无机蒙脱土／琼脂复配体系空心胶囊的制备

2014-05-03马楠松庞素娟潘莉莎

食品与机械 2014年3期

马楠松庞素娟徐鼐潘莉莎林强

MA Nan－song 1 PANG Su－juan 1 XU Nai 1 PAN Li－sha 1 LIN Qiang 2

（1.海南大学材料与化工学院，海南海口 570228；2.海南师范大学化学与化工学院，海南海口 571158）

（1.School of Materials and Chemical Engineering，Hainan University，Haikou，Hainan 570228，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Hainan Normal University，Haikou，Hainan 570228，China）

目前，普遍应用的药用空心硬胶囊的主要壁材为动物明胶，来源于动物的骨骼及毛皮。由于明胶属于动物蛋白类物质，遇醛类物质易发生交联固化反应，致使胶囊崩解时间延长，药物的释放性能大打折扣。

此外，由于明胶本身可被多种微生物利用，因此在目前的胶囊生产中多采用羟基苯甲酸酯类防腐剂作为霉菌的抑制剂，这类抑制剂的应用也给明胶空心硬胶囊的应用带来了相关的健康问题［1，2］。特别需要提及的是，明胶胶囊不能被一些特定宗教信仰者或素食主义者接受［2，3］。

由于植物胶可以很好的克服动物明胶的缺点，因此，选用天然、植物性产品为原料的胶囊制品成为研究开发的热点。目前，可用于制备植物空心胶囊的植物胶种类大致有淀粉类［4］、海藻多糖［5］、琼脂［6］、卡拉胶［7］、果胶［8］、羟丙基甲基纤维素［9］、结冷胶［8］、普鲁兰多糖［10］等及其复配物［11］。但是，用于制备空心胶囊的植物胶市场价格大大高于动物明胶价格，限制了植物空心胶囊的应用规模。因此，迫切需要找到一种能够大幅降低植物胶囊成本的有效方法。

琼脂是由红藻类植物提取的亲水性胶体，主要成分为多聚半乳糖的硫酸脂，可以被用作胶凝剂、增量剂、增稠剂、乳化剂、稳定剂、赋形剂等等，在食品工业、医药工业、日用化工、生物工程等许多方面有着广泛的应用［12，13］。琼脂不溶于冷水，易溶于90℃以上的热水。当温度降低至40℃以下时，胶液快速形成凝胶。值得一提的是，琼脂胶液的凝固性很强，即使其固含量在0.5%WT时，仍能够提供较强的凝胶强度。因此，琼脂在植物空心胶囊中可以起到凝固剂的作用。

蒙脱石是一种层状硅酸盐矿物，其单位晶胞由2层硅氧四面体片（T）和1层铝氧八面体片（O）组成，属于典型的“三明治”结构［14］。蒙脱土无臭无味、极细、土色，不溶于水和有机溶剂，但可在水中形成稳定的悬浮液［15］。由于蒙脱土独特的化学组成和矿物晶体结构，能起到其他化学合成药剂辅料所不能替代的作用，可作为新药或制剂的辅料成分。如蒙脱土在疾病的治疗中可以降低药物的毒副作用，减少用药剂量，增强药物的药理活性，调节药物在体内的释放速度，减少刺激性药物对胃肠道的副作用等［16］。

本研究选择琼脂作为胶囊的凝固剂，与价格低廉的无机蒙脱土复配制备空心胶囊，研究配比及工艺条件对空心胶囊成型性能的影响。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

