阅读说明：本技术 一种缓释抗氧化微胶囊的制备方法及应用 (Preparation method and application of sustained-release antioxidant microcapsule ) 是由 郭明 项鹏程 王瑞 王珏 杨雪娟 胡智燕 于 2020-03-02 设计创作，主要内容包括：本发明涉及食品氧化剂领域,为解决目前食品包装内食物抗氧化剂有用时效较短等问题,本发明提供一种缓释抗氧化微胶囊,以羧甲基茶多酚与壳聚糖偶联产物为芯材,以环糊精接枝壳聚糖水凝胶为壁材,环糊精接枝壳聚糖形成水凝胶后,分子内将羧甲基茶多酚包裹形成缓释抗氧化微胶囊。所选用的材料均为食品级抗氧化剂材料,其可用作食品包装内部的抗氧化剂,该微胶囊具有抗氧化、缓释、智能可控等特点,同时具有缓释效果及抗氧化效果强,稳定性高的特性。(The invention relates to the field of food oxidants, and aims to solve the problems that the useful aging of food antioxidants in food packaging is short at present. The selected materials are food-grade antioxidant materials, the microcapsule can be used as an antioxidant in food packages, has the characteristics of oxidation resistance, slow release, intelligence, controllability and the like, and has the characteristics of strong slow release effect and oxidation resistance effect and high stability.)

一种缓释抗氧化微胶囊的制备方法及应用

技术领域

本发明涉及食品氧化剂领域，具体涉及一种缓释抗氧化剂微胶囊的制备方法及应用。

背景技术

食品抗氧化剂是能阻止或延缓食品氧化变质、提高食品稳定性和延长贮存期的食品添加剂。氧化不仅会使食品中的油脂变质，而且还会使食品退色、变色和破坏维生素等，从而降低食品的感官质量和营养价值，甚至产生有害物质，引起食物中毒。

微胶囊技术(Microencapsulation)是微量物质包裹在聚合物薄膜中的技术，是一种储存固体、液体、气体的微型包装技术，被广泛应用于食品中。微胶囊在保持芯材生理活性和理化性质的基础上，能控制芯材的释放。同时还能减少芯材向环境的扩散及掩盖芯材的味道且具有较高的稳定性，被广泛应用于医药，化肥，工业等领域，且目前在食品领域的应用逐渐增多，不会对食品造成一定的污染，可用作食品抗氧化剂。微胶囊的壁材和芯材的理化性质及微胶囊的结构等都会直接影响微胶囊的缓释及抗氧化效果。因此，选择适当的芯材和壁材的选择是至关重要的。

目前，微胶囊壁材的合成材料有海藻酸钠，壳聚糖，明胶，多孔淀粉等，常用的制作方发有复凝聚法，单凝聚法，界面聚合法等，但是，单一的壁材材料无法达到一个非常良好的缓释效果，同时在芯材方面，单一的芯材也是无法达到一个智能控制释放体系，已有的缓释胶囊无法做到智能释放胶囊内物质，因此，研发出一个用于食品抗氧化效果的智能控制微胶囊具有一定的现实意义。

发明内容

为解决目前食品包装内食物抗氧化剂有用时效较短等问题，本发明提供一种缓释抗氧化微胶囊，以羧甲基茶多酚与壳聚糖偶联产物为芯材，以环糊精接枝壳聚糖水凝胶为壁材，环糊精接枝壳聚糖形成水凝胶后，分子内将羧甲基茶多酚包裹形成缓释抗氧化微胶囊。该微胶囊具有抗氧化、缓释、智能可控等特点。

本发明还提出一种缓释抗氧化微胶囊应用在延长食品保质期上，减少抗氧化剂对食品的影响。

本发明是通过一下技术方案实现的：一种缓释抗氧化微胶囊的制备方法，以茶多酚、壳聚糖、环糊精为原料，逐步偶联接枝，分子内包裹形成微胶囊。

制备方法为以下步骤：

(1)茶多酚与壳聚糖偶联产物的制备

(1.1)将壳聚糖置于容器中，加入乙酸溶液，搅拌15～30min，加入乙酸调节pH＝3.5～4.5后加入氯甲酸苄酯，在20～30℃反应4～6h，得到氨基保护壳聚糖。

作为优选，壳聚糖和氯甲酸苄酯的质量比为1∶10～20，

作为优选，所述乙酸溶液质量分数为1％～3％。

壳聚糖为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌、抗癌、降脂、增强免疫等多种生理功能，以壳聚糖为原料具有灭菌效果。(1.2)将茶多酚置于容器中，于碱性条件下溶解，加入一氯乙酸，在50～60℃反应2～3h，得到羧甲基茶多酚。

作为优选，一氯乙酸和茶多酚的质量比为1∶1～2。

作为优选，所述的碱性环境为NaOH。

反应方程式如下所示：

(1.3)将(1.2)制备的羧甲基茶多酚与(1.1)制备的氨基保护壳聚糖在70～80℃反应5～6h，得到羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物；

