煙草萃取液微膠囊的制備及緩釋性能研究

梅秦源，張婷婷，劉志昌

（1湖北工業(yè)大學(xué)輕工學(xué)部，湖北 武漢430068；2湖北中煙黃鶴樓科技園煙草薄片研究所，湖北 武漢 ）

微膠囊技術(shù)［1］是由天然或合成高分子材料制成的微型容器將目標(biāo)物質(zhì)包覆在其中的一種技術(shù)，制得的粒子直徑一般為1～1 000μm。在我國卷煙工業(yè)領(lǐng)域，微膠囊技術(shù)主要以包覆香精香料等芯材形式增加香煙的吸味、色澤等［2－7］。我國的重組煙葉技術(shù)［8－10］相關(guān)研究均仍處于初步探索階段，在重組煙葉加工技術(shù)里，一般將萃取液直接涂布于重組煙葉表面，但在很短時間萃取液易揮發(fā)掉造成浪費，本文中將煙草萃取液微膠囊化，以穩(wěn)定薄片色澤，防止萃取液中多糖類物質(zhì)降解變質(zhì)，控制其釋放速率，方便貯存，可以使色澤均勻性與穩(wěn)定性、涂布率等許多傳統(tǒng)工藝不能解決的問題得到很好解決。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

實驗試劑：聚乙烯醇（1750，分析純AR），山西三維公司；硫酸鈉（分析純AR），杭州盈鈺化工試劑廠；煙草萃取液（固含率93%），湖北中煙集團(tuán)黃鶴樓科技園；硼砂（99.99%），新之源化工試劑廠；菜子油（重慶源緣圓油脂公司）；span80（分析純AR），南通謙和化工試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

IKA可控溫磁力攪拌器，配有溫度監(jiān)視系統(tǒng)，德國IKA公司；紫外可見風(fēng)光光度計，UV－2450／2550，日本島津公司。

1.3 實驗條件

1.3.1 PVA溶液的配置 稱量10g聚乙烯醇于100g去離子水中，在20℃充分溶脹；緩慢加熱溶液至90℃并持續(xù)攪拌，補(bǔ)水保持濃度不變；然后靜置溶液備用。

1.3.2 固化劑的配置 將38g Na2SO4溶解于100 g水中（適當(dāng)加熱加速溶解）；往配好的Na2SO4溶液中加入2g硼砂，溶解，備用；配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的硼酸鈉溶液，備用。

1.3.3 浮液的配置

1）A浮液的配置：在燒杯中加入3g PVA以一定的速度攪拌10min，持續(xù)攪拌，依次滴加2.0mL煙草萃取液、0.2g span80和10mL菜子油。

2）B浮液的配置：在燒杯中加入5mL配置好的混合液（硫酸鈉和硼酸鈉）以一定速度攪拌5 min，然后依次滴加0.2g span80和10mL菜子油。

1.3.4 微膠囊化操作 把A、B兩種浮液分別在30℃環(huán)境下以一定的速度攪拌，使其乳化均勻；在維持?jǐn)嚢璧臈l件下，把B溶液以1滴／s的速度加入到A浮液中，直至加完，滴加完畢后繼續(xù)攪拌10min；攪拌完成后，溶液靜置分層，分去油層，在水層中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的硼砂溶液20mL，輕微攪拌15 min經(jīng)抽濾、去離子水沖洗即得到聚乙烯醇－煙草萃取液微膠囊。

2 結(jié)果與分析

2.1 微膠囊形態(tài)及影響因素

本實驗采用顯微鏡觀察聚乙烯醇－煙草萃取液微膠囊的形態(tài)（圖1）。

圖1 聚乙烯醇－煙草萃取液微膠囊顯微鏡下的形態(tài)

圖1 顯示，絕大部分微膠囊為較為規(guī)則的橢球形和球形，單體顆粒的粒徑范圍分布不是很均勻，為30～200μm。導(dǎo)致粒徑分布不均勻的原因可能為以下兩點：其一，溶液乳化過程的好壞直接影響到微膠囊粒徑分布，在乳化過程中，乳液雖然在恒溫水浴中進(jìn)行，溶液表面和溶液底部溫度不可避免有差異，導(dǎo)致乳化時液滴大小不一，最終壁材包覆時形成的顆粒粒徑有差異；其二，攪拌時間會影響體系的均勻程度，攪拌時間越長則微膠囊壁厚差異性變小，顆粒大小趨于一致。

2.2 正交緩釋實驗

實驗采用動態(tài)透析法測定微膠囊釋放率。把0.5g微膠囊加入到10mL，pH＝8.0$0.2的弱堿溶液中（以NaOH和HCl配置），將此懸浮液放入透析袋，放到1 000mL的同樣的弱堿液中，持續(xù)稍微震蕩，在不同的溫度下每隔一段時間取液10mL，同時加入10mL堿液，以最開始堿液為空白對照，選取420nm，測定其吸光度，計算釋放率。

2.2.1 紫外標(biāo)準(zhǔn)曲線 準(zhǔn)確配置不同濃度的煙草萃取液100.0mL，測定不同濃度煙草萃取液的吸光度值，橫坐標(biāo)為其濃度，縱坐標(biāo)為吸光度值，得到萃取液的標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖2）。所得曲線的R2＝0.995，有強(qiáng)的相關(guān)性。

