（食品科学专业论文）维生素E微胶囊的制备及其性质的研究.pdf

摘要 维生素e 微胶囊的制备及其性质的研究 学科、专业：食品学院食品科学 硕士研究生姓名：马云标 指导教师：周惠明教授 摘要 入学时间：2 0 0 7 年9 月 答辩时间：2 0 0 9 年7 月1 7 日 授予学位时间：2 0 0 9 年8 月 维生素e ( v e ) 本身的一些性质制约了它在食品工业中的应用，将v e 制成微胶囊， 既能保持v e 的固有性质，又能克服其易氧化和不溶于水等缺点，拓展其应用范围，提 高其贮藏、加工应用过程中的稳定性。本论文采用两种方法制备v e 微胶囊，并对两种 微胶囊的制备工艺、理化性质以及贮藏特性进行了研究。 以壳聚糖、麦芽糊精为壁材通过喷雾干燥制备v e 微胶囊时，复配乳化剂中的卵磷 脂与吐温8 0 质量比为4 ：2 时，微胶囊乳化液的稳定性最好。乳化液的最佳配比为：壳 聚糖o 6 、麦芽糊精2 0 、v e 添加量6 5 、乳化剂用量为v e 的2 5 。喷雾干燥时最 佳进风温度为1 9 0 ，最佳出风温度为8 0 。 利用超声波辅助p 环糊精( d c d ) 对v e 进行包埋，而后再对其进行二次包埋，研 究得出最合适的二次包埋壁材为乳清浓缩蛋白( w p c ) 。在单因素实验基础上，通过响 应面进一步优化得到最佳工艺条件为：v e 与i b - c d 比6 ：9 4 、超声功率4 2 、固形物含 量1 5 5 、超声时间4 5 m i n 、w p c 添加量3 ，验证实验与预测结果基本吻合。差示热 扫描、红外光谱和x 射线衍射的分析结果表明v e 已经被p c d 和w p c 包埋起来了， 并且v e 与i b - c d 发生相互作用形成了包合物。 喷雾干燥法制备的v e 微胶囊的水分含量为2 4 4 ，休止角为4 0 6 0 、流动性较好， 容重为0 7 2 2 7 k g l 。p c d 和w p c 制备的v e 微胶囊的水分含量为6 8 9 ，休止角为4 6 8 0 、 流动性一般，容重为0 6 3 7 2 k g l ；扫描电镜图的结果显示，喷雾干燥法制备的微胶囊大 小、形态较为均一，表面结构完整，内部结构良好。用d c d 和w p c 制备的微胶囊的 颗粒大小以及其形态呈现出一种不规则偏扁状态；差示热扫描的结果表明两种不同方法 制备的v e 微胶囊有较好的贮藏稳定性以及较广的应用范围；热重差热同步分析结果显 示两种v e 微胶囊都能有效地提高v e 的热降解温度，对芯材v e 起到很好的保护效果。 论文还研究了两种v e 微胶囊在不同相对湿度条件下的贮藏稳定性，结果表明两种 微胶囊的v e 损失速度都随着相对湿度的增加而加快，并且在相同湿度条件下，1 3 - c d 和w p c 制备的v e 微胶囊较喷雾干燥法制备的更加稳定，并且v e 的损失规律和 a v r a m i s 方程有较好的拟合精度。 关键词：微胶囊；维生素e ；喷雾干燥；b 环糊精；贮藏稳定性 a b s t r a c t a b s t r a c t s o m ep r o p e r t i e so fv i t a m i ner e s t r i c ti t sa p p l i c a t i o ni nf o o di n d u s t r y t h em i c r o c a p s u l e s o fv i t a m i nec a nm a i n t a i nt h ei n h e r e n tn a t u r eo fv i t a m i ne ，o v e r c o m ei t ss o m es h o r t c o m i n g s s u c ha se a s yt oo x i d i z ea n dd on o td i s s o l v ei nw a t e r ，e x p a n di t sa p p l i c a t i o na n di m p r o v ei t s s t o r a g es t a b i l i t y i nt h i sp a p e r , m i c r o c a p s u l e so fv i t a m i ne w e r ep r e p a r e db yt w od i f f e r e n t m e t h o d s ，a n dt h ep r e p a r a t i o np r o c e s s i n g ，p h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n dt h e p r o p e r t i e so fs t o r a g eo fm i c r o e n c a p s u l a t e dv i t a m i ne w e r es t u d i e d m i c r o c a p s u l e so fv i t a m i new e r ep r e p a r e db ys p r a