本发明属于天然产物微胶囊的技术领域，特别涉及一种天然胡萝卜素微胶囊粉末及其制备方法。
背景技术：
天然胡萝卜素主要是从植物中经溶剂萃取、精制而成的。主要着色物质为β-胡萝卜素和α-胡萝卜素，β-胡萝卜素占大多数。天然胡萝卜素具有解毒作用，是维护人体健康不可缺少的营养素，在抗癌、预防心血管疾病、白内障及抗氧化上有显著的功能，并进而防止老化和衰老引起的多种退化性疾病。
天然胡萝卜素中的主要成分β-胡萝卜素含有相当数量的顺式异构体，较常见的如9-顺式β-胡萝卜素和15-顺式β-胡萝卜素，有文献表明9-顺式异构体较全反式异构体具有更强的抗氧化性。
有文献报道，天然提取品中各种构型异构体在体内的共同协同作用是天然β-胡萝卜素显现出特殊生理功能的重要原因，即抗癌性、抗衰老性等特殊生理功能是顺式异构体表现出来的，全反式异构体没有这些生理活性。但也有文献报道，顺式异构体之所以能表现出生理活性是由于顺式异构体容易被胆汁吸收，从而才能在人体中表现出生理活性，而全反式异构体很难被人体吸收利用，所以未能表现出生理活性。β-胡萝卜素在植物、微生物和细菌体内的合成，以及β-胡萝卜素在人体内的具体生理代谢过程还没有达到共识，有待人们进一步的研究发现。
微胶囊技术是指把固体、液体或气体包埋在一个微小的、密封的囊中，在特定条件下，以可控制的速度释放其中芯材的技术。得到的微小粒子叫微胶囊，微胶囊内部装载的物料称为芯材，可以是单一的固体、液体或气体，也可以是固液、液液、固固或者气液混合体等；外部包囊的壁膜称为壁材(或称包囊材料)，通常是单层结构，也可以是多层结构包埋物。一般粒子大小在微米或范围，习惯上是指粒径处于1～1000m的粒子。由于此项技术可以改变物质形态、保护敏感成分、隔离活性物质、降低挥发性、使不相溶成分混合并降低某些化学添加剂的毒性等，为食品工业高新技术的开发展现了良好前景。
将天然胡萝卜素制成微胶囊粉剂后，使天然胡萝卜素隔绝了空气、光等导致其褪色的因素，大大提高了产品的稳定性，亦可在水中均匀扩散。虽然现有技术有对天然胡萝卜素粉末进行微胶囊化，但所获得的天然胡萝卜素微胶囊的包埋率一般为90％多，最高不超过95％，其保质期一般不超过400天。而包埋率是影响天然胡萝卜素粉末稳定性(保质期)的重要影响，特别对于包埋率在95％以上的天然胡萝卜素微胶囊粉末，研究表明，每提高1％的包埋率，可至少延长60天的保质期，其影响对于南方的潮湿天气更为明显。为了进一步提高包埋率，延长保质期，需要对微胶囊技术中的组分及其工艺作进行改进。
技术实现要素：
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种包埋率高、稳定性好、在冷水中容易溶解的天然胡萝卜素微胶囊粉末。
本发明的另一目的在于提供一种上述天然胡萝卜素微胶囊粉末的制备方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种天然胡萝卜素微胶囊粉末，该天然胡萝卜素微胶囊粉末是采用包括以下重量份数的组分制成：芯材5～15份，壁材20～80份，油相抗氧化剂0.1～2份，水相抗氧化剂0.1～5份，乳化剂0.1～7份，增稠剂0.1～2份，酸度调节剂0.1～2份，分散剂30～140份；所述芯材为天然胡萝卜素油悬液；所述壁材为辛烯基琥珀酸淀粉钠、阿拉伯胶和多孔淀粉中的一种以上；所述分散剂为麦芽糊精、蔗糖和淀粉糖浆中的一种以上。
优选地，天然胡萝卜素微胶囊粉末采用包括以下重量份数的组分制成：芯材5～10份，壁材40～80份，油相抗氧化剂0.1～2份，水相抗氧化剂0.1～5份，乳化剂0.1～7份，增稠剂0.1～2份，酸度调节剂0.1～2份，分散剂40-～120份。
优选地，所述芯材与壁材的质量之比为1：4～8；更优选地，所述芯材与壁材的质量之比为1：5～6。
优选地，所述芯材与分散剂的质量之比为1：4～14；更优选地，所述芯材与分散剂的质量之比为1：8～12。
所述油相抗氧化剂为抗坏血酸棕榈酸酯、维生素e、丁基羟基茴香醚、二丁羟基甲苯、叔丁基对苯二酚中的一种或一种以上；所述水相抗氧化剂为抗坏血酸、抗坏血酸钠、d-异抗坏血酸钠和茶多酚中的一种以上。
所述乳化剂为单硬脂酸甘油酯、改性大豆磷脂、酪蛋白酸钠、柠檬酸脂肪酸甘油酯和蔗糖脂肪酸酯中的一种以上；所述增稠剂为羧甲基纤维素钠、明胶和海藻酸钠中的一种以上；所述酸度调节为柠檬酸、柠檬酸钠和乳酸钠中的一种以上。
在保证天然胡萝卜素微胶囊粉末的冷水溶解性的前提下，本发明通过调节微胶囊技术中配方的组分及用量，特别是改变分散剂的用量，制备出包埋率高、稳定性好的天然胡萝卜素微胶囊粉末。与现有技术中只添加相对少量的分散剂不同，发明人发现通过选取麦芽糊精、蔗糖、淀粉糖浆，并且大大增加分散剂的用量，不仅没有影响微胶囊的成型，反而可以进一步提高天然胡萝卜素微胶囊粉末，继而提高天然胡萝卜素微胶囊粉末的稳定性，延长其保质期。
