銳孔-凝固浴法制備蟲白蠟源高級(jí)烷醇微囊

劉曉麗，羅秀梅，張錦硯，杜紹輝，劉佳佳，孫昂，馬金菊

（1.昆明理工大學(xué) 津橋?qū)W院，云南昆明 650106；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源昆蟲研究所，云南昆明 650224）

微膠囊化是21世紀(jì)在醫(yī)藥、食品、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)、生物質(zhì)分離等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種高新技術(shù)。微膠囊化就是利用天然或合成的高分子包囊材料，將固、液體或者氣體等微小囊核物質(zhì)包覆形成一種具有半透性或密封囊膜的微型膠囊技術(shù)。微膠囊壁材形成的膜可將芯材與外界環(huán)境隔開，減小氧氣、熱、光和pH等對芯材的影響，增強(qiáng)芯材穩(wěn)定性，延長其釋放時(shí)間，提高其有效性[1-2]。

微膠囊有多種制備方法，如噴霧干燥法、分子包埋法、凝聚法、擠壓法、空氣懸浮法以及物理吸附法等。其中，銳孔-凝固浴法是常用的微膠囊化方法[3]之一，它是將壁材液通過銳孔滴入凝固液中，凝固而形成微膠囊，具有操作簡便、設(shè)備簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，且可在低溫條件下操作，減少熱敏性物質(zhì)在包埋過程中的損失[4]。已有報(bào)道采用銳孔法對桑椹紅色素[5]、八角茴香油[6]、丁香油[7]等進(jìn)行微膠囊化研究。

高級(jí)烷醇一般是指含有20～36個(gè)碳原子的飽和直鏈一元醇。蟲白蠟源高級(jí)烷醇是從昆蟲分泌物蟲白蠟中分離提取得到的，其主要成分為二十六烷醇、二十八烷醇以及少量的三十烷醇。高級(jí)烷醇具有重要的生理活性：二十六烷醇對神經(jīng)元有一定的保護(hù)和營養(yǎng)作用，可以預(yù)防和治療一些神經(jīng)疾病，如神經(jīng)退化等；二十八烷醇有顯著的抗疲勞功效，能夠明顯增強(qiáng)體力和耐力，提高反應(yīng)靈敏性；二十六烷醇與二十八烷醇常作為一種新型功能食品添加劑應(yīng)用于功能飲料、運(yùn)動(dòng)糖果等食品中，能顯著降低血液中膽固醇含量，還可達(dá)到抗疲勞、增強(qiáng)體力的功效[8-10]。

本試驗(yàn)以海藻酸鈉為囊材，采用銳孔-凝固浴法將蟲白蠟源高級(jí)烷醇進(jìn)行微膠囊化，起到緩釋作用，延長高級(jí)烷醇作用時(shí)間，同時(shí)也為銳孔-凝固浴法工業(yè)化生產(chǎn)高級(jí)烷醇微囊提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蟲白蠟源高級(jí)烷醇由本課題組通過蟲白蠟還原法制備，其主要成分為二十四烷醇（5.2%）、二十六烷醇（56.0%）、二十八烷醇（32.0%）、三十烷醇（4.0%）；海藻酸鈉、氯化鈣、氯仿等均為分析純，天津市大茂化學(xué)試劑廠；殼聚糖（脫乙酰度≥95%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

C-MAG HS7加熱磁力攪拌器，德國IKA公司；BAS124S電子天平，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；7890B氣相色譜儀，Agilent公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

將海藻酸鈉于50 ℃條件下攪拌溶解于水中，然后加入蟲白蠟源高級(jí)烷醇，82 ℃下攪拌溶解。

固化液的制備：將2%乙酸溶液、4%CaCl2溶液和1%殼聚糖溶液配制成100 mL固化液。海藻酸鈉與蟲白蠟源高級(jí)烷醇混合溶液經(jīng)注射器針頭流出，滴入攪拌狀態(tài)的固化液中，攪拌固化20 min，洗滌。

微膠囊產(chǎn)品中包埋的高級(jí)烷醇提取：稱3.00 g微膠囊進(jìn)行研磨，用20 mL氯仿洗出，30 ℃攪拌30 min后，超聲振蕩15 min破解包合物，加入20 mL氯仿振蕩10 min后過濾，取氯仿層；用氯仿將濾渣振蕩洗滌兩次，合并氯仿層，濃縮至2 mL，氯仿定容至5 mL，用氣相色譜檢測高級(jí)烷醇含量。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)

包封率是評價(jià)微囊的重要參數(shù)，微囊包封率按式（1）計(jì)算：

式（1）中：A1為微膠囊中高級(jí)烷醇的含量，g；A2為制備微囊過程中實(shí)際取用高級(jí)烷醇質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 氯化鈣濃度對微囊制備的影響

將0.40 g海藻酸鈉于50 ℃下攪拌溶解于25 mL水中，然后加入0.10 g蟲白蠟源高級(jí)烷醇，在82 ℃下攪拌溶解；將2%乙酸溶液、4%CaCl2溶液和1%殼聚糖溶液配制成100 mL固化液，50 ℃恒溫，200 r/min條件下攪拌；用注射器（針頭孔徑0.60 mm）將海藻酸鈉與蟲白蠟源高級(jí)烷醇的混合溶液逐滴加入到固化液中（下滴高度2 cm），改變CaCl2溶液濃度，其他條件不變，按同樣的方法制備微囊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 氯化鈣濃度對微囊形態(tài)和包封率的影響

