红枣黄酮微胶囊

康宁用“心”做反应研究简介农药微胶囊化是减少环境污染、防止有效成分受到外界因素干扰，提高药效的一种有效方法。目前，常见的有关农药微胶囊的制备以界面聚合法、原位聚合法、凝聚法和溶剂挥发法为主，其中界面聚合法最为常见。界面聚合法通常使用机械搅拌釜式反应器，其具有一定的局限性。由于工艺放大效应和反应的不均匀性，颗粒尺寸大小分布难以精确调整，导致批次之间的重复性差，产品的稳定性低，缓释行为的可控性低。连续流技术可以利用流动液体的剪切力将另一种流动的不相容液体分散成微小液滴，随后这些液滴在微通道中凝固形成颗粒。微通道反应器具有以下优点，非常适合微胶囊的制备。高效传质和传热，有利于物料/颗粒的均匀分散和稳定性；通道尺寸小，精确控制反应参数从而实现对胶囊尺寸、孔隙率、表面形态等的控制，进一步实现其壳厚及药效缓释行为；操作简单扩展性大、清洗方便；康宁AFR无放大效应，可以满足工业化生产要求；有利于提高实验室到工业化生产过程的效率和产品质量稳定性。12月6日南京林业大学的顾晓利教授课题组发表在ACS期刊上的“基于微通道技术，采用4,4-亚甲基二苯二异氰酸酯(MDI)和乙二胺(EDA)界面聚合法制备了二甲戊乐灵微胶囊”，相信可以为读者带来一定的启发。作者研究结果表明，在康宁AFR“心型”微通道反应器中制备的二甲戊乐灵微胶囊表面光滑、单分散性好、包封率高（96.7%），并具有良好的热稳定性。图1. 二甲戊乐灵微胶囊的形成机理1. 微反应1中乳化液滴的形成当分散相流体（将100g二甲戊乐灵加热至60°C以完全熔化，并与5g二苯基甲烷-4,4' -二异氰酸酯(MDI)均匀混合）与微通道I中的连续相流体（90°C下，将5g聚乙烯醇（PVA）和5g表面活性剂SP-27001（苯乙烯马来酸酐共聚物的酯化合物））溶解在90g的去离子水中）接触时，分散相在剪切和挤压力的作用下迅速分散成微小的液滴。同时，在表面活性剂的乳化作用下，得到了由二甲戊乐灵和MDI连续相组成的稳定乳化液滴。2. 微反应II中聚脲壳的形成在进入微通道II后，液滴内的MDI和水溶液中的乙二胺（EDA）在液滴界面上进行界面聚合反应，在二甲戊乐灵核周围固化形成均匀的聚脲壳。图2. 聚脲壳形成的反应方程聚脲壳形成的反应方程如上图所示。聚脲的合成是基于MDI中异氰酸基和EDA中氨基。当水包油(O/W)乳液与EDA水溶液接触时，分散相的MDI单体向油−水界面扩散，与EDA单体在很短的时间内反应形成聚脲。生成的聚脲在表面沉淀，逐渐形成包裹液滴的球形薄膜。随着聚合过程的进行，分子链的长度增加，积累了更多的聚脲，增加了膜层的厚度，最终成为完整的聚脲壳。3. 交联反应形成微胶囊此外，聚脲分子之间可以同时发生交联反应，这使聚脲壳更加紧凑和完整。图3. 微胶囊形成过程机理简图研究过程微通道反应器中工艺条件优化作者研究了微通道结构、反应温度、表面活性剂类型和流体流速的影响。一、微通道结构的影响微通道的结构对液-液非均相的流动状态以及乳化液滴的形成有显著的影响。在不同微通道中制备的二甲戊乐灵微胶囊的粒径分布如下图所示图4. 不同微通道中制备的二甲戊乐灵微胶囊的粒径分布.(a)康宁心型微通道、(b)Y形、(c)T形的微通道制备的微胶囊的粒径分布从图中可以清楚地看出，康宁AFR“心型”微通道制备的微胶囊的分布呈正态分布，且分布范围较窄。由于康宁反应器独特的“心型”微通道结构设计，当分散相和连续相流体进入心形单元时，在“笑脸”结构扰流挡板障碍的作用下，分为两条不同流动方向的支流，两条支流沿微通道流动，在心尖附近再次收敛，流入下一个心形单元。在这一过程中，分散相和连续相通过分散和重组相互扩散和混合，在一个模块中重复了多次。在T形或Y形通道中，分散相和连续相流体向不同的方向流动，只发生了一次碰撞。因此，应用康宁AFR“心型”微通道反应器制备得到的微胶囊具有尺寸均匀、单分散性好等突出优点。图5.不同结构的微通道示意图。(a)康宁心形微通道、(b)Y形、(c)T形的微通道二、表面活性剂的作用表面活性剂能促进分散相和连续相的相互混合，形成完全分散的乳化液，并能防止壳形成后微胶囊的聚集。