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三种植物精油微胶囊的制备及其性能研究

陈敏杰  
【摘要】:植物精油作为天然植物的次生代谢物,不仅有调香原料的作用,而且具有消炎、杀菌、抗氧化和促组织细胞再生等生物活性,在食品香料、化妆品、制药工程及农业害虫防治等领域得到了广泛应用。但是,植物精油因为其本身的挥发性和有效成分不稳定,导致了贮藏、运输的不便,也限制了其应用范围。而微胶囊技术作为这几十年来新发展的高新技术,很好地解决了植物精油在应用上的难题,极大地扩展了植物精油产业的发展。本论文主要分三部分,以壳聚糖季铵盐-海藻酸钠为壁材,不同的植物精油为芯材,分别采用复凝聚法、喷雾干燥法、Pickering乳液模板法制备了不同的微胶囊,并对此进行性能的表征,主要研究如下:(1)以壳聚糖季铵盐(HACC)和海藻酸钠(SA)为壁材,采用复凝聚法制备一种新颖的香味茶树油抗菌微胶囊。茶树油抗菌微胶囊的最佳制备条件是通过响应曲面法优化得出:芯壁比是1:1、复凝聚pH是6.0、固化剂CaCl2的含量是0.6w/v%。在最佳制备工艺下得出的微胶囊最大包封率是66.06%±2.53%。另外,采用环境扫描电镜(SEM)、激光粒度仪(LPDA)、红外光谱仪(FT-IR)、热重-差热分析仪(TG-DTA)和差示扫描量热仪(DSC)对茶树油抗菌微胶囊在最佳条件下的形貌、粒径、成分以及热稳定性进行探讨研究,并进一步探讨了微胶囊的体外释放以及抗菌性。结果表明:茶树油抗菌微胶囊具有圆滑的球形结构,粒径分布从1.91μm到13.18μm,良好的热稳定性,缓释性能以及长期的抗菌性能,而且释放行为符合Rigter-Peppas模型。因此,此简单和环保的微胶囊配方能有效地提高茶树精油的稳定性和延长其抗菌功效,该微胶囊可以在食品、化妆品和医药领域有着广泛的应用意义。(2)以壳聚糖季铵盐(HACC)和海藻酸钠(SA)为壁材,采用喷雾干燥法制备肉桂油微胶囊。通过单因素考察了壁材比、芯壁比、乳化剂浓度等反应条件对微胶囊的包封率的影响,并探讨出喷雾干燥制备肉桂油微胶囊的最佳制备工艺。研究结果表明:制备肉桂油微胶囊的最佳乳化条件为:3000 rpm的高速均质乳化,乳化剂用量1%,壁材比(壳聚糖季铵盐:海藻酸钠)为2:1,芯壁比为1:2;喷雾干燥法制备肉桂油微胶囊的最佳工艺参数为:空气压缩量:70%、进风温度120°C、喷雾压力0.4 MPa。在此工艺条件下微胶囊的包封率可达77.38%。然后,采用扫描电镜(SEM)、激光粒度仪、红外光谱(FT-IR)、热重分析仪(TGA)对微胶囊的热稳定性能、缓释性能、抗菌性能进行了研究,结果表明,所制备的微胶囊球形规则、分散性好,囊壁没有明显裂缝、孔洞,平均粒径为2.36μm。微胶囊化提高了肉桂油的热稳定性,缓释性遵从Fickian自由扩散机理;肉桂油微胶囊具有良好的抑菌性,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌的最小杀菌浓度均为0.312 mg/mL。此制备方法制备的微胶囊具有一定的存储稳定性,而且制备过程简单有效,能连续性,有利于实现工业性生产,对于微胶囊技术在食品、制药、农药行业的发展具有很大的借鉴作用。(3)以壳聚糖季铵盐(HACC)和海藻酸钠(SA)为壁材,羟基磷灰石(HAp)为粒子,制备了稳定的皮克林(Pickering)乳液,通过层层(LbL)自组装法制备香茅油微胶囊。研究了油水比、pH值、粒子浓度对Pickering乳液稳定性的影响,制备的乳液至少可以稳定三个月,并以此乳液为模板,HACC/SA通过静电吸附,利用羟基磷灰石(HAp)粒子释放的Ca2+离子为钙源与海藻酸钠结合,层层自组装把香茅油包微胶囊化,制备出香茅油抗菌微胶囊。然后重点研究了油水比和HAp粒子含量对于乳液粒径的影响,并研究了微胶囊在不同油水比和HAp粒子含量下的释放表现出了最初的快速释放阶段和随后的缓慢释放阶段,符从Rigter-Peppas释放动力学。扫描电镜(SEM)表明微胶囊具有圆形规则结构,平均粒径13.638μm。此外,通过纸片扩散和最小抑制浓度方法对微胶囊的抗菌活性进行评价,结果显示载香茅油微胶囊对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌效果比中空微胶囊好。因此,载香茅油微胶囊可以作为一种借鉴应用在医学作为药物释放系统,纺织工业作为抗菌剂,香水行业作为固定剂。


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