薰衣草精油微胶囊释放性能的测定

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１．华东理工大学，上海２００２３７；２．新疆芳香植物科技开发股份有限公司，鸟鲁木齐８３００００………………于筛成１康改娟１李小鹏１李鸿玲２瞳

对采用喷雾干燥法制备的薰衣草精油微胶囊在不同温度下的释放过程进行考察。结果表明：微胶囊技术有效抑制了薰衣草精油的易挥发性及易氧化性，提高了其热稳定性；随着温度升高，精油的释放速度加快；微胶囊在空气中的释放机理与Ａｖｒａｍｉ７ｓ公式和一级动力学吻合良好。血

薰衣草精油微胶囊释放ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＲｅｌｅ嬲ｅＰｅｒｆｏｍａｎｃｅｏｆＥｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄＬａｖｅｎｄｅｒｏ¨ｙＵＳ＾口ｉｃ＾Ｐ咒９１ＫＡＮＧＧｎｉ歹“口行１ＬＪＸｉ口ＤｐＰ竹９１ＬｊＨｏ咒ｇＺｉ行９２

（１．ＥａｓｔＣｈｉｎａＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００２３７，Ｃｈｉｎａ；２．ＸｉｎＪｉａｎｇＡｒｏｍａｔｉｃｓ

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薰衣草（Ｌａｖｅｎｄｅｒ），唇型科薰衣草属植物，为多年生亚灌木。薰衣草叶、茎、花全株呈浓香，香味浓郁而柔和，无刺激感、无毒副作用，被广泛地应用于医药、化妆、洗涤、食品行业［Ｉ］。与其它植物精油一样，薰衣草精油在室温下具有极强的挥发性，对空气、日光、湿气（水分）及温度等均较敏感，在贮存中极易发生分解或氧化而导致香气变劣Ｌ２］。将薰衣草精油微胶囊化，可使精油具有较高的稳定性并能很好地防止外部环境的影响，可解决其贮藏、留香时间等诸多以往无法解决的问题，同时可以拓宽薰衣草精油的应用领域。微胶囊技术不仅可以促进薰衣草种植业的发展，由此还可以带动其深加工产业的发展，对植物精油的经济效益及社会效益都会产生积极作用。本文以薰衣草精油为主要研究对象，通过微胶收稿日期１２００８－０３—２４囊化技术将液态精油转化成固态粉末，研究微胶囊在不同温度下的释放规律，为薰衣草精油微胶囊的应用奠定理论基础。１材料与方法１．１材料与仪器阿拉伯胶树粉：国药集团化学试剂有限公司；Ｓｐａｎ一８０：上海申宇医药化工有限公司；薰衣草植物精油：新疆芳香植物科技开发股份有限公司。电子天平：上海精密科学仪器有限公司；增力电动搅拌机：上海标准模型厂；超级恒温槽：上海实验仪器总厂，高剪切分散乳化机：德国ＦＬＵＫｏ公司；中药喷雾干燥机：浙江尔乐干燥设备厂；挥发油测定器：华东理工大学玻璃加工厂；调温电热器：江苏省建湖县芦沟电热器厂；电热鼓风箱：上海市实验仪器工厂；气相色谱：美国ＨＰ６８９０。１．２实验方法１．２．１微胶囊制备［３］ｗｗｗ．ｆｆｃ—ｊｏｕｍａＩ．ｃｏｍ一

