CN103230344A - 一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其步骤为：将要复合的壁材分别用去离子水加热溶解后按比例混合形成壁材溶液，加入芯材艾地苯醌混合搅拌均匀后均质乳化，得乳化液；再乳化液喷雾干燥为粉末，即得艾地苯醌微胶囊。本发明制备的艾地苯醌微胶囊颗粒，具有外壁光滑、粒径均匀，气孔、裂缝少等特征，具有良好的亲水性，芯材完全被壁材包裹，淡化IDBN原有的颜色，较好地解决了水溶性等在化妆品中的应用问题。而且制备过程简便可行，容易进行工业化生产。

Description

一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法

【技术领域】

本发明涉及一种制备微胶囊的方法，具体地涉及一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，属于生物活性功能物质改变物理性能和外观的微胶囊化技术领域。

【背景技术】

微胶囊技术是一种用易成膜材料把固体或液体包裹起来，使其形成微小粒子的技术。所制得的微小粒子叫做微胶囊，一般粒子直径大小在微米或毫米级。把微胶囊内部被包裹的物质称为芯材，或是包合物、囊心等。芯材可以是固体、液体或是气体。微胶囊外部由易成膜的材料形成的包覆膜称为壁材，或是外膜、囊壁。根据被包裹芯材的性质、状态和用途不同，可采用一种或几种壁材进行包裹。

微囊化技术最大的特点是使芯材具有靶向性和控释性，即根据需要在恰当的时间和恰当的位置以一定的速率释放芯材。这一特点使得微囊化技术在食品、医药、日用化学品、纺织品及农牧业等行业都有广泛应用。

微胶囊化的方法有很多种，根据其原理可分为物理法、化学反应法和物理化学法。

物理法主要包括喷雾干燥法、喷雾冷却法、喷雾冷凝法、空气悬浮法、挤压法、包合法、超临界流体法、多孔离心法、静电结合法、真空蒸发沉积法以及旋转分离法等，其中喷雾干燥法在工业化生产中应用最多。

化学反应法分为界面聚合法、界面配位法、原位聚合法和锐孔一凝固浴法。

现有技术中常用的喷雾干燥法是一种应用广泛且实用性强的微胶囊制备方法。首先将芯材物质分散在预先液化的壁材溶液中，然后在高温气流中将此混合液雾化，溶解壁材的溶剂迅速蒸发，从而使壁材固化并最终将芯材物质微胶囊化。喷雾干燥法的主要特点是简便经济，设备简单，适用于热敏性物料，产品分散性和溶解性良好。但该方法又有其缺陷：(1)芯材物质会吸附于微胶囊表面，易引起氧化；(2)由于喷雾干燥法所采用的温度较高，会产生暴沸的蒸汽，使产品颗粒表面呈多孔的结构而无法阻止氧气的进入，产品的货架寿命较短；(3)微胶囊壁膜是易碎和多孔的，不适合于制备或控制释放目的的微胶囊。

艾地苯醌（Idebenone，IDBN）化学名称为6-(10-羟葵基)-2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌，分子式为C₁₉H₃₀O₅，分子结构如下所示：

艾地苯醌呈橘黄色粉末状晶体，几乎不溶于水，易溶于乙醇、氯仿等有机溶剂，熔点在52-55℃。

艾地苯醌(IDBN)是生命体最主要生化物质辅酶CoQ10的衍生物，是一类高效安全的天然抗氧化剂。艾地苯醌保护皮肤抵御环境氧化伤害，保护细胞晒伤，捕捉自由基，保护细胞膜，抗紫外线B刺激的性能相比于维他命Ｅ，凯因庭，Q10辅酶，左旋C，硫辛酸都遥遥领先。它不仅仅能够有效淡化皮肤细纹、皱纹及鱼尾纹，抑制黑色素生成、改善肌肤粗糙干燥的状况，还可以提升肌肤光滑度、均匀肤色、淡化斑点、修正暗沉肤色，起到全面防止衰老的功效。艾地苯醌分子量小，为Q10的1/3，效果却为Q10的10倍，更容易被肌肤所吸收，呈现更明显的效果。

但IDBN亮橘色的外观和不溶于水的性质，使其难以均匀地添加到水剂型产品中，这样就大大限制了IDBN在化妆品工业中的应用。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种包合效果好、可以大大提高艾地苯醌的水溶性、减轻艾地苯醌本身固有颜色的喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法。

