CN106916230B - 一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法，包括以下步骤：(1)甲基纤维素加入低聚半乳糖预混后，溶于无菌水中，混合均匀，测定折光率，使折光率控制在1.35‑1.44之间，磁力搅拌；(2)将步骤(1)得到的溶液，装入耐辐照的PE塑料袋中封存包装，利用电子加速器辐照，辐照结束后，进行超滤处理，去除未反应的甲基纤维素及低聚半乳糖，冷冻干燥，即得。本发明制备方法工艺控制简单，有效避免了化学物质的引入，安全性更高，而且辐照处理反应快，易于进行连续操作，适宜工业化生产，得到的甲基纤维素‑低聚半乳糖接枝共聚物纯度高，具有良好的凝胶性、粘结性和成膜性，可应用于食品工业中。

Description

一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法
技术领域
本发明涉及微胶囊领域。更具体地，涉及一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法。
背景技术
电子辐照(Electron irradiation)就是采用高能电子束来照射材料、以改善材料性能的一种技术。它是利用射线与物质间的作用，电离和激发产生的活化原子与活化分子，使之与物质发生一系列物理、化学等生物化学变化，导致物质的降解、聚合、交联、并发生改性。辐射加工技术已经形成一个新兴产业，辐照加工与常规加工方法相比，具有节能、无环境污染等特点,可进行常温加工。高能射线不仅可以处理被加工物表面,同时可深入其内部,且工艺控制简单。由于辐照技术对材料的形态，辐照温度没有苛刻的要求，且反应快、产品纯度高，易控制，可实行连续操作，因此被认为是一种经济效益高、节约能源、节省人力，无公害或少公害的新加工技术。
应用电子束辐照开发新品是最具发展前景的工业手段之一。辐射源包括电子束、γ射线、紫外线、微波等。
甲基纤维素(MC)是一种长链取代纤维素，其中约27％～32％的羟基以甲氧基的形式存在。不同级别的甲基纤维素具有不同的聚合度，其范围为50～1000；而其分子量(平均数)的范围在10000～220000Da之间。
MC在无水乙醇、***、丙酮中几乎不溶。水溶液在常温下相当稳定，具有优良的润湿性、分散性、粘接性、增稠性、乳化性、保水性，耐酸性和成膜性，所成膜具有优良的韧性、柔曲性和透明度。纤维素结构规整，具有致密的晶体结构，大量的羟基被封闭，使得反应试剂难以与纤维素反应，限制了纤维素的应用。通过采用电子辐照技术对其进行特殊的处理，将纤维素分子链中的结合键打开，引入新的官能团，就可以改变其固有的特性，增强其耐酸性、保水性、凝胶性、粘结性和成膜性。
MC作为一种国家批准并允许按需使用的食品添加剂，其更多的作为粘合剂应用于建筑行业，而将其应用于食品方向微胶囊壁材的应用鲜见。
因此，需要提供一种MC应用于食品工业中的微胶囊包埋壁材制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法，该方法通过采用电子辐照技术对甲基纤维素进行改性，将其与低聚糖接枝共聚，作为微胶囊包埋壁材应用于食品工业中。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
本发明一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法，包括以下步骤：
(1)甲基纤维素加入低聚半乳糖预混后，溶于无菌水中，混合均匀，测定折光率，使折光率控制在1.35-1.44之间，磁力搅拌；
(2)将步骤(1)得到的溶液，装入耐辐照的PE塑料袋中封存包装，利用电子加速器辐照，辐照结束后进行超滤处理，去除未反应的甲基纤维素及低聚半乳糖，冷冻干燥，即得甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物，即微胶囊包埋壁材。
优选地，所述甲基纤维素与低聚半乳糖的质量比为1:(2-8)；
优选地，所述甲基纤维素的相对分子量为40kDa-60kDa；
优选地，所述磁力搅拌的时间为15-20min；
优选地，所述电子加速器的参数设置为电子束4.5-18MeV，束流30-60mA，额定功率90-120kW；
优选地，所述辐照的剂量为20-200kGy，剂量率为5-500kGy/hr；
优选地，所述超滤的分子截留量为80kDa，收集大于80kDa的组分。