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　称取一定量的阿拉伯胶树粉溶于蒸馏水中，配制成１０％的溶液作为水相，并在水浴锅上预热到５０℃。以适当的比例量取精油，同时将适量的乳化剂Ｓｐａｎ－８０加入精油中，搅拌使其充分溶解后成为油相。采用高剪切分散乳化机在１００００ｒ／ｍｉｎ的高速搅拌下将油相加入水相中并搅拌１５ｍｉｎ，从而得到均匀的乳状液。将上述乳状液引入喷雾干燥器进行喷雾干燥，即得薰衣草精油微胶囊成品。具体条件为：进风温度：１４５℃，出口温度：７５℃，夹套温度：≤４５℃，进料速度：１０Ｈｚ。１．２．２微胶囊含油率测定采用挥发油测定器［４３测定微胶囊含油率。准确称量４．０９微胶囊样品平铺于洁净表面皿中，分别放置于２０℃、５０℃和８０℃的电热鼓风箱中进行恒温储存。打开烘箱的鼓风装置，模拟动态释放的条件，热处理一定时间后取出，测定样品中的精油含量。分别取放置了不同时间、不同温度条件下的薰衣草微胶囊样品，置于２５０ｍＬ圆底烧瓶中，加入１００ｍＬ蒸馏水和数粒沸石，采用挥发油测定器进行水蒸气蒸馏，收集油相进行气相色谱分析，计算微胶囊含油率，每个样品重复３次。２结果与讨论２．１不同温度条件下微胶囊释放曲线分析不同温度下微胶囊含油率随时间的变化拟合曲线如图１所示，用指数方程进行回归，得到的回归方程见表１。ＯｌＯ２０３０４０５０６０７０时间，天图ｌ不同温度下薰衣草微胶囊释放拟合曲线表ｌ不同温度下微胶囊含油率随时间变化的回归方程温度／℃回归方程相关系数ｒ２２０ｙ＝６．９７８６ｅ圳·‘’０８１。０．９７７２５０ｊ，＝６．５３６１ｅ巾·０２９ｋＯ．９９３３８０ｙ＝３．７００４ｅ０．９４１５～１８一ｗｗｗ．ｆｆｃ—ｊｏｕｍａＩ．ｃｏｍ从图中可以看到：（１）如曲线１所示，微胶囊化植物精油在２０℃条件下的释放是一个相对缓慢的过程。随着时间的延长，质量相等的微胶囊中精油含量缓慢下降，释放速率逐渐减小。２个月后，微胶囊的含油率从７．０８％降至４．１３％，损失了４０％左右，这一结果明显低于同样条件下精油的挥发速率。因此，采用微胶囊化方法，对阻止薰衣草精油在贮存过程中的挥发损失具有良好效果。（２）８０℃时的释放速度明显高于２０℃及５０℃时的释放速度。经过２个月的加速释放实验后，三个温度下微胶囊的最终含油率分别为４．１３％、１．１１％和０．０９％，即：随着温度的增加，微胶囊化薰衣草精油的释放速率增加。这主要是由于温度对精油分子的布朗运动以及微胶囊壁膜产生了影响：温度越高，分子的布朗运动速度越快，精油从囊内的逸出速率加快；温度越高，由壁材在囊心外部形成的保护膜遭到破坏的程度越大，导致膜壁孔径变大，减小了精油逸出时受到的阻力，从而加快了精油的释放速率。另外，产生上述释放行为还可能是由于精油分子从孔内释放需要克服分子间的作用力，属吸热过程，故随着温度的升高，释放速率逐渐加快。（３）随着加热老化时间的延长，微胶囊化产品的含油率均有不同程度的下降，即释放量随着放置时间的增加而增加。图中也显示，随着时间的延长，释放速率逐渐减缓。这是由于开始放置于外界环境中时，微胶囊存在微量的表面油，与环境中的精油浓度差较大，从而传质推动力较大，释放速度相应较快；随着放置时间的增加，微胶囊表面油挥发殆尽，囊内芯材开始逐步扩散，传质推动力变小，释放速度减缓。２．２不同动力学模型对微胶囊释放过程的分析２．２．１Ａｖｒａｍｉ７ｓ公式对释放速率的分析

Ｈｉｄｅｆｕｍｉ［５｜、李柱‘６］等在其研究中成功应用Ａｖｒａｍｉ’ｓ公式分析了微胶囊化精油在不同贮存条件下的释放情况。公式表达如下：Ｒ＝ｅｘｐ［一（缸）”］式（１）式中：Ｒ是释放过程中精油的残留率（即￡时刻的含油率占初始含油率的百分比）；ｆ是贮存时间；行是对应于释放机理的参数；忌是释放速率常数。该公式可以简单认为［７］：行＝１时对应一级反应，疗＝０．５４时对应扩散限制反应。对公式１两边同时取两次对数，则得到公式２：ｌｎ（一ｌｎ（Ｒ））＝以ｌｎｆ＋ｎｌ破式（２）