yd r y i n g ，u s i n gc k i t o s a n a n d m a l t o d e x t r i na sw a l lm a t e r i a l s 、h e nt h em a s sr a t i oo fl e c i t h i nt ot w e e n 8 0w a s4 ：2i n c o m p o u n de m u l s i f i e r , t h em i c r o c a p s u l ee m u l s i o nh a dt h eb e s te m u l s i o ns t a b i l i t y t h eo p t i m a l c o n d i t i o n so fe m u l s i o nw e r e ：c h i t o s a nc o n c e n t r a t i o no 6 ，m a l t o d e x t r i nc o n c e n t r a t i o n2 0 ， v i t a m i nec o n c e n t r a t i o n6 5 ，a n de m u l s i f i e rc o n c e n t r a t i o n2 5 d u r i n gs p r a yd r y i n g ，t h e o p t i m u mc o n d i t i o n so fi n l e tt e m p e r a t u r ea n do u t l e tt e m p e r a t u r ew e r er e s p e c t i v e l y19 0 a n d 8 0 v i t a m i new a sm i c r o e n c a p s u l a t e di n1 3 - c y c l o d e x t r i nw i t hu l t r a s o u n d - a s s i s t e da n dt h e n e m b e d d e di ns e c o n d a r yw a l lm a t e r i a l ，t h es t u d ys h o w e dt h a tt h em o s ts u i t a b l es e c o n d a r yw a l l m a t e r i a lw a sw h e yp r o t e i nc o n c e n t r a t e ( w p o r e s p o n s es u r f a c em e t h o d o l o g y ( r s m ) w a s e m p l o y e dt oo p t i m i z ee n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c y ；b a s e do ns i n g l e - f a c t o re x p e r i m e n t s t h e r e s u l t so fr s ms h o w e dt h a tt h eo p t i m u mc o n d i t i o n sw e r ea sf o l l o w s ：v i t a m i ne - p - c dr a t i o 6 ：9 4 ，u l t r a s o n i cp o w e r4 2 ，t h ec o n t e n to fs o l i d s15 5 ，u l t r a s o n i ct i m e4 5 m i n ，a n dt h e c o n t e n to fw p c3 t h ee x p e r i m e n t a lv a l u e sa g r e e 州t l lt h o s ep r e d i c t e df r o mt h er e g r e s s i o n m o d e ，i n d i c a t i n gag o o df i t n e s s r e s u l t so fd s c ，f t - i ra n dx - r a yd i f f r a c t i o ns h o w e dt h a t v i t a m i neh a sb e e ne m b e d d e di n1 3 - c da n dw p c ，a n di n c l u s i o nc o m p l e xd i df o r mb e t w e e n v i t a m i nea n d1 3 - c d t h em o i s t u r ec o n t e n t ，r e p o s ea n g l ea n dd e n s i t yo fm i c r o c a p s u l e sw h i c hw e r ep r e p a r e d b ys p r a yd r y i n gw e r e2 