茶树油/脲醛树脂缓释微胶囊的制备

龚圣，陈燕，韩文强，周新华，徐华，陈铧耀，吴伟超

（1仲恺农业工程学院化学化工学院，广东 广州 510225；2河源市润天然生物科技有限公司， 广东 河源 517000）

茶树油/脲醛树脂缓释微胶囊的制备

龚圣1，陈燕1，韩文强1，周新华1，徐华1，陈铧耀1，吴伟超2

（1仲恺农业工程学院化学化工学院，广东 广州 510225；2河源市润天然生物科技有限公司， 广东 河源 517000）

以甲醛和尿素为微胶囊壁材原料，以茶树精油为芯材，采用原位聚合法制备茶树油/脲醛树脂微胶囊，能够弥补茶树油易挥发、易氧化和气味难闻的缺点。本文考察乳化剂的种类、乳化剂的用量、释放环境等因素对微胶囊的形貌、粒径、载药量以及缓释性能的影响。研究结果表明，以十二烷基硫酸钠为乳化剂，用量约为4%，固化时间为80min时，所得的载油微胶囊形状规则、外表圆滑、粒径均匀、平均约40～50µm，囊壁致密、壁厚约0.5µm。此外，载药量和缓释性能较好，本文研究制得的微胶囊载药量可达45%左右，4天释放量为68%左右，室温条件下微胶囊释放时长可达7天。

茶树油；脲醛树脂；微胶囊；粒径；缓释

茶树油又名互叶百千层油，是一种无色或浅黄色液体，具有令人愉快的豆蔻气味。茶树油具有广谱抗菌、抗真菌、抗病毒和抗炎活性，对痤疮丙酸杆菌（Propionibacterium acnes，G+）、金黄色葡萄球菌（Staphyloccus aureus，G+）、表皮葡萄球菌（Staphyloccusepidermidis，G+）具有较强的抑制作用[1-3]。它无毒、无腐蚀，且不会把细菌、病毒、微菌杀死，只是适当的抑制其生长，其药用价值使得它在皮肤科、口腔和妇科临床上都得到了广泛应用[4-8]。由于茶树油含有多种活性成分，具有广谱抗微生物、抑制细菌生长、纯天然无污染无腐蚀且渗透性强的特点，因而在可广泛用于医药、食品、化妆品、农业等行业，具有广阔的应用前景[9]。

同时在光照较强的条件下，茶树油在贮藏过程中会发生颜色的改变，由透明白色或淡黄色转为深黄色，并发生氧化[10]，极大地影响了茶树油的应用价值，微胶囊技术可以有效地解决上述问题[11]。微胶囊技术是利用一种膜材料（壁材），将固体、液体或气体等物质包裹起来（芯材），形成一个由芯材和壁材组成的微胶囊的技术。芯材通常是受热易分解的油、见光易分解的化合物等不能与外界直接接触的物质。微胶囊技术在化妆品、食品、医学领域，甚至农药领域等都有不同程度的运用。陈娟等[12]以甲基纤维素、壳聚糖及海藻酸钠作为复合壁材，采用喷雾干燥法制备得到茶树精油微胶囊，微胶囊含油率为13.4%，茶树油微胶囊呈球形，表面较规整，颗粒均匀，对精油具有良好的缓释效果。YEH等[13]以海藻酸钠为壁材，以后氯化钙为交联剂制备得到海藻酸钙茶树油微胶囊，重点研究了环境温度对茶树油释放性能的影响，他们的研究结果认为，随着温度的升高茶树油的释放速度显著加快，这主要是由于蒸汽比茶树油更能有效穿透囊壁。朱玲等[14]以异佛尔酮二异氰酸酯三聚体和三乙烯四胺为囊壁原料，毒死蜱为芯材，利用界面聚合法制备了毒死蜱化聚脲微胶囊，该微胶囊的包封率高于90%，能使毒死蜱的活性得到长期保存，从而能有效灭虫。HAN等[15]采用淀粉包埋百里香与迷迭香的微胶囊用于奶酪的抗菌保鲜，研究发现采用两种精油微胶囊的复合抗菌剂在10℃的环境温度下，9天时间L. monocytog- enes菌落减少102.5CFU/g，具有良好的抗菌杀菌性能。

