一种改善机械性能的淀粉胶囊的制作方法

本发明涉及一种改善机械强度的淀粉胶囊，属于医药制造或食品加工领域。

背景技术：

胶囊作为一种保护性包裹材料，被广泛应用于医药和食品加工行业。根据胶囊的应用需求，使得胶囊材料需要拥有一定的水溶性，以及合适的机械强度，使其能在水中溶解释放内容物，同时在受到外力时能保持原有形态不致破损。

明胶是胶囊的传统制作材料，机械强度高、韧性好，同时能溶解于30+℃的水中，至今仍是应用最广泛的胶囊材料。然而，由于明胶的原材料为动物性胶原，提炼来自于猪、牛等动物的皮骨毛发，从而很容易含有大量内源性的病原体或重金属等有毒有害物质，而对其进行纯化则需要耗费大量的人工和经济成本。而各类宗教人士由于信仰原因，导致其对提取自动物的明胶胶囊抱有天然的抗拒心理。此外，不良商家使用病死牲畜皮毛甚至废旧皮革制品作为原料熬制明胶，制作出大量毒胶囊，对广大病患及消费者造成了巨大的安全隐患，这使得明胶胶囊在近些年来饱受诟病。

淀粉胶囊作为一种植物源性制品，原料来源广泛、成本低廉且安全可靠，加工处理流程简便快捷，无动物内源性病原体和其他致敏物质，能完美解决明胶胶囊的多种先天缺陷和风险弊端，是一种明胶胶囊的完美替代品。然而，由于淀粉分子结构规整，冷却失水后极易结晶，胶囊中的淀粉晶体微粒导致其变硬变脆，在保存、运输和填料时容易破损，限制了其应用推广。

因此，改善淀粉胶囊的机械强度有着很大的现实意义。CN201410077779中提出了添加羟丙基纤维素、柠檬酸钠、纳米二氧化硅等增强剂提高淀粉胶囊的拉伸强度，提升了淀粉胶囊在制作和套合过程中抗拉伸的能力。然而，在失水干燥后，面对反复挤压变形仍然容易产生囊体的破碎，填装机上机合格率不达标，影响了其在工业自动化大生产中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种改善机械强度的内骨架淀粉胶囊的制作工艺，通过在淀粉原浆中添加适量骨架结构增强其机械强度，以满足淀粉胶囊在运输、装填时的强度要求。

本发明提供一种改善机械性能的淀粉胶囊，包括淀粉或改性淀粉，增强剂和内骨架材料，所述内骨架材料由支架材料和交联材料交联制得。

所述淀粉胶囊包括以下重量份配比的成份：50-150重量份的淀粉或改性淀粉，1-5重量份的增强剂和10-20重量份的内骨架材料；

所述内骨架材料结构包括三臂、四臂网状结构。

本发明进一步提供一种改善机械性能的淀粉胶囊的制备方法，包括如下步骤制备而成：

1） 将支架材料和交联材料溶于良溶剂中，再投入脱水剂和催化剂，于室温下反应后将反应溶液倾入不良溶剂中沉淀，过滤后固体用少量良溶剂溶解并过滤，于不良溶剂中再次沉降，再过滤后干燥得内骨架材料；

2） 将淀粉原料、增强剂、内骨架材料投入到去离子水中，在真空下保持搅拌，升温并使其完全糊化，然后冷却；

3） 然后将上述胶液制成胶囊坯体。

进一步优选以下制备方法：

(一)骨架材料的合成

将支架材料和交联材料按摩尔比1.5~2：1的比例溶于良溶剂中，再投入等摩尔量的脱水剂和催化量的催化剂，于室温下反应3~8h后将反应溶液倾入2~5倍不良溶剂中沉淀，过滤后固体用少量良溶剂溶解并过滤，于不良溶剂中再次沉降，再过滤后于40~50℃下真空干燥3~8h得内骨架材料；

(二)淀粉胶囊胶液的制备

将50-150重量份淀粉原料、1~5重量份增强剂、10~20重量份内骨架材料投入到3~10倍的去离子水中，在-0.09Mpa~-0.07Mpa真空度下保持搅拌，升温至70~90℃并保持1~5h使其完全糊化，冷却至50~60℃备用；

(三)淀粉胶囊的制胚

使用自动制胚机，通过裹蘸、冷却、拔囊等工艺步骤将上述胶液制成胶囊坯体；

步骤1中，选用的支架材料包括但不限于端羧基聚乙二醇、端羟基聚乙二醇中的一种或多种；选用的交联材料包括但不限于季戊四醇、甘油、柠檬酸中的一种或多种；

步骤1中，选用的良溶剂包括但不限于四氢呋喃、二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、三氯甲烷中的一种或多种；选用的不良溶剂包括但不限于乙醚、石油醚、正己烷中的一种或多种；

步骤1中，选用的脱水剂包括但不限于对1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐、N,N-二异丙基碳二亚胺、二环己基碳二亚胺中的一种或多种；催化剂包括但不限于4-二甲氨基吡啶、N-羟基苯并三氮唑、N-羟基琥珀酰亚胺、对甲苯磺酸、氨基磺酸中的一种或多种；

