一種納米級(jí)硫酸亞鐵營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑微囊化產(chǎn)品及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及食品加工強(qiáng)化領(lǐng)域中的微膠囊化技術(shù)，具體為一種納米級(jí)硫酸亞鐵營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑微膠囊及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]成年人體內(nèi)大約含有3?4g鐵，這些鐵主要集中在血紅蛋白、肌紅蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白以及各種酶類中。鐵最基本的生理功能就是與氧結(jié)合并將其輸送到機(jī)體各個(gè)組織，線粒體中的酶所含的鐵主要參與能量代謝，其它的含鐵酶也都參與了各種途徑的代謝和調(diào)節(jié)，這其中就包括蛋白質(zhì)和脂類代謝。正因?yàn)殍F廣泛參與了各種新陳代謝，因此若鐵缺乏會(huì)引發(fā)多種對(duì)機(jī)體不利的連鎖反應(yīng)。鐵缺乏可以發(fā)生在各個(gè)時(shí)期，但由于特殊的生理需要，包括胎兒、嬰幼兒和兒童在內(nèi)的生命早期成為了鐵缺乏高度敏感的窗口期。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過(guò)程中，鐵扮演了重要的角色，其中鐵參與了細(xì)胞復(fù)制和新陳代謝、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的髓鞘形成以及神經(jīng)遞質(zhì)的形成。孕晚期胎兒大腦的鐵攝入量達(dá)最大值，同時(shí)髓鞘形成也達(dá)到了頂峰。大量研究已經(jīng)證實(shí)，生命早期的鐵缺乏會(huì)對(duì)智力發(fā)育造成不可逆轉(zhuǎn)的損傷，而且會(huì)一直持續(xù)到兒童期甚至是成年以后。
[0003]目前，無(wú)論是在發(fā)展中國(guó)家還是發(fā)達(dá)國(guó)家，鐵缺乏和缺鐵性貧血均已成為備受矚目的公共衛(wèi)生問(wèn)題。鐵強(qiáng)化食品是預(yù)防高危人群鐵缺乏和缺鐵性貧血行之有效的措施。在由中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康研究所主持的“農(nóng)村義務(wù)教育學(xué)生營(yíng)養(yǎng)改善計(jì)劃”和“貧困地區(qū)兒童營(yíng)養(yǎng)改善試點(diǎn)項(xiàng)目”等國(guó)家大型營(yíng)養(yǎng)干預(yù)項(xiàng)目中，“鐵強(qiáng)化醬油”和“營(yíng)養(yǎng)包”等系列鐵強(qiáng)化食品的應(yīng)用已經(jīng)獲得非常明顯的效果，我國(guó)今后也將繼續(xù)加大對(duì)貧困地區(qū)和高危人群的營(yíng)養(yǎng)干預(yù)力度和覆蓋面。
[0004]在各式各樣的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充鐵劑中，硫酸亞鐵由于成本低廉且生物利用率高而備受世界衛(wèi)生組織青睞，其強(qiáng)化食品尤其適用于在國(guó)家貧困地區(qū)大型營(yíng)養(yǎng)干預(yù)和強(qiáng)化項(xiàng)目中推廣和應(yīng)用。然而，硫酸亞鐵因?yàn)槠錆饬业蔫F銹味道和亞鐵離子極易被氧化等特性，限制了其在強(qiáng)化食品中的廣泛普及。出于生產(chǎn)可行性考慮，相關(guān)食品企業(yè)無(wú)奈只能選擇一些高成本的鐵劑，如檸檬酸亞鐵、乳酸亞鐵、葡萄糖酸亞鐵和乙二胺四乙酸鐵鈉等，這無(wú)疑加大了我國(guó)政府在營(yíng)養(yǎng)干預(yù)項(xiàng)目上的經(jīng)濟(jì)投入。