4 4 ，4 0 6 0a n d0 7 2 2 7 k g l ，r e s p e c t i v e l y t h em o i s t u r ec o n t e n t ， r e p o s ea n g l ea n dd e n s i t yo fm i c r o c a p s u l e st h a tw e r ep r e p a r e db yu s i n gd c da n dw p c w e r e 6 8 9 ，4 6 8 0 ，0 6 3 7 2 k g l ，r e s p e c t i v e l y t h er e s t d t so fs c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p yp h o t o g r a p h ss h o w e dt h a t ：t h ep o w d e r s p r e p a r e db ys p r a yd r y i n gw e r er e l a t i v e l ys p h e r i c a l ，p a r t i c l es i z ea n ds h a p ew e r eu n i f o r m ，a n d t h ei n n e rs t r u c t u r ew a sg o o d w h e r e a s ，t h ep a r t i c l es i z ea n ds t r u c t u r eo fm i c r o c a p s u l e sw h i c h w e r ep r e p a r e db yu s i n g1 3 - c da n dw p cw e r ei r r e g u l a r t h er e s u l t so fd i f f e r e n t i a ls c a n n i n gc a l o r i m e t r y ( d s c ) i n d i c a t e dt h a tt h ev i t a m i ne m i c r o c a p s u l e sp r e p a r e db yt w od i f f e r e n tw a y sh a db o t hg o o ds t o r a g es t a b i l i t ya n dw h i c hc a n b eu s e dw i d e l y i i a b s t r a c t t h es t u d yo ft g a s d t ar e v e a l e dt h a t ：t w om i c r o c a p s u l e so fv i t a m i neb o t hc o u l d e f f e c t i v e l yi m p r o v et h et h e r m a ld e g r a d a t i o nt e m p e r a t u r eo fv i t a m i ne ，a n db o t hh a dh i 曲 t e m p e r a t u r es t a b i l i t y t h e n c e ，t h e yc o u l dp r o t e c tv i t a m i ne f r o mh i 曲t e m p e r a t u r e i na d d i t i o n , t h es t o r a g es t a b i l i t yo fm i c r o c a p s u l e so fv i t a m i nep r e p a r e db yt w om e a n s w a si n v e s t i g a t e da t3 2 。5 0 a n d7 5 o fd i f f e r e n tr e l a t i v eh u m i d i t y t h er e s u l t ss h o w e dt h a t t h e1 0 s sr a t eo fv i t a m i nea t7 5 o fr e l a t i v eh u m i d i t yw a sf a s t e rt h a no t h e rr e l a t i v eh u m i d i t y a n da tt h es a m eh u m i d i t y ，t h el o s sr a t eo fs a m p l ep r e p a r e db yu s i n gs p r a yd r y i n gw a sf a s t e r t h a na n o t h e rp r o d u c t t h el o s sd a t ao ft h ev i t a m i new a sa n a l y z e db ya v r a m i se q u a t i o na n d t h ea t t