锐孔-凝固浴法制备虫白蜡源高级烷醇微囊

刘晓丽，罗秀梅，张锦砚，杜绍辉，刘佳佳，孙昂，马金菊

（1.昆明理工大学 津桥学院，云南昆明 650106；2.中国林业科学研究院 资源昆虫研究所，云南昆明 650224）

微胶囊化是21世纪在医药、食品、动植物细胞培养、生物质分离等领域广泛应用的一种高新技术。微胶囊化就是利用天然或合成的高分子包囊材料，将固、液体或者气体等微小囊核物质包覆形成一种具有半透性或密封囊膜的微型胶囊技术。微胶囊壁材形成的膜可将芯材与外界环境隔开，减小氧气、热、光和pH等对芯材的影响，增强芯材稳定性，延长其释放时间，提高其有效性[1-2]。

微胶囊有多种制备方法，如喷雾干燥法、分子包埋法、凝聚法、挤压法、空气悬浮法以及物理吸附法等。其中，锐孔-凝固浴法是常用的微胶囊化方法[3]之一，它是将壁材液通过锐孔滴入凝固液中，凝固而形成微胶囊，具有操作简便、设备简单、成本低等优点，且可在低温条件下操作，减少热敏性物质在包埋过程中的损失[4]。已有报道采用锐孔法对桑椹红色素[5]、八角茴香油[6]、丁香油[7]等进行微胶囊化研究。

高级烷醇一般是指含有20～36个碳原子的饱和直链一元醇。虫白蜡源高级烷醇是从昆虫分泌物虫白蜡中分离提取得到的，其主要成分为二十六烷醇、二十八烷醇以及少量的三十烷醇。高级烷醇具有重要的生理活性：二十六烷醇对神经元有一定的保护和营养作用，可以预防和治疗一些神经疾病，如神经退化等；二十八烷醇有显著的抗疲劳功效，能够明显增强体力和耐力，提高反应灵敏性；二十六烷醇与二十八烷醇常作为一种新型功能食品添加剂应用于功能饮料、运动糖果等食品中，能显著降低血液中胆固醇含量，还可达到抗疲劳、增强体力的功效[8-10]。

本试验以海藻酸钠为囊材，采用锐孔-凝固浴法将虫白蜡源高级烷醇进行微胶囊化，起到缓释作用，延长高级烷醇作用时间，同时也为锐孔-凝固浴法工业化生产高级烷醇微囊提供理论依据和技术参数，扩大其应用范围。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

虫白蜡源高级烷醇由本课题组通过虫白蜡还原法制备，其主要成分为二十四烷醇（5.2%）、二十六烷醇（56.0%）、二十八烷醇（32.0%）、三十烷醇（4.0%）；海藻酸钠、氯化钙、氯仿等均为分析纯，天津市大茂化学试剂厂；壳聚糖（脱乙酰度≥95%），上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

C-MAG HS7加热磁力搅拌器，德国IKA公司；BAS124S电子天平，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；7890B气相色谱仪，Agilent公司。

1.3 实验方法

将海藻酸钠于50 ℃条件下搅拌溶解于水中，然后加入虫白蜡源高级烷醇，82 ℃下搅拌溶解。

固化液的制备：将2%乙酸溶液、4%CaCl2溶液和1%壳聚糖溶液配制成100 mL固化液。海藻酸钠与虫白蜡源高级烷醇混合溶液经注射器针头流出，滴入搅拌状态的固化液中，搅拌固化20 min，洗涤。

微胶囊产品中包埋的高级烷醇提取：称3.00 g微胶囊进行研磨，用20 mL氯仿洗出，30 ℃搅拌30 min后，超声振荡15 min破解包合物，加入20 mL氯仿振荡10 min后过滤，取氯仿层；用氯仿将滤渣振荡洗涤两次，合并氯仿层，浓缩至2 mL，氯仿定容至5 mL，用气相色谱检测高级烷醇含量。

1.4 试验结果评价

包封率是评价微囊的重要参数，微囊包封率按式（1）计算：

式（1）中：A1为微胶囊中高级烷醇的含量，g；A2为制备微囊过程中实际取用高级烷醇质量，g。

2 结果与分析

2.1 氯化钙浓度对微囊制备的影响

将0.40 g海藻酸钠于50 ℃下搅拌溶解于25 mL水中，然后加入0.10 g虫白蜡源高级烷醇，在82 ℃下搅拌溶解；将2%乙酸溶液、4%CaCl2溶液和1%壳聚糖溶液配制成100 mL固化液，50 ℃恒温，200 r/min条件下搅拌；用注射器（针头孔径0.60 mm）将海藻酸钠与虫白蜡源高级烷醇的混合溶液逐滴加入到固化液中（下滴高度2 cm），改变CaCl2溶液浓度，其他条件不变，按同样的方法制备微囊，实验结果见表1。

