一种低酯化度的醋酸酯改性马铃薯淀粉制备硬胶囊的方法

本发明涉及一种低酯化度的醋酸酯改性马铃薯淀粉制备硬胶囊的方法，尤其涉及一种以此为原料与原淀粉共混制备硬胶囊的方法，属于食品及医药制剂。

背景技术：

1、硬胶囊是食品、药物最常见的包装材料，一般采用以动物蛋白为主的明胶材质。明胶胶囊是最早使用动物来源的硬胶囊，也是目前使用最为广泛的硬胶囊。自16世纪起，明胶就作为一种食物原料而应用，后因其良好的成膜性、稳定性、溶解性、温敏性和热可逆性等，逐渐成为制备空心硬胶囊的原料。

2、随着明胶硬胶囊的不断使用，其制备技术也相应地不断发展。目前，市面上的明胶硬胶囊较为普及，它们不仅价格低廉，性能优异，而且差异性很小，进一步促进了硬胶囊制剂的发展。然而经过多年的应用，明胶胶囊也逐渐展现出其不足之处。

3、①明胶胶囊的指标需严格控制，明胶的韧性和弹性与它的水分含量有关。若胶囊水分含量过低，尽管可以降低微生物生长的风险，但会导致胶囊在填充过程因材质变脆使胶囊碎裂；当胶囊水分含量过高时，胶囊会吸水变软发黏，发生相互粘连或与包材的粘连的情况。因此，为了保证产品货架期，适宜的储存条件尤为重要。

4、②一些素食者等一直对猪的动物源性明胶胶囊持有很大的抵触情绪；同时，近些年疯牛病和口蹄疫的出现，让人们对牛的动物源性的明胶硬胶囊也感到恐慌和质疑。

5、相对于动物来源制备的胶囊，植物来源制备的胶囊更具有化学稳定性和安全性，因此，植物来源的胶囊材质的研究越来越受到关注。

6、目前国内外研究天然植物硬胶囊主要分为淀粉及变性淀粉胶囊、纤维素及其衍生物（hpmc）胶囊、其他多糖胶囊。

7、淀粉原料来源广，价格低，作为天然的高分子材料，然而它在潮湿环境下易吸水，加工性差，无法满足一些特殊使用需求。氧化淀粉与天然淀粉相比较具有良好的溶解性、机械强度和稳定性，如cn112245589b专利得到的变性淀粉，凝胶性好，产品质量稳定，用于制备胶囊改善了凝胶性和韧性，并且胶囊质量稳定，但也存在高温下容易降解的问题，另外氧化剂添加用量受食品安全国家标准的限定，不能过量添加；氧化改性反应时间过长增加了生产的能源消耗，降低生产产能；淀粉在氧化过程中naoh的过量添加和反应温度过高，会使得淀粉产生部分糊化的现象，导致反应效率降低，使反应体系、产品质量不够稳定；体系在反应时需要安装溶剂回收装置，使生产和投资成本变高，并且反应产能低，不利于工业化生产；羟丙基淀粉比天然淀粉具有更好的流变性和生物相容性，是目前常见的制备胶囊的原料，但其制备难度相对较高，尤其是制备胶囊时需要添加增塑剂以提高其膜的柔韧性，如cn114044942b专利，提出了一种改性淀粉胶囊壳的制备方法用羟丙基辛基琥珀酸酐对淀粉浆液进行改性处理；经加热糊化，加入增塑剂和表面活性剂等处理后到胶囊壳。

8、马铃薯淀粉（potato starch，简写ps）淀粉颗粒大，直链淀粉含量低，聚合度大，支链淀粉含量较高，马铃薯淀粉含有天然磷酸基团，具有糊化温度较低、糊粘度高、弹性好、成膜性好、透明度高、抗凝沉性好、不易凝胶和不易退化等特点。

9、然而淀粉分子内含有大量羟基，使淀粉具有一定的亲水性，其成膜后机械性能差，对环境湿度敏感，使膜的含水量和结晶度发生变化，另外马铃薯淀粉易老化、黏度高、溶解性差，尤其是存在淀粉胶液黏度高、不利于蘸胶，胶囊壳易脆碎，成品率低等缺陷，不能达到《中华人民共和国药典（2015 版）》关于空心胶囊的要求，极大地限制了在食品、保健品和药品等包装领域的应用。

10、酯化改性指酯化剂（有机酸或无机酸）中的酯基基团取代淀粉葡萄糖单元结构上的醇羟基，从而制得酯化淀粉。按照每个葡萄糖单元羟基被取代的程度表示酯化反应进行的程度，醋酸酯淀粉分为高、中、低三类取代度，其中低取代度为范围0.01-0.20。酯化淀粉如果在食品中应用，gb29925-2013中规定了醋酸酯淀粉的乙酰基含量要求，因此醋酸酯化淀粉属于低酯化淀粉。