在上述配比的基础上，通过限定所述芯材与壁材、及分散剂的质量之比，可进一步提高天然胡萝卜素微胶囊粉末的稳定性。
所述天然胡萝卜素一般采用天然胡萝卜素植物油悬液，优选采用天然胡萝卜素大豆油悬液，其中天然胡萝卜素大豆油悬液中天然胡萝卜素的含量为15％～30％；因此可根据所需要加入的天然胡萝卜素的用量来调整天然胡萝卜素大豆油悬液的用量。
上述的天然胡萝卜素微胶囊粉末的制备方法，包括以下步骤：
s1.将壁材、分散剂、水相抗氧化剂、乳化剂、增稠剂、酸度调节剂加入到水中，在50℃～80℃下加热，搅拌至溶解，保温备用，制得水相；
s2.将芯材、油相抗氧化剂混合，在惰性气体的条件下160℃～180℃加热，制得油相；
s3.将油相与水相进行混合，分散，制得初乳液；对所述初乳液进行均质，制得微乳液；
s4.利用喷雾塔对所述微乳液进行喷雾干燥，喷雾塔中的雾化器的转速为4000转/分钟～15000转/分钟，喷雾塔的进风口温度为150℃～200℃，喷雾塔的出风口温度为70℃～90℃，喷雾干燥后所得粉末即为天然胡萝卜素微胶囊粉末。
所述的步骤s1在50℃～70℃保温备用。
所述的步骤s2包括利用反应釜导热油外循环冷却系统将所述油相冷却至70℃～90℃，保温；
所述的步骤s3中，将油相以流速60升/小时～180升/小时注入水相中，油相与水相进行混合，进行分散，分散速度为4000转/分钟～15000转/分钟，分散时间为3～10分钟，优选2～5分钟，制得初乳液；对所述初乳液进行均质1次～3次，压力为20兆帕～100兆帕，制得微乳液。所述分散是采用高速剪切机进行的，进一步地，所述分散速度为8000转/分钟～15000转/分钟，优选为10000转/分钟～15000转/分钟。
喷雾干燥技术是将乳液制成稳定的微胶囊粉末的关键技术。对β-胡萝卜素微胶囊的喷雾干燥工艺进行研究不仅可以提高产品质量、保护天然胡萝卜素的活性，也能提高产品得率、降低制作成本、防止环境污染。
进一步地，所述雾化器装有造粒盘，所述造粒盘可制作出粒径为250微米～350微米的小液滴。
喷雾塔的特殊装置可适应南方特殊潮湿气候生产。增加了雾化造粒装置、干燥冷却送风装置、喷淋式水膜回收装置。所述喷淋式水膜回收装置能够有效收集粒径较小的粉末，防止粒径较小的粉末过多地排放到空气中，减少对空气的污染，并且提高收率。
为了更适合于南方潮湿的天气。进一步地，所述的步骤s4还包括利用干燥冷风对所述喷雾干燥后所得粉末进行冷却，所述干燥冷风的温度为20℃～40℃，优选为20℃～30℃这样能让粉末快速冷却下来，防止壁材裂开以及天然胡萝卜素氧化，也可以防止产品在包装过程中吸潮。
进一步地，所述的步骤s4还包括利用旋风分离装器对所述粉末进行收集，所述旋风分离装器的风速为4500立方米/小时～5500立方米/小时，这样可大大提高产品的得率，减少跑粉几率，减少粉末对环境的污染。
进一步地，所述的步骤s4还包括利用喷淋式水膜回收装置对所述粉末进行二次收集，这样可大大提高产品的得率，减少跑粉几率，减少粉末对环境的污染。
本发明与上述现有技术相比具有如下突出的优点及有益效果：
本发明通过调节微胶囊技术中配方的组分及用量，在保证天然胡萝卜素的冷水溶解性的前提下，特别是改变分散剂的用量，制备出包埋率高的天然胡萝卜素微胶囊粉末，大大提高天然胡萝卜素微胶囊粉末的稳定性。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
s1.在50℃～80℃条件下，将壁材(60kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(58kg麦芽糊精、58kg淀粉糖浆)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.5kg改性大豆磷脂)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸)加入到300kg的去离子水中，搅拌至溶解，制得水相，在50℃～70℃保温备用。
s2.将芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合，在惰性气体、密闭空间的条件下160℃～180℃加热2～5分钟，制得油相，急速冷却至70℃～90℃保温备用。
s3.将油相注入水相中，采用4000转/分钟～15000转/分钟的高速剪切机高速分散3分钟～10分钟，制得初乳液，再经过20兆帕～100兆帕高压均质1次～3次，制得微乳液。