到目前为止，关于茶树油微胶囊的研究尚比较少[11]，而且大多采用复合凝胶法，微胶囊粒径偏大，微胶囊的载油量整体偏低，不到20%。界面聚合法制备工艺简单，反应速率快，适宜连续化生产，且对生产设备和反应单体的纯度要求不高，对原材料配比要求不严[16-17]。因此，本文尝试采用界面聚合法，以脲醛树脂为壁材，探讨乳化剂种类、用量、固化条件等对微胶囊形貌等的影响，以期制备得到颗粒均匀、粒径细小、载油量较高的制备茶树油/脲醛树脂微胶囊，为茶树油的高效利用与精细加工提供理论依据与实践参考。

1 实验部分

1.1 原料和试剂

尿素，十二烷基硫酸钠（sodium lauryl sulfate，SDS），无水乙醇，十六烷基三甲基溴化铵（cetyltrimethylammonium bromide，CTAB），均为分析纯试剂，天津市大茂化学试剂厂；甲醛，吐温-20，均为化学纯试剂，广州化学试剂厂；十二烷基苯磺酸钠（sodium dodecyl- benzene sulfonate，SDBS），氢氧化钠，均为化学纯试剂，天津市福晨化学试剂厂；三乙醇胺，盐酸，分析纯，西陇化工股份有限公司。茶树油，无色液体，采用湛江市麻章区种植的白千层树，经中国热带农科院农产品加工研究所提取获得，达到国际标准（ISO4730.1996）要求。

1.2 实验设备

85-2A型数显恒温磁力搅拌器，常州奥华仪器有限公司；KQ-300DV型超声波清洗器，昆山禾创超声仪器有限公司；DZF-6020型电热鼓风干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；DZF-6021型真空干燥箱，上海一恒科学仪器有限公司；SH2-DIII型循环水式多用真空泵，河南宇科自动化仪器仪表有限公司；GSM-C289B型光学显微镜，日本奥林巴斯光学有限公司；Specturm100型傅里叶红外光谱仪，美国Perkin Elmer公司；T6新世纪紫外可见分光光度计，日本岛津公司；马尔文激光粒度仪，Mastersizer 2000，英国马尔文仪器有限公司。

1.3 原位聚合法制备茶树油微胶囊

预聚物的制备：称取40～60g尿素，50～80g甲醛和100～150g水于三口烧瓶中，用三乙醇胺调节体系pH=8，在油浴锅中70℃条件下加热1h，所得无色液体即为预聚物。

微胶囊的制备：称取约10g预聚物，一定质量的表面活性剂于加入20mL水的烧杯中，常温条件下，保持转速为1000r/min，15min后，将3g茶树油溶于无水乙醇中，且逐滴滴入混有乳化剂的预聚物中；降低转速为800r/min，分阶段调节pH，直至pH为2～3；降低转速为200r/min，恒温加热固化一定时间后，用三乙醇胺调节pH=7.0；将其过滤，即得茶树油微胶囊。

1.4 结构表征

1.4.1 脲醛树脂微胶囊的形貌表征（光学显微镜与SEM）

取干燥前的微胶囊置于载玻片上，在光学显微镜或SEM（ZEISS EVO8型SEM，德国卡尔蔡司公司）下观察茶树精油脲醛树脂微胶囊干燥前的形貌。

1.4.2 茶树油脲醛树脂微胶囊的粒度测定

通过马尔文激光粒度分析仪测定微胶囊的粒径。将合成的脲醛树脂微胶囊超声分散在自来水中，利用激光粒度分析仪测定。

1.4.3 红外光谱测试

本实验采用KBr制作压片。首先取适量溴化钾进行研磨，压片，然后用傅里叶红外光谱仪对溴化钾进行扫描，得到溴化钾红外光谱作为空白背景。分别对脲醛树脂、茶树油、脲醛树脂包覆茶树油微胶囊加入适量溴化钾，充分研磨压片，以溴化钾红外光谱作为空白分别进行红外测试分析。

1.5 微胶囊载药量的测定

将一定质量的微胶囊置于加有100mL无水乙醇的各锥形瓶中，超声波震荡10min后，静置24h，移取1mL于25mL容量瓶中，用无水乙醇定容，通过紫外分光光度计测得各样品的吸光度。其载油量（LC）计算如式(1)。

