薄荷膠囊壁材制備及其性質(zhì)

孫煒煒，蔡超*，劉堅(jiān)，陳勝，祃志明，張磊

1. 武漢黃鶴樓香精香料有限公司（武漢 430050）；2. 武漢黃鶴樓新材料科技開發(fā)有限公司（武漢 430050）

煙用膠囊是由壁材包裹芯液制成的球形滴丸，主要嵌入在卷煙濾棒中使用，卷煙抽吸時(shí)在外力作用下捏破可以釋放芯材內(nèi)容物，用于提高卷煙抽吸品質(zhì)[1]。自2008年以來，國內(nèi)膠囊煙從探索發(fā)展到市場壯大，已逐漸形成多元化的產(chǎn)品風(fēng)格，并且逐漸趨于常態(tài)化，各種果香、花香、涼味風(fēng)格的膠囊在卷煙中得到推廣應(yīng)用[2-3]?！澳z囊添加”作為一種卷煙賦香的創(chuàng)新技術(shù)，可以避免香精在卷煙抽吸過程中參與燃燒，在確保香味天然逼真、強(qiáng)化卷煙風(fēng)格特征方面具有不可比擬的技術(shù)優(yōu)勢，同時(shí)能夠給予消費(fèi)者一種新鮮、奇特的感官體驗(yàn)，為卷煙品牌注入新的個(gè)性化元素[4-5]。

近年來，國內(nèi)卷煙行業(yè)面臨形勢日趨緊張，卷煙產(chǎn)品的競爭更加激烈，意味著對卷煙產(chǎn)品的技術(shù)含量要求更高，煙用膠囊需進(jìn)一步升級優(yōu)化。壁材作為影響膠囊成型的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要是由親水性膠體原料（明膠、結(jié)冷膠、魔芋膠、瓊脂等）按照一定配方比例復(fù)配而成。為了保證膠囊品質(zhì)穩(wěn)定性，在膠囊壁材設(shè)計(jì)開發(fā)過程中，應(yīng)綜合考慮壁材溶液的理化性質(zhì)和上機(jī)適應(yīng)性。

現(xiàn)有技術(shù)制備的薄荷膠囊，由于薄荷香精的揮發(fā)性較強(qiáng)，芯液香味物質(zhì)容易透過膠膜材料逸失，且膠囊的平均硬度相對較小，在儲(chǔ)存期間經(jīng)常出現(xiàn)空殼、破碎、滲油等現(xiàn)象。為了進(jìn)一步提高膠囊壁材與薄荷香精匹配性，穩(wěn)定薄荷膠囊產(chǎn)品品質(zhì)，試驗(yàn)以海藻酸鈉和卡拉膠作為主要原料，優(yōu)化設(shè)計(jì)壁材配方，以滴丸的上機(jī)適應(yīng)性作為評價(jià)指標(biāo)，開發(fā)出適用于包裹薄荷香精的膠囊壁材，同時(shí)對壁材溶液的理化性質(zhì)進(jìn)行分析檢測，以期為膠囊壁材的開發(fā)提供一定參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

海藻酸鈉（食用級，青島海之林生物科技開發(fā)有限公司）；卡拉膠（食用級，防城港捷康生物科技有限公司）；山梨糖醇（食用級，百思特食品添加劑有限公司）；低溫瓊脂（食用級，青島海之林生物科技開發(fā)有限公司）；純水（食用級，武漢黃鶴樓新材料科技開發(fā)有限公司）；薄荷香精（食品級，武漢黃鶴樓香精香料有限公司）。

1.2 儀器與設(shè)備

NDJ-5S數(shù)顯黏度計(jì)（上海平軒科學(xué)儀器有限公司）；diji test II 硬度儀（德國博銳公司）；RS600流變儀（德國哈克公司）；HH-2數(shù)顯恒溫水浴鍋（邦西儀器科技（上海）有限公司）；T50分散攪拌器（德國IKA公司）；DWJ-3，煙臺百藥泰中藥科技有限公司；煙用膠囊綜合測試儀（成都瑞拓科技股份有限公司）。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 壁材溶液的制備