作为优选，氨基保护壳聚糖和羧甲基茶多酚的质量比为1∶5～10。

(1.4)取(1.3)制备的羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物，在高压下通入氢气，加入Pd作催化剂，还原反应10～12h，得到羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物。

作为优选，催化剂与羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物的质量比为1∶100～200。

作为优选，通入氢气过量，高压环境为300～500kpa。

(2)环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物制备缓释抗氧化微胶囊。

(2.1)将环糊精(CD)和步骤(1)制备的羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物用HCl溶液溶解，加热至无色，在50～60℃加入乙二醛溶液，反应3～5h，调节pH＝7.0，溶液变成棕色，沉淀过滤，得到环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖。

作为优选，羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物与环糊精的质量比为1∶10～20，

作为优选，乙二醛与环糊精的质量比为2～5∶1，乙二醛溶液质量分数为40～50％。

作为优选，选用NaOH调节pH。

(2.2)将(2.1)制备的环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖中，加入N，N-亚甲基双丙烯酰胺，在50～60℃反应10～15h，除去过量N，N-亚甲基双丙烯酰胺，得到环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶；

N，N-亚甲基双丙烯酰胺作为引发剂，作为优选，反应时过量添加。

N，N-亚甲基双丙烯酰胺与环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖的质量比为1∶150～200。(2.3)将(2.2)制备的环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶用DMF溶解，加入去离子水并搅拌5～6h，加入少量去离子水后，制备的水凝胶在有机相和水相之间会发生自组装，形成微胶囊，形成环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊，即一种缓释抗氧化微胶囊。

DMF作为溶剂，使用量为是溶质溶解的量，作为优选，环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶和DMF质量比为1∶5～8。

反应流程如下：

本发明基于以羧甲基茶多酚与壳聚糖偶联产物为芯材，环糊精接枝壳聚糖水凝胶为壁材制备的微胶囊。以茶多酚、壳聚糖、环糊精为原料，逐步偶联接枝为智能材料，分子内包裹形成微胶囊，形成智能控制释放体系，即制备成一种智能控制微胶囊，这种智能控制缓释微胶囊可用作食品包装内的抗氧化剂，因此所述的缓释抗氧化微胶囊的制备方法得到的缓释抗氧化微胶囊缓释效果及抗氧化效果强，稳定性高，可以用作食品抗氧化剂，作为在延长食品保质期上的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明所制备的缓释抗氧化微胶囊具有广普的抗氧化能力，能够在酸性条件下加快茶多酚的释放，增强抗氧化能力，抑制食品氧化，对食品的影响小，同时具有一定的杀菌效果，可以延长食品保质期。

附图说明

图1为羧甲基茶多酚氢谱图；

图2为羧甲基茶多酚-壳聚糖氢谱图；

图3为环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊氢谱图；

图4为环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊红外光谱图；

图5为环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊结构示意图；

图6为环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊TEM电镜图。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明，实施例中所用原料均可市购或采用常规方法制备。

实施例1

(1)茶多酚与壳聚糖偶联产物的制备

(1.1)首先，称取5g壳聚糖，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入100mL质量浓度为1％的乙酸后放入恒温水浴锅中，加热到25℃后搅拌25min，加入质量浓度为1％的乙酸调节pH＝4后加入60g氯甲酸苄酯，在25℃恒温反应5h，得到氨基保护壳聚糖；

(1.2)称取25g茶多酚，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入2gNaOH后放入恒温水浴锅中，加热到50℃后加入20g一氯乙酸，在50℃恒温搅拌下反应2h，得到羧甲基茶多酚；

(1.3)称取3g氨基保护壳聚糖，加入圆底烧瓶中，加热至70℃后加入20g羧甲基茶多酚，在70℃反应5h，得到羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物；

(1.4)称取(1.3)制备的羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物20g加入高压反应釜中，通入氢气，加入0.2gPd作催化剂，加压到350kpa后，反应11h，得到羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物。

(2)环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊的制备

(2.1)称取40g环糊精和3g羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入质量浓度为1％的HCl溶液溶解后加热至无色，放入恒温水浴锅，加热到55℃后，加入的250g质量浓度为40％的乙二醛溶液，反应3h，加入NaOH调节pH至7.0，过滤得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖。

(2.2)称取10g环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖置于锥形瓶中，加入0.055gN，N-亚甲基双丙烯酰胺作引发剂，放入恒温水浴锅，加热到55℃后，反应13h，得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶。

(2.3)将环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶10g置于锥形瓶中，加入DMF 60g溶解后，加入3mL去离子水搅拌反应6h，得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊，缓释抗氧化微胶囊1。

羧甲基茶多酚氢谱图如图1所示，羧甲基茶多酚-壳聚糖氢谱图如图2所示，环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊氢谱图如图3所示，环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊红外光谱图如图4所示，环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊结构示意图如图5所示，环糊精接枝羧甲基茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊TEM电镜图如图6所示。

实施例2

(1)茶多酚与壳聚糖偶联产物的制备

(1.1)首先，称取5g壳聚糖，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入100mL质量浓度2％的乙酸后放入恒温水浴锅中，加热到25℃后搅拌30min，加入质量浓度为2％的乙酸调节pH＝4.5后加入75g氯甲酸苄酯，在25℃恒温反应6h，得到氨基保护壳聚糖；

