一种酵素水凝胶颗粒及其制备方法与流程

本发明涉及酵素保存领域，尤其涉及一种酵素水凝胶颗粒及其制备方法。

背景技术：

酵素（enzyme），又称为酶，它是指具有生物催化功能的高分子物质。酵素能加快化学反应的速度（即具有催化作用）,机理是通过降低反应活化能而加快化学反应的速率。一些酶可以将反应物转化为产物的速率提高数百万倍。各酵素的活性应用源于各酵素的活性位点及其专一性,而活性位点为三维蛋白结构,其活性及其酶动力性易受环境因素如温度，ph值等影响,如因温度超出适宜的温度和ph值后，酶的活性会显著下降。

酵素在诸多领域有着重要的应用：在个人护理领域，酵素作为一种生物活性剂，常被制作成化妆品，用来护理皮肤的表面；牙膏里通过添加酵素成分，也能帮助清理、分解口腔中的含淀粉的残渣；在食品领域，酵素在蛋糕烘焙、奶酪制作、啤酒发酵等过程中也经常被使用到；在农业上，酵素可以被用作有机肥料，应用于无公害蔬菜的生产；因为酵素在常温下的高活性，它还常被用作绿色环保的洗涤剂，用于日常洗衣、洗碗以及工业上的清洁等。

酵素作为一种生物活性剂，其活性受酸碱度、温度、压力等环境条件的影响很大。为保持其在使用过程中的活性，酵素常常需要被包埋在一些微小的颗粒里。这些颗粒的壁面一方面能缓冲环境条件改变的对酵素的影响，保存其活性；另一方面能实现酵素成分的缓释，增加酵素产品的使用功能，在生活和工业领域发挥着重要的作用。传统的包埋方法一般都以水油乳液为模板，将需要包埋的物质混合在水相中，然后通过乳化机在高压下制作分布在油相里的水乳液，再进一步把乳液液滴固化，从而得到颗粒。然而，这些传统的包裹酵素的方法一般涉及到使用高压力、高温度、油溶剂等条件，不利于酵素活性的保存。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现要素：

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种酵素水凝胶颗粒其在温和条件下的制备方法，旨在解决现有包裹酵素的方法要用到高压力、高温度以及油溶剂等条件，对酵素活性影响较大的问题。

本发明的技术方案如下：

一种酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，包括步骤：

a、将酵素水溶液和海藻酸钠溶液分别通入到金属微流体喷头里的内、外层管道中；

b、控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液互相接触并形成核-壳结构的双相乳液液滴；

c、将所述双相乳液液滴加入到氯化钙水溶液中，待所述双相乳液液滴中的壳层交联固化后，即制得酵素水凝胶颗粒。

所述的酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，所述步骤b具体包括：

b1、采用两台流量泵分别控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量；

b2、通过调整所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量形成不同核-壳比例的双相乳液液滴。

所述的酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，所述步骤b之后还包括：

b10、在形成核-壳结构的双相乳液液滴过程中，对所述双相乳液液滴施加电场，调控所述双相乳液液滴的大小。

所述的酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，所述海藻酸钠溶液的浓度为1-3wt%。

所述的酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，所述金属微流体喷头的直径小于1mm。

所述的酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量均小于2ml/h。

所述的酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的雷诺数值均小于1。

所述的酵素水凝胶颗粒的制备方法，其中，所述氯化钙水溶液的浓度为2-4wt%。

一种酵素水凝胶颗粒，其中，采用如上任意一项酵素水凝胶颗粒的制备方法制备而成。

所述的酵素水凝胶颗粒，其中，所述酵素水凝胶颗粒为核-壳结构，其中，核是富含酵素的液相，壳是由海藻酸钙的水凝胶组成。

有益效果：本发明首先将酵素水溶液和海藻酸钠溶液分别通入到金属微流体喷头里的内、外层管道中，然后通过控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液互相接触并形成核-壳结构的双相乳液液滴，其中内核用于保存含酵素的液相，外壳是水凝胶用于保护核相的酵素；采用本发明的制备方法能够有效避免环境压力、酸碱度以及温度变化对酵素的影响，有效保证了酵素的生物活性。

附图说明

图1为本发明一种酵素水凝胶颗粒的制备方法较佳实施例的流程图。

图2为本发明用于制备酵素水凝胶颗粒的装置结构示意图。

图3为本发明海藻酸钠溶液交联固化形成水凝胶的过程示意图。

具体实施方式

本发明提供一种酵素水凝胶颗粒及其制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明一种酵素水凝胶颗粒的制备方法较佳实施例的流程图，如图所示，其包括步骤：

s100、将酵素水溶液和海藻酸钠溶液分别通入到金属微流体喷头里的内、外层管道中；

具体来说，预先准备好待包裹的酵素水溶液以及用于包裹酵素的海藻酸钠溶液，其中，所述酵素水溶液的浓度可根据实际需要任意配制，所述海藻酸钠溶液的浓度可控制为1-3wt%；优选地，为了增强包裹效果，可将海藻酸钠溶液的浓度配制为2wt%；