[0005]微膠囊技術(shù)具有獨(dú)特的工藝優(yōu)勢(shì)和規(guī)模化生產(chǎn)的可行性，并在食品加工領(lǐng)域得到廣泛的認(rèn)可。近年來(lái)，各種營(yíng)養(yǎng)素及生理活性成分的微囊化產(chǎn)品如雨后春筍般涌現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)微囊化工藝可以改變營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的形態(tài)，如從液體轉(zhuǎn)變成固體顆粒;可有效保護(hù)那些對(duì)周圍環(huán)境敏感且容易氧化變質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);還可有效遮蔽某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)固有的不良味道，如腥味、金屬味、苦澀味等;此外，還能最大限度延長(zhǎng)商品的貨架期和保質(zhì)期。目前，無(wú)論是硫酸亞鐵還是其他形式鐵劑的微囊化產(chǎn)品，主要還是通過(guò)傳統(tǒng)的噴霧干燥工藝來(lái)制得。該類產(chǎn)品主要存在以下不足:首先，微膠囊尺寸普遍較大，從幾十微米甚至到上百微米，且粒徑大小不均一，這在一定程度上限制了其在腸粘膜的有效吸收;其次，噴霧干燥工藝流程中固有的高溫環(huán)節(jié)會(huì)部分加速亞鐵離子的氧化速度，導(dǎo)致產(chǎn)品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低;此外，在微膠囊所選用的壁材方面，現(xiàn)有微膠囊產(chǎn)品的緩釋及腸溶等特性較差，使得該類產(chǎn)品用水沖調(diào)后或者在人體胃部環(huán)境內(nèi)，壁材就會(huì)迅速崩解并過(guò)早釋放出包埋的亞鐵離子，這也會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的口感。再者，在類似硫酸亞鐵微囊化工藝方面，目前普遍存在著包埋壁材較單薄、難以避免的壁材孔隙等問(wèn)題，這也會(huì)加速亞鐵離子與外界的接觸而被氧化，使得產(chǎn)品的保質(zhì)期和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值受到影響。
[0006]綜上所述，鑒于硫酸亞鐵成本低廉且吸收高效，其具有巨大的市場(chǎng)開發(fā)潛力。因此，開發(fā)一種納米級(jí)、粒徑大小均一、氣味遮蔽良好且吸收率較高的緩釋、腸溶、包埋致密的低成本硫酸亞鐵微膠囊具有非常深遠(yuǎn)的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)和產(chǎn)品的不足，本發(fā)明提供一種新型納米級(jí)硫酸亞鐵微膠囊及其生產(chǎn)工藝:
一種納米級(jí)硫酸亞鐵營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充劑微膠囊，包括由硫酸亞鐵組成的活性層和由海藻酸鈣-殼聚糖組成的壁材層，其特征在于:所述活性層和壁材層之間還包含一層由飽和食用油組成的保護(hù)層;所述活性層、保護(hù)層及壁材層分別占總重量的1-5%、20-50%、45-70%;所述微膠囊的粒徑范圍為500-1000nm，其亞鐵離子有效裝載率為70%-80%。
[0008]進(jìn)一步的，所述微膠囊中還含有占總重量0.01-0.1%的水溶性抗氧化劑、0.02-0.25%的親油性乳化劑、0.02-0.2%的親水性乳化劑。
[0009]進(jìn)一步的，所述水溶性抗氧化劑優(yōu)選水溶性抗壞血酸。
[0010]進(jìn)一步的，所述親油性乳化劑選自司盤80或聚甘油脂肪酸酯中的一種或兩種。
[0011 ]進(jìn)一步的，所述的親水性乳化劑優(yōu)選蔗糖脂肪酸酯。
[0012]本發(fā)明所述的新型納米級(jí)硫酸亞鐵微膠囊及其制備工藝，是按照以下步驟進(jìn)行的:
(1)內(nèi)水相Wi的配制:稱取適量水溶性抗氧化劑，將其按照重量百分比0.1?1%添加到5?30%硫酸亞鐵水溶液中，磁力攪拌至混勻；
(2)內(nèi)油相(h的配制:稱取適量的一種或幾種親油性乳化劑，將其按照總重量百分比
0.1?0.5%添加到飽和食用油中，磁力攪拌至混勻；
(3)外水相W2的配制:稱取適量的一種或幾種親水性乳化劑，將其按照總重量百分比
0.1?1%添加到1?3%海藻酸鈉水溶液中，磁力攪拌至混勻；
(4)外油相配02的配制:稱取適量的一種或幾種親油性乳化劑，將其按照總重量百分比2?4%添加到普通食用油中，磁力攪拌至混勻；
(5 )氯化鈣固化劑的配制:首先制備一定量的重量比為1?10%的氯化鈣水溶液，然后按照體積1: 5?1:10的比例將氯化鈣水溶液添加到一定量步驟(4)的外油相中，超聲混勻后備用；
(6)殼聚糖溶液的配制:按照重量比為1?3%的比例將一定量的殼聚糖溶解到pH值為3?4的醋酸/檸檬酸等酸性溶液中，磁力攪拌均勻后備用；
(7)第一次快速膜乳化:按照體積1:1?1:5的比例將步驟(1)的內(nèi)水相預(yù)先添加到步驟