e n u a t i o no fv i t a m i nes h o w e dg o o df i t n e s sw i t ha w a m i se q u a t i o n k e y w o r d s ：m i c r o e n c a p s u l a t i o n ；v i t a m i ne ；s p r a y d r y i n g ；1 3 - c y c l o d e x t r i n ；s t o r a g es t a b i l i t y i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是冬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：马磊椽e l 期 兰颦：z ：! ! 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：- 5 云杯导师签名： 日 期： 上习业 维生素e 微胶囊的制备及其性质的研究 1 引言 1 1 微胶囊技术 微胶囊技术是用成膜材料包埋一些具有反应活性、敏感性或挥发性的固体、液体或 气体来保护芯材免受不利环境因素如温度、光线、氧气、湿度、p h 等影响，以此来提 高产品的稳定性和货架期，扩展芯材的应用范围，并控制芯材释放的一种技术【卜3 1 。目 前微胶囊技术已经在医药、化学、化妆品以及印刷等行业中得到了广泛的应用与认可。 微胶囊技术可以有效地【2 4 】：减少芯材向环境的扩散或者蒸发；保护芯材免受外界不良因 素的影响；控制芯材的释放；掩蔽芯材的不良风味和色泽，保护了营养成分，同时扩大 应用范围；改善芯材的物理性质( 包括颜色、形状、密度、分散性能等) 以及化学性质 等，便于使用、运输、保存，简化食品生产工艺和开发出新型产品；降低食品添加剂的 添加量和毒副作用。 微胶囊化的方法有很多种，根据其原理主要可分为物理法、化学法和物理化学法。 物理法主要包括喷雾干燥法、喷雾冷凝法、空气悬浮法、挤压法、包合法、超临界流体 法、多孔离心法、静电结合法、真空蒸发沉积法以及旋转分离法等，其中喷雾干燥法在 工业化生产中应用最多；化学反应法制备微胶囊的工艺，主要是利用单体发生聚合反应， 形成高分子壁材将芯材包裹。根据原料和聚合方式的不同，可以把化学法分为界面聚合 法、界面配位法、原位聚合法和锐孔凝固浴法；应用物理化学原理制备微胶囊的技术 特点是通过改变条件使溶解状态的成膜材料从溶液中凝聚出来，并将芯材包覆形成微胶 囊。最有代表性的是相分离技术，其他还包括干燥浴法、粉末床法等【5 】。 1 2 维生素e 的功能及应周 维生素e ( v i t a m i ne ，v e ) 是生育酚与三烯生育酚的总称，是由e v a n s 和b i s h o p 在 19 2 2 年发现的【6 】，它是一种脂溶性维生素，都有一个色满醇基及植醇的侧链，色满醇环 上三个甲基是生物活性所必需的，甲基数量少，活性低，但甲基位置不是主要的。由于 色满醇基上的甲基位置及数目之不同可分为a 、1 3 、 r 、6 型4 中不同的类型，也即有8 种化合物。不同的类型的维生素e 生理活性也不同，其中生育酚的生物活性最高。天 然维生素e 无论在营养、生理活性，还是在安全性上均优于合成维生素e ，也因此天然维 生素e 越来越受到人们的关注。 维生素e 被广泛地应用于饲料、化妆品、医药、食品等诸多工业领域中【7 吲：在饲料 工业生产方面，v e 作为饲料添加剂，既是一种抗氧化剂，又是畜禽生长必需的生物催 化剂，在畜禽免疫、疾病防治、改善肉质、增加畜禽的繁殖或产蛋率等方面起着重要的 作用：在化妆品方面，环境污染及紫外线照射会产生自由基，造成皮肤、细胞及组织的 损伤，加速老化过程，而v e 可以清除自由基，阻断脂质过氧化链反应，而且还可以有 效地调节体内激素分泌的平衡，能促进皮肤的新陈代谢和防止色素沉积，改善皮肤弹性， 具有美容、护肤、防衰老等性能；在医药方面，v e 作为细胞内抗氧剂，能抑制在各种 l 江南大学硕士学位论文 细胞和器官内进行的氧化还原反应，特别能够保护细胞膜，使之免受不饱和酯类化合物 过氧化产生的自由基的侵袭。当人体缺少v e 会直接影响生殖、肌肉、循环、骨骼和神 经等系统的正常功能。v e 能够减轻各种毒素对人体的侵害，可以治疗动脉硬化、冠心 病、血栓、习惯性流产、不孕症、内分泌机能衰退、肌肉萎缩、贫血、肝病、癌症等许 多疾病；在食品生产方面，v e 作为食品抗氧化剂，对人体安全性高、无毒副作用，适 合生产各种功能保健强化食品，特别是用作婴幼儿、孕妇食品营养强化剂，因为它能补 充脱脂奶粉及谷类食品加工中损失的v e 成份；另外，v e 还有许多新用途正在开发之中。 1 3 立题背景和意义 维生素e 是人体必需的一类营养成分，是一类高效安全的天然抗氧化剂，是一种强 有效的自由基清除剂t 9 ，能保护机体细胞膜及生命大分子免遭自由基的攻击，在防治心 血管疾病【10 1 、抗肿瘤方面【1 1 1 、增强人体免疫功能以及延缓衰圳1 2 1 等方面具有良好的效 果。