s4.利用喷雾塔对所述微乳液进行喷雾干燥，微乳液进样速度为100升/小时～200升/小时，经导管进入喷雾塔中的雾化器，雾化器的转速为4000转/分钟～15000转/分钟，经雾化器中的造粒盘制作出粒径为250微米～350微米的小液滴，控制喷雾塔的进风口温度为150℃～200℃，喷雾塔的出风口温度为70℃～90℃，喷雾干燥后所得粉末即为天然胡萝卜素微胶囊粉末，得率为95％。
实施例2
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(40kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(134kg麦芽糊精)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸钠和2kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.5kg酪蛋白酸钠)、增稠剂(0.5kg明胶)、酸度调节剂(1kg柠檬酸一钠)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.5kg叔丁基对苯二酚、0.5kg丁基羟基茴香醚)混合。
实施例3
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(60kg辛烯基琥珀酸淀粉钠、10kg阿拉伯胶、10kg多孔淀粉)、分散剂(52kg麦芽糊精、40kg蔗糖)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kg茶多酚)、乳化剂(0.4kg改性大豆磷脂、0.7kg单硬脂酸甘油酯、0.3kg甘油)、增稠剂(2kg明胶)、酸度调节剂(2kg柠檬酸钠)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.4kg维生素e、0.2kg丁基羟基茴香醚)混合。
实施例4
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(60kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(80kg麦芽糊精、32kg蔗糖)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.6kg蔗糖脂肪酸酯、0.4kg单硬脂酸甘油酯、0.6kg甘油)、增稠剂(2kg明胶)、酸度调节剂(2kg柠檬酸钠)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合。
实施例5
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(50kg辛烯基琥珀酸淀粉钠、6kg阿拉伯胶)、分散剂(120kg麦芽糊精)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸钠、1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.5kg改性大豆磷脂)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg丁基羟基茴香醚、0.2kg叔丁基对苯二酚)混合。
实施例6
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(80kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(96.4kg麦芽糊精)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.1kg酪蛋白酸钠)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸一钠)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合。
实施例7
本实施例中的水相和油相的组分及用量与实施例1相同，与实施例1不同的是，对实施例1中的方法参数作进一步的改进，具体步骤如下：
