酸亚铁 硫酸亚铁亚铁离子是血红蛋白的重要成分，人体缺铁将会引起贫血和其它疾病。但是 在食品中添加铁盐以达到强化目的时，最大的困扰在于铁盐具有改变食品色泽、产生金属 臭味及自身氧化等特性“。例如，硫酸亚铁添加于面粉或烘焙粉时，常会催化氧化酸败的 进行。采用微胶囊技术，可减少硫酸亚铁与敏感成分的接触，从而大大的延长其贮存寿命。 h a r e l l “”报道过将微胶囊化后的硫酸亚铁添加于小麦粉中，能减少氧化和风味的恶化。台 湾大学的林庆文“”等人以单硬脂酸甘油酯为包裹材料，采用低温喷雾干燥法进行硫酸亚铁 的微胶囊化，并对微胶囊化硫酸亚铁的制各条件及其在全脂乳粉中的脂肪氧化稳定性进行 了探讨，发现硫酸亚铁的包埋量为3 0 左右时，所得的微胶囊化硫酸亚铁因囊壁厚且颗粒 较大，能很好的阻遏铁盐的促氧化作用。此外，j a c k s o n 和l e e “7 1 的研究发现用硬化油脂包 覆硫酸亚铁，或其它铁盐营养强化剂，可以降低它们对胃部的刺激作用，促进血管对铁元 4 第一章绪论 素的吸收能力。同时他们还发现高熔点的牛奶脂肪容易被铁离子氧化，不适于作为包裹材 料，而采用棉子油包埋铁盐可以获得较好的氧化稳定性以及较高的心材包埋率。 3 、微胶囊化维生素 维生素是一类重要的营养强化剂，但由于某些维生素的性质不稳定，具有令人不悦的 气味以及易受外界环境影响等缺点，因而常制成微胶囊的形式。微胶囊化维生素c 是其中 研究的最为广泛的，而且目前已有商品出售。在维生素c 微胶囊的生产中，采用较多的是 用降温相分离法。1 9 8 2 年k o i d a “”等研究降温分离法制备维生素c 的同时，并对各种相分离 促进剂的功能及作用进行了深入的研究，特别研究了微胶囊的成膜状况，如壁厚、壁材的 致密性对微胶囊的缓释效果产生的显著影响。范国梁等“”发现石蜡、乙基纤维素、虫胶为 壁材均能用于制备包膜良好的微胶囊化维生素c 。此外，也有报道采用低温喷雾冷却等其 它方法制备微胶囊化维生素c ，如把维生素c 分散在乙基纤维素的异丙酮溶液，喷雾干燥或 冷却形成乙基纤维素包覆的微胶囊产品。 4 、微胶囊化甜味剂 阿斯巴甜( a s p a r t a m e ) 是一种由天冬氨酸与苯丙氨酸缩合而成的二肽甜味物质，其甜 度很高，为蔗糖的1 5 02 0 0 倍，而热量却远远低于等量的糖。因此在食品生产中取代蔗糖 的趋势也越来越明显。但是由于这种甜味剂在可乐、汽水等酸性食品中不稳定，通过微胶 囊技术，可以克服阿斯巴甜( a s p a r t a m e ) 在酸性环境不稳定的缺点。z i b e l l 等人报道过 采用羟丙基甲基纤维素制备微胶囊化阿斯巴甜。c h a w 等人的研究指出，使用p v a 一蜡质一 乳化剂的复合壁材，可以获得有很好的控制释放性质的微胶囊化阿斯巴甜产品。市场上出 售的箭牌口香糖己开始使用微胶囊化的a s p a r t a m e 来代替蔗糖作为甜味剂。 5 、微胶囊化药物 微胶囊技术在医药工业中的应用也是很广泛的，尤其是用于制备具有缓释性能的药物 时。“。阿斯匹林对发烧、红肿、喉炎等有明显的疗效，但是大剂量的阿斯匹林会导致胃溃 疡和胃出血。