一種用于膠囊用品的淀粉自增強復合材料的制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于制備膠囊用品的淀粉自增強復合材料的制造工藝，該復合材料以氧化淀粉、陽離子淀粉和酯化淀粉其中的一種或幾種的組合為基體相，交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶為顆粒增強相，基體相和顆粒增強相按配比混合后，采用擠出法制備成淀粉顆粒、薄膜或淀粉片材，該顆粒、薄膜或片材可替代明膠制品作為制備膠囊的原料。本發(fā)明涉及的復合材料來源容易，復合材料較單獨成分在阻隔性、加工性和機械性能等方面有明顯的提高，能夠替代明膠用于制備膠囊制品。
【專利說明】—種用于膠囊用品的淀粉自增強復合材料的制備工藝
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用于膠囊制品的淀粉自增強復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]膠囊劑廣泛用于藥品、保健品和功能食品中。目前市場上膠囊產品主要以明膠為主料，明膠是由動物的骨、皮經水解制得，是一種具有三元螺旋結構的生物大分子，具有良好的生物兼容性和理化性質。明膠分子獨特的結構特征使其在應用中有一些缺點和不足，例如易于與含醛、還原糖基類化合物及維生素C等藥物交聯(lián)，使明膠殼水溶性變差，導致膠囊殼崩解及膠囊內容物溶出的延遲；在干燥條件下明膠可產生靜電電荷積聚，對后續(xù)加工有影響；長期貯存在低濕度的環(huán)境，易變脆而導致膠囊破碎等。此外，由于信仰和宗教方面的因素，明膠由于其動物源成分的存在，而在世界上受到很多人群的排斥。因此，有必要研發(fā)新材料來代替明膠制備膠囊。
[0003]在醫(yī)藥用市場中，植物膠囊是增長最快的產品之一，如淀粉、結冷膠、卡拉膠、黃原膠等已經被用來研究制備明膠膠囊的替代品。淀粉是最重要的食品原料之一，具有良好的成膜性。淀粉膜已經廣泛應用于食品及醫(yī)藥領域中。淀粉具有原料來源充足和價格便宜等優(yōu)點，被認為是最有潛力的膠囊原料的替代物。
[0004]現(xiàn)有報道的制備淀粉膠囊的工藝大都與明膠膠囊類似，采用傳統(tǒng)的浸潰成型方法。由于淀粉本身的凝膠性能不能滿足膠囊的生產工藝，為克服這種不足，現(xiàn)在的淀粉基膠囊制備工藝中一般需要添加相應凝膠劑以改善加工性能。
[0005]提高力學性能和穩(wěn)定性一直是淀粉基材料的主要研究方向。除了對淀粉進行改性處理，高分子材料的其它加工技術如共混、復合等也廣泛應用在淀粉基材料中。近年來，自增強復合材料引起了廣泛注意，自增強復合材料的優(yōu)點包括完美的材料界面、單純的化學結構、高附加值的回收廢料等。對于生物醫(yī)用和降解材料來講，使用單一原材料研制的復合材料尤為重要，因為任何增強或改性添加劑都有可能影響原材料主體的生物相融或生物降解性能。作為藥用膠囊，添加劑的用量更是越少越好。本發(fā)明專利涉及一種淀粉自增強復合材料的制備工藝，該自增強復合材料可以替代明膠用于制備膠囊。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種可用于制備膠囊的淀粉自增強復合材料的制備方法，克服現(xiàn)有淀粉基膠囊材料性能上的不足。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于，提供一種淀粉自增強復合材料，以此材料制備非明膠膠囊，克服現(xiàn)有使用明膠制備膠囊?guī)淼臐撛陲L險，以及適合不同信仰以及素食主義者。
[0008]本發(fā)明是采用以下技術手段實現(xiàn)的。本發(fā)明提供一種可用于制備膠囊的淀粉自增強復合材料的制備方法，其包括以下步驟:
具體包括以下步驟:
a)以氧化淀粉、陽離子淀粉和酯化淀粉其中的一種或幾種的組合為基體相，交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶為顆粒增強相，基體相、顆粒增強相按質量比4:0.01-1混合均勻；
b)在雙螺桿擠出機內，在加熱和捏合條件下加入步驟a)均勻的混合物，加工過程中加入a)混合物質量比10-20%的純水，加工成為一種熱塑可加工的均勻物料，獲得淀粉自增強復合材料擠出顆粒、薄膜或定型片材。 [0009]步驟a)所述基體相為氧化淀粉、陽離子淀粉和酯化淀粉其中的一種或多種的混合，氧化淀粉、陽離子淀粉和酯化淀粉選自氧化、陽離子化或酯化的玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、大米淀粉，優(yōu)選酯化木薯淀粉，酯化取代度可以為