维生素e 属于脂溶性的热敏物质，难以与水溶性物质混溶，使其难以均匀地添加到 水溶性食品产品中，且紫外线、碱以及氧等都能破坏维生素e ，所以通常需要封闭、避 光保存，这样就大大限制了维生素e 在食品工业的应用 1 3 - 14 】。 将维生素e 制成维生素e 微胶囊，既能保持维生素e 的固有性质，又能克服其易 氧化和不溶于水的缺点。微胶囊化维生素e 被水溶性壁材所包裹，与水具有很好的亲和 性，在食品中具有很好的水溶性。同时微胶囊化维生素e 使其不直接与空气接触且避光， 因而性能稳定，不易被氧化，可以很好地延长产品的保质期，另外具有流动性、分散性 好等优点，可以与其他食品原料均匀混合【l5 1 。维生素e 微胶囊产品可用于面包或点心制 品、饮料、饼干类、保健食品以及营养强化食品等方面，具有广阔的应用前景。本课题 的主要目的是制备出质量较好的维生素e 微胶囊产品，提高其保存、加工应用过程中的 稳定性，扩大应用范围；对传统的工艺进行改进；并研究微胶囊产品的物理化学性质， 为其应用提供理论依据。 1 4 课题主要研究内容 本课题来源于“十一五国家科技支撑计划研究项目一“功能因子生物活性稳态化 技术的研究 ( 编号：2 0 0 6 b a d 2 7 8 0 4 ) 。本论文采用喷雾干燥法和p 环糊精法两种不 同方法制备维生素e 微胶囊，以拓展维生素e 的应用范围和提高其储藏稳定性，主要研 究内容如下： 1 采用喷雾干燥的方法对维生素e 进行包埋，研究乳化剂配比对乳化液稳定性的 影响，利用正交实验确定乳化液的最佳比例，对喷雾干燥时的进风口温度和出风口温度 进行优化。 2 利用超声波辅助p 环糊精对维生素e 进行包埋，而后再进行二次包埋，在单因 素实验的基础上运用响应面分析法对微胶囊制备工艺进行优化，并采用差示热扫描、红 外光谱以及x 射线衍射技术对产品进行分析研究。 3 对两种不同方法制备的微胶囊的物理化学性质进行研究：测定微胶囊的水分含 2 维生素e 微胶囊的制备及其性质的研究 量、流动性和容重；利用扫描电镜、差示扫描量热仪、热重分析仪对微胶囊进行研究； 并研究比较两种方法制备的维生素e 微胶囊在不同相对湿度下的贮藏特性。 2 材料与方法 2 1 材料与试剂 壳聚糖：山东奥康生物科技有限公司：麦芽糊精( d e = 1 5 2 0 ) ：山东保龄宝生物科 技有限公司；天然维生素e ( 9 0 ) ：江苏春之谷生物制品有限公司；大豆磷脂：美国 a d m 公司；维生素e 的标准样( 9 7 v e ) ：s i g m a 公司；乳清浓缩蛋白( 8 0 ) ：上海 爱兰比国际贸易有限公司；t e x t r a 变性淀粉：国民淀粉；p 环糊精，t w e e n 8 0 ( c p ) ， 冰乙酸，无水乙酸钠，盐酸，无水乙醇，氯化镁，硝酸镁，氯化钠，石油醚( 3 0 6 0 ) 均为国药集团化学试剂公司的分析纯试剂。 2 2 仪器与设备 p l 2 0 3 、a b l 0 4 n 型电子分析天平：梅特勒托利多仪器( 上海) 有限公司；l p 2 0 0 1 a 型电子天平：常熟市衡器厂；f a 2 5 高速乳化分散机：上海弗鲁克流体机械制造有限公 司；j h g q 5 4 p 6 0 均质机：上海张堰轻工机械厂；g z 5 喷雾干燥器：无锡市阳光干燥 设备厂；g z x g f l 0 1 3 s 电热恒温鼓风干燥箱：上海跃进医疗器械厂；u v - 2 8 2 0 型紫外 可见分光光度计：尤尼科( 上海) 仪器有限公司；q u a n t a 2 0 0 扫描电镜：荷兰f e i 公司；d s c 7 差示热扫描分析仪：美国p e r k i ne l m e r 公司。热重差热同步分析仪 t g a s d t a 8 5 1 。：梅特勒托利多仪器有限公司；n e x u s 4 7 0 傅立叶变换红外光谱仪：美 国n i c o l e t 公司；d 8a d v a n c e 型x 射线衍射仪：德国b r u k e ra x s 公司；h h - 4 数显 恒温水浴锅：金坛市荣华仪器制造有限公司；k s 9 0 0 超声波细胞粉碎机：宁波科生仪 器厂；k q 2 2 0 0 d e 型数控超声波清洗器：昆山市超声仪器有限公司。 2 3 实验方法 2 3 1 喷雾干燥法制备维生素e 微胶囊以及测定方法 2 3 1 1 维生素e 微胶囊的制备 将维生素e 、卵磷脂溶液和t w e e n 8 0 混合，高速剪切搅拌( 1 3 0 0 0 r m i n ，3 m i n ) 得 到芯材溶液，再将壳聚糖溶液边搅拌边加到芯材溶液中，再加入麦芽糊精溶液，然后高 速剪切搅拌( 1 3 0 0 0 r m i n ，3 r a i n ) ，高压均质得到微胶囊乳化液( 4 0 m p a ，3 次) ，最后 喷雾干燥，得到维生素e 微胶囊产品。在整个制备过程中所有溶液均用0 1 m o l l 、p h3 0 的乙酸乙酸钠缓冲液配制的。 2 3 1 2 维生素e 标准曲线 精密称取1 2 3 7 r a g 维生素e 标准样品( v i t a m i ne9 7 ) ，用无水乙醇溶解定容至 3 江南大学硕士学位论文 l o o m l ，分别吸取维生素e 标准溶液l 、2 、3 、4 、5 m l 置于2 5 m l 容量瓶中，用无水乙醇 定容至刻度，摇匀。