本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案：

一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将要复合的壁材分别用去离子水加热溶解后按比例混合形成壁材溶液，加入芯材艾地苯醌混合搅拌均匀，得混合溶液；

b、将步骤a得到的混合溶液均质乳化，得乳化液；

c、将步骤b得到的乳化液喷雾干燥为粉末，即得艾地苯醌微胶囊。

本发明中所述的芯材与壁材的重量比为1：1～3。

本发明中所述的壁材溶液为海藻酸钠-明胶复合壁材溶液或麦芽糊精-明胶复合壁材溶液。

本发明中海藻酸钠-明胶复合壁材形成的壁材溶液为1%质量浓度的海藻酸钠与1～2.5%质量浓度的明胶按1：1～2.5的重量比混合形成。

本发明中所述的芯材与海藻酸钠-明胶复合壁材的重量比为1：2。

本发明中的麦芽糊精-明胶复合壁材形成的壁材溶液为1%质量浓度的麦芽糊精与3%质量浓度的明胶按1：1～3的重量比混合形成。

本发明中所述的芯材与麦芽糊精-明胶复合壁材的重量比为1：3。

本发明中所述步骤b中的均质乳化的转速为8000-12000rpm/min，均质时间为5～15min。

本发明中所述步骤c中喷雾干燥的进料温度为40～70℃，进风温度为150～170℃，空气流量为10～30m³/h。

喷雾干燥时，进料温度越高所得微胶囊的包合率越高。其次对包合率影响较大的是空气流量，合适的空气流量能使进入干燥腔的乳液被气流冲击成细小液滴，芯材分布更均匀，包合率更高，干燥后的微胶囊粒径均匀。

在微胶囊的制作过程中，壁材的选取直接关系到芯材的包覆效果，以及微胶囊的水溶性，所以壁材应选取具有良好水溶性、乳化性、成膜性及易干燥等特点，同时本实验设计的微胶囊是用于化妆品中作为添加剂，所以还要无毒副作用。

明胶（Gelatin）是将动物的皮肤、骨骼和肌腱等熬煮制成胶原后，再经酸或碱处理加热变性的产物。明胶中的蛋白质含量占到82%以上，含有18种氨基酸，其中7种为人体所必需，是一种理想的蛋白源。明胶为黄色或淡黄色的透明有脆性的薄片或颗粒。明胶在冷水中可缓慢吸收相当于自身重量5-10倍的水，发生溶胀现象；在热水中会溶解，形成黏稠的溶液，低温下冻成凝胶状；不溶于乙醇、***和氯仿等溶剂。明胶具有极其优良的物理性质，如胶冻力、低粘度特性、分散稳定性、持水性、高度分散性、被覆性、韧性及可逆性等，使得明胶的应用范围十分广泛。

明胶具有很好的成膜性，可以制成微球包裹药物，当微球到达靶细胞时，随着水分子的渗入，微球内的药物便开始扩散出来，达到提高药物使用率的目的，明胶在乳液体系中还起到防止乳清析出、稳定乳液的作用。在微球制取的过程中，明胶的结构和稳定性不会受到影响，因此制备的方法较多，冷冻干燥法、喷雾干燥法、单凝聚法、复凝聚法等都可以。

与其他材料进行共混复合也是明胶常用的改性方法，改性后的明胶具有了新的性能，应用面更加宽广。如明胶与壳聚糖进行共混，有利于改善明胶的力学性能和抗水性；与海藻酸钠共混成膜，可应用于药物缓释，明胶是可溶性的大分子，它溶解后使体系形成很多空隙，有利于药物的释放，当明胶含量越高时，药物释放的速率也更大。

海藻酸钠（Sodium alginate）又名褐藻酸钠，是一种呈深褐色，无臭、无味，吸湿性强、较易溶于水，不溶于酒精等有机溶剂的不定形粉末，是由海带中提取的天然多糖碳水化合物。分子式为(C6H7O8Na)n，由a-L-甘露糖醛酸与b-D-古罗糖醛酸依靠1,4-糖苷键连接形成的共聚物。溶于水后形成高粘性的溶胶，黏度因浓度和温度的不同而不同，可制成强韧的纤维和薄膜。广泛应用于食品、医药、纺织、日用化工等行业，作为增稠剂、乳化剂、稳定剂等使用。