因此大多数的阿斯匹林是包裹在乙基纤维素或羟基丙基甲基纤维素和淀粉中 的，这样得到的微胶囊化阿斯匹林具有缓慢、持续释放的特点。 6 、微胶囊化防腐剂 在肉制品的生产过程中常常会添加防腐剂，以达到防腐杀菌，延缓贮存期的目的。山 梨酸是肉类制品中常用的一种防腐剂，但直接添加到肉类食品中容易引起蛋白质的变性而 失去弹性和保水性，可以通过微胶囊技术将山梨酸加工成微胶囊化产品。有专利报道”2 1 采 用硬化油脂为壁材包埋山梨酸，既可避免山梨酸与肉制品直接接触，另一方面还可以通过 壁材的缓释作用，缓慢释放出山梨酸起到防腐杀菌的作用，延长了肉制品的货架寿命。 7 、微胶囊化酶 酶是复杂的生物大分子，它在食品体系中极易受到周围环境，如其它组分的存在和条 件的影响。研究较多的微胶囊化酶有半乳糖醛酸酶。“、促干酪体系成熟的酶系以及脂肪酶 等。p i a r d 等。”人用脂质体包裹加速干酪风味的酶系，可缩短干酪的成熟期，并且阻止干 酪的变质。脂类、卵磷脂是常用的微胶囊化酶的包裹材料，微胶囊化酶除了稳定性提高外， 江南大学硕士学位论文 还具有控制释放的性质。但在酶的微胶囊化的过程中，常会引起酶的失活，因此选择合适 的壁材和微胶囊化方法对酶的微胶囊化来说是很重要的。k i t a j i m a 等人“”也报道过采用喷 雾干燥法从水溶液中制备含酶的微胶囊化产品。 1 2 立题背景和意义 1 2 1 蛋氨酸概述 蛋氨酸( m e t h i o n i n e ) 化学名称甲硫基丁氨酸，其分子式为：c5 h l 。n o ：s 。蛋氨酸分左旋 体( l 型) 、右旋体( d 型) 和消旋体( d l 型) 。蛋氨酸是动物生长所必需的氨基酸之一。一般 氨基酸右旋体在生物化学方面是无效的而蛋氨酸例外，d 一蛋氨酸也有效，不是因为d 一蛋 氨酸本身有效而是由于动物体内存在一种能使d 一体转变为l 一体的酶，因此，在合成蛋氨 酸生产中不需要拆分而使用消旋体d l 一蛋氨酸“。 在饲料工业中，蛋氨酸的需求量很大，尤其是在氨基酸类营养饲料添加剂的品种中， 蛋氨酸占6 0 ( 赖氨酸占3 0 ，其他氨基酸约占1 0 ) 。随着天然蛋白质供应的限制，蛋氨 酸的需求量不断增大。蛋氨酸以往仅添加于养鸡的专用饲料，而现在可混合添加于仔猪的 饲料，扩大了用途。蛋氨酸是必需氨基酸中唯一含硫的氨基酸，参与水生动物体内甲基的 转移和肾上腺素、胆碱、肌醇的合成，以及肝脏内磷脂的代谢。蛋氨酸可以合成胱氨酸， 而胱氨酸具有保肝解毒功能。因此，蛋氨酸能促进水生动物的生长，防止脂肪肝、花肝等 疾病的产生【卅。 目前，由于动物性蛋白资源( 如：鱼粉) 等比较缺乏，在配合饲料中普遍使用饼粕部分 替代鱼粉，使得必需氨基酸缺乏严重，因此给饲料中添加必需氨基酸是提高蛋白质营养价 值的方法之一。那是否意味着往饲料中添加游离的必需氨基酸可以来调节氨基酸的平衡达 到促对虾生长作用呢? 研究资料表明不管是幼虾还是成虾它们都难以利用饲料中的结晶 氨基酸。d e s h i 和l ( a t s w w h t i ( 1 9 7 5 ) 研究报道在饲料中添加结晶氨基酸，对虾生长没有促 进效果。