(2)的內(nèi)油相中磁力攪拌均勻，首先選取孔隙盡可能小的0.1?0.28μπι之間的SPG膜，然后將預(yù)混液放進(jìn)裝置中進(jìn)行第一次快速膜乳化1?3遍后形成^/^乳液； (8)第二次快速膜乳化:按照體積1:5?1:10的比例將步驟(7)的￥1/01乳液預(yù)先添加到步驟(3)的外水相中磁力攪拌均勻，選取0.28?5.2μπι不等的SPG膜，然后將預(yù)混液放進(jìn)裝置中進(jìn)行第二次快速膜乳化1?3次后形成^瓜/^乳液；
(9)第三次快速膜乳化:按照體積1:10?1:20的比例將步驟乳液預(yù)先添加到步驟(4)的外油相中磁力攪拌均勻，選取5.2?9.2μπι不等的SPG膜，然后將預(yù)混液放進(jìn)裝置中進(jìn)行第三次快速膜乳化1?3次后最終制得Wi/U/Ws/Os四相復(fù)乳；
(10)第一次固化:根據(jù)海藻酸鈉大分子中所含古洛糖醛酸單元的數(shù)量，按照1:1?1:4的摩爾比將步驟(5)制備的氯化鈣添加到步驟(9)制備的四相復(fù)乳中，30?60°C溫控條件下以100?300rpm固化2?6小時(shí)；
(11)第二次固化:首先將步驟(10)制備的海藻酸鈣微囊洗脫掉外油相后用一定量去離子水懸浮，然后按照等體積的比例將步驟(6)制備的殼聚糖溶液添加到該溶液中，以100?300rpm磁力攪拌下固化1?3小時(shí)，洗脫掉多余的殼聚糖后將微囊用少量去離子水懸??；
(12)冷凍干燥:將步驟(11)微膠囊懸浮液冷凍干燥24?72小時(shí)，即得所述的納米級(jí)硫酸亞鐵固體微膠囊。
[0013]進(jìn)一步的，通過(guò)選取相應(yīng)孔隙的SPG膜可制備500-1000nm且粒徑大小均一的硫酸亞鐵微膠囊。
[0014]本發(fā)明專利的有益效果為:
(1)在微囊化技術(shù)方面，本申請(qǐng)采用連續(xù)多次快速膜乳化工藝，制備出粒徑均一、尺寸可控(納米級(jí))的硫酸亞鐵微膠囊，而且快速膜乳化技術(shù)還具備規(guī)?；a(chǎn)的現(xiàn)實(shí)可行性；
(2)本申請(qǐng)首次采用四相復(fù)乳工藝，在保證乳液均一穩(wěn)定的前提下，又在硫酸亞鐵內(nèi)水相外面添加了一層致密的食用油級(jí)別的內(nèi)油相作為保護(hù)層，這樣可以有效阻止外界空氣與亞鐵離子的接觸，從而使得產(chǎn)品的穩(wěn)定性更強(qiáng)；
(3)對(duì)于任何微囊化產(chǎn)品而言，無(wú)論是制備單一乳液(如W/0或0/W)，還是多相復(fù)乳(如W/0/W、0/W/0或者更加復(fù)雜的結(jié)構(gòu))，保證乳液的穩(wěn)定而不破乳是最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。本申請(qǐng)采用快速膜乳化工藝，其相對(duì)于傳統(tǒng)的如高壓均質(zhì)、超聲等乳液制備工藝，具有低能耗、低剪切力等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，對(duì)增強(qiáng)乳液的穩(wěn)定性及增加對(duì)亞鐵離子的保護(hù)性至關(guān)重要；
(4)根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品需要，通過(guò)選取不同孔隙的SPG膜，可以制備幾百納米尺寸不等，且粒徑大小均一的硫酸亞鐵微膠囊；
(5)整個(gè)微囊化生產(chǎn)工藝流程中采用的均為食品級(jí)原料，未引入任何食品加工助劑以及有毒有害的化學(xué)物質(zhì)，這對(duì)于微膠囊后續(xù)的推廣應(yīng)用，尤其是嬰幼兒食品的強(qiáng)化將會(huì)更加安全可靠；
(6)海藻酸鈉及殼聚糖均為天然可生物降解的多糖類物質(zhì)，價(jià)廉易得且兼具保健功效，加之硫酸亞鐵本身低成本而又高效，會(huì)使得產(chǎn)品生產(chǎn)成本總體大幅降低，適于廣泛的推廣和應(yīng)用；
(7)海藻酸鈣-殼聚糖微膠囊具有胃不溶而腸溶、緩釋的特性，對(duì)于硫酸亞鐵的金屬味道遮蓋效果很好，能提高尤其是嬰幼兒對(duì)該類產(chǎn)品的可接受度。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為硫酸亞鐵微膠囊的制備工藝流程圖； 圖2為硫酸亞鐵微囊化四相復(fù)乳模擬構(gòu)造圖；
圖3為硫酸亞鐵微膠囊掃描電鏡圖片。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，但不局限于說(shuō)明書上的內(nèi)容。
[0017]實(shí)施例1:
(1)內(nèi)水相Wi的配制:稱取0.lg水溶性抗壞血酸，將其添加到100ml的20%硫酸亞鐵水溶液中，避光環(huán)境下磁力攪拌至混勻；
(2)內(nèi)油相(h的配制:稱取0.lg司盤80，將其添加到100