在食品工业里，海藻酸钠不仅是一种安全的食品添加剂，可以作为冰淇淋里的稳定剂、添加在挂面、粉丝里改善粘结性、在面包、糕点里改善持水性使保质期延长，而且还可制成具有保健功效的产品，由于海藻酸钠实际上是一种天然纤维素，所以具有降低胆固醇、血脂、血糖的作用，可预防高血压、糖尿病、肥胖症等现代病。在医药上，由于海藻酸钠能在金属离子的引发下形成凝胶，而凝胶骨架是药物实现缓释的很好材料。海藻酸钠可用于制作药物、蛋白与细胞等的微胶囊，海藻酸钠对包封在微囊中的药物具有不同的包载能力，因而可以减少该类药物在胃中的释放，从而提高药物的生物活性。海藻酸钠在日用化工行业也有应用，海藻酸钠是海藻中的一种天然多糖成分，具有天然的保湿性，可直接作为化妆品的添加剂，也可做成面膜，具有保湿、防辐射、美白、抗衰老、塑性等多种功效。另一方面，海藻酸钠良好的成膜性和乳化性可以用作壁材，包裹各种香料、香精或是功效添加剂，达到延长芯材起效时间的目的。

海藻酸钠的粘度随温度的升高而降低，复合明胶后，粘度随明胶浓度的增大而增大，同时成膜性也较好。伴随温度的升高，混溶胶体的粘度降低，流变性较好有利于分子间相互作用，同时混溶胶体是一个热可逆过程，当温度降低时，体系粘度又会升高。当明胶质量分数越高对芯材的包合率也越高，提示明胶优良的包合能力，当混溶胶粘度过大时会堵塞喷雾干燥仪的进料管,故在后续实验中明胶的浓度宜取3%以下。

对加入IDBN的复合溶胶搅拌均匀后，均质10min形成乳状液。乳状液是否稳定关系到芯材分散是否均匀，若乳液不稳定则会导致芯材分布不均匀，制取得到的微胶囊表面会有较多芯材沾附，影响芯材的包裹率。

乳液稳定性评价采用静置法进行评定，具体操作如下：将均质好的乳液置于10ml的具塞离心管，分别在40℃、50℃、60℃下恒温水浴静置4h，记录游离水层的体积。乳液稳定性的计算公式如下：

乳液稳定性（%）=（总乳化液量-游离水量）/总乳化液量*100%

对1%海藻酸钠和不同浓度明胶配比形成乳液的稳定性进行测试，发现含有两种壁材的乳液的稳定性较只含有海藻酸钠的稳定性要显著提高，说明这两种壁材具有高度的相容性，且复合乳液的稳定性随明胶含量的增加增强，随温度的升高而降低，但配比了明胶的乳液稳定性均在85%以上，达到了稳定乳液的标准。

在微胶囊的制取过程中，为保证壁材有良好的成膜性、稳定性较好的乳化液和较高的包合率，同时又要保证喷雾干燥时进量流畅，必须选取合适粘度和稳定的壁材配比。

综合考虑海藻酸钠和明胶复合乳液的粘度和稳定性，本发明选取1%海藻酸钠与1～2.5%明胶复合作为壁材溶液，优选为1%海藻酸钠与2.5%明胶复合。

海藻酸钠-明胶复合壁材包合IDBN制备微胶囊的优选芯壁重量比为1：2。

麦芽糊精是以富含淀粉质的玉米，大米等水解转化而成的一种是一种价格低廉、口感滑腻、没有任何味道的营养性多糖。一般认为麦芽糊精是D-葡萄糖的聚合物，其中每个α-D-呋喃葡萄糖残基由α-1，4糖苷键相连形成线性长链，同时也有少许α-1，6分支点形成的支链。这样的结构决定了麦芽糊精具有较好的水溶性，经测定其水溶性略低于砂糖，但水化力较强，吸收水分后具有较强的保水能力。该产品还具有较强的增稠性，载体性好，良好的乳化能力，吸潮性低、无异味、易消化、低甜度等特点，被广泛应用于食品行业，还可应用于日化、医药等的生产中。

