本發(fā)明涉及酵素保存領(lǐng)域，尤其涉及一種酵素水凝膠顆粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

酵素（enzyme），又稱為酶，它是指具有生物催化功能的高分子物質(zhì)。酵素能加快化學(xué)反應(yīng)的速度（即具有催化作用）,機理是通過降低反應(yīng)活化能而加快化學(xué)反應(yīng)的速率。一些酶可以將反應(yīng)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的速率提高數(shù)百萬倍。各酵素的活性應(yīng)用源于各酵素的活性位點及其專一性,而活性位點為三維蛋白結(jié)構(gòu),其活性及其酶動力性易受環(huán)境因素如溫度，ph值等影響,如因溫度超出適宜的溫度和ph值后，酶的活性會顯著下降。

酵素在諸多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用：在個人護理領(lǐng)域，酵素作為一種生物活性劑，常被制作成化妝品，用來護理皮膚的表面；牙膏里通過添加酵素成分，也能幫助清理、分解口腔中的含淀粉的殘渣；在食品領(lǐng)域，酵素在蛋糕烘焙、奶酪制作、啤酒發(fā)酵等過程中也經(jīng)常被使用到；在農(nóng)業(yè)上，酵素可以被用作有機肥料，應(yīng)用于無公害蔬菜的生產(chǎn)；因為酵素在常溫下的高活性，它還常被用作綠色環(huán)保的洗滌劑，用于日常洗衣、洗碗以及工業(yè)上的清潔等。

酵素作為一種生物活性劑，其活性受酸堿度、溫度、壓力等環(huán)境條件的影響很大。為保持其在使用過程中的活性，酵素常常需要被包埋在一些微小的顆粒里。這些顆粒的壁面一方面能緩沖環(huán)境條件改變的對酵素的影響，保存其活性；另一方面能實現(xiàn)酵素成分的緩釋，增加酵素產(chǎn)品的使用功能，在生活和工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。傳統(tǒng)的包埋方法一般都以水油乳液為模板，將需要包埋的物質(zhì)混合在水相中，然后通過乳化機在高壓下制作分布在油相里的水乳液，再進一步把乳液液滴固化，從而得到顆粒。然而，這些傳統(tǒng)的包裹酵素的方法一般涉及到使用高壓力、高溫度、油溶劑等條件，不利于酵素活性的保存。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種酵素水凝膠顆粒其在溫和條件下的制備方法，旨在解決現(xiàn)有包裹酵素的方法要用到高壓力、高溫度以及油溶劑等條件，對酵素活性影響較大的問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，包括步驟：

a、將酵素水溶液和海藻酸鈉溶液分別通入到金屬微流體噴頭里的內(nèi)、外層管道中；

b、控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液互相接觸并形成核-殼結(jié)構(gòu)的雙相乳液液滴；

c、將所述雙相乳液液滴加入到氯化鈣水溶液中，待所述雙相乳液液滴中的殼層交聯(lián)固化后，即制得酵素水凝膠顆粒。

所述的酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，所述步驟b具體包括：

b1、采用兩臺流量泵分別控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量；

b2、通過調(diào)整所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量形成不同核-殼比例的雙相乳液液滴。

所述的酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，所述步驟b之后還包括：

b10、在形成核-殼結(jié)構(gòu)的雙相乳液液滴過程中，對所述雙相乳液液滴施加電場，調(diào)控所述雙相乳液液滴的大小。

所述的酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，所述海藻酸鈉溶液的濃度為1-3wt%。

所述的酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，所述金屬微流體噴頭的直徑小于1mm。

所述的酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量均小于2ml/h。

所述的酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的雷諾數(shù)值均小于1。

所述的酵素水凝膠顆粒的制備方法，其中，所述氯化鈣水溶液的濃度為2-4wt%。

一種酵素水凝膠顆粒，其中，采用如上任意一項酵素水凝膠顆粒的制備方法制備而成。

所述的酵素水凝膠顆粒，其中，所述酵素水凝膠顆粒為核-殼結(jié)構(gòu)，其中，核是富含酵素的液相，殼是由海藻酸鈣的水凝膠組成。

有益效果：本發(fā)明首先將酵素水溶液和海藻酸鈉溶液分別通入到金屬微流體噴頭里的內(nèi)、外層管道中，然后通過控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液互相接觸并形成核-殼結(jié)構(gòu)的雙相乳液液滴，其中內(nèi)核用于保存含酵素的液相，外殼是水凝膠用于保護核相的酵素；采用本發(fā)明的制備方法能夠有效避免環(huán)境壓力、酸堿度以及溫度變化對酵素的影響，有效保證了酵素的生物活性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種酵素水凝膠顆粒的制備方法較佳實施例的流程圖。

圖2為本發(fā)明用于制備酵素水凝膠顆粒的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明海藻酸鈉溶液交聯(lián)固化形成水凝膠的過程示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種酵素水凝膠顆粒及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請參閱圖1，圖1為本發(fā)明一種酵素水凝膠顆粒的制備方法較佳實施例的流程圖，如圖所示，其包括步驟：

s100、將酵素水溶液和海藻酸鈉溶液分別通入到金屬微流體噴頭里的內(nèi)、外層管道中；

具體來說，預(yù)先準(zhǔn)備好待包裹的酵素水溶液以及用于包裹酵素的海藻酸鈉溶液，其中，所述酵素水溶液的濃度可根據(jù)實際需要任意配制，所述海藻酸鈉溶液的濃度可控制為1-3wt%；優(yōu)選地，為了增強包裹效果，可將海藻酸鈉溶液的濃度配制為2wt%；