　香袭人http://www.taobaoxiangxiren.tk/以ｌｎ￡为横坐标，ｌｎ（一ｌｎ（Ｒ））为纵坐标作图，进行线性回归，如下图所示。从图中可见，实验数据与回归公式拟合良好。Ｏ１２３４螈［△．８０℃；口，５０℃；ｏ。２０℃］图２通过Ａｖｒａｍｉ７ｓ公式得到精油释放与时间的相关性根据所得直线的方程计算出参数以和速率常数志。表２不同温度下的释放机理参数（咒）及释放速率常数（志）的值温度／℃释放机理参数ｎ释放速率常数＾（１／ｄ）ｒ２２００．６５５４４．１２×１０一３０．９５５８５０Ｏ．６３７８３．１１×１００．９６６０８０Ｏ．４５４６２．９２ｘ１０一１Ｏ．９７５２上表为加速实验所得到的释放机理参数、速率常数以及采用Ａｖｒａｍｉ’ｓ公式分析所得直线的，值。从表中发现，ｒ２值均在０．９５以上。可以认为采用Ａｖｒａｍｉ’ｓ公式分析微胶囊产品在不同温度下的释放是可行的。通过图２分析不同温度下薰衣草精油的释放过程可以发现：（１）图中，精油释放与时间的相关性较高，说明以阿拉伯胶为壁材的薰衣草精油微胶囊的释放过程与Ａｖｒａｍｉ’ｓ公式吻合良好。（２）不同温度下精油的释放机理参数以分别为０．６６、０．６８、０．４５。８０℃条件下微胶囊产品的释放机理参数更接近０．５４，也就是说其释放可能更倾向于遵循扩散限制动力学，而在室温和５０℃的条件下的释放过程可能介于扩散和一级释放之间。２．２．２一级动力学对微胶囊释放的分析理想的控释型微胶囊的释放过程应符合零级动力学方程，即恒速释放．但在实际过程中，由于微胶囊的缓释性能受到多种因素的影响，能够达到零级释放的例子非常少见。在本实验中，对植物精油微胶囊的扩散释放可以选用一级动力学模型进行拟合口］，所得模型有关参数值见表３。该动力学模型为：ｙ＝ｙｏｅｘｐ［一是下ｆ］（３）

式中：ｙ为￡时刻微胶囊的含油率，％；弘为起始时刻微胶囊的含油率，％；惫Ｔ为微胶囊释放速率常数；Ｔ为微胶囊的放置温度，Ｋ；ｆ为释放时间，天。表３微胶囊释放动力学模型参数温度／℃微胶囊含油率ｙｏ／％微胶囊释放速率常数女Ｔ２０７．０８Ｏ．００８１５０７．０８０．（）２９３８０７．０８０．０６０３

根据表中数据以１／Ｔ为横坐标，志Ｔ为纵坐标作图，进行曲线拟合（见图３），得到微胶囊释放速率常数随放置温度的变化曲线，进一步求得微胶囊释放速率常数为：

志Ｔ＝１２３６．７ｅｘｐ（半）（，＝ｏ．９８８５）。

Ｏ．０６Ｏ．０５Ｏ．０４—’Ｏ．０３Ｏ．０２Ｏ．ＯｌＯ．ｏｏＯ．【）０２９Ｕ．ＵＵ３ｌ０．００３３０．００３５１／Ｔ（１伥）

图３温度对微胶囊释放速率常数的影响通过以上分析和计算可以得出薰衣草精油微胶囊释放过程的数学模型：ｙ＝ｙ。ｅｘｐ［一是丁ｆ］，其中

惫ｒ：１２３６．７

ｅｘｐ（掣）。

依据不同温度下微胶囊的释放动力学模型计算得到的理论数值与实验结果进行比较（见图４），可以得知：２０℃和５０℃下，理论曲线和实验数据吻合良好；８０℃条件下，由于温度对壁材结构的破坏使微胶囊的释放过程偏离模型的幅度较大。因此，通过此动力学模型可以对植物精油微胶囊在较低温度下的释放过程进行模拟，进而估测微胶囊的缓释性能。２．３２０℃释放动力学薰衣草精油微胶囊在２０℃条件下的实际释放曲线如图５所示。由图可知，此过程分为两个阶段：ａ—ｂ阶段和ｂ—ｃ阶段’ｂ点是转折点。