由表1可知，包封率隨CaCl2濃度的增大而先增大后減小，當(dāng)CaCl2濃度小于6%時(shí)，鈣離子與海藻酸鈉的交聯(lián)反應(yīng)不完全，成囊效果較差，進(jìn)而影響了包封率。當(dāng)CaCl2濃度大于6%時(shí)，鈣離子與海藻酸鈉的交聯(lián)反應(yīng)完全，微囊粒徑增大、膜厚增加。綜合考慮成球效果和包封率，確定了CaCl2的最佳濃度為6%。

2.2 溫度對微囊制備的影響

按照2.1方法，依次改變固化液的溫度為30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃，按同樣方法制備微囊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。由表2可知，隨著固化液溫度升高，包封率逐漸提高，這可能是因?yàn)橄x白蠟源高級(jí)烷醇熔點(diǎn)較高（82～85 ℃），低溫條件下蟲白蠟源高級(jí)烷醇易析出，影響包封率，而且溫度升高有利于鈣離子與海藻酸鈉的交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行。綜合考慮包封率、成球效果與能源成本，確定了固化液的最佳溫度為70 ℃。

表2 不同溫度對微囊形態(tài)和包封率的影響

2.3 針頭孔徑對微囊制備的影響

按照上述條件，改變針頭孔徑的大小，按同樣的方法制備微囊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。由表3可看出，隨著注射器針頭孔徑增大，微膠囊粒徑逐漸增大，微膠囊表面積也隨之減小，從而導(dǎo)致其包覆的蟲白蠟源高級(jí)烷醇越來越少，包封率隨之下降。另外，當(dāng)針孔直徑小于0.49 mm時(shí)，由于海藻酸鈉溶液具有一定的粘度難以從注射器中推出，因此確定了最佳針頭孔徑為0.49 mm。

表3 針頭孔徑對微囊形態(tài)和包封率的影響

2.4 下滴高度對制備微囊的影響

在上述試驗(yàn)條件下，改變海藻酸鈉與蟲白蠟源高級(jí)烷醇混合溶液的下滴高度，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，下滴高度小于2 cm時(shí)，混合溶液與固化液太過接近，微膠囊不易分散，影響包封率；當(dāng)下滴高度大于2 cm時(shí)，微膠囊呈橢圓甚至變得扁平，包封率也略有下降，因此確定了最佳下滴高度為2 cm。

表4 不同下滴高度對微囊形態(tài)和包封率的影響

2.5 攪拌速度對微囊制備的影響

在上述試驗(yàn)條件下，改變凝固浴攪拌速度，其他條件不變，制備微囊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可知，當(dāng)凝固浴攪拌速度小于200 r/min時(shí)，微膠囊成球效果較好，球形較圓，粒徑均勻，包封率最大；當(dāng)攪拌速度過大時(shí)，微囊呈橢圓，粒徑不均勻，綜合考慮包封率和成球效果，確定了最佳攪拌速度為200 r/min。

表5 不同攪拌速度對微囊形態(tài)和包封率的影響

2.6 蟲白蠟源高級(jí)烷醇添加量對微囊制備的影響

在上述試驗(yàn)條件下，改變蟲白蠟源高級(jí)烷醇添加量，其他條件不變，制備微囊，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知，蟲白蠟源高級(jí)烷醇的添加量對微囊成球效果影響較小，但是，當(dāng)蟲白蠟源高級(jí)烷醇添加量太少時(shí)，由于膠囊沒有完全利用，包封率較低；當(dāng)蟲白蠟源高級(jí)烷醇添加量大于0.10 g時(shí)，由于高級(jí)烷醇過量，包封率逐漸下降，因此，確定了蟲白蠟源高級(jí)烷醇的最佳添加量為0.10 g。

表6 不同蟲白蠟源高級(jí)烷醇添加量對微囊形態(tài)和包封率的影響

2.7 最佳條件下制備的海藻酸鈉-蟲白蠟源高級(jí)烷醇微囊的粒徑

隨機(jī)取上述最佳條件下制備的微囊，分別在顯微鏡下檢測了干燥前和干燥后的微囊粒徑。結(jié)果顯示，干燥前的海藻酸鈉-蟲白蠟源高級(jí)烷醇微囊，其D90粒徑為120～140 μm；干燥后的微囊，其D90粒徑為50～70 μm?？梢?，最佳條件下制備的微囊粒徑較均勻。

3 結(jié)論

以海藻酸鈉為囊材，用銳孔-凝固浴法制備了海藻酸鈉-高級(jí)烷醇微囊，確定了其最優(yōu)工藝條件為：CaCl2溶液的濃度為6%，固化液溫度為70 ℃，攪拌速度為200 r/min，注射器針頭孔徑為0.49 mm，下滴高度為2 cm，蟲白蠟源高級(jí)烷醇添加量為0.10 g。此條件下，制備的微囊球形較圓，蟲白蠟源高級(jí)烷醇的包封率為75.50%，微囊顆粒大小均勻，干燥前的微囊D90粒徑為120～140 μm，干燥后的微囊D90粒徑為50～70 μm。