甲基纤维素本身氢键被破坏，其可及度和反应性比未衍生化的纤维素高，通过采用电子辐照技术对甲基纤维素和低聚半乳糖进行处理，使之可及度和反应性进一步增强，甲基纤维素暴露的甲氧基内醚键断裂，脱落的R基(如甲基)很容易与低聚半乳糖断裂的羟基结合，而低聚半乳糖结合键以醚基形式重新接枝在甲基纤维素侧链上并交联。
通过电子辐照处理后的新壁材，第一，拓宽了甲基纤维素本身的应用领域和范围，更多的应用于食品技术的开发；第二，通过电子辐照处理，可更加宽泛的调节甲基纤维素的界面性质，接枝多糖的无规线团结构有效改善了甲基纤维素的物理稳定性，降低了其对低pH及胃蛋白酶的敏感性，增加了它的凝胶性、成膜性、乳化性、耐酸性等功能性质；第三，通过增加侧链的长度有利于增加内层壁材的交联密度，减小凝胶孔隙，提高微胶囊对胃酸的缓冲作用，外加其良好的成膜性，可增强微胶囊对被包埋物的保水能力，强化被包埋物的持水性，更好的保护被包埋物质。
本发明微胶囊包埋壁材适用于储存稳定性差，经口的，易受胃酸等降解破坏的生物活性物质的包埋；基于电子辐照处理后得到的甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物良好的凝胶性、粘结性和成膜性，可应用于果酱、饮料产品中，亦可应用于蔬菜水果的保鲜，还可以用于制备涂膜剂和缓释制剂。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明首次将电子辐照技术应用于食品工业中的微胶囊包埋壁材的制备；
(2)本发明选用电子辐射技术得到的甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物，通过提高纤维素耐酸性、保水性、凝胶性、粘结性、成膜性、肠溶性，使最后得到的接枝共聚物作为一种新型壁材应用于微胶囊包埋技术之中，提高了被包埋物的耐酸性和肠道释放能力，同时提高了被包埋物在储藏、运输及食用过程中的稳定性，如保水性能等，并且壁材在肠道释放后低聚糖还可以作为益生元，以促进益生菌的增殖。
(3)本发明将电子辐照技术应用于微胶囊包埋壁材的制备，工艺控制简单，有效避免了化学物质的引入，安全性更高，而且辐照处理反应快，可得到较高的产品纯度，易于进行连续操作，适宜工业化生产，同时拓展了甲基纤维素的应用。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
图1示出利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材机理示意图。
图2示出益生菌微胶囊耐酸性试验结果图。
图3示出益生菌微胶囊肠溶性试验结果图。
图4示出益生菌微胶囊储藏稳定性测试结果图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
本发明利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材机理是先在纤维素主链上引发活性聚合中心，再与单体进行聚合，侧链增长(具体聚合形式如图1)。
实施例1 一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法
一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法，包括以下步骤：
(1)将相对分子质量为40kDa甲基纤维素按照质量比为1:2加入低聚半乳糖预混后，溶于无菌水中，使其混合均匀，采用阿贝折光仪测定折光率，折光率最终控制在1.35，采用磁力搅拌器搅拌15min。
(2)将步骤(1)混合好的溶液，装入耐辐照的PE塑料袋中封存包装，利用4.5MeV电子束，30mA束流，90kW额定功率的电子加速器辐照，辐照剂量为20kGy，辐照剂量率为5kGy/hr，辐照结束后将辐照后的样品进行超滤处理(分子截留量为80kDa)，去除未反应的甲基纤维素及低聚半乳糖，收集大于80kDa的组分进行冷冻干燥，即得甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物。
实施例2 一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法
一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法，包括以下步骤：