麦芽糊精在食品工业主要作为各类食品的填充剂和增稠剂，如添加在糖果中可增强糖果的韧性，同时又可以降低糖果的甜度，减少龋齿的发生；添加在奶茶、蜂蜜等的固体饮料中，能在保持原产品风味的基础上，降低成本，提高产品口感；麦芽糊精还是水果保鲜剂的主要原料。麦芽糊精稳定性好，可添加在粉状化妆品中，有遮瑕和吸附皮肤多余油脂的作用，对增加皮肤光泽也有一定功效。麦芽糊精乳化稳定性强，可是成膜能力却有限，具有高浓度低黏度的特点，可与其他成膜能力强的物质复合作为微胶囊的壁材，另一方面麦芽糊精干燥易失水，可以在提高固形物含量的同时减少喷雾干燥时间，所以麦芽糊精是一种良好的复合壁材原料。

在麦芽糊精和明胶复配的过程，壁材溶液的粘度随明胶质量分数的增加而增大，这使得所配制的壁材溶液载药量明显增大，包合率较高，明胶质量分数过大，明胶含量提高至4%时，包合率又出现下降，这是因为壁材溶液粘度较大，在喷雾干燥时进料不通畅，使得进入干燥腔的乳液不均匀，有部分乳液未被完全干燥成粉末，而是粘在干燥壁上，有一定的损耗，所以包合率有所降低。

当壁材含量较低时，对芯材有效包裹不足，有部分芯材未被包裹，在喷雾干燥过程中损失了，因此，本发明麦芽糊精-明胶复合壁材形成的壁材溶液中，1%质量浓度的麦芽糊精与3%质量浓度的明胶的优选选配比为重量比1：3。

本发明中，麦芽糊精-明胶复合壁材包合IDBN制备微胶囊的优选芯壁重量比为1：3。

本发明中艾地苯醌为粉末。

本发明与现有技术相比，有以下优点：

本发明中使艾地苯醌被水溶性壁材包裹，制得的微胶囊具有良好的亲水性，解决了艾地苯醌的水溶性问题，同时微胶囊化的艾地苯醌作为芯材被壁材包埋，大大减轻了其本身固有的颜色，则可以实现与化妆品配方中其他组分兼容而不影响产品外观，这样就可以增大艾地苯醌的应用范围。

本发明制备的艾地苯醌微胶囊颗粒，具有外壁光滑、粒径均匀，气孔、裂缝少等特征，芯材完全被壁材包裹，淡化IDBN原有的颜色，较好地解决了水溶性等在化妆品中的应用问题。而且制备过程简便可行，容易进行工业化生产。

本发明工艺简单，成本低，适于推广。

【具体实施方式】

本发明中用到的实验材料为：

艾地苯醌、明胶、海藻酸钠、麦芽糊精、无水乙醇，各材料均为市售。

本发明中所用的喷雾干燥仪为瑞士Buchi有限公司生产的B-290型喷雾干燥仪。

本发明复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其步骤为：将要复合的壁材分别用去离子水加热溶解为一定浓度后再按比例混合形成壁材溶液，按芯壁重量比1：1～3加入芯材艾地苯醌粉末混合搅拌均匀后以8000-12000rpm/min的转速均质乳化5～15min得到乳化液，再将乳化液在进料温度为40～70℃，进风温度为150～170℃，空气流量为10～30m³/h的条件下喷雾干燥即得艾地苯醌微胶囊。

微胶囊包合效率的评价：

以包合率为包合效果的评价指标。取一定量包合物用研钵充分研细后加少量酒精溶解包合物中的IDBN，微孔滤膜过滤溶液，将溶有IDBN的滤液用蒸馏水稀释定溶，用紫外可见分光光度计测定IDBN的吸光度，按标准曲线方程换算得到包合物中IDBN的浓度，进一步计算得出包合率。

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述（以下的百分比含量均为质量百分比）：

实施例1：

将1%海藻酸钠与1%明胶以重量比1:1混合为复合壁材溶液后，按芯壁质量比1：3加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化5min得乳化液，再将乳化液在进料温度70℃、进风温度为170℃、空气流量为30m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为82.5%。

实施例2：

将1%海藻酸钠与2%明胶按重量比1:2混合为复合壁材溶液后，按芯壁质量比1：1加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化5min得乳化液，再将乳化液在进料温度60℃、进风温度为160℃、空气流量为20m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为84.3%。

实施例3：

将1%海藻酸钠与2.5%明胶按重量比1：2.5混合为复合壁材溶液后，，按芯壁质量比1：2加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化5min得乳化液，再将乳化液在进料温度70℃、进风温度为170℃、空气流量为30m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为86.3%。