(1.2)称取25g茶多酚，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入2gNaOH后放入恒温水浴锅中，加热到55℃后加入18g一氯乙酸，在55℃恒温搅拌下反应2h，得到羧甲基茶多酚；

(1.3)称取3g氨基保护壳聚糖，加入圆底烧瓶中，加热至75℃后加入25g羧甲基茶多酚，在75℃下反应6h，得到羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物；

(1.4)称取(1.3)制备的羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物30g加入高压反应釜中，通入氢气，加入0.2gPd作催化剂，加压到400kpa后，反应12h，得到羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物。

(2)环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊的制备

(2.1)称取50g环糊精和3g羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入质量浓度为5％的HCl溶液溶解后加热至无色，放入恒温水浴锅，加热到50℃后，加入的200g质量浓度为50％的乙二醛溶液，反应4h，加入NaOH调节pH至7.0，过滤得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖。

(2.2)称取10g环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖置于锥形瓶中，加入0.06gN，N-亚甲基双丙烯酰胺作引发剂，放入恒温水浴锅，加热到60℃后，反应12h，得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶。

(2.3)将环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶10g置于锥形瓶中，加入DMF 60g溶解后，加入3mL去离子水搅拌反应6h，得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊，即缓释抗氧化微胶囊2。

实施例3

(1)茶多酚与壳聚糖偶联产物的制备

(1.1)首先，称取5g壳聚糖，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入100mL质量浓度为3％的乙酸后放入恒温水浴锅中，加热到25℃后搅拌20min，加入质量浓度为3％的乙酸调节pH＝3.5后加入90g氯甲酸苄酯，在30℃恒温反应4h，得到氨基保护壳聚糖；

(1.2)称取25g茶多酚，加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入2gNaOH后放入恒温水浴锅中，加热到60℃后加入25g一氯乙酸，在60℃恒温搅拌下反应3h，得到羧甲基茶多酚；

(1.3)称取4g氨基保护壳聚糖，加入圆底烧瓶中，加热至80℃后加入20g羧甲基茶多酚，在80℃反应5h，得到羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物；

(1.4)称取(1.3)制备的羧甲基茶多酚-氨基保护壳聚糖共聚物40g加入高压反应釜中，通入氢气，加入0.2gPd作催化剂，加压到450kpa后，反应10h，得到羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物。

(2)环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊的制备

(2.1)称取20g环糊精和2g羧甲基茶多酚-壳聚糖共聚物加入带有搅拌器的三口烧瓶中，加入质量浓度为3％的HCl溶液溶解后加热至无色，放入恒温水浴锅，加热到60℃后，加入200g质量浓度为45％的乙二醛溶液，反应4h，加入NaOH调节pH至7.0，过滤得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖。

(2.2)称取10g环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖置于锥形瓶中，加入0.05g N，N-亚甲基双丙烯酰胺作引发剂，放入恒温水浴锅，加热到50℃后，反应14h，得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶。

(2.3)将环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶10g置于锥形瓶中，加入DMF 70g溶解后，加入少2mL离子水搅拌反应6h，得到环糊精接枝羧基化茶多酚-壳聚糖水凝胶微胶囊，即缓释抗氧化微胶囊3。

测试例1

选择常生长于包装食品内的腐败菌，在培养皿上加入适合其生长的培养基，并加入实施例1-3制备的缓释抗氧化微胶囊1-3，并在相同并适宜的调节下培养，观察腐败菌在培养皿中的生长情况，抑制率计算方法如下：

根据以上公式计算的实施例1、实施例2、实施例3制备的缓释抗氧化剂微胶囊1-3的抑制率分别为92.3％、93.7％、92.8％，说明缓释抗氧化剂微胶囊对细菌的生长具有较好的抑制作用。

测试例2

对比现有抗氧化剂与使用本发明制备的缓释抗氧化剂微胶囊1后的保质期，如表1所示：

表1：

抗氧化剂	保质期
		BHT	12月
BHA	12月
		TBHQ	15月
PG	13月
		缓释抗氧化剂微胶囊1	18月

测试例3

采用DPPH法对制得的化合物进行检测，并在相同条件下对TBHQ进行检测，DPPH自由基清除率计算方法如下：

根据以上公式计算的实施例1、实施例2、实施例3缓释抗氧化微胶囊1-3的DPPH自由基清除率分别为84.3％、81.9％、84.8％，TBHQ的DPPH自由基清除率为63.4％，说明缓释抗氧化剂微胶囊有较强的抗氧化活性。

测试例4

采用DPPH法对制得的化合物在不同酸性环境下进行检测，如表2所示：

表2：

通过表2可以说明本方法制备的微胶囊具有智能可控的优点，在酸性条件下加快茶多酚脱离壳聚糖，增强抗氧化性，这样能够在食品开始酸败时加强抗氧化性，抑制其酸败。同时具有较高的自由基消除率率，自由基消除率均达到了80％以上，是一种较为理想的缓释抗氧化剂。