(1)将相对分子质量为60kDa甲基纤维素按照质量比为1:8加入低聚半乳糖预混后，溶于无菌水中，使其混合均匀，采用阿贝折光仪测定折光率，折光率最终控制在1.44，采用磁力搅拌器搅拌20min。
(2)将步骤(1)混合好的溶液，装入耐辐照的PE塑料袋中封存包装，利用18MeV电子束，60mA束流，120kW额定功率的电子加速器辐照，辐照剂量为200kGy，辐照剂量率为500kGy/hr，辐照结束后将辐照后的样品进行超滤处理(分子截留量为80kDa)，去除未反应的甲基纤维素及低聚半乳糖，收集大于80kDa的组分进行冷冻干燥，即得甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物。
实施例3 一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法
一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法，包括以下步骤：
(1)将相对分子质量为50kDa甲基纤维素按照质量比为1:5加入低聚半乳糖预混后，溶于无菌水中，使其混合均匀，采用阿贝折光仪测定折光率，折光率最终控制在1.40，采用磁力搅拌器搅拌18min。
(2)将步骤(1)混合好的溶液，装入耐辐照的PE塑料袋中封存包装，利用10MeV电子束，45mA束流，115kW额定功率的电子加速器辐照，辐照剂量为110kGy，辐照剂量率为250kGy/hr，辐照结束后将辐照后的样品进行超滤处理(分子截留量为80kDa)，去除未反应的甲基纤维素及低聚半乳糖，收集大于80kDa的组分进行冷冻干燥，即得甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物。
实施例4 一种益生菌微胶囊的制备
1、一种乳双歧杆菌微胶囊制备
一种乳双歧杆菌微胶囊制备工艺，菌种购买于中国工业微生物菌种保藏管理中心，包括如下具体步骤：
(1)复合冷冻干燥保护剂配制：甘油0.2％，甘氨酸0.5％，乳糖2％，山梨醇0.5％，牛血清白蛋白2％，用蒸馏水定容，使用前在115℃条件下灭菌20min，冷却后使用。
(2)将实施例1-3任一制备的甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物配制成8mg/mL的溶液。
(3)乳双歧杆菌的培养与活化
将乳双歧杆菌接种在pH为6.8的含琼脂的斜面培养基上于37℃条件下厌氧培养24h，活化3次，然后按1％接种量分别移入液体培养基中于37℃条件下扩大培养24h。
(4)将培养后的菌液置于离心机中以6000rpm的转速离心6min，菌体收集。每克菌体中加入1.5mL已冷却且灭过菌的复合冷冻干燥保护剂。
(5)制备菌液，调整菌体密度为1010cfu/mL。将菌液、步骤(2)制备得到的甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物溶液与3.5％海藻酸钠溶液按照1∶5∶2比例混合均匀，于常温下，120r/min，搅拌25min，然后将菌液混合液滴到1％氯化钙溶液中，在常温下固化30min，最后用无菌水洗涤并过滤。
(6)将上述制备的微胶囊进行冷冻干燥，即得益生菌微胶囊制品。
2、益生菌微胶囊菌种耐酸性、包埋率、肠溶性及储藏稳定性的测定
对上述制备得到的益生菌微胶囊进行了在模拟胃液和模拟肠液内溶解性能及储藏稳定性的测定。
(1)模拟胃液配制：取2.0g氯化钠和3.2g胃蛋白酶(标识应为每mg中含800～2500个活度单位)，加7.0mL盐酸和水使溶解至1000mL，调节pH值至1.2，最后用0.22μm滤膜过滤除菌。
(2)模拟肠液配制：取磷酸二氢钾6.8g，加水250mL使溶解，加0.2mol/L氢氧化钠溶液77mL和500mL水，再加胰酶10g使溶解后，用0.2mol/L氢氧化钠溶液或0.2mol/L盐酸溶液调节pH值至6.8±0.1，再加水稀释定容至1000mL，用0.22μm滤膜过滤除菌。
(3)耐酸性测试：精确称取制备好的乳双歧杆菌微胶囊制剂0.5g，将其置于盛有49.5mL模拟胃液的锥形瓶内，在温度37℃,120rpm/min震荡培养2.5h，每隔30min吸取0.5mL样品溶液置于模拟肠液中，震荡培养2h，使菌体完全释放，并从中吸取0.5mL样液用PBS缓冲液作梯度稀释，测定活菌数，并计算菌体存活率。同时以未经包埋的乳双歧杆菌制剂作空白对照，方法同上。