式中，c为所测得的各样品最终浓度，mg/L；b为稀释倍数；M为所称取微胶囊的质量，mg。

1.6 茶树油微胶囊缓释性能观测

在常温下，茶树油易挥发，以SDS为乳化剂，乳化剂用量分别为2%、3%和4%，固化时间80min，制得茶树油微胶囊。将微胶囊放置在25℃的恒温烘箱中进行缓释实验，在称量微胶囊缓释过程中重量的随着时间的变化情况，计算微胶囊累积释放量Q，计算如式(2)所示。

式中，LC为待测微胶囊的载油量，%；Mt为缓释时间t后，待测微胶囊的质量，mg；M0为待测微胶囊的初始质量，mg。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱分析

从图1可以看出，对比样品和脲醛树脂，两者在3353cm–1处峰形尖锐，是N—H和O—H重叠在一起的伸缩振动吸收峰，1000cm–1处是C—O的伸缩振动，2962cm–1处主要是饱和C—H的伸缩振动，1641cm–1左右为C==O的伸缩振动吸收峰，1559cm–1处存在酰胺键中C—N的伸缩振动吸收峰。可知，微胶囊的外壁材料是脲醛树脂。另外，2024cm–1和1370cm–1是茶树油的特征吸收峰，而样品中也有这两个特征峰，证明制得的微胶囊中包裹有茶树油芯材。

图1 茶树油微胶囊的FTIR图

2.2 乳化剂种类对茶树油脲醛树脂微胶囊形貌的影响

由图2可知，以吐温-20（Twain-20）为乳化剂制备的微胶囊外壁毛刺较多，基本能成球形，但是微胶囊聚集较为明显，如图2(a)所示；这主要是由于吐温-20为非离子表面活性剂而言，不会离解出带电荷的离子，因为胶粒间缺失静电斥力作用，并且有少量的微胶囊未能很好包覆茶树油，出现漏油现象，所以微胶囊容易团聚粘连。

以CTAB为乳化剂制备的微胶囊，团聚也是非常严重的，如图2(c)所示；CTAB属于阳离子表面活性剂，其在胶粒乳化稳定中虽然具有静电作用，但是它对pH敏感以及容易引起絮凝团聚。而以十二烷基苯磺酸钠为乳化剂制备的微胶囊分散效果最差，未呈现完整的球形结构，未能对茶树油进行良好的包埋，如图2(d)所示；SDBS由于具有低的表面能和较大的疏水性，当乳化时核壳两相性质由于存在较大的差异而发生相分离，最终微胶囊聚集成团。相比较而言，十二烷基硫酸钠为乳化剂，制备得到的微胶囊球形较好，并且毛刺也比较少，如图2(b)所示。

2.3 乳化剂用量对茶树油微胶囊形貌的影响

由图3可看出，乳化剂用量少于4%时，微胶囊堆积成团，分散不明显，且外壁上长了很多类似毛刺的小块颗粒，随着乳化剂十二烷基硫酸钠用量的增加，毛刺逐渐从壁上脱落，微胶囊的外壁逐渐变得圆润，分散得逐渐均匀，当达到4%时，此时的微胶囊成球形状规则，微胶囊壁均匀、致密，壁厚约0.5µm，如图3(e)所示。当SDS超过4%，微胶囊表面又一次变得粗糙不规整，球表面附着毛刺增多，可能是多余的乳化剂在微胶囊表面再次成囊所致。

图2 不同种类的乳化剂制得的茶树油微胶囊显微镜图片

这是因为，当SDS在较低浓度下分散在水中时，有的以单分子形式存在，SDS浓度低时，对界面的保护作用不足，很容易因为搅拌而使其乳化结构遭到破坏。但是，随着乳化剂SDS量的增加，其在水溶液表面形成一层定向排列的单分子膜，并开始形成胶束。此外，SDS是阴离子活性剂，使微胶囊表面带上电荷，并在溶剂化条件下形成静电场，使带同种电荷的微胶囊互相排斥，从而生成的微胶囊不致于聚集成团。然而，SDS用量的进一步增加，导致油水界面的黏度增加，在搅拌过程中，油相发生相互碰撞，因黏度过大而聚集，从而发生团聚现象。结合图2(a)与图4的粒径分布情况进一步说明，以吐温-20位乳化剂制备的微胶囊存在比较严重的团聚，平均粒径在40～50µm左右。以SDS为乳化剂制备的茶树油微胶囊，分散效果很好，而且微胶囊的粒径均匀，粒径分布较窄平均粒径在40µm左右（如图4所示），但微球粘连，如图2（b）所示。另外，在高速搅拌下，十二烷基苯磺酸钠产生大量泡沫，导致脲醛树脂在泡沫表面聚集，形成脲醛树脂沉积物，影响了微胶囊囊壁的正常形成，使得囊壁粗糙，导致不能形成完好的球形，故而导致微胶囊的粒径分布较宽，如图4所示。