s1.在50℃～80℃条件下，将壁材(60kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(58kg麦芽糊精、58kg淀粉糖浆)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.5kg改性大豆磷脂)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸)加入到300kg的去离子水中，搅拌至溶解，制得水相，在50℃～70℃保温备用。
s2.将芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合，在惰性气体、密闭空间的条件下160℃～180℃加热2～5分钟，制得油相，急速冷却至70℃～90℃保温备用。
s3.将油相注入水相中，采用4000转/分钟～15000转/分钟的高速剪切机高速分散3分钟～10分钟，制得初乳液，再经过20兆帕～100兆帕高压均质2次～3次，制得微乳液。
s4.利用喷雾塔对所述微乳液进行喷雾干燥，微乳液进样速度为150升/小时～200升/小时，经导管进入喷雾塔中的雾化器，雾化器的转速为10000转/分钟～15000转/分钟，经雾化器中的造粒盘制作出粒径为250微米～350微米的小液滴，控制喷雾塔的进风口温度为180℃～200℃，喷雾塔的出风口温度为70℃～90℃，之后利用干燥冷风来迅速冷却高温粉末，可将粉末冷却至30℃～40℃，冷却后的粉末经旋风分离装置进行产品收集，旋风分离送风机的风速为4500立方米/小时～5500立方米/小时,制得天然胡萝卜素微胶囊粉末，得率为98％。
对比例1
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(60kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(5kg麦芽糊精、5kg淀粉糖浆)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.5kg改性大豆磷脂)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合。
对比例2
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(10kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(80kg麦芽糊精、60kg蔗糖)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.5kg改性大豆磷脂)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合。
对比例3
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(90kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(100kg麦芽糊精、50kg蔗糖)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.1kg酪蛋白酸钠)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸钠)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合。
对比例4
本实施例的制备方法与实施例1相同，与实施例1不同的是，水相和油相的组分及用量为：
壁材(60kg辛烯基琥珀酸淀粉钠)、分散剂(120kg蔗糖)、水相抗氧化剂(1kg抗坏血酸和1kgd-异抗坏血酸钠)、乳化剂(0.5kg改性大豆磷脂)、增稠剂(0.1kg羧甲基纤维素钠)、酸度调节剂(1kg柠檬酸)；
芯材(20kg天然胡萝卜素15％油悬液)与油相抗氧化剂(0.2kg维生素e、0.2kgl-抗坏血酸棕榈酸酯)混合。
测试
对上述实施例及对比例所制备得到的天然胡萝卜素微胶囊粉末进行包埋率和保质期测试。
包埋率的检测
包埋率通过测试粉末的表面油含量和总油含量，并利用下列公式计算：包埋率的计算方式如下：包埋率(％)＝1-(表面油含量/总油含量×100％)。
保质期的检测
将天然胡萝卜素微胶囊粉末置于铝箔袋中，密封包装，于室温、室内散射光下存储，每10天检测天然胡萝卜素微胶囊的含量以及褪色情况，并通过天然胡萝卜素微胶囊的含量计算出天然胡萝卜素微胶囊的氧化率，当样品的氧化率大于15％，或者出现明显褪色则停止实验，记录储藏时间。
包埋率和保质期结果如表1所示：
表1
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。