稱取10 kg純水置入鐵桶容器內(nèi)，將純水加熱至70℃，在2 000 r/min攪拌條件下緩慢加入配方樣品，控制攪拌時(shí)間1.5 h（攪拌過程中需用保鮮膜蓋住，防止水分揮發(fā)），待完全溶解后，在70 ℃保溫條件下靜置3 h，即得膠液，要求溶液澄清透亮、無絮狀物。

1.3.2 上機(jī)試驗(yàn)

以薄荷香精作為芯液，不同配方膠液作為壁材原料，石蠟油作為冷卻循環(huán)油，固定制冷溫度16 ℃，通過調(diào)試滴頭溫度、膠液溫度、香精流速和膠液流速等參數(shù)，觀察滴丸的在線成型情況，要求大小均勻，無拖尾、偏芯、氣泡等異?，F(xiàn)象。將濕丸按照膠囊加工的一般工藝流程，經(jīng)脫油、干燥、平衡、篩選后即得膠囊成品[6]。

1.3.3 測定或表征

1.3.3.1 黏度

按照GB/T 2794—2013[7]，采用旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)進(jìn)行測定。（膠液溫度75±1 ℃，2號轉(zhuǎn)子60 r/min）。

1.3.3.2 凝膠強(qiáng)度

抽取10 mL膠液至培養(yǎng)皿內(nèi)，常溫放置5 min，轉(zhuǎn)移至10 ℃冰箱低溫保存1 h，采用digi test II硬度儀測試凝膠強(qiáng)度[8]。

1.3.3.3 流變性質(zhì)

使用哈克流變儀將膠液以1 ℃/min的冷卻速率降溫至35 ℃。整個(gè)過程中，采用的頻率及應(yīng)變分別為6.28 r/s和0.5%，記錄此過程的樣品隨時(shí)間變化的儲(chǔ)能模量G’及耗能模量G’[9]。

1.3.3.4 顯微結(jié)構(gòu)

采用掃描電子顯微鏡觀察膠液凝膠后膠皮的表面結(jié)構(gòu)[10]。

1.3.3.5 膠囊成品硬度及直徑

采用煙用膠囊綜合測試儀按照操作規(guī)程逐粒測定并記錄其硬度和直徑。

1.3.3.6 膠囊感官評價(jià)

肉眼觀察膠囊的外觀（大小、氣泡、圓度等）；將膠囊置入卷煙濾棒中，感受膠囊捏破時(shí)的脆響程度。

1.3.3.7 儲(chǔ)存穩(wěn)定性

將膠囊在22 ℃、濕度45%條件下儲(chǔ)存6個(gè)月，觀察儲(chǔ)存期間是否發(fā)生明顯的異?，F(xiàn)象（破碎、空殼、滲油等）。

2 結(jié)果與討論

2.1 配方優(yōu)化

膠囊壁材的選擇主要來源于食品或者醫(yī)藥行業(yè)中使用的親水性膠體，來源廣泛，安全性也可以得到保障。對于膠囊產(chǎn)品而言，所選的親水性膠體需要具備適宜的凝膠性、成膜性、穩(wěn)定性。選擇海藻酸鈉和卡拉膠作為主要凝凍劑和成膜劑，提供充分的凍力強(qiáng)度和致密性；少量使用瓊脂是為了改善膠囊壁材脆性，以期獲得膠囊捏破瞬間的脆響效果；山梨糖醇主要起增塑作用，增加囊殼韌性，可以適當(dāng)提高膠囊的儲(chǔ)存穩(wěn)定性。表1為不同配方壁材溶液黏度和凝膠強(qiáng)度，表2為不同配方壁材溶液的上機(jī)試樣結(jié)果。

由表2可知，制備薄荷膠囊的最佳壁材配方為m（海藻酸鈉）∶m（卡拉膠）∶m（瓊脂）∶m（山梨糖醇）=10∶30∶1∶5。若壁材溶液黏度偏大時(shí)，不利于滴丸的在線成型，出現(xiàn)大小不均勻、拖尾等現(xiàn)象。在配方設(shè)計(jì)過程中，降低海藻酸鈉使用量，略微調(diào)整瓊脂占比，可以滿足滴丸成型需求，且膠囊的硬度符合預(yù)期，無拖尾、氣泡、偏芯等現(xiàn)象，外觀品質(zhì)較好。