以无水乙醇为空白在2 8 5 n m 测定吸光值。以吸光值( a ) 对浓度( c ) 进行线性回归，得到标准曲线回归方程为：a = 0 0 0 5 9 c 0 0 0 9 4 ( r 2 = o 9 9 9 3 ) ，见图l 。 1 6 1 4 ，、1 2 譬1 v0 8 蓁o 6 督0 4 0 2 0 维生素e 浓度c ( u g 1 1 ) 图1 维生素e 标准曲线 f i g 1s t a n d a r dc u r v eo fv i t a m i ne 2 3 1 3 微胶囊表面的维生素e 含量 称取一定重量的维生素e 微胶囊产品，加2 0 m l 的石油醚( 沸程3 0 6 0 c ) 萃取，过 滤，再用3 0 m l 石油醚重复萃取3 次，收集滤液置于棕色容量瓶中，挥尽石油醚，用无 水乙醇定容，稀释到适当的倍数，以无水乙醇为空白在2 8 5 n m 测定吸光值，计算出维生 素e 的含量。 2 3 1 4 微胶囊产品中总维生素e 含量 称取1 0 9 ( w o ) 左右产品，加5 m l 乙酸乙酸钠缓冲液充分溶解，加石油醚( 沸程 3 0 6 0 。c ) 以及少量无水乙醇，充分提取后，取石油醚层至己恒重小烧杯中( w 1 ) ，挥尽 石油醚，恒重，称重( w 2 ) ，再用无水乙醇定容，稀释到适当的倍数，以无水乙醇为空 白在2 8 5 n m 测定吸光值，算出微胶囊总维生素e 的含量。 微胶囊芯材中维生素e 含量= 微胶囊中总维生素e 含量w o ( w 2 w 1 ) 定义保留率：经过整过微胶囊化处理过程后，微胶囊产品中芯材的v e 含量与原来 油中v e 含量的比值。 微胶囊化包埋率= c 一鬈案霎雾冀冀嚣，。 微胶囊化保留率= c - 一垡篆霎羹菖芝鬈嚣) 1 0 0 2 3 1 5 乳化液稳定性的测定 将所配制的微胶囊乳化液放入具塞刻度试管中，采用离心法。离心机转速2 0 0 0 f f m i n ， 时间1 5 m i n ，观察离心后的乳化层及游离层高度，计算乳化液稳定性( e m u l s i f y i n g s t a b i l i t y ，e s ) 1 1 6 1 。 4 维生素e 微胶囊的制各及其性质的研究 e s = ( 乳化液总高度游离层高) 乳化液总高度1 0 0 。 2 3 2p 环糊精二次包埋法制备维生素e 微胶囊以及测定方法 2 3 2 1 维生素e 微胶囊的制备 称取一定量的p 环糊精，加到一定量的蒸馏水中，于7 0 c 水浴下搅拌溶解，然后 将溶于少量无水乙醇的一定量的维生素e 油加到1 3 - 环糊精溶液中，搅拌均匀，再将溶液 置于超声波下处理一段时间，而后加入二次包埋壁材，搅拌一定时间使溶液均匀，静置 过夜，抽虑，5 0 c 烘箱干燥1 6 h ，研磨成粉，得到微胶囊产品。 2 3 2 2 物理混合物的制备 称取与微胶囊产品中相同比例的p 环糊精、乳清浓缩蛋白以及芯材维生素e ，置于 研钵中，研磨5 m i n ，使其混合均匀，即得到混合物。 2 3 2 3 表面维生素e 含量的测定 同2 3 1 3 。 2 3 2 4 总维生素e 含量的测定 精密称取一定量的维生素e 微胶囊样品，置于1 0 0 m l 棕色容量瓶中，加无水乙醇定 容至刻度，在超声波清洗器中震荡3 0 m i n ，过滤，以无水乙醇作空白，取滤液于2 8 5 n m 波长处测定吸光值，根据标准曲线，计算出总维生素e 含量。 2 3 2 5 傅立叶变换红外光谱扫描( f t - i r ) 利用k b r 压片法制备固体样品，液体采用液膜法进行扫描。分析条件为：扫描波长： 4 0 0 0 4 0 0 c m ；分辨率：4 c m ；扫描次数：3 2 ；检测器：d t g s t l 7 i 。 2 3 2 6x 射线衍射分析 样品的x 射线衍射分析：采用铜靶c u ，k 。射线( 柠0 1 5 4 n m ) ，功率为1 6 0 0 w ( 4 0 k v 4 0 m a ) ，采用n a i 晶体闪烁计数器固体探测器测量x 射线的强度，扫描范围为4 0 2 0 5 0 0 ，步长为0 0 2 0 ，扫描速度4 0 m i n 。发散狭缝防散射狭缝接受狭缝设置分别为 l m m l m m 一0 1 m m 【1 引。 2 3 3 水分含量的测定 1 0 5 恒重法，按照g b 5 5 1 2 8 5 测定。 2 3 4 休止角的测定 采用g b l1 9 8 6 8 9 方法。 2 3 5 容重的测定 5 江南大学硕士学位论文 依据g b 5 4 9 8 8 5 。平行试验结果允许误差弋 c d a 。从表3 和图2 可以看出当麦芽糊精含量为2 0 、维生素e 的添加量为5 、 乳化剂用量为维生素e 的3 0 、壳聚糖含量为o 6 时，也即b 3 c i d 2 a 3 时，喷雾干燥得 到的维生素e 微胶囊产品的包埋率最高。 