11、酯化改性因乙酰化基团的接入，减弱了淀粉分子羟基之间的氢键缔合，改性后的淀粉性质优于原淀粉，因此能修饰上述马铃薯淀粉缺陷，尤其是低酯化淀粉能修饰改性后淀粉的透明度、光泽度、凝沉性、成膜性、热稳定性、粘度特性等性能。

12、淀粉与其他物质共混可以实现材料不同理化性质的叠加，从而制备出性能优异的共混材料。

技术实现思路

1、为了克服动物源的明胶胶囊的问题，本发明提供了一种低酯化度的醋酸酯改性马铃薯淀粉制备硬胶囊的方法，是一种低酯化度的醋酸酯改性马铃薯淀粉为原料与马铃薯淀粉共混制备硬胶囊的方法。

2、为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是，包括以下步骤：

3、（1）马铃薯酯化淀粉改性

4、称取马铃薯淀粉，加蒸馏水制备30-50%浓度的淀粉乳溶液，使用3%的naoh溶液调体系ph8.0-10.0，水浴加热至25-40℃，并以200-400 r/m搅拌，在15-35min内向体系中缓慢加入乙酸酐溶液，乙酸酐添加量占淀粉干基质量的1-8%，期间继续用naoh溶液保持体系 ph稳定在8.0-10.0，开始酯化反应，0.5-2 h 后用 0.5 mol/l 的 hcl 溶液调 ph 6.5 终止反应，将悬浮液进行抽滤，用蒸馏水洗涤滤饼 3 次，滤饼在35-60 ℃烘箱中干燥 24-36 h，产品经粉碎机粉碎，过100目筛，得到酯化度为0.01-0.06的马铃薯酯化淀粉；

5、（2）共混材料的制备

6、选择马铃薯淀粉与酯化度0.01-0.06的酯化淀粉共混，二者的质量比为1:0.5-5，二者混合后加水使共混淀粉糊质量浓度达到5-15%，置于65-85℃水浴锅中，并搅拌糊化，搅拌速度100-300r/min，糊化时间为0.5-2 h，最后进行真空脱气得到糊化后的共混淀粉糊；

7、（3）胶囊的制备

8、将脱气后的共混淀粉糊用硬胶囊模具进行蘸胶，而后置于30-60℃烘箱中烘干2-6h，待其干燥后脱膜，切割，得到空心胶囊，转入干燥器中平衡 48 h（rh 53%，25 ℃）。

9、下面对得到的胶囊进行酯化度的测定：

10、称取马铃薯酯化淀粉样品 5 g（精确至 0.001 g），置于 250 ml 锥形瓶中，加入50ml 蒸馏水搅拌混合均匀，再加3滴酚酞指示剂，然后用 0.1 mol/l 的氢氧化钠溶液滴定到微红色消失为终点，随后加入 25.0 ml 0.5mol/l 的氢氧化钠标准溶液，保鲜膜密封瓶口，放在机械振荡器中振荡 30 min 进行皂化。皂化完成后，用 0.5 mol/l 的盐酸标准溶液滴定过量的碱至粉红色消失为终点，消耗的 0.5mol/l 盐酸标准溶液的体积为 v2ml。然后称取 5 g 马铃薯淀粉（精确至 0.001 g），进行空白试验，具体的操作步骤与上述相同。记录消耗 0.5 mol/l 盐酸标准溶液的体积为 v1ml。同时进行二次测定，其结果之差的绝对值不应超过平均值的 5%。如果允许差符合，取三次测定结果的算术平均值，且结果保留二位小数。乙酰基含量和醋酸酯淀粉取代度的计算按照公式 1 和 2 进行计算：

11、

12、式中 ，w为样品乙酰基质量分数，%； v1为滴定马铃薯淀粉消耗盐酸体积（ml）； v2为滴定醋酸酯改性马铃薯淀粉消耗盐酸体积（ml）； c为标定的标准盐酸溶液浓度（mol/l）；m为淀粉干基质量，g；ds为醋酸酯化淀粉酯化度；m1为乙酰基摩尔质量，43 g/mol；m2为氢原子摩尔质量，1 g/mol； m3为淀粉每个葡萄糖单元摩尔质量，162 g/mol。

13、采用本方法制得的胶囊，具有以下特性：

14、（1）本发明通过对马铃薯进行醋酸改性得到的醋酸酯改性产品，将改性的马铃薯酯化淀粉和马铃薯淀粉混合得到马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混物，进行傅里叶红外光谱比较分析，醋酸酯淀粉出现了新的羰基伸缩振动（-c=o）吸收峰和甲基吸收峰（-ch3），说明淀粉中引入了乙酰基团，发生了酯化反应。马铃薯淀粉(ps)，马铃薯酯化淀粉和 ps共混后，在ft-ir 光谱图中没有新的吸收峰产生，这说明马铃薯酯化淀粉和 ps 为物理混合且相容性较好；