1.1.1 材料与试剂

无机蒙脱土：钠基，美国Nanocor公司；

技术琼脂粉：广东环凯微生物科技有限公司。

1.1.2 主要仪器设备

精密增力电动搅拌器：JJ－1型，常州澳华仪器有限公司；

集成式恒温加热器：DF－101S型，郑州长城科工贸有限公司；

电子分析天平：AUY220型，日本岛津Shimadzu公司；

电热恒温鼓风干燥箱：DHG－9240A型，上海一恒科学仪器有限公司；

游标卡尺：M302703型，北京量具刃具厂；

管厚规：BC07型，威海市量具厂有限公司；

旋转黏度计：DVⅡpro＋型，美国Brookfield公司；

智能崩解仪：BJ－2A型，天津创兴电子设备有限公司。

1.2 胶囊成型工艺流程

无机蒙脱土、琼脂粉→溶胶→养胶保温→蘸胶成型→干燥→拔壳、切割、整理→成品

（1）溶胶：称取一定量的钠基蒙脱土及琼脂粉加入到去离子水中，恒温水浴条件下加热并机械搅拌一段时间，使之形成均匀的复配胶液。

（2）养胶保温：将上述胶液在60℃下静置一段时间使之消泡，得到稳定的复配胶液。

（3）蘸胶成型：采用一对0＃模具（壳体模具和壳冒模具各一副）进行蘸胶成型试验，将模具缓慢浸入60℃的胶液中，等待6～8 s后，慢慢将模具提起，离开胶液面，翻转模具数次使之冷却成型。

（4）干燥：将带胶模具置于烘箱内干燥，60℃下干燥40 min。

（5）拔模及套合：采用专用拔钳将干燥好的空心胶囊壳从模具中拔出，按一定长度进行裁剪后，套合，得到一组完整的空心胶囊壳。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

（1）共混比例对蘸胶胶液黏度的影响：配制蒙脱土（MMT）—琼脂（AR）复配胶液，胶液固含量保持在7%，蒙脱土与琼脂共混比例分别为90／10，80／20，70／30，60／40，50／50，在90℃恒温水浴条件下搅拌溶胶60 min，降温至60℃，静置养胶40 min后，60℃下测定胶液黏度。

（2）溶胶温度对蘸胶胶液黏度的影响：固定复配胶的固含量为7%，无机蒙脱土与琼脂的共混比例为70／30，分别在70，75，80，85，90℃的恒温水浴条件下搅拌溶胶60 min，降温至60℃左右静置养胶40 min后，60℃下测定胶液黏度。

（3）溶胶时间对蘸胶胶液黏度的影响：固定复配胶的固含量为7%，MMT与AR的共混比例为70／30，在90℃恒温水浴条件下搅拌溶胶，溶胶时间分别为0，20，40，60，80 min，降温至60℃静置养胶40 min，60℃下测定胶液黏度。

（4）养胶时间对蘸胶胶液黏度的影响：固定复配胶的固含量为7%，MMT与AR的共混比例为70／30，在90℃恒温水浴条件下搅拌溶胶40 min，降温至60℃静置养胶，养胶时间分别为0，20，40，60，80 min，60℃下测定胶液黏度。

1.3.2 蘸胶胶液黏度的测定使用博力飞黏度计测定。

1.3.3 胶液凝胶强度的测定将底面面积约1 cm2的玻璃棒垂直固定在一支架上，与托盘天平左盘烧杯里的凝胶表面接触，天平右端添加砝码直至20 s内凝胶表面破裂，此时砝码的质量即为凝胶强度［12］。

1.3.4 凝胶的熔化温度测定采用落球法进行测定。预先在试管中制备一定体积的凝胶，在凝胶表面放入一钢球并插入温度计密封试管，温度计的水银泡尽量与钢球接近以减少试验误差。以1℃／min的升温速度对试管凝胶水浴加热。钢球下落时的温度即为凝胶的熔化温度［12］。

1.3.5 胶囊成型快慢及壁厚成型快慢用凝胶形成时间表征，采用计时器记录从蘸模至溶胶凝固所需的时间。胶囊壁厚由数显卡尺和管厚规测定。

2 结果与讨论

2.1 共混比例对胶囊成型的影响

MMT／AR共混比例对胶囊成型性能的影响较为显著。由表1可知，随着AR在总固含量中所占比例的增加，胶液黏度、胶囊壁厚、凝胶强度及凝胶熔化温度均明显增大。当AR所占比例在30%及以上时，所制备出的胶囊壁厚达到国标要求、且蘸胶成型过程所需的时间小于2 s。但当复配体系中AR与MMT的共混比例达到50／50时，所制备出的胶囊壁厚过厚且厚度不均匀，此时的复配胶液黏度达到6 576 mPa·s，复配胶的凝胶强度高达125 g／cm2，胶液流动性差、凝固太快使得蘸胶过程不易控制。考虑到综合因素，最后选择MMT与AR共混比例为70／30作为制备胶囊的最佳原料配比。