本文研究探讨了SP-27001、601（三苯基苯酚乙氧基酸）、木质多磺酸钠等不同类型的表面活性剂对二甲戊乐灵微胶囊制备的影响。最终确定表面活性剂SP-27001与聚脲具有良好的吸附性和相容性，有利于保持乳化液的稳定性，抑制液滴的快速聚集。三、温度的影响在不同反应温度(60、65和70°C)下制备的二甲戊乐灵微胶囊都呈球形。图6. 在不同温度下制备的二甲戊灵微胶囊的生物显微镜图像：(a) 60, (b) 65, and (c) 70°C.65℃的微胶囊形态最合适。当温度在60°C时，由于二甲戊乐灵的熔点(56−57°C) 较低，当乳液接触微通道中的冷EDA水溶液时，较低的反应温度会使核心材料更容易结晶和沉淀，部分二甲戊乐灵没有被包封，以晶体的形式分布在微胶囊外。当温度在70°C时，由于热力学扩散效应的加速，加快了聚合反应的速率，微胶囊之间粘附聚结，均匀性变差。四、 二甲戊乐灵微胶囊的大小及形态控制1、粒径作者重点研究了Qc（连续相的流速）对二甲戊乐灵微胶囊粒径的影响。图7.Qc（连续相的流速）对二甲戊乐灵微胶囊粒径的影响如图7所示，微胶囊的平均直径随Qc的增加而增大。当Qc小于3mL/min时，由于连续相对分散相的挤压和剪切作用减弱，难以获得稳定的O/W乳化液滴，没有得到微胶囊。2.包封率当Qc从3mL/min改为5mL/min时，微胶囊的包封率从63.4%提高到96.7%。但当Qc大于5mL/min时，微胶囊的包封率随着Qc的增加逐渐降低。图8.Qc（连续相的流速）对二甲戊乐灵微胶囊包封率的影响作者认为，这一趋势与分散相中二甲戊乐灵的损失有关。当连续相的流速较低时，其在连续相中难以分散并迅速沉降。而当连续相的流速较高时，较多的二甲戊乐灵溶解在水中，而分散相中活性成分的浓度相对较低。在这两种情况下都将导致微胶囊的载药量和包封率不佳 。3.形态由于Qs的流速决定了亲水单体EDA和亲脂性单体MDI的比例，影响了聚脲壳层的聚合反应，所以不同Qs值产生的微胶囊形态有显著差异。图9.不同Qs的流速下微胶囊的SEM图像：(a) 0.3, (b) 0.5, (c) 1.0, and (d) 2.0 mL/min.图9结果可以得出当Qs在0.5mL/min时，微胶囊具有规则的球形，表面光滑，均匀性高(图b)，有助于构建有效的控释配方。二甲戊乐灵微胶囊的释药行为和生物性能作者进而研究了二甲戊乐灵微胶囊的释药行为和生物性能。结果表明：通过改变EDA水溶液的流速造成的表面形态的变化，可以调控微胶囊的释放行为；由相同浓度下不同Qs值制备的二甲戊乐灵微胶囊，对杂草的总茎控制效果和鲜草减重效果与二甲戊乐灵EC（市售品）相当；而当Qs分别为0.5或1.0mL/min时，其微胶囊对宽叶杂草的茎控制效果明显高于二甲戊乐灵EC（市售品）。表1. 不同Qs值制备的二甲戊灵微囊对禾本科杂草和阔叶杂草（A、B、C、D分别为：0.3 mL/min、0.5 mL/min、1.0 mL/min和2.0 mL/min）的茎部控制效果

1简介叶黄素是植物中常见的天然类胡萝卜素。外表为红橙色，具有天然抗氧化性能，因此也具有氧敏感性；此外，叶黄素基本上也不溶于水。叶黄素和类胡萝卜玉米黄质素存在于人类眼部视网膜中，对视觉非常重要。本研究的目的是保护抗氧化剂免于氧化，并使其在水中分散。因此，利用微胶囊造粒仪 B-390/B-395 Pro 仪器搭配气流振动喷嘴和同心喷嘴分别制备叶黄素微球和微胶囊。制备的微球呈球形、大小均匀，微胶囊由内核和外壳两种不同成分组成。如 下图所示，微球和微胶囊均呈现均匀的球形形貌。含叶黄素的微球模型含叶黄素的微胶囊模型2实验设备和材料实验设备：步琦微胶囊造粒仪 B-390/B-395 Pro实验材料：1.5%（w/w）和1.8%（w/w）海藻酸钠溶液0.1 M CaCl2样品1：7.5g 叶黄素粉末分散于 142.5g 浓度为 1.5% 的海藻酸钠溶液中样品2：5g 叶黄素粉末溶于 100mL 花生油中，磁力搅拌均匀3实验过程实验1：使用气流振动喷嘴制备包埋叶黄素的海藻酸钙基质的微球，仪器参数如下 表1所示。