表1 氯化钙浓度对微囊形态和包封率的影响

由表1可知，包封率随CaCl2浓度的增大而先增大后减小，当CaCl2浓度小于6%时，钙离子与海藻酸钠的交联反应不完全，成囊效果较差，进而影响了包封率。当CaCl2浓度大于6%时，钙离子与海藻酸钠的交联反应完全，微囊粒径增大、膜厚增加。综合考虑成球效果和包封率，确定了CaCl2的最佳浓度为6%。

2.2 温度对微囊制备的影响

按照2.1方法，依次改变固化液的温度为30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃和70 ℃，按同样方法制备微囊，实验结果如表2所示。由表2可知，随着固化液温度升高，包封率逐渐提高，这可能是因为虫白蜡源高级烷醇熔点较高（82～85 ℃），低温条件下虫白蜡源高级烷醇易析出，影响包封率，而且温度升高有利于钙离子与海藻酸钠的交联反应进行。综合考虑包封率、成球效果与能源成本，确定了固化液的最佳温度为70 ℃。

表2 不同温度对微囊形态和包封率的影响

2.3 针头孔径对微囊制备的影响

按照上述条件，改变针头孔径的大小，按同样的方法制备微囊，实验结果如表3所示。由表3可看出，随着注射器针头孔径增大，微胶囊粒径逐渐增大，微胶囊表面积也随之减小，从而导致其包覆的虫白蜡源高级烷醇越来越少，包封率随之下降。另外，当针孔直径小于0.49 mm时，由于海藻酸钠溶液具有一定的粘度难以从注射器中推出，因此确定了最佳针头孔径为0.49 mm。

表3 针头孔径对微囊形态和包封率的影响

2.4 下滴高度对制备微囊的影响

在上述试验条件下，改变海藻酸钠与虫白蜡源高级烷醇混合溶液的下滴高度，实验结果见表4。由表4可知，下滴高度小于2 cm时，混合溶液与固化液太过接近，微胶囊不易分散，影响包封率；当下滴高度大于2 cm时，微胶囊呈椭圆甚至变得扁平，包封率也略有下降，因此确定了最佳下滴高度为2 cm。

表4 不同下滴高度对微囊形态和包封率的影响

2.5 搅拌速度对微囊制备的影响

在上述试验条件下，改变凝固浴搅拌速度，其他条件不变，制备微囊，实验结果见表5。由表5可知，当凝固浴搅拌速度小于200 r/min时，微胶囊成球效果较好，球形较圆，粒径均匀，包封率最大；当搅拌速度过大时，微囊呈椭圆，粒径不均匀，综合考虑包封率和成球效果，确定了最佳搅拌速度为200 r/min。

表5 不同搅拌速度对微囊形态和包封率的影响

2.6 虫白蜡源高级烷醇添加量对微囊制备的影响

在上述试验条件下，改变虫白蜡源高级烷醇添加量，其他条件不变，制备微囊，实验结果见表6。由表6可知，虫白蜡源高级烷醇的添加量对微囊成球效果影响较小，但是，当虫白蜡源高级烷醇添加量太少时，由于胶囊没有完全利用，包封率较低；当虫白蜡源高级烷醇添加量大于0.10 g时，由于高级烷醇过量，包封率逐渐下降，因此，确定了虫白蜡源高级烷醇的最佳添加量为0.10 g。

表6 不同虫白蜡源高级烷醇添加量对微囊形态和包封率的影响

2.7 最佳条件下制备的海藻酸钠-虫白蜡源高级烷醇微囊的粒径

随机取上述最佳条件下制备的微囊，分别在显微镜下检测了干燥前和干燥后的微囊粒径。结果显示，干燥前的海藻酸钠-虫白蜡源高级烷醇微囊，其D90粒径为120～140 μm；干燥后的微囊，其D90粒径为50～70 μm。可见，最佳条件下制备的微囊粒径较均匀。

3 结论

以海藻酸钠为囊材，用锐孔-凝固浴法制备了海藻酸钠-高级烷醇微囊，确定了其最优工艺条件为：CaCl2溶液的浓度为6%，固化液温度为70 ℃，搅拌速度为200 r/min，注射器针头孔径为0.49 mm，下滴高度为2 cm，虫白蜡源高级烷醇添加量为0.10 g。此条件下，制备的微囊球形较圆，虫白蜡源高级烷醇的包封率为75.50%，微囊颗粒大小均匀，干燥前的微囊D90粒径为120～140 μm，干燥后的微囊D90粒径为50～70 μm。