乳化剂含量对复凝聚法制备香茅提取物微胶囊的影响

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【摘 要】以香茅粗提取物为芯材，明胶和阿拉伯胶为壁材，采用复凝聚法制备香茅微胶囊。通过不同PH值不同乳化剂含量下电位和的测试，确定最佳工艺，即含量为0.8%，PH为4。此乳化工艺下能得到香茅微胶囊产率为67.3%，平均粒径12.9 μm。在扫描电镜下观察下，微胶囊表面粗糙，外囊壳表面带有微孔，便于芯材香茅提取物中挥发性物质向外释放，内部充满空槽，储存芯材。

【关键词】索氏提取 微胶囊 复合乳化剂 PH值

复凝聚法制备微胶囊，是将芯材分散在带有两种电荷的壁材溶液中，然后壁材通过静电作用，相互吸引并沉积到芯材表面，从而包覆芯材[1]。所以制备过程中芯材的分散情况影响微胶囊的形态[2]。本文主要以索氏提取的香茅提取物为芯材，以明胶和阿拉伯胶为壁材，通过复凝聚法来香茅微胶囊[3]。

1 试验

1.1 实验材料与仪器

材料：香茅提取物；明胶、阿拉伯胶、冰醋酸、氢氧化钠、斯潘80、吐温20（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）。

仪器：实验室高切乳化机（MX 201，上海沐轩实业有限公司）；电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司）；水浴锅（HH-S巩义市英峪予华仪器厂）；集热式恒温加热磁力搅拌器（DF-101S，巩义市予华仪器有限责任公司）；冷场电子扫描电镜；激光粒度测试仪（Mastersizer 2000，马尔文仪器公司）。

1.2 实验方法

（1）香茅微胶囊的制备。壁材乳化剂溶液的配制：用天平称取2g明胶，溶于去离子水中配制成200g明胶乳化剂溶液，同样，配制相同规格的阿拉伯胶乳化剂溶液。

芯材的配制：将一定质量的斯潘80、吐温60和4g香茅提取物混合得到芯材体系，置于800ml烧杯中，置于集热式恒稳加热磁力搅拌器45℃水浴中。

香茅微胶囊的制备：同时将两种壁材溶液缓慢倒入装有香茅的烧杯中，以8000r/min剪切15min，将其转入四口烧瓶中，在45℃的水浴加热及800 r/min的搅拌下，逐滴缓慢滴加醋酸溶液（10%），将pH调至所需值，20min后使乳液其温度降到10℃以下，用10%的氢氧化钠溶液调节pH至10，20min后加入200ul质量分数25%的戊二醛进行固化处理，30min后迅速升温到45℃，离心抽去上清液，将微胶囊沉淀冷冻干燥[4]-[6]。

（2）粒径的测试。将香茅乳液或微胶囊分散在水溶液中，分散速度3000r/min，逐渐加入样品至遮光度达到所需范围，进行测试。

（3）Zeta电位的测定[7]。分别配制1%质量分数的明胶和阿拉伯胶水溶液，分别测试相应乳化剂浓度时不同PH值下的溶液电位值。

（4）制得香茅提取物乙醇溶液标准曲线方程。准确称取0.200g香茅提取物溶解于50ml乙醇溶液中，然后用乙醇定容至100 ml。用移液管取分别取出0.05ml、0.10ml、0.20ml、0.40ml、0.50ml、0.55ml、0.60ml、0.65ml、0.70ml、0.80ml溶液分别定容至50ml，测试其在紫外区最大吸收波长处的吸光度，得出提取物在乙醇中的浓度与最大吸光度关系方程。

（5）微胶囊含芯率和微胶囊化的产率的测定。称取0.1g微胶囊粉末，放于50ml无水乙醇中，在50℃水浴下超声萃取2小时，然后在5000r/min条件下离心15min，取1ml上清液用50ml乙醇定容，测其最大紫外吸收峰波长处的吸光度。

含芯率计算公式（1），式中：为香茅微胶囊含芯率，%；M1为微胶囊中香茅提取物的质量，g；M2为微胶囊质量，g。微胶囊产率计算公式2：，式中：为微胶囊产率，%；M2为微胶囊的质量，g；M3为总共加入微胶囊中香茅提取物质量，g。

（6）微胶囊的电镜观察。将所需观察的微胶囊样品，置于去离子水中，超声分散3 min ，取适量滴于硅片上，干燥，喷金，利用冷场发射扫描电镜显微镜观察不同工艺情况下微胶囊的形貌。

2 实验结果与讨论

2.1 香茅微胶囊含芯率与吸光度关系方程[8]

