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        銳孔-凝固浴法制備蟲白蠟源高級烷醇微囊

        2022-01-27 02:26:22劉曉麗羅秀梅張錦硯杜紹輝劉佳佳孫昂馬金菊
        生物化工 2021年6期
        關(guān)鍵詞:烷醇微囊微膠囊

        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,增強芯材穩(wěn)定性,延長其釋放時間,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,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]等進行微膠囊化研究。

        高級烷醇一般是指含有20~36個碳原子的飽和直鏈一元醇。蟲白蠟源高級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、運動糖果等食品中,能顯著降低血液中膽固醇含量,還可達(dá)到抗疲勞、增強體力的功效[8-10]。

        本試驗以海藻酸鈉為囊材,采用銳孔-凝固浴法將蟲白蠟源高級烷醇進行微膠囊化,起到緩釋作用,延長高級烷醇作用時間,同時也為銳孔-凝固浴法工業(yè)化生產(chǎn)高級烷醇微囊提供理論依據(jù)和技術(shù)參數(shù),擴大其應(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 實驗方法

        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)品中包埋的高級烷醇提取:稱3.00 g微膠囊進行研磨,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烷醇含量。

        1.4 試驗結(jié)果評價

        包封率是評價微囊的重要參數(shù),微囊包封率按式(1)計算:

        式(1)中:A1為微膠囊中高級烷醇的含量,g;A2為制備微囊過程中實際取用高級烷醇質(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,實驗結(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,鈣離子與海藻酸鈉的交聯(lián)反應(yīng)不完全,成囊效果較差,進而影響了包封率。當(dāng)CaCl2濃度大于6%時,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,實驗結(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,這可能是因為蟲白蠟源高級烷醇熔點較高(82~85 ℃),低溫條件下蟲白蠟源高級烷醇易析出,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,實驗結(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,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

        在上述試驗條件下,改變海藻酸鈉與蟲白蠟源高級烷醇混合溶液的下滴高度,實驗結(jié)果見表4。由表4可知,下滴高度小于2 cm時,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,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

        在上述試驗條件下,改變凝固浴攪拌速度,其他條件不變,制備微囊,實驗結(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,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,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 蟲白蠟源高級烷醇添加量對微囊制備的影響

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

        表6 不同蟲白蠟源高級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-蟲白蠟源高級烷醇微囊的粒徑

        隨機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。

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