表1：实验 1 的过程参数。仪器微胶囊造粒仪 B-390气流振动喷嘴750 μm（核）/1.5 mm（壳）频率870 Hz进样（外置注射泵）样品1：5.45 mL/min压力1013 mbar喷嘴气体流量1 L/min分散电压0 V振幅9固化液0.1 M CaCl2搅拌温和搅拌（无旋涡）实验2：使用同心喷嘴制备包埋叶黄素油的核壳结构海藻酸钙微胶囊，仪器参数如下 表2 所示。表2：实验 2 的过程参数。仪器微胶囊造粒仪 B-395 Pro同心喷嘴450 μm（核）/ 700 μm（壳）频率300 Hz进样核：样品2（注射泵进样）壳：1.8 %海藻酸钠溶液（压力瓶进样）核进样速度11.5 mL/min压力300 mbar分散电压0 V振幅9固化液0.1 M CaCl2搅拌温和搅拌（无旋涡）4实验结果本实验成功使用气流振动喷嘴制得球型叶黄素微粒，如下图（a）所示。图中叶黄素粉末嵌入在海藻酸钙微球内部，微球直径尺寸在 300μm 到 600μm 之间。与叶黄素微球相比，实验2 制备的核壳结构叶黄素微胶囊如下图（b）所示。通过使用同心喷嘴，海藻酸盐基质形成的外壳可以将叶黄素油完全包覆，形成保护层，微胶囊直径在 1200μm 到 1400μm 之间。（a）使用气流振动喷嘴制得的叶黄素微球（b）使用同心喷嘴制得的叶黄素微胶囊5结论本研究提出两种使用微胶囊造粒仪包埋油溶性物质的可行方法，步琦微胶囊造粒仪 B-390 和 B-395 Pro 可用于制备含叶黄素的球型微粒和微胶囊。

微胶囊造粒技术与冷冻干燥完美组合获取干燥微球微胶囊应用”1简介微胶囊化广泛应用于掩盖气味、延长保质期、增加存活率或改变理化性质的过程。由于其易于处理、接触二价和三价阳离子时立即凝胶化以及温和的凝胶条件等优点，海藻酸盐在生物医药、食品和饲料等领域经常用于多种封装应用中。通过将海藻酸盐滴液滴入 CaCl2 浴中，可以轻松制备钙海藻酸盐微胶囊。为了提高海藻酸盐微胶囊及其内容物的储存周期，一个重要步骤是将它们干燥至低水分含量，可以通过多种干燥方法，如空气干燥、烤箱干燥、流化床干燥或冷冻干燥，其中冷冻干燥因其温和而闻名。有报道称，从钙海藻酸盐珠中去除水分可能会导致形态发生变化，如形状失真、尺寸不均、机械强度损失和孔隙率增加。这些缺陷对于某些应用来说是可以接受的，但它们也可能导致外观不佳和处理困难。在本文中，我们的目标是通过在海藻酸盐微胶囊中加入淀粉作为固体填料来改善冷冻干燥的海藻酸盐微胶囊的物理性质。选择淀粉作为填料材料是因为它易于获得、经济成本且可食用。2设备冷冻干燥机 Lyovapor&trade L-200 Pro, BUCHILyovapor&trade 软件, BUCHI带有可加热隔板的干燥室, BUCHI微胶囊造粒仪 B-395 Pro, BUCHI▲ 图1. BUCHI 冷冻干燥机 Lyovapor TM L-200 Pro（左），微胶囊造粒仪 B-395 Pro（右）3试剂和耗材食用级玉米淀粉低粘度海藻酸钠无水氯化钙蒸馏水（为了安全处理，请注意所有相应的MSDS）4实验步骤4.1 生产含有淀粉填充剂的藻酸钙微胶囊制备 2% 的海藻酸钠溶液和 0.2M CaCl2 溶液。使用手持搅拌器将淀粉分散在 2% 的海藻酸钠溶液中。测试了两种不同淀粉浓度（15 % W/V 和 20% W/V）的明矾溶液。使用微胶囊造粒仪 B-395 Pro 设备生产微珠，参数见 表1。为了防止淀粉粉末沉降，在实验期间应用外部搅拌器保持淀粉-海藻酸钠溶液均匀。表1. 微胶囊造粒仪 B-395 Pro 过程设置_15% 淀粉20% 淀粉对照组(不添加淀粉)喷嘴种类单喷嘴喷嘴直径(μm)450750450压力(mbar)250330200震动频率(Hz)9540110海藻酸钠浓度%1.71.62.0固化液0.2M CaCl2 溶液，搅拌固化后，海藻酸钙微胶囊通过筛分和两次用蒸馏水冲洗去除额外的 CaCl2 。