表3 极差分析结果显示壳聚糖含量对微胶囊维生素e 保留率影响最大；其次是乳化 剂添加量以及麦芽糊精含量，并且两者对保留率的影响相当；维生素e 的添加量影响较 小，也即是a d b c 。从表3 和图2 我们可以得到当壳聚糖含量为0 6 、乳化剂用量 为维生素e 的2 5 、麦芽糊精的含量为1 5 、维生素e 添加量为6 5 时，也即a 3 d l b l c 2 时，喷雾干燥得到的维生素e 微胶囊产品的保留率最高。实验分析结果看来，继续添加 壳聚糖对维生素e 微胶囊包埋率以及保留率均是有利的，但是由于壳聚糖溶液的黏度较 高，继续添加会使微胶囊乳化液较为粘稠难于进行均质和喷雾干燥，因此壳聚糖添加量 8 维生素e 微胶囊的制备及其性质的研究 定为0 6 。为了使维生素e 微胶囊产品具有较高的包埋率以及保留率，同时考虑到维 生素e 的载量以及生产成本等问题，故选择a 3 8 3 c 2 d 1 ，也即壳聚糖含量为o 6 、麦芽 糊精的含量为2 0 、维生素e 添加量为6 5 、乳化剂用量为维生素e 的2 5 ，也可以 根据实际情况进行合理的安排。 耙正交实验因素水平表 t a b 2f a c t o r sa n dl e v e l so fo r t h o g o n a le x p e r i m e n t 实验号 abcd 包埋率( )保留率( ) 图2 试验因素对维生素e 微胶囊质量的影响直观分析图 f i g 2e f f e c to ff a c t o r so nm i c r o e n c a p s u l a t e dv i t a m i ne 9 江南大学硕士学位论文 3 1 4 喷雾干燥工艺参数的优化 为了获得品质较好的微胶囊产品，控制喷雾干燥的工艺条件也是十分重要的【】。喷 雾干燥的进风口温度直接关系到微胶囊的干燥速率和最终水分含量，同时又影响到产品 的颗粒结构、吸湿性和热敏性成分的稳定性【3 2 川1 ，喷雾干燥的出风1 3 温度影响着微胶囊 产品的降速干燥时间、表面的微观结构以及产品的流动性等。为此，本论文对喷雾干燥 的工艺进行了研究探讨，以微胶囊的包埋率以及保留率作为指标对喷雾干燥时的进风口 温度和出风口温度进行优化，实验时微胶囊乳化液中壳聚糖含量为0 6 、麦芽糊精含量 为2 0 、维生素e 添加量为6 5 、乳化剂用量为维生素e 的2 5 。实验结果见图3 和图4 。 图3 进风口温度对微胶囊的影响 f i g 3e f f e c to fi n l e tt e m p e r a t u r eo i lm i c r o c a p s u l e s 图3 为喷雾干燥塔进风口温度对微胶囊质量的影响( 出风口温度8 0 ) ，从中我们可 以发现随着进风温度的上升微胶囊的包埋率以及保留率都是先上升后下降，当进风温度 为1 9 0 时，微胶囊的包埋率和保留率最大。这是因为当喷雾干燥进风温度低时，蒸发 能力不够、产品干燥速度慢，导致形成的膜的致密性和强度不够，芯材没有被完全的包 埋好；同时导致产品水分含量大、流动性差，而且在生产过程中易沾壁，出现潮粉等现 象，致使喷雾干燥无法进行，从而使微胶囊的包埋率和保留率不高。进风温度高有利于 壁材的固化，提高壁材的成膜速度，减少了芯材与热空气的直接接触，从而有利于提高 芯材的包埋率以及保留率，但当进风温度达到一定值后，继续提高进风温度时，水分蒸 发速度过快、变的剧烈而发类似气球胀破的“破泡，【2 d j 现象，使产品的表面积大大增加、 已形成的膜发生破裂、囊壁表面产生凹陷与褶皱，同时还会使芯材降解损失，降低微胶 囊的质量，从而导致微胶囊产品质量的下降，所以喷雾干燥时进风温度以1 9 0 为宜。 图4出风口温度对微胶囊的影响 f i g 4e f f e c to fo u t l e tt e m p e r a t u r eo nm i c r o c a p s u l e s 1 0 维生素e 微胶囊的制备及其性质的研究 微胶囊喷雾干燥过程包括恒速干燥和减速干燥两个阶段，喷雾干燥塔的进风口温度 影响恒速干燥过程，出风口温度则影响着减速干燥过程。图4 显示的是喷雾干燥塔的出 风口温度对微胶囊的影响( 进风温度1 9 0 ) ，从图中可以发现，随着出风口温度的提高， 微胶囊的包埋率和保留率都是先上升后下降的，最佳出风口温度为8 0 。同时，还可以 从图中发现，出风温度对微胶囊维生素e 保留率的影响较为明显，当出风温度高于8 0 c 时对微胶囊包埋率的影响较小。这是因为当喷雾干燥的进风口温度一定时，出风口温度 高，有利于减少产品颗粒的降速干燥时间，比较迅速地形成完整致密的微胶囊结构，同 时喷雾干燥塔内的湿度就相对较低，可降低最终产品的水分含量，产品的流动性就好； 但当出风温度过高时，会使微胶囊产品过热出现裂缝，使微胶囊产品表面的芯材物质发 生氧化或挥发，导致已经包埋好的微胶囊产品发生涨破的现象，从而使微胶囊产品的包 埋率以及维生素e 保留率出现不同程度的下降。经过整过优化过程后，喷雾干燥法制备 的维生素e 微胶囊的包埋率可达到9 2 3 6 ，维生素e 保留率可达到9 3 9 3 。 