麦康森等( 1 9 8 7 ) 研究也发现对虾消化道内氨基酸混合物中的游离氨基酸与来自 饲料蛋白质中的结合态氨基酸在吸收速度上有很大差异，而且还影响到其他必需氨基酸的 吸收利用【2 8 】。 1 2 2 微胶囊化蛋氨酸的意义与作用 由于幼虾和成虾不能利用饲料中的晶体氨基酸，所以对虾饲料中为了达到氨基酸平衡 就必须大量使用蛋氨酸含量较高的进口鱼粉。这导致对虾饲料成本较高，影响了对虾养殖 的经济效益。如果能对蛋氨酸进行微胶囊化处理，使饲料中的晶体蛋氨酸能够在对虾肠道 内缓慢释放，从而实现晶体蛋氨酸与结合态蛋氨酸的同步吸收。那么就可以减少鱼粉的使 用量，增加价格较便宜的植物蛋白类原料的使用量，降低饲料成本。 第一章绪论 确定动物的氨基酸需求量的典型方法是在实验饲料中添加要研究的氮基酸晶体，形成 梯度水平，考察生长或其他有关指标，从而评价氨基酸需要量。由于晶体氨基酸不能被对 虾有效地利用，上述方法就不能使用。所以还不知道对虾所有氨基酸的需求量。如果对蛋 氨酸等必须氨基酸进行微胶囊化处理，使晶体氨基酸和结合态氨基酸实现同步吸收，那么 就可以确定对虾各种必须氨基酸的需求量，为对虾饲料的配制提供更为科学的依据。 1 2 3 微胶囊化氨基酸的应用与研究现状 c h e n 等( 1 9 9 2 ) 使用微囊包被精氨酸成功地确定了斑节对虾幼虾的精氨酸需求量【2 9 】【3 0 】。 氨基酸经过这样的包被后，缓慢释放。由此，延迟了对虾对氨基酸的消化和吸收，有可能 刚好使它在蛋白质合成时释放出来，增加了对它的吸收。在此实验中，饲料中添加用邻苯 二甲酸乙酸纤维素酯( c a p ) 包被和用单硬脂酸甘油( g m ) 包被的l 厂精氨酸及鲑精蛋白( 精氨 酸含量很高的天然蛋白) ，分别投喂对虾，生长效果比添加结晶精氨酸和不加精氨酸的饲料 差异显著。在不同含量的c a p 包被的精氨酸饲料中，当含量是2 5 0 9 1 0 0 9 饲料( 5 4 7 9 1 0 0 9 蛋白质) 时，斑节对虾幼虾获得最适生长【2 9 】【3 0 】。继续应用这一技术确定其它种类必 需氨基酸的需求量将会大大加速搞清甲壳类的营养需求。 阎军等选用鲤鱼为试验材料，对比了缓释赖氨酸在鲤鱼饲料中添加与使用鱼粉、豆粕 蛋白饲料的生产效果，实验结果表明，使用缓释氨基酸而不使用鱼粉的配方与使用鱼粉的 配方喂养的鲤鱼成活率与生长速度及饵料系数无差异，但生产每克鱼的成本有较显著的差 异。“，进而证明了利用缓释氨基酸可补充鲤鱼饲料中任何一种必需氨基酸缺乏，从而降低 饲料成本。 目前对微胶囊化氨基酸应用于对虾饲料等水产动物的报道还比较少，但应用于反刍动 物方面的报道很多。由于对虾等水产动物消化和营养方面与其他动物有很大不同，所以有 必要开展对虾专用缓释氨基酸的研究，这样才能使氨基酸添加剂更广泛的应用于对虾饲 料，降低饲料成本。 1 3 本课题的研究内容 本课题的主要目的是研制微胶囊化饲料级d l 一蛋氨酸( 以下简称蛋氨酸) ，使蛋氨酸 在对虾消化道内缓慢释放，从而实现与天然蛋白中的氨基酸同步吸收，进而提高植物性蛋 白质在对虾饲料中的应用，降低饲料成本。 l _ 通过研究蛋氨酸的理化性质，选择适合的微胶囊化方法。 2 根据对虾消化道的特点，确立评价微胶囊化蛋氨酸体外释放效果的评价方法。 