实施例4：

将1%麦芽糊精与3%明胶按1：2的重量配比混合为复合壁材溶液后，，按芯壁质量比1：1加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化5min得乳化液，再将乳化液在进料温度40℃、进风温度为150℃、空气流量为10m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为68.8%。

实施例5：

将1%麦芽糊精与3%明胶按1：3重量比混合为复合壁材溶液后，，按芯壁质量比1：2加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化5min得乳化液，再将乳化液在进料温度50℃、进风温度为160℃、空气流量为30m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为72.5%。

实施例6：

将1%麦芽糊精与3%明胶按1：3重量比混合为复合壁材溶液后，按芯壁质量比1：3加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化5min得乳化液，再将乳化液在进料温度60℃、进风温度为160℃、空气流量为30m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为75.6%。

实施例7：

将1%海藻酸钠与2.5%明胶按1:3重量比混合为复合壁材溶液后，按芯壁质量比1：2加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化5min得乳化液，再将乳化液在进料温度60℃、进风温度为170℃、空气流量为30m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为85.6%。

实施例8：

将1%麦芽糊精与3%明胶按1：3的重量配比混合为复合壁材溶液后，按芯壁质量比1：3加入芯材IDBN粉末混合搅拌均匀后均质乳化15min得乳化液，再将乳化液在进料温度60℃、进风温度为160℃、空气流量为30m³/h的条件下喷雾干燥为粉末，即得IDBN微胶囊，其包合率为73.8%。

本发明制得的IDBN微胶囊为均淡黄色粉末，大大减轻了包合前IDBN粉末本身的橘红色，实现了弱化IDBN颜色的目的，另需注意，本发明微胶囊具有明显的吸水性能，储存条件要确保干燥，在玻璃干燥器中的样品室温密闭储存五周均无增重、颜色变深的变化。

本发明制得的IDBN微胶囊用扫描电镜在放大3000倍下观察，微胶囊外观大部分都成球状，粒径分布均匀，主要集中在2-4nm，表面光滑，出现小孔现象极少，微胶囊成团结块现象也不明显，增加了IDBN微胶囊的货架寿命。本发明海藻酸钠与明胶复合壁材的微胶囊较麦芽糊精与明胶复合壁材的微胶囊表面更光滑，基本无气孔和破囊出现，粒径分布也更均匀。

本发明复合壁材IDBN微胶囊的溶解度与IDBN在水中的溶解度的比较：

分别对实施例1-8制备的IDBN微胶囊测定溶解度，可知本发明制备的微胶囊中IDBN的溶解浓度为380-430ug/ml，较IDBN在水中的溶解度增大了85-95倍。

本发明制得的IDBN微胶囊其复合壁材具有更好的载药性，良好的持水能力和无毒无味，可以方便地添加到化妆品中。

Claims (9)

1.一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、将要复合的壁材分别用去离子水加热溶解后按比例混合形成壁材溶液，加入芯材艾地苯醌混合搅拌均匀，得混合溶液；

b、将步骤a得到的混合溶液均质乳化，得乳化液；

c、将步骤b得到的乳化液喷雾干燥为粉末，即得艾地苯醌微胶囊。

2.根据权利要求1所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述的芯材与壁材的重量比为1：1～3。

3.根据权利要求2所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述的壁材溶液为海藻酸钠-明胶复合壁材溶液或麦芽糊精-明胶复合壁材溶液。

4.根据权利要求3所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述的海藻酸钠-明胶复合壁材溶液为1%质量浓度的海藻酸钠与1～2.5%质量浓度的明胶按1：1～2.5的重量比混合形成。

5.根据权利要求4所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述的芯材与海藻酸钠-明胶复合壁材的重量比为1：2。

6.根据权利要求3所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述的麦芽糊精-明胶复合壁材溶液为1%质量浓度的麦芽糊精与3%质量浓度的明胶按1：1～3的重量比混合形成。

7.根据权利要求6所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述的芯材与麦芽糊精-明胶复合壁材的重量比为1：3。

8.根据权利要求1所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述步骤b中的均质乳化的转速为8000-12000rpm/min，均质时间为5～15min。

9.根据权利要求1所述的一种复合凝聚-喷雾干燥法制备艾地苯醌微胶囊的方法，其特征在于所述步骤c中喷雾干燥的进料温度为40～70℃，进风温度为150～170℃，空气流量为10～30m³/h。