0.001-0.05。
[0010]此外，步驟a)所述顆粒增強相之一為交聯(lián)淀粉，交聯(lián)淀粉為交聯(lián)玉米淀粉、交聯(lián)馬鈴薯淀粉、交聯(lián)木薯淀粉、交聯(lián)小麥淀粉、交聯(lián)綠豆淀粉、交聯(lián)大米淀粉的一種或多種的組合。優(yōu)選交聯(lián)木薯淀粉。交聯(lián)度可以為5-45%。
[0011]此外，步驟a)所述顆粒增強相另一為淀粉納米晶，淀粉納米晶為玉米淀粉納米晶、馬鈴薯淀粉納米晶、玉米淀粉納米晶、木薯淀粉納米晶、小麥淀粉納米晶、綠豆淀粉納米晶、大米淀粉納米晶的一種或幾種的組合。淀粉納米晶是淀粉通過硫酸酸解制得，本發(fā)明中所用淀粉納米晶為市售顆粒粒徑為10-200 nm的木薯淀粉納米晶。
[0012]步驟a)基體相(改性淀粉)和自增強顆粒(交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶)組合質量比例:改性淀粉:98.0%-99.5%，交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶0.5%-2%。
[0013]步驟b)所述的純水為去離子水或純化水。
[0014]所述的淀粉自增強復合材料不含有凝膠劑。進一步所述的淀粉自增強復合材料不含有增塑劑，如多元醇或多元糖醇。
[0015]上述復合材料由基體相、顆粒增強相和水組成。其中基體相優(yōu)選酯化木薯淀粉，酯化取代度為0.001-0.05，和淀粉納米晶為顆粒粒徑為10-200 nm的木薯淀粉納米晶。
[0016]圖1為雙螺桿擠出機示意圖，其可由多個獨立的滾筒滑塊組成，本發(fā)明的實施例中，選擇的獨立的滾筒滑塊數(shù)位12個，從左到右將其編號為1-12，各滾動滑塊可以用單控電路電加熱和用冷卻水冷卻，該擠出機為同等旋轉、緊緊嚙合的雙螺桿型擠出機，其中螺桿的直徑可以為50-70mm，長度直徑比可以為36-46，壓縮比為1:2-3在擠出機的末端經噴嘴輸送自增強復合材料成品。在噴嘴后接上定型口?；蛄餮友b置，顆粒和片材是直接被擠壓制得，擠壓壓力為50-2000N/m2 ;薄膜是由流延法制得，流延輥的轉動速度為1_20轉/分鐘。直接取出制成的自增強復合材料成品顆粒、片材或薄膜。
[0017]在螺桿上適當位置安裝結構不同的捏合圓盤，使原料混合物的捏合盡可能地均勻。如圖1，13、18為粉末入口 ； 14、20為注射噴嘴，用來把流體計量加到捏合空間中；15、16、19、21、23捏合圓盤；17、22為與真空源連接的排放導管。
[0018]在圖1所示輸送螺桿下給出了滑塊對應的溫度曲線，可調節(jié)準確度是+/-rc，再次需說明的是，滑塊溫度不一定與熔融物料的溫度相同，熔融物料的溫度受螺桿轉速等的影響。
[0019]本發(fā)明的實施例中，所用雙螺桿擠出機型號為TEC52，螺桿直徑51mm，長徑比為40，壓縮比1: 2。此處需說明的是，按本發(fā)明所述的基體相、增強相的組合在任一單螺桿或雙螺桿擠出機，通過調整適當參數(shù)均可制成可用于制備膠囊用品的淀粉自增強復合材料擠出顆粒、薄膜或定型片材。[0020]在TEC52雙螺桿擠出機，本發(fā)明的實施例的組合螺桿旋轉速率為300-550轉/分鐘，物料的添加速度為80-250kg/小時計量加入，滑塊I的溫度為室溫，復合物料隨移動邊緣進入且隨后引入到加熱至60-120°C的滑塊2和3，在滑塊3中，純水的添加速度為20-50kg/小時計量加入，在關閉的滑塊4-6中將溫度升到120-140°C，在滑塊7中，利用真空抽去約5%的水分，將溫度調節(jié)至140-160°C，在滑塊11處連接真空，除去約4%的水。
[0021]根據本發(fā)明所述淀粉自增強復合材料制備的軟膠囊外殼可以用于制備藥品、保健品和功能食品。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明所示的擠出機示意圖。
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明通過以下實施例進一步加以解釋:
實施例1:
在料斗中連續(xù)計量加入:
酯化度為0.04的木薯淀粉:200kg/小時