3 确定影响微胶囊化蛋氨酸制备效果的主要因素，并确定最佳的工艺参数。 4 制备出能够实现晶体蛋氨酸与天然蛋白中的氨基酸同步吸收的蛋氨酸微胶囊。并对产品 的主要性能进行测定和比较。 江南大学硕= e 学位论文 第二章蛋氨酸理化特性的研究及产品评价体系的确定 2 1 引言 本实验选用饲料级d l 一蛋氨酸作为原料，d l 一蛋氨酸是世界市场上销售量最大的蛋氨酸 产品，为白色粉末状固体，广泛应用于畜禽饲料中，尤其在肉鸡饲料中用量最大。由于天 然蛋白资源的匮乏，蛋氨酸在饲料中的应用越来越广泛。如果能将微胶囊化蛋氨酸应用于 对虾饲料，将大大减少天然蛋白质尤其是鱼粉的使用，从而降低成本。但普通的晶体蛋氨 酸由于在对虾体内不能够和天然蛋白中的氨基酸同步释放和吸收，所以无法应用于对虾 饲料。如果将蛋氨酸微胶囊化，使蛋氨酸在对虾消化道内缓慢释放，就可以实现晶体蛋氨 酸与天然蛋白中的氨基酸的同步吸收。由于对虾饲料的加工过程比较特殊，对添加到饲料 中的蛋氨酸微胶囊主要有以下几点要求： i 微胶囊必须保证在对虾饲料加工过程中不破裂。对虾饲料生产过程中要经过高温调制和 高压制粒过程，如果微胶囊在这一过程中破裂则起不到缓释作用。 2 微胶囊要有一定的肠溶性，即在胃中能够保持不破裂，在肠中实现缓慢释放，这样才有 可能实现晶体蛋氨酸与天然蛋白中水解出的氨基酸的同步吸收。 3 所用的壁材要符合无毒环保的要求，要对对虾机体无毒副作用，并不在对虾虾体和养殖 水体内累积。 4 产品的粒径要符合对虾饲料加工对混合均匀度的要求。 5 微胶囊的制备材料和方法成本要比较低，最好能使用较常用的材料和设备。 由于对虾饲料加工工艺的特殊要求，必须建立一套评价蛋氨酸微胶囊质量的评价体 系，以研究不同工艺方法和不同工艺条件下制备的蛋氨酸微胶囊是否合乎对虾饲料加工要 求，是否能够使晶体蛋氨酸与天然蛋白质中的氨基酸同步吸收。本章的研究内容就是确定 虾用蛋氨酸微胶囊主要评价指标极其测定方法，建立评价体系。另外对本实验中使用的饲 料级d l 一蛋氨酸的理化特性进行研究，作为选择微胶囊化方法和壁材的依据。 2 2 材料与方法 2 2 1 材料 d l 一蛋氨酸 胰蛋白酶 茚三酮 碘 饲料级 生化试剂 化学纯 化学纯 得固萨公司 国药集团上海化学试剂厂 国药集团上海化学试剂厂 国药集团上海化学试剂厂 第二章噩氨酸理化特性的研究及产品评价体系的确定 碘化钾 2 2 2 仪器与设备 化学纯 国药集团上海化学试剂厂 f a l 0 0 4 型上皿电子天平 g z x 一9 1 4 0 m b e 型数显鼓风干燥箱 d s h z 一3 0 0 多用途水浴恒温振荡器 w f zu v 一2 1 0 0 型紫外可见分光光度计 孑l 径为7 4 pm ，9 6 um 的分样筛 f w l o o 型高速万能粉碎机 2 2 3 方法 2 2 3 1 蛋氨酸含量测定一间接碘量法“ 博迅实业有限公司 上海沪南科学仪器联营厂 江苏太仓市实验设备厂 尤尼柯( 上海) 仪器有限公司 浙江上虞杜浦国庆五金纱筛厂 上海沪西分析仪器厂 精密称取0 1 克样品于2 5 0 m l 碘量瓶中，加入5 0 m 1 水，2 克磷酸氢二钾，1 克磷酸二 氢钾和1 克碘化钾摇匀，完全溶解。