然后将微胶囊转移到金属托盘中，在﹣24℃ 下冷冻。4.2 冷冻干燥含有淀粉填充剂的藻酸钙微胶囊将带有金属托盘和搁板的样品从冰箱取出并转移到 LyovaporTM L-200 Pro 冷冻干燥机中。使用 LyovaporTM 软件编程进行初级和次级干燥步骤，如 表2 所示。在这个冷冻干燥过程中，使用带有加热搁板和空气的干燥室，干燥温度设置为 -35℃，总冷冻干燥时间为 28h。表2. 使用 LyovaporTM L-200 Pro 的参数_初级干燥次级干燥时长(hrs)226隔板温度(℃)-1530加热梯度(℃/min)0.170.38真空度(mbar)0.2000.2005实验结果和讨论当采用冷冻干燥法处理时，海藻酸钙微球无法保持其结构，从而发生塌陷。这导致了形态学上的变化，如形状失真和不均匀的大小（见 图2）。为了提高冷冻干燥微球的质量，我们研究了淀粉作为不可溶填料，用作微球的支架。▲ 图2. 冷冻干燥的海藻酸钙微球的电镜图（左）和显微镜图（右）在微胶囊造粒仪 B-395 Pro 设备中，海藻酸钙微球中添加了 15% 和 20% 的淀粉作为填料材料，并成功地生产出来。如图3所示，使用 450μm 和 750μm 的喷嘴，分别生产出了直径约为 900μm 和 1500μm 的微球，海藻酸钙微球显示出均匀的球形形态和光滑的表面。▲ 图3. 未干燥的微球（左）和对应的显微镜图像（右）。上部含有 20% 淀粉，底部内含有 15% 淀粉冷冻干燥后，微球的结构得以保持，如图3所示。使用 SEM 显微镜对冷冻干燥结构进行分析（见图4），进一步证实了这一点。添加了15%和20%淀粉的微球冷冻干燥后的尺寸约为 1.2mm 和 1.5mm，如 图4 所示。微球在 LyovaporTM L-200 Pro 设备中进行冷冻干燥后，保持了原有的尺寸和形态，淀粉颗粒可以在微球表面均匀分布。填料很可能在微球内部也呈现均匀分布，因此可以通过填充间隙和充当支撑结构来强化凝胶网络 。▲ 图4. 添加15%淀粉（上）和20%淀粉（下）的冷冻干燥微球结构。6实验结论在本应用中，使用了不溶性填料来改性冷冻干燥海藻酸钙微球特性。添加淀粉作为填料，能够在冷冻干燥过程中保持微球的结构，发现它能够改善微球的球形度、流动性以及视觉质量。这些特性对于加工、处理和客户使用都是非常重要的。扫描电子显微镜观察显示，淀粉颗粒在微球表面的分布均匀，不仅能够填充海藻酸盐网络的间隙，又能在冷冻干燥过程中起到骨架作用，并能增强水凝胶结构。可以像对淀粉一样也对其他不溶性填料，如二氧化硅 SiO2、二氧化钛 TiO2 或微晶纤维素进行类似的配方设计，以增强冷冻干燥微球的结构。这些微球将来作为生物稳定剂，用作如封装活细胞或酶的载体材料。7参考文献Chan, E.S Lee, B. B, et al. Prediction models for shape and size of calcium-alginate microbeads produced through extrusion technique. Journal of Colloid and Interface Science, 2009, 338, 63 – 72.Tal, Y. van Rijn J., et al. Improvement of structuraland mechanical properties of denitrifying alginate beads by freeze-drying. Biotechnology Progress, 1997, 13, 788 – 793.Chan, E.S et al. Effects ofstarch filler on the physical properties of lyophilized calcium-alginate beads and the viability of encapsulated cells. Carbohydrate Polymers, 2011, 83, 255-232.