2.2 溶胶温度对胶囊成型的影响

表1 共混比例对胶囊成型性能的影响Table 1 Effect of blending ratio on the processability of capsule

由表2可知，当溶胶温度低于85℃时，所制备的复配胶液无法蘸胶成型，而溶胶温度为85℃时，虽然可以蘸胶成型，但胶囊壳壁厚较薄、表面粗糙、强度差易碎，只有溶胶温度达到90℃时才能制备出成型好、壁厚均匀达标的空心胶囊壳。这可能是由于低于90℃时，AR在水中的溶解性较差，胶液中仍有部分AR未溶解，导致胶液的凝固力不足所致。由此确定制备MMT—AR复配胶液的最佳溶胶温度为90℃。

表2 溶胶温度对胶囊成型性能的影响Table 2 Effects of dissolving temperature on processability of capsule

2.3 溶胶时间对胶囊成型的影响

由表3可知，胶囊壁厚随溶胶时间延长变化不大，复配胶凝胶强度及凝胶熔化温度随溶胶时间的变化趋势一致。随着溶胶时间的增加，胶液的黏度先增大后减小，在溶胶40 min时出现最大值，之后随着溶胶时间的延长，胶液黏度减小。这是由于随着溶胶时间的增加，琼脂逐渐溶解，胶液黏度不断增大。当溶胶时间达到40 min后，随着溶胶时间的继续延长，琼脂多糖分子链在高温下开始出现部分降解，导致胶液黏度开始降低。而复配胶凝胶强度随溶胶时间的变化趋势与黏度的变化趋势相同，同样在溶胶时间为40 min左右时出现拐点。综上所述，选择溶胶时间40 min为宜。

2.4 养胶时间对胶囊成型的影响

表3 溶胶时间对胶囊成型性能的影响Table 3 Effect of dissolving time on processability of capsule

由表4可知，胶囊壁厚随胶液养胶时间延长变化不大，但在养胶40 min后胶囊壁厚开始变薄。随着养胶时间的增加，胶液的黏度缓慢增大，但在养胶40 min后，胶液黏度出现急剧增大的趋势。这是因为开始养胶时，复配体系中的琼脂多糖大分子链相互碰撞结合而形成氢键及缠结点，随着养胶时间的延长，氢键及缠结点不断增多，导致胶液黏度不断增多，当养胶时间超过40 min后，这些氢键及缠结点急剧增多，有进一步形成物理交联网络的趋势，导致胶液黏度开始出现突变。与之相比，胶液的凝胶强度在养胶20 min后，达到最大值，之后随着养胶时间的延长，其强度出现一定程度的降低。综合考虑，选择养胶时间在40 min为宜。

表4 养胶时间对胶囊成型性能的影响Table 4 Effect of holding time on processability of capsule

3 结论

本试验以MMT和AR为主要原料，通过胶液蘸模法制备了MMT—AR空心胶囊壳。与传统植物胶囊制备工艺相比，该法在AR植物胶液中引入无机组分——钠基蒙脱土作为填充剂，大大降低了原料成本。通过考察和研究蒙脱土的加入及工艺条件对胶液胶囊成型性能的影响，得到了最佳配比及成型工艺为当总固含量为7%WT时，MMT与AR共混比例为70／30，在90℃的溶胶温度下恒温搅拌溶胶40 min，60℃下养胶40 min。在该工艺条件下制备出的二元复配胶囊成型性能好、外观为亚光半透明、壁厚在0.08至0.12 mm之间，符合国家药典对胶囊壁厚的要求。

另外，本研究还一些不足之处，如一般来说，模具的温度越低，越有利于胶液的蘸胶定型，但由于实验室条件所限，不能很好地调节模具的温度，因此本试验暂不考虑模具温度对蘸胶成型的影响。这都将留待以后进一步研究讨论。

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2 吴国庆.一种新型植物胶囊膜材料及其生产方法：中国，101406704［P］.2009－04－15.

3 石海峰，宁周云.一种用于制备植物空心硬胶囊的组合物及胶囊的制备方法：中国，101167705［P］.2008－04－30.

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