圖2 煙草萃取液濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2.2 微膠囊包埋率的測定 計算微膠囊產(chǎn)品中被包覆的萃取液含量與微膠囊產(chǎn)品總的萃取液含量之比。

2.2.3 微膠囊制備正交實驗結(jié)果與討論 實驗選用在微膠囊制備工程中煙草萃取液、乳化時間、乳化攪拌速度和復(fù)凝聚時間為影響因素進(jìn)行正交實驗，探尋影響微膠囊包覆率的因素。壁材聚乙烯醇的用量為3g保持不變。實驗結(jié)果如表1所示。

表1 微膠囊正交實驗數(shù)據(jù)表

由表1可知，影響微膠囊包覆率最重要的因素分別是乳化時間、萃取液加入量、乳化攪拌速度和復(fù)凝聚時間。圖3為正交實驗四個因素對微膠囊包覆率的影響趨勢圖。

圖3 微膠囊影響因素趨勢圖

1）對于萃取液加入量而言，當(dāng)加入量為3mL時，實驗指標(biāo)最低，包覆率最差；加入量為4mL時，包覆率最高。原因是，當(dāng)加入量為4mL，此時芯壁比為一個合適的比率，聚乙烯醇能最大限度的包覆住萃取液。

2）對于乳化時間而言，隨著乳化時間的延長，微膠囊包覆率也隨之提高。乳化時間越長，萃取液芯材分散得越均勻，溶液相態(tài)更加穩(wěn)定。當(dāng)乳化時間由10min延長到20min時，微膠囊包覆率顯著提高；當(dāng)乳化時間由20min延長到30min時，微膠囊包覆率也在增長，但不是很明顯，考慮到實驗條件和工業(yè)條件，把乳化時間確定在20min是一個合理的選擇。

3）對于攪拌速度而言，1 200r／min為轉(zhuǎn)折點，之前隨著攪拌速度增加，微膠囊包覆率顯著增加，當(dāng)超過1 200r／min后，隨著攪拌速度的增加，包覆率明顯降低。這可能是因為，當(dāng)攪拌速度太小，微膠囊包覆較多萃取液，壁厚太小，微膠囊容易破裂導(dǎo)致包覆率偏低；若攪拌速度太大，微膠囊粒徑很小，芯壁比減小，包覆率低下。把攪拌速度選取在1 200r／min是最佳速度。

4）隨著凝聚時間延長，微膠囊包覆率持續(xù)下降。這可能是因為微膠囊在某個時間點已經(jīng)固化成型，若此后繼續(xù)浸泡在水相中，已經(jīng)成型的微膠囊破裂或者微膠囊芯材被萃取出來等原因?qū)е掳猜氏陆?。故凝聚時間為10min是最佳時間。

2.2.4 最優(yōu)方案驗證實驗 通過正交實驗得到最優(yōu)條件，即萃取液加入量、乳化時間、攪拌速度和凝聚時間分別為4mL、20min、1 200r／min和10min時，重復(fù)進(jìn)行了5次實驗，得到微膠囊的包覆率分別為47.23%、47.89%、47.55%、48.53%、46.99%。重復(fù)效果良好且包覆效果佳。

2.2.5 微膠囊緩釋效果與分析 以實驗得出的最佳條件制備煙草萃取液微膠囊，分別置于10℃、20℃和30℃的恒溫培養(yǎng)箱中，以橫坐標(biāo)為釋放時間，縱坐標(biāo)為釋放結(jié)果，繪制釋放條件，結(jié)果如圖4所示。

圖4 微膠囊在不同室溫下的釋放結(jié)果

由圖4可知，在不同的溫度環(huán)境中，微膠囊于0～40h釋放量比較嚴(yán)重，在40h之后，微膠囊趨于穩(wěn)定，基本無釋放。這可能是因為壁材和芯材在溶液中形成了壁材－萃取液－微膠囊微元區(qū)的混合體系，在前40h，外面的壁材－萃取液結(jié)構(gòu)被破壞，釋放速率快，當(dāng)微膠囊微元區(qū)暴露出來，釋放趨于穩(wěn)定。隨著溫度的升高，微膠囊釋放量增加。這可能是因為，溫度越高，微膠囊液中分子的活動更加劇烈，微膠囊穩(wěn)定性下降，釋放量同時上升。

3 結(jié)論

1）首次用聚乙烯醇－菜子油復(fù)凝聚法制備煙草萃取液微膠囊，通過實驗，證明此法可行，通過此法制備的微膠囊粒徑在30～200μm。最佳工藝條件為聚乙烯醇：w（聚乙烯醇）∶w（菜子油）∶w（芯材）∶w（水相）＝3∶20∶4∶25，乳化時間20min，攪拌速度1 200r／min，復(fù)凝聚時間10min。

2）實驗制備的微膠囊的包覆率在46%～48%。緩釋實驗證明，在0－40h微膠囊有緩釋速度較快，在40h后，微膠囊緩釋量緩慢增加，趨于穩(wěn)定，在80 h后，仍然有較多的萃取液成分存在。

3）聚乙烯醇煙草萃取液技術(shù)能維持煙草萃取液在環(huán)境中的穩(wěn)定性，延長存放時間，在煙草薄片行業(yè)前景良好。

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