进一步，将预先配制好的酵素水溶液和海藻酸钠溶液分别通入到金属微流体喷头里的内、外层管道中；具体地，如图2所示，所述金属微流体喷头10由两个共轴的管道组成，即一个较大的管道（外层管道11）套着另一个较小的管道（内层管道12），所述内层管道用于通入酵素水溶液，外层管道用于通入海藻酸钠溶液。

s200、控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液互相接触并形成核-壳结构的双相乳液液滴；

所述步骤s200具体包括：

s210、采用两台流量泵分别控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量；

s220、通过调整所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量形成不同核-壳比例的双相乳液液滴。

具体来说，如图2所示，通过两台流量泵（未画出）分别控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量，为防止所述酵素水溶液与海藻酸钠溶液发生混合，需要精确控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量以及雷诺数值；

较佳地，本发明设置所述金属微流体喷头的直径小于1mm，同时控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量均小于2ml/h；控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的雷诺数值均小于1；通过上述设置，可保证酵素水溶液和海藻酸钠溶液在金属微流体喷头的出口处接触时，依然保持各自层流的特征，即所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液不会发生混合，从而可形成核-壳结构的双相乳液液滴。

更进一步，在保证酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量均小于2ml/h的前提下，通过调整酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量可形成不同核-壳比例的双相乳液液滴；例如当调整酵素水溶液的流量大于所述海藻酸钠溶液的流量时，则所述双相乳液液滴中的核所占的比例大于所述壳所占的比例；当调整所述海藻酸钠溶液的流量大于所述酵素水溶液的流量时，则所述双相乳液液滴中的壳所占的比例大于所述核所占的比例。也就是说，所述两相乳液液滴的核-壳的比例可以通过流量泵调整两相流量实现精准控制。

进一步，所述步骤s200之后还包括：

s200’、在形成核-壳结构的双相乳液液滴过程中，对所述双相乳液液滴施加电场，调控所述双相乳液液滴的大小。

具体来说，如图2所示，为进一步控制所产生双相乳液液滴的大小，本发明通过在所述金属微流体喷头10和置于金属微流体喷头10下方的金属环20之间施加一个电场，所述电场通过电离双相乳液液滴产生界面电荷，所述界面电荷在电场中受到一个强电场力的作用，从而克服双相乳液液滴界面张力，从而使双相乳液液滴的液面变成一个泰勒锥的形状，所述泰勒锥尖尖的尾端能够产生均匀的、微小的液滴，而且这些液滴依然能够保持这核-壳结构；因此，本发明通过控制所施加的电场强度的大小，便可以实现控制所述双相乳液液滴的大小。

s300、将所述双相乳液液滴加入到氯化钙水溶液中，待所述双相乳液液滴中的壳层交联固化后，即制得酵素水凝胶颗粒。

具体来说，如图2和图3所示，当所述双相乳液液滴经过金属环滴落在装有氯化钙水溶液的固化盘30后，所述氯化钙固化相里的钙离子进入到所述双相乳液液滴，从而将壳层的海藻酸钠高分子溶液交联固化形成水凝胶，将产生的包裹酵素的水凝胶颗粒捞出，便可得到具有核-壳结构的酵素水凝胶颗粒；

进一步，为增加固化效果，选取所述氯化钙溶液的浓度为2-4wt%，优选3wt%。

基于上述方法，本发明还提供一种酵素水凝胶颗粒，采用如上任意一项酵素水凝胶颗粒的制备方法制备而成，其中，所述酵素水凝胶颗粒为核-壳结构，其中，核是富含酵素的液相，壳是由海藻酸钙的水凝胶组成。

综上所述，本发明提供一种酵素水凝胶颗粒及其制备方法，利用金属微流体喷头低雷诺数的特点，将酵素水溶液和海藻酸钠溶液分别通入到金属微流体喷头里的内、外层管道中，然后通过控制所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸钠溶液互相接触从而形成核-壳结构的双相乳液液滴，其中内核用于保存含酵素的液相，外壳是水凝胶用于保护核相的酵素；本发明实现了在温和的条件下将酵素包裹在水凝胶颗粒里，从而有效避免了环境压力、酸碱度以及温度变化对酵素的影响，进而保证了酵素的生物活性；更进一步，本发明还可通过调节酵素水溶液和海藻酸钠溶液的流量比例来实现调节双相乳液液滴中核-壳结构的比例；通过施加电场并控制电场强度来调节产生的双相乳液液滴的大小。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。