3 2b 环糊精二次包埋法制备维生素e 缀胶囊 环糊精是一种由淀粉经过环状糊精糖基转移酶水解后所形成的淀粉衍生物，是 一种环状低聚糖化合物，它们是由6 、7 和8 个毗喃糖单元以0 【一1 ，4 糖苷键连结而成， 分别称为0 【、p 和丫三种不同的环状糊精【3 ”6 1 ，其中p 环糊精分子洞适中，洞内径为7 8 a ， 包结范围广，生产成本低，被广泛用作微胶囊壁材，p 环糊精的化学结构以及几何形态 见图5 。p 环糊精所有的二级羟基在环的一侧，一级羟基在环的另一侧，连接各糖单元 的氧原子形成的糖苷氧的剩余电子对都指向环的中心，从而形成了一个相对疏水的环内 结构。它的一级羟基环是由c 2 o h 和c l - o h 间的氢键连接而成的，使得整个环结构具 有较强的牢固性【3 ”。由于b 一环状糊精有一个相对疏水的中心和一个相对亲水的表面，所 以它在水中会和相适合的客体物质发生包结络合反应，从而使客体“镶嵌在环中间， 对客体物质起到一定的保护作用【3 8 - 3 9 。 图51 3 - g 糊精的结构 f i g 5s t r u c t u r eo f1 3 - c y c l o d e x t r i n 3 2 1 二次包埋壁材对微胶囊包埋率的影响 p 环糊精( 1 3 - c d ) 由于其独特的分子结构，与之相适应的客体物质可以进入或部分 进入其环中间，形成包合物。但由于i b - c d 的分子空间大小有限，并且传统的1 3 - c d 法 制备维生素e 微胶囊反应时间较长，为了提高p c d 法制备微胶囊时的载量、缩短微胶 江南大学硕士学位论文 囊的制备时间，本文采用超声波辅助i b - c d 对维生素e 进行包埋，而后再对其进行二次 包埋。在选择二次包埋壁材时，维生素e 与i b - c d 的质量比定为l ：4 ，固形物含量为 1 5 ，超声功率定为4 0 也即3 6 0 w ，超声时间为3 0 m i n ，二次包埋的壁材添加量为总 溶液重量的2 ，研究各种壁材对维生素e 微胶囊包埋率的影响，实验结果如图6 所示。 6 0 5 0 4 0 母 哥3 0 野 回2 0 1 0 0 l2 3 壁材4 56 图6 二次包埋壁材对微胶囊包埋率的影响 ( 1 ：i b - c d ；2 ：p c d + 乳清浓缩蛋白；3 ：p - c d + 大豆分离蛋白；4 ：p - c d + 麦芽糊精；5 ：p c d + 变 性淀粉；6 ：1 3 - c d + 阿拉伯胶) f i g 6e f f e c to fw a l lm a t e r i a l so ne n c a p s u l a t i o ne f f i c i e n c y ( 1 ：1 3 - c d ；2 ：p - c d + w p c ；3 ：p - c d + s p i ；4 ：p - c d + m a l t o d e x t r i n ；5 ：p c d + m o d i f i e ds t a r c h ；6 ：1 3 - c d + a r a b i cg u m ) 从图6 中可以看出，乳清浓缩蛋白、大豆分离蛋白、麦芽糊精、变性淀粉以及阿拉 伯胶作为二次包埋壁材时都能一定程度的提高微胶囊的包埋率，乳清浓缩蛋白以及大豆 分离蛋白能较大的提高微胶囊包埋率，并且乳清浓缩蛋白最为显著，这可能是因为蛋白 质分子带有许多双亲基团，当蛋白质分子与维生素e 接触时能强烈的吸附在维生素e 油的 表面，其疏水基团向内亲水基团向外，从而在维生素e 油滴的表面形成一层膜，达到包 埋的目的，并且乳清浓缩蛋白具有非常好地乳化与成膜性质【4 引。麦芽糊精，变性淀粉和 阿拉伯胶相对来说它们的乳化性能以及成膜的能力较差一些。因此，本实验以d c d 为壁 材进行超声波辅助包埋，再以乳清浓缩蛋白进行二次包埋。 3 2 2 维生素e 微胶囊制备工艺的优化 本实验制备维生素e 微胶囊主要可分为两个步骤：一是利用超声波辅助i b - c d 对维 生素e 进行包埋，这一步主要是维生素e 分子进入i b - c d 空穴形成包结物的过程；二是 将辅助壁材乳清浓缩蛋白( w p c ) 加入到超声波处理好的溶液中，对维生素e 进行第二 次包埋。为了获得较好的维生素e 微胶囊产品，本文对其制备工艺进行了研究；为了便 于实验与计算，本文以超声功率( ) 、超声时间( m i n ) 、w p c 添加量( ) 、固形物含 量( ) 、维生素e 与i b - c d 的比为主要因素，研究它们对维生素e 微胶囊包埋率的影响。 3 2 2 1 超声功率对微胶囊包埋率的影响 在超声时间为3 0 m i n ，w p c 添加量为总溶液重量的2 ，固形物含量为1 5 ，维生 素e 与1 3 - c d 的质量比为l ：4 的条件下，研究超声功率( 2 0 ，3 0 ，4 0 ，5 0 ，6 0 ) 对维生素e 微胶囊包埋率的影响，实验结果见图7 。 1 2 维生素e 微胶囊的制备及其性质的研究 图7 超声功率( 1 0 0 时为9 0 0 w ) 对微胶囊包埋率的影响 f i g 7e f f e c to fu l t r a s o n i cp o w e r (