15、（2）将马铃薯淀粉和马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混物分别制膜，对膜微观结构进行扫描电镜测试，可知马铃薯淀粉膜表面平整但有裂纹，而酯化改性后的淀粉膜表面无裂纹，但存在凹凸不平的现象，马铃薯酯化淀粉/ps 共混后膜的表面凹凸不平现象得到改善，并且两者共混后没有出现类似其他共混膜表面常出现的孔洞和裂痕，这说明马铃薯酯化淀粉和 ps 组分间相容性较好；

16、（3）共混膜的抗拉强度较原淀粉增加25%。与马铃薯淀粉相比，马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混膜的dsc热力学性质分析，马铃薯淀粉变性温度为164℃，共混后升高至 188℃，说明马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混膜具有良好的热稳定；

17、（4）马铃薯淀粉与共混淀粉的糊化温度与马铃薯淀粉相比，马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉的共混淀粉糊的热焓值降低，说明延缓了共混淀粉糊的老化现象，另外凝胶强度和硬度降低，内聚性，胶黏性增加；

18、结果如表1和2所示：

19、 表1 2种马铃薯淀粉糊糊化性质的对比

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21、表2 2种淀粉接触角、凝胶强度和tpa的分析

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23、 （5）对马铃薯淀粉和马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉的共混淀粉糊进行静态流变学性能测定，得出流体类型均为假塑性流体，其稠度系数 k 值差异较小，分别为 29.60和12.80 pa·sn。马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉n 值均n 值大于 0.9 表现为较好的剪切稳定性，说明马铃薯酯化淀粉马铃薯淀粉共混糊的流动性较马铃薯淀粉更好，这在胶囊的实际生产中，有利于淀粉糊黏度的控制和恢复，同时更有利于胶囊成型的制备及减少制备过程中的能耗，从而节约成本；相比于马铃薯淀粉糊，马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉的动态模量值随温度变化速率逐渐变缓，更不易老化回生，结果如表3所示：

24、表3 2种马铃薯淀粉的稳定剪切性能幂律拟合分析

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26、 马铃薯淀粉的运动粘度过高240mm/s，尽管满足《中华人民共和国药典（2015版）》胶囊的运动粘度需大于 60mm/s要求，但粘度过大，使淀粉糊流动性差，因此在胶囊蘸胶过程中淀粉糊挂模量多且不均匀，导致胶囊壳不易烘干成型，表面易褶皱；而马铃薯醋酸酯淀粉的运动粘度低于60mm/s；马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混后的运动粘度为92.0860mm/s，有利于胶囊的成囊性与蘸胶；

27、（6）马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混后，透明度、溶解性的性能均有所改善。马铃薯淀粉的接触角52.14°共混膜的接触角 72.75°，均小于 90°，属于亲水性淀粉膜，马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混物接触角角度比马铃薯淀粉膜大，表明其疏水性有所增强。马铃薯酯化淀粉和 ps 共混时组分相容性好，使马铃薯酯化淀粉/ps 膜分子的空间网状结构致密。因此马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混膜的阻油性水、阻氧性、持水性、蒸汽透过性都得到了较好的提升，如表4所示：

28、表4淀粉膜的阻油、阻氧性分析

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30、（7）本发明制备的马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混硬胶囊，经检测硬胶囊各项指标均符合《中华人民共和国药典》（2015年版）的要求，属于胃溶性硬胶囊，通过小分子罗丹明 b 作为模拟药物释放研究发现，本研究制备的马铃薯酯化淀粉/马铃薯淀粉共混硬胶囊在胃液中 10 min 全部释放，如表5所示。因此，该壁材可作为胶囊制剂给药，弥补了明胶胶囊的部分弊端。

31、表5检测指标。

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33、本发明的有益效果是：本发明首先对马铃薯进行醋酸改性得到的低酯化度醋酸酯改性淀粉，该产品符合gb29925-2013在食品应用中醋酸酯淀粉的乙酰基含量要求；采用改性的马铃薯酯化淀粉和马铃薯淀粉共混的方法，在不加入添加剂的情况下制备安全廉价、机械性能好成囊性好的天然植物硬胶囊的新方法，克服了淀粉在胶囊制备工艺中存在的粘度大、抗拉强度低等缺陷，且本发明原料安全、来源广泛，无疑是明胶胶囊最好的替代品，该工艺简单可行，采用食品级的酯化改性马铃薯淀粉安全性好，共混后的产物接触角72.75°，属于亲水性淀粉膜，两者组分相容性好，马铃薯酯化淀粉/ps 膜的抗拉强度提高，说明添加马铃薯酯化淀粉的共混膜机械性能更好，硬胶囊的表面无裂痕、漏粉、形变等现象，并且松紧度、脆碎度等各项检测指标均满足《中华人民共和国药典（2015 版）》的要求。