交聯(lián)木薯淀粉(交聯(lián)度約為40%): 50kg/小時
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:` 滑塊1:250C
滑塊 2-3:1OO0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
實施例2:
在料斗中連續(xù)計量加入:
酯化度為0.04的木薯淀粉:200kg/h
木薯淀粉納米晶(粒徑約180nm): 50kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:IOO0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
實施例3:
在料斗中連續(xù)計量加入:酯化度為0.04的木薯淀粉:200kg/h
交聯(lián)木薯淀粉(交聯(lián)度約為40%):10kg/h
木薯淀粉納米晶(粒徑約180nm):40 kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:1OO0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C 噴嘴:160°C
實施例4:
在料斗中連續(xù)計量加入:
酯化度為0.04的木薯淀粉:200kg/h
交聯(lián)木薯淀粉(交聯(lián)度約為40%):40kg/h
木薯淀粉納米晶(粒徑約180nm):10 kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:1OO0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
實施例5:
在料斗中連續(xù)計量加入:
酯化度為0.04的木薯淀粉:187.5kg/h
交聯(lián)木薯淀粉(交聯(lián)度約為40%):31.25kg/h
木薯淀粉納米晶(粒徑約180nm):31.25kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:1OO0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
實施例6:
在料斗中連續(xù)計量加入:酯化度為0.04的木薯淀粉:200kg/h
木薯淀粉納米晶(粒徑約180nm):50kg/h
在螺桿的轉動速度為500轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:IOO0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
實施例7:
在料斗中連續(xù)計量加入:
酯化度為0.04的木薯淀粉:200kg/h
木薯淀粉納米晶(粒徑約180nm): 50kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:120 0C
滑塊 4-6:120 0C
滑塊 7-9:120 0C
滑塊 10-12:120 0C
噴嘴:120°C
實施例8:
在料斗中連續(xù)計量加入:
酯化度為0.04的木薯淀粉:250kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:120 0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
實施例9:
在料斗中連續(xù)計量加入:
交聯(lián)木薯淀粉(交聯(lián)度約為40%): 250kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:120 0C滑塊 4-6:140 °C
滑塊 7-9:160 °C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
實施例10:
在料斗中連續(xù)計量加入:
木薯淀粉納米晶(粒徑約180nm): 250kg/h
在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:120 0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C` 噴嘴:160°C
實施例11:
在料斗中連續(xù)計量加入:
含木薯淀粉納米晶95%，凝膠劑(植物膠)3.45%，增塑劑(甘油)1.25%，抗結劑(硬脂酸)
0.25%，乳化劑(十二烷基硫酸鈉)0.05%的均勻混合物，加入速度250kg/h。
[0024]在滑塊3中，純水的添加速度為50kg/小時。在螺桿的轉動速度為350轉/分鐘的條件下擠出，其中各滑塊設定的溫度為:
滑塊1:250C
滑塊 2-3:120 0C
滑塊 4-6:140 0C
滑塊 7-9:160 0C
滑塊 10-12:160 0C
噴嘴:160°C
按以上實施例1-11制得的淀粉自增強復合材料片材，其各項性質指標如表1所示。
[0025]實驗結果表明，單獨酯化淀粉、交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶所制的片材各項指標不能滿足制備膠囊的要求，當加入適量的凝膠劑和增塑劑以后，制得的片材性能明顯提高，能夠達到制備膠囊的要求。而本發(fā)明提出的淀粉自增強材料，按適當比例配置，未添加任何凝膠劑和增塑劑，最終制得的淀粉自增強復合材料薄膜或片材在機械性能等方面能夠滿足制備膠囊的要求。
[0026]表1不同制備方法制得成品片材的性能參數(shù) 表1
【權利要求】
1.一種用于制備膠囊的淀粉自增強復合材料的制造方法，其特征在于下列步驟: a)以氧化淀粉、陽離子淀粉和酯化淀粉其中的一種或幾種的組合為基體相，交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶為顆粒增強相，基體相、增強相按質量比4: 0.01-1混合均勻； b)在雙螺桿擠出機內，在加熱和捏合條件下加入步驟a)均勻的混合物，再加入a)混合物質量0.5-25%的純水，加工成為一種熱塑可加工的均勻物料，獲得淀粉自增強復合材料擠出顆粒或定型片材，或者進一步制成薄膜。
2.根據權利要求1所述的淀粉自增強復合材料的制造方法，其特征在于:步驟a)所述基體相為氧化淀粉、陽離子淀粉和酯化淀粉其中的一種或幾種的組合，氧化淀粉、陽離子淀粉和酯化淀粉選自氧化、陽離子化或酯化的玉米淀粉、馬鈴薯淀粉、木薯淀粉、小麥淀粉、綠豆淀粉、大米淀粉，優(yōu)選酯化木薯淀粉，酯化取代度可以為0.001-0.05。
3.根據權利要求1所述的淀粉自增強復合材料的制造方法，步驟a)所述顆粒增強相為交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶，其特征在于: (1)交聯(lián)淀粉為交聯(lián)玉米淀粉、交聯(lián)馬鈴薯淀粉、交聯(lián)木薯淀粉、交聯(lián)小麥淀粉、交聯(lián)綠豆淀粉、交聯(lián)大米淀粉的一種或幾種的組合，優(yōu)選交聯(lián)木薯淀粉，交聯(lián)度可以為5-45% ； (2)淀粉納米晶為玉米淀粉納米晶、馬鈴薯淀粉納米晶、玉米淀粉納米晶、木薯淀粉納米晶、小麥淀粉納米晶、綠豆淀粉納米晶、大米淀粉納米晶的一種或幾種的組合，淀粉納米晶顆粒粒徑可以為10-200 nm。
4.根據權利要求1所述的制造方法，步驟b)所述的純水為去離子水或純化水。
5.根據權利要求1所述的淀粉自增強復合材料的制造方法，其特征在于:以基體相和自增強顆粒組合質量為基準，改性淀粉:98.0%-99.5%，交聯(lián)淀粉或淀粉納米晶0.5%-2% ;純水用量為基體相和自增強顆粒組合質量的10-20%。
6.根據權利要求1所述的淀粉自增強復合材料的制造方法，步驟b)所述的雙螺桿擠出機，其特征在于: (1)擠出機的各個部分沿著螺桿的方向被加熱成不同溫度； (2)顆粒和片材是直接被擠壓制得，擠壓壓力為50-2000N/m2； (3)薄膜是由流延法制得，流延輥的轉動速度為1-20轉/分鐘。
7.根據權利要求1所述的淀粉自增強復合材料的制造方法，步驟b)中各部分加熱溫度均不超過160°C。
8.根據權利要求1所述的制造方法制備的淀粉自增強復合材料在制備膠囊中的應用。
9.一種軟膠囊外殼，其特征在于:由權利要求1制備的淀粉自增強復合材料制成。
10.根據權利要求9所述的一種軟膠囊外殼在藥品、保健品和功能食品中的用途。
【文檔編號】C08L3/00GK103554552SQ201310510581
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月26日 優(yōu)先權日:2013年10月26日
【發(fā)明者】帥放文, 張諾滋, 王向峰, 章家偉 申請人:中山市凱博思淀粉材料科技有限公司