進一步，將預(yù)先配制好的酵素水溶液和海藻酸鈉溶液分別通入到金屬微流體噴頭里的內(nèi)、外層管道中；具體地，如圖2所示，所述金屬微流體噴頭10由兩個共軸的管道組成，即一個較大的管道（外層管道11）套著另一個較小的管道（內(nèi)層管道12），所述內(nèi)層管道用于通入酵素水溶液，外層管道用于通入海藻酸鈉溶液。

s200、控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液互相接觸并形成核-殼結(jié)構(gòu)的雙相乳液液滴；

所述步驟s200具體包括：

s210、采用兩臺流量泵分別控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量；

s220、通過調(diào)整所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量形成不同核-殼比例的雙相乳液液滴。

具體來說，如圖2所示，通過兩臺流量泵（未畫出）分別控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量，為防止所述酵素水溶液與海藻酸鈉溶液發(fā)生混合，需要精確控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量以及雷諾數(shù)值；

較佳地，本發(fā)明設(shè)置所述金屬微流體噴頭的直徑小于1mm，同時控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量均小于2ml/h；控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的雷諾數(shù)值均小于1；通過上述設(shè)置，可保證酵素水溶液和海藻酸鈉溶液在金屬微流體噴頭的出口處接觸時，依然保持各自層流的特征，即所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液不會發(fā)生混合，從而可形成核-殼結(jié)構(gòu)的雙相乳液液滴。

更進一步，在保證酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量均小于2ml/h的前提下，通過調(diào)整酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量可形成不同核-殼比例的雙相乳液液滴；例如當(dāng)調(diào)整酵素水溶液的流量大于所述海藻酸鈉溶液的流量時，則所述雙相乳液液滴中的核所占的比例大于所述殼所占的比例；當(dāng)調(diào)整所述海藻酸鈉溶液的流量大于所述酵素水溶液的流量時，則所述雙相乳液液滴中的殼所占的比例大于所述核所占的比例。也就是說，所述兩相乳液液滴的核-殼的比例可以通過流量泵調(diào)整兩相流量實現(xiàn)精準(zhǔn)控制。

進一步，所述步驟s200之后還包括：

s200’、在形成核-殼結(jié)構(gòu)的雙相乳液液滴過程中，對所述雙相乳液液滴施加電場，調(diào)控所述雙相乳液液滴的大小。

具體來說，如圖2所示，為進一步控制所產(chǎn)生雙相乳液液滴的大小，本發(fā)明通過在所述金屬微流體噴頭10和置于金屬微流體噴頭10下方的金屬環(huán)20之間施加一個電場，所述電場通過電離雙相乳液液滴產(chǎn)生界面電荷，所述界面電荷在電場中受到一個強電場力的作用，從而克服雙相乳液液滴界面張力，從而使雙相乳液液滴的液面變成一個泰勒錐的形狀，所述泰勒錐尖尖的尾端能夠產(chǎn)生均勻的、微小的液滴，而且這些液滴依然能夠保持這核-殼結(jié)構(gòu)；因此，本發(fā)明通過控制所施加的電場強度的大小，便可以實現(xiàn)控制所述雙相乳液液滴的大小。

s300、將所述雙相乳液液滴加入到氯化鈣水溶液中，待所述雙相乳液液滴中的殼層交聯(lián)固化后，即制得酵素水凝膠顆粒。

具體來說，如圖2和圖3所示，當(dāng)所述雙相乳液液滴經(jīng)過金屬環(huán)滴落在裝有氯化鈣水溶液的固化盤30后，所述氯化鈣固化相里的鈣離子進入到所述雙相乳液液滴，從而將殼層的海藻酸鈉高分子溶液交聯(lián)固化形成水凝膠，將產(chǎn)生的包裹酵素的水凝膠顆粒撈出，便可得到具有核-殼結(jié)構(gòu)的酵素水凝膠顆粒；

進一步，為增加固化效果，選取所述氯化鈣溶液的濃度為2-4wt%，優(yōu)選3wt%。

基于上述方法，本發(fā)明還提供一種酵素水凝膠顆粒，采用如上任意一項酵素水凝膠顆粒的制備方法制備而成，其中，所述酵素水凝膠顆粒為核-殼結(jié)構(gòu)，其中，核是富含酵素的液相，殼是由海藻酸鈣的水凝膠組成。

綜上所述，本發(fā)明提供一種酵素水凝膠顆粒及其制備方法，利用金屬微流體噴頭低雷諾數(shù)的特點，將酵素水溶液和海藻酸鈉溶液分別通入到金屬微流體噴頭里的內(nèi)、外層管道中，然后通過控制所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量，使所述酵素水溶液和海藻酸鈉溶液互相接觸從而形成核-殼結(jié)構(gòu)的雙相乳液液滴，其中內(nèi)核用于保存含酵素的液相，外殼是水凝膠用于保護核相的酵素；本發(fā)明實現(xiàn)了在溫和的條件下將酵素包裹在水凝膠顆粒里，從而有效避免了環(huán)境壓力、酸堿度以及溫度變化對酵素的影響，進而保證了酵素的生物活性；更進一步，本發(fā)明還可通過調(diào)節(jié)酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量比例來實現(xiàn)調(diào)節(jié)雙相乳液液滴中核-殼結(jié)構(gòu)的比例；通過施加電場并控制電場強度來調(diào)節(jié)產(chǎn)生的雙相乳液液滴的大小。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護范圍。