菌体存活率＝外界条件处理后测定的活菌数/包埋前活菌数×100％
耐酸性测试结果如图2所示，从图2可以看出：益生菌在模拟胃液中的活菌数下降幅度较小，几乎可以忽略，2.5h之后包埋样品存活率由90.28％下降到87.85％，而未包埋样品存活率则由92.75％下降到2.15％，这说明包埋后的微胶囊耐酸能力很强，能够有效保护益生菌体。
(4)包埋率测定
包埋率测定具体方法如下：精确称取0.5g制备好的乳双歧杆菌微胶囊制剂，加入到49.5mL预热的磷酸盐缓冲液中(37℃,0.1mol/L NaH2PO4，pH8.0)，通过高速均质机使其破碎，然后震荡此破碎液约30min，使包埋壁材完全释放所包埋的乳双歧杆菌，最后从中吸取0.5mL样液用PBS缓冲液作梯度稀释，测定活菌数。
包埋率/％＝微胶囊中的活菌总数/包埋前活菌数×100％
包埋率是评价微胶囊的重要指标，经测定本发明微胶囊包埋率达到95.8％。
(5)肠溶性测试：精确称取制备好的乳双歧杆菌微胶囊制剂0.5g，将其置于盛有49.5mL模拟肠液的锥形瓶内，在温度37℃，120rpm/min震荡培养2.5h，每隔20min，从中吸取0.5mL样液用PBS缓冲液作梯度稀释，测定活菌数。结果如图3所示，从图3中可以看出，在小肠内，微胶囊包埋益生菌体在40min左右基本完全溶解，这表明其具有较好的肠溶解能力。
(6)储藏稳定性测试：取制备好的乳双歧杆菌微胶囊分别置于4℃、37℃恒温箱中储存30d，每隔6d取样，测定菌种存活率。结果如图4所示，从图4中可以看出，益生菌微胶囊制剂在储存30d时，37℃条件下菌体存活率仍大于79％，这表明本发明的工艺方案具有实际的应用价值。
本发明进一步用当前微胶囊常用壁材海藻酸钠代替甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物，参照上述一种乳双歧杆菌微胶囊制备方法直接制备以海藻酸钠为包埋壁材的乳双歧杆菌微胶囊(对比乳双歧杆菌微胶囊)，其中菌液与3.5％海藻酸钠溶液的添加比例为1∶5。与上述利用甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物作为包埋壁材的乳双歧杆菌微胶囊(本发明乳双歧杆菌微胶囊)根据步骤2的方法进行了耐酸性、包埋率、肠溶性及储藏稳定性测试，测试结果见表1。对照表1中的指标，发现应用甲基纤维素-低聚半乳糖接枝共聚物作为包埋壁材时，同常用壁材海藻酸钠相比，致密性及保水性方面更好，包埋率、耐酸性、肠溶性能、储藏稳定性等指标都得到了很大的改善，更有利于保障益生菌体在体内体外的活性和稳定性。
表1不同包埋壁材条件下性能比较
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种利用电子辐照技术制备微胶囊包埋壁材的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）甲基纤维素加入低聚半乳糖预混后，溶于无菌水中，混合均匀，测定折光率，使折光率控制在1.35-1.44之间，磁力搅拌；
（2）将步骤（1）得到的溶液，装入耐辐照的PE塑料袋中封存包装，利用电子加速器辐照，辐照结束后进行超滤处理，去除未反应的甲基纤维素及低聚半乳糖，冷冻干燥，即得；
所述辐照的剂量为20-200kGy，剂量率为5-500kGy/hr。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述甲基纤维素与低聚半乳糖的质量比为1:（2-8）。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述甲基纤维素的相对分子量为40 kDa -60kDa。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述磁力搅拌的时间为15-20min。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电子加速器的参数设置为电子束4.5-18MeV，束流30-60mA，额定功率90-120kW。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述超滤的分子截留量为80kDa，收集大于80kDa的组分。
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