加入2 5 m 1 0 0 5 m 0 1 l 碘标准溶液，塞好瓶塞摇匀，放 黑暗处3 0 分钟，立即用o 1 m 0 1 几的硫代硫酸钠溶液滴定，在接近滴定终点时加入1 m l 淀 粉指示剂。 计算公式：蛋氨酸含量= ( v 。一v 。) n 7 4 6 0 w 式中：v 。为滴定空白时所需硫代硫酸钠的标准溶液的体积( m 1 ) v 。为滴定样品时所需硫代硫酸钠的标准溶液的体积( m 1 ) n 硫代硫酸钠溶液的当量浓度( m o l 几) w 样品重量( g ) 7 4 6 0 为1 m l o 1 m 0 1 l 碘溶液相当于7 4 6 0 m g 蛋氨酸 2 2 3 2 颗粒大小的筛选 固体蛋氨酸粉碎后，使用孔径为7 4um ，9 6pm 的分样筛进行筛分，得到不同颗粒大小 的蛋氨酸粉末。 2 2 3 3 水分测定法一直接千摄法 准确称取1 9 左右的样品于已恒重的有盖玻璃皿中，将称量皿连同样品置于1 0 0 一1 0 5 烘箱内，开盖，经2 3 小时后取出，加盖，取出称量皿，置于干燥皿中冷却半小时后称重。 重复以上操作，直至前后两次重量差不超过o 0 0 2 9 即为恒重。 江南大学顶士学位论文 2 2 3 4 蛋氨酸溶解度测定 在不同温度下配制蛋氨酸饱和溶液，测定溶液的浓度，计算出溶解度。 2 2 3 5 悬浮液稳定性的测定 在2 5 m l 刻度比色管内加入1 5 m l 悬浮液，垂直放入2 5 恒温水浴槽内，测定悬浮液下 部产生o 2 m l 沉淀所需的时间，以此作为悬浮液稳定性的指标。 2 2 3 6 人工消化液的配制 研究证明，对虾消化道中未测出胃蛋白酶活性，成体对虾消化道中胰蛋白酶的活性最 高“。对虾的体长，饲料的种类等因素对对虾消化道蛋白酶活性的影响非常大，根据l e e 等( 1 9 8 4 ) 测定的测定结果。，不同体长和蛋白源的南美白对虾肠道内蛋白酶总活性为2 9 8 1 5 6 4 生成的总酪氨酸pm 0 1 ( m i n g 湿组织) 。因此本实验使用胰蛋白酶制剂根据对 虾消化道内蛋白酶活力配制人工胰液。 人工胃液：将盐酸加入蒸馏水中，调节p h 值到1 4 。 人工胰液：在每升p h 6 8 的磷酸缓冲液中加入2 克胰蛋白酶，使用前配制。测定酶活性为 1 0 7 5 生成的总酪氨酸u m 0 1 ( m i n m 1 ) 2 2 3 7 饲料中蛋氨酸释放曲线的测定 制粒：将蛋氨酸样品按每公斤中添加2 0 克的比例添加到面粉中，按照生产对虾饲料 的工艺要求制成颗粒，将颗粒烘干后破碎，取0 5 9 唧到o 2 5 m m 之间的颗粒。 体外消化：取4 9 颗粒放入1 5 0 m 1 人工消化液中，放到震荡器中，3 7 恒温，每隔一 段时间取样一次。 消化液中蛋氨酸含量测定蜘：将消化液样品过滤，取1 m 1 滤液，加入4 m l 蒸馏水，l m l 磷酸缓冲液，o 3 m l 茚三酮( 2 0 9 l 乙醇溶液) ，1 0 0 恒温1 5 分钟，冷却后用分光光度计 5 6 5 n m 测定吸光值，根据标准曲线确定蛋氨酸浓度。 