表1 不同配方壁材溶液的黏度和凝膠強(qiáng)度

表2 不同配方壁材溶液的上機(jī)試樣結(jié)果

2.2 壁材的流變性質(zhì)

利用非破壞性振蕩流變測試配方4壁材溶液體系凝膠過程中的流變性質(zhì)。儲(chǔ)能模量和耗能模量是凝膠性能的兩個(gè)重要表征參數(shù)。儲(chǔ)能模量又叫彈性模量，反映樣品的彈性大??；耗能模量又叫黏性模量，表征樣品的黏性性質(zhì)[11]。圖1為配方4壁材溶液的彈性模量G’及黏性模量G’在溫控程序中的變化曲線。在75℃降溫至35 ℃過程中，G’及G’在開始階段的數(shù)值較小，且黏性模量G’大于彈性模量G’。降溫至44.35 ℃時(shí)，彈性模量G’開始迅速增加（＞10 Pa），并且G’＞G’’，開始出現(xiàn)凝膠點(diǎn)，這是由于親水膠體充分變性后開始形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所致。隨著溫度的逐漸降低，更多分子發(fā)生交聯(lián)，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸得到鞏固，彈性模量進(jìn)一步增加，G’值達(dá)到6 500 Pa以上，且黏性模量G’的變化曲線和G’類似，G’值始終大于G’值，充分說明測定過程中彈性凝膠的形成[12]。

圖1 配方4壁材溶液彈性模量G’及黏性模量G’的變化曲線

2.3 薄荷膠囊壁材的顯微結(jié)構(gòu)

一般情況下，膠囊壁材對芯材的包裹效果都與其表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。將膠囊捏破后去除膠皮表面殘留油漬，使用掃描電鏡觀察膠皮的顯微結(jié)構(gòu)。由圖2可知，壁材配方優(yōu)化改進(jìn)后，膠皮的致密性增加，配方4壁材能將薄荷香精較好包裹在內(nèi)腔，一定程度上防止香精揮發(fā)，且不易發(fā)生滲油、空殼等現(xiàn)象。

圖2 壁材改進(jìn)前后的微觀結(jié)構(gòu)

2.4 薄荷膠囊的物理指標(biāo)

由表3可知，使用原先壁材配方制備的薄荷膠囊，外觀情況差，平均硬度相對較?。?2.45 N），具體表現(xiàn)為捏破手感易碎，這為膠囊的儲(chǔ)存、運(yùn)輸帶來質(zhì)量隱患；壁材配方改進(jìn)后，薄荷膠囊的平均硬度得到提升，且膠囊的圓度較好，無明顯氣泡。

表3 薄荷膠囊的物理指標(biāo)

2.5 薄荷膠囊的儲(chǔ)存穩(wěn)定性

將薄荷膠囊存放在密閉容器中（溫度22 ℃，濕度45%），每隔一段時(shí)間進(jìn)行外觀評價(jià)，考察薄荷膠囊的儲(chǔ)存穩(wěn)定性，結(jié)果如表4所示。

結(jié)果表明，使用配方4所制備的薄荷膠囊外觀品質(zhì)穩(wěn)定，無空殼、滲油、破碎等現(xiàn)象；且與剛開始相比，薄荷膠囊在卷煙中的應(yīng)用效果幾乎保持一致。

表4 薄荷膠囊的儲(chǔ)存穩(wěn)定性

3 結(jié)語

以海藻酸鈉和卡拉膠作為主要原料，通過合理添加助劑，以滴丸的上機(jī)適應(yīng)性作為評價(jià)指標(biāo)，復(fù)配出適用于薄荷香精的膠囊壁材，在線成型穩(wěn)定，膠囊成品的物理指標(biāo)良好，捏破手感和硬度符合預(yù)期效果，且薄荷膠囊在儲(chǔ)存期間沒有出現(xiàn)空殼、滲油等現(xiàn)象。分析檢測結(jié)果表明，該壁材溶液黏度194 ℃，在44.35℃時(shí)開始形成彈性凝膠，且凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)比較致密，成膜性好，凝膠強(qiáng)度為11.7 N。通過研究優(yōu)化薄荷膠囊壁材配方，為卷煙膠囊成型技術(shù)提供理論基礎(chǔ)。