由1.2.4得线性回归方程为Y=46.181X-5.317，相关系数R=0.992，香茅提取物在乙醇溶液中浓度与其在λ=226nm处吸光度有良好的线性关系。

由浓度与吸光度关系方程可求得微胶囊含芯率η与吸光度X之间的关系方程（3）：η=（1.1545X-0.1329）×100%

2.2 乳化剂用量、PH值对微胶囊粒径和微胶囊产率的影响[9]

HLB值为8的复合乳化剂用量分别取0、0.4%、0.8%、1.2%、1.6%（w/w），其他工艺不变，测试不同乳化剂用量时微胶囊粒径、产率，结果如图1所示。

由图1可以看出随着乳化剂含量的增加，微胶囊的粒径呈减小趋势，这是因为乳化剂的存在使芯材在乳液中分散的更好，芯材被分散的更小，当壁材明胶和阿拉伯胶吸附在沉积到芯材上形成的微胶囊粒径会更小；纺织品应用微胶囊粒径一般要求小于20μm，所以乳化剂含量要大于0.8%，但随着乳化剂的含量不断增大，成囊率越来越低。

根据复合凝聚法的定义，当两种壁材所带正负电荷刚好相等及电荷和值为佳，实际两种壁材溶液的电位之和在-5―+5mv之间时，明胶和阿拉伯胶就有很好的成囊率，控制乳化剂的含量，通过滴加10%的乙酸溶液改变pH，分别测量两种壁材的电位变化，以两种壁材溶液电位和来探究壁材的复凝聚情况。实验结果如图2所示。

由图2可以看出，明胶和阿拉伯胶溶液电位之和随PH值的增大向负电荷方向发展，且乳化剂含量越大，两壁材溶液电位和值负的越大，这是由于所选的两者非离子表面活性剂属于多元醇酯表面活性剂，醇分子中的羟基与水分子结合是起亲水作用的，当乳化剂过多时，多余的醇分子中的羟基带负电荷，游离在乳液中的羟基会增多，壁材溶液电位和就会显负电荷，且电位值会越来越大。所以当乳化剂含量过高时，聚合物明胶阿拉伯胶分子无法在芯材表面复凝聚从而成囊，微胶囊成囊率就低了，如图3所示，当乳化剂含量达到2%时，就几乎无法得到微胶囊了。综上所述，乳化剂含量选择0.8%，PH值选择4。

2.3 微胶囊外貌形态及内部结构

将制得的香茅微胶囊置于扫描电镜观察，如图3、图4、图5所示。由图3可以看出香茅草提取液微胶囊呈球形，表面无裂缝，有微孔，具有半透性，香茅草提取物通过半透性囊壳缓慢释放。由图4可以看出经明胶和阿拉伯胶复凝聚反应制得的微胶囊颗粒，大小分布在3μm-30μm之间，平均粒径在12.9μm左右。图5是由于微胶囊粒径较大，且外形不规整，在细胞粉碎机中囊壳被打破，从图5中可以看出，香茅微胶囊内部充满空槽腔室，用于储存香茅提取物质。

结语

通过以上对微胶囊制备过程中乳化工艺的探究，可以得出以下结论：芯材香茅草提取物与壁材明胶―阿拉伯胶的混合溶液乳化剂含量为0.8 %，乳液体系PH为4。得到球形微胶囊，产率为67.3%，粒径大小主要分布在3μm-25μm之间，平均粒径在12.9μm左右。表面粗糙，有多孔，具有半透性。

参考文献

[1]董志俭，张晓鸣，许时婴等.复合凝聚球状多核薄荷油微胶囊的壁材选择及固化研究.食品科学，2009，35（8）：40-43.

[2]黄玲.微胶囊抗菌剂在织物整理中的应用[J].印染助剂，2012，29（2）：1-3.

[3]韩路路，毕良武，赵振东等.微胶囊的制备方法研究进展[J].生物质化学工程，2011，45（3）：41-45.

[4]M.M.Miro Specos，J.J.Garcia，J.Tornesello. Microencapsulated citronella oil for mosquito repellent finishing of cotton textiles[J].Transations of the Royal Society of Tropical Medicine and Hygiene，2010，6（4）：654-658.

[5]王辉.艾草精油微胶囊的制备及对棉织物的抗菌整理[D].武汉：武汉纺织大学，2013.

[6]程晋生.明胶的凝胶化及添加剂的影响[J].明胶科学与技术，2006，26（1）：23-26.

[7]刘小玲，许时婴.鸡骨明胶的凝胶化研究[J].食品科学，2008，29（06）：83-85.

[8]邱白玉，黄玲.稳定艾蒿油乳液的研究与制备[J].染料与助剂，2006，28（2）：29-32.

[9]董志俭，夏书芹，贾承胜等.PH对复合凝聚薄荷油微胶囊形态及复合凝聚物性质的影响[J].食品科学，2010，36（6）：57-61.