蛋氨酸释放率= 消化液中蛋氨酸的浓度蛋氨酸全部释放在消化液中的浓度 1 0 第二章蛋氨酸理化特性的研究及产品评价体系的确定 2 3 结果与讨论 2 3 1 蛋氨酸的理化性质的测定 2 3 1 1 饲料级蛋氨酸主要理化性质 分析饲料级d l 一蛋氨酸的物理性质，结果如表2 1 所示 表2 一l 饲料级蛋氨酸主要理化性质 项目理化性质 含量9 6 9 8 水分含量 o 2 1 外观颜色黄白色粉末 2 3 1 2 蛋氨酸溶解度的测定 蛋氨酸易溶于水，但在不同温度下的溶解度变化较大，其饱和溶液浓度随温度的变化 如下图2 1 所示： 8 0 7 0 o 6 0 5 0 蓑4 0 楚3 0 链2 0 1 0 0 o2 0 4 06 0 8 0 1 0 01 2 0 温度 图2 1 温度对饱和液浓度的影响 由2 1 可以看出，蛋氨酸的溶解度随温度变化较大。在常温下蛋氨酸饱和溶液的浓度 只有2 0 l 左右，在混有壁材的溶液中溶解状态的蛋氨酸会更少，所以可以将过饱和的蛋 氨酸与水溶性的壁材混合，配成悬浮液，再采用适当的工艺方法进行微胶囊化。 2 3 1 3 蛋氨酸悬浮液稳定性研究 固体粉末的包埋与油溶性物质的微胶囊化有所不同。对后者而言，料液在进行微胶囊 化前保持良好的乳化状态是获得高的微胶囊化效率和产率的关键。而前者是把固体粉末分 散在壁材的溶液中，因此保持整个悬浮体系良好的稳定性是此类物质获得好的微胶囊化产 1 l 江南大学顾士学位论文 率和效率的关键。悬浮液中，颗粒受到的沉降力f 可表示为： f 。= d 3 ( p p 。) g 3( 1 ) 其中，p 。为基液密度，d 为颗粒等效直径，o 为颗粒密度，g 为重力加速度按s t o k e s 定律所受沉降阻力f ：为： f ：= 3 瓤n d v 。( 2 ) 其中n 为基液的动力粘度，v 。为沉降速度当颗粒稳定悬浮或者匀速下降时则有f 。= f 。， 亦即： v o - d 2 ( p o 。) g 1 8r i( 3 ) 对于给定颗粒，其沉降速度与颗粒和基液间的密度差成正比，与基液动力粘度成反比，并 与颗粒等效直径的平方成正比可见对于给定基液的情况下，悬浮颗粒的粒径越小，悬浮 液的稳定性越好。“。 本实验在水中添加不同粒度的蛋氨酸颗粒，经高速搅拌混合后测定溶液的稳定性，测 定结果如表2 2 。 表2 2 蛋氨酸粒度对悬浮液稳定性的影响 颗粒直径( um )产生0 2 m l 沉淀所需的时间( m i n ) 9 6 b ，海藻酸钠浓 度和固化液浓度是主要影响因素最佳的工艺条件为a 2 8 2 c 1 ，即2 0 l 海藻酸钠，7 5 l 蛋氨酸，3 鲫上a c l 2 最佳组合方案 3 3 3 2 不同工艺参数对微胶囊在模拟胃液中释放率的研究 为了确保大部分蛋氨酸能够进入对虾的中肠，所以必须保证大部分蛋氨酸微胶囊在经 过胃时不释放。这就要求微胶囊对胃液有一定的耐受能力。因此本实验分别测定了所有样 品在模拟胃液中作用1 0 ，2 0 ，3 0 分钟时的释放率，结果如表3 4 江南大学硕士学位论文 表3 4 样品在模拟胃液中不同时间的释放率( ) 、时间( 1 1 1 i n ) 样品号、 1 02 03 0 16 22 0 13 8 7 25 91 8 23 4 8 31 4 24 2 37 0 0 4 6