步骤2中，选用的淀粉原料为淀粉或者改性淀粉，改性淀粉优选预胶化淀粉、羟丙基淀粉、预胶化羟丙基淀粉中的一种或多种；

步骤2中，选用的增强剂包括但不限于甘油、山梨糖醇、甘露醇、卡拉胶、普鲁兰多糖、结冷胶中的一种或多种。

附图

图1 内骨架淀粉胶囊示意图；

图2 在25℃下测试内骨架淀粉胶囊1~3以及无骨架淀粉胶囊的杨氏模量，记录各自的应力-应变曲线；

图3 在45℃下测试内骨架淀粉胶囊1~3以及无骨架淀粉胶囊的杨氏模量，记录各自的应力-应变曲线。

具体实施方式

以下具体实施例是用以进一步清楚的阐述发明内容，而非对该专利保护范围的限制。

其中实施例1~3分别为骨架材料1、骨架材料2、骨架材料3的合成过程，实施例4~6分别为内骨架淀粉胶囊1、内骨架淀粉胶囊2、内骨架淀粉胶囊3，对比例为无骨架淀粉胶囊，试验例1~2分别为25℃和45℃下各淀粉胶囊的拉伸强度测试，试验例3为各淀粉胶囊的弯曲疲劳测试，试验例4为各淀粉胶囊的崩解时限测试。

实施例1

将10kg端羧基聚乙二醇5000和0.15kg季戊四醇溶于四氢呋喃中，并加入0.22kg的1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和0.012kg的4-二甲氨基吡啶，于室温搅拌反应8h后将反应溶液倾入2倍的乙醚中沉淀，过滤并离心，然后固体用少量三氯甲烷溶解并过滤，于2倍乙醚中再次沉降，过滤后于40℃下真空干燥8h得四臂骨架材料1。

实施例2

将10kg端羟基聚乙二醇5000和0.19kg柠檬酸溶于二氧六环中，并加入0.16kg的N,N-二异丙基碳二亚胺和0.012kg的N-羟基琥珀酰亚胺，于室温搅拌反应6h后将反应溶液倾入3倍的正己烷中沉淀，过滤并离心，然后固体用少量二氯甲烷溶解并过滤，于3倍正己烷中再次沉降，过滤后于45℃下真空干燥5h得三臂骨架材料2。

实施例3

将10kg端羧基聚乙二醇5000和0.1kg甘油溶于二甲基亚砜中，并加入0.23kg的二环己基碳二亚胺和0.014kg的N-羟基苯并三氮唑，于室温搅拌反应3h后将反应溶液倾入5倍的石油醚中沉淀，过滤并离心，然后固体用少量二氯甲烷溶解并过滤，于5倍石油醚中再次沉降，过滤后于50℃下真空干燥3h得三臂骨架材料3。

实施例4

将100kg预胶化羟丙基淀粉、3kg结冷胶、15kg骨架材料1投入到500kg的去离子水中，在-0.09Mpa真空度下保持搅拌，升温至80℃并保持3h使其完全糊化，冷却至60℃备用。

使用自动制胚机，通过裹蘸、冷却、拔囊等工艺步骤将上述胶液制成内骨架淀粉胶囊1。

实施例5

将100kg预胶化羟丙基淀粉、3kg结冷胶、10kg骨架材料2投入到500kg的去离子水中，在-0.09Mpa真空度下保持搅拌，升温至90℃并保持3h使其完全糊化，冷却至60℃备用。

使用自动制胚机，通过裹蘸、冷却、拔囊等工艺步骤将上述胶液制成内骨架淀粉胶囊2。

实施例6

将100kg预胶化羟丙基淀粉、2kg结冷胶、12kg骨架材料3投入到500kg的去离子水中，在-0.09Mpa真空度下保持搅拌，升温至85℃并保持3h使其完全糊化，冷却至60℃备用。

使用自动制胚机，通过裹蘸、冷却、拔囊等工艺步骤将上述胶液制成内骨架淀粉胶囊3。

对比例

将100kg预胶化羟丙基淀粉、3kg结冷胶投入到500kg的去离子水中，在-0.09Mpa真空度下保持搅拌，升温至80℃并保持3h使其完全糊化，冷却至60℃备用。

使用自动制胚机，通过裹蘸、冷却、拔囊等工艺步骤将上述胶液制成无骨架淀粉胶囊。

试验例1

取实施例4~6和对比例中的淀粉胶囊切成15mm长、5mm宽片状，平均厚度为0.1mm，在25℃下分别进行拉伸试验，测试其在不同应力下的应变，以及断裂拉伸强度和断裂伸长率，一式三份取平均值，数据见表1、图2。

表1

试验例2

取实施例4~6和对比例中的淀粉胶囊切成15mm长、5mm宽片状，平均厚度为0.1mm，在45℃下分别进行拉伸试验，测试其在不同应力下的应变，以及断裂拉伸强度和断裂伸长率，一式三份，数据见表2、图3。

表2

试验例3

取实施例4~6和对比例中的淀粉胶囊切成15mm长、5mm宽片状，平均厚度为0.1mm，在25℃下分别进行弯曲疲劳试验，载荷为0.1N，记录其碎裂时的弯曲次数，一式三份，数据见表3。

表3

试验例4

取实施例4~6和对比例中的淀粉胶囊各6粒，使用崩解仪在37±1℃的水中，测定各淀粉胶囊的崩解时限，以6粒全部崩解为准，结果见表4。

表4