可见，乳化剂十二烷基硫酸钠的用量为4%时，得到的微胶囊形态较佳，形貌圆润、规则。这从微胶囊的载油量可以得到进一步的证实，如图5所示。随着乳化剂用量由1%不断增加，微胶囊的载药量先经过大幅增加，由开始的13.54%快速增加到40%以上。然后，载油量趋于平缓，SDS用量4%时，达到45%左右。

2.4 茶树油脲醛树脂微胶囊缓释性能

图6为25℃恒温烘箱环境下，茶树油微胶囊的精油缓释性能情况。从图6a为SDS用量2%时的制得茶树油微胶囊的缓释曲线，从图中可以看出，该微胶囊的在前50h的时间内精油释放速度非常快，两天时间即释放85%的精油，这可能由部分微胶囊的囊壁不密封、不完整，导致精油的突释等。

图6中b、c分别为SDS 3%与4%制得的微胶囊缓释性情况。从图中可以看出，精油的前期突释得到了较好的解决，释放时间明显延长。特别是图6c释放4天后，精油释放量达到60%～68%；一周左右时间后，精油释放量达到90%～95%。

图3 SDS用量对茶树油微胶囊形貌的影响

图4 不同种类乳化剂制备的微胶囊的粒径分布图

图5 SDS含量对茶树油微胶囊载油量的影响

图6 SDS含量对茶树油微胶囊缓释性能的影响

可见，本研究条件下，以SDS为乳化剂，用量4%左右制得的微胶囊缓释性能较好，这与前面的研究结果是一致的。本研究制得的微胶囊，在环境温度25℃时，4天释放量为68%左右，室温条件下微胶囊释放时长可达7天以上。

3 结论

（1）采用界面聚合法制备制备茶树油脲醛树脂微胶囊，工艺简单可行，反应速率快。本研究以脲醛树脂为壁材，通过考察阴离子型、阳离子型以及非离子型乳化剂等乳化剂类型、用量以及固化时间等因素对微胶囊的影响，制得形貌圆润，粒径均一且分布较窄的茶树油脲醛树脂微胶囊。

（2）研究结果表明：以脲醛树脂为壁材，以阴离子型表明活性剂十二烷基硫酸钠为乳化剂，乳化剂用量4%，固化时间80min，制得的茶树油/脲醛树脂微胶囊形貌是最圆润、粒径分布较窄，载药量达到45%；缓释性能较好，茶树油4天释放量可达68%左右，持续时间可达一周左右。

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Preparation of tea tree oil/urea formaldehyde-resin sustained release microcapsules

GONG Sheng1，CHEN Yan1，HAN Wenqiang1，ZHOU Xinhua1，XU Hua1，CHEN Huayao1，WU Weichao2
（1College of Chemistry and Chemical Engineering，Zhongkai University of Agriculture and Engineering，Guangzhou 510225，Guangdong，China；2Heyuan Runtianran Bio-tech Co.，Ltd.，Heyuan 517000，Guangdong，China）

Using formaldehyde and urea as wall material of microcapsule and tea tree oil as core material，tea tree oil/urea formaldehyde resin microcapsules were prepared by in-situ polymerization so the adverse influence of volatile，oxidation and unpleasant smell could be avoided reasonably. In this study，the effects of the types of emulsifier，the amount of emulsifier，the curing time，the release of the environment， and other factors on the morphology，particle size，drug loading，and release properties of microcapsules were investigated. The results showed that，with the amount of 4% twelve sodium alkyl sulfate as emulsifier，the curing time about 80min，a good-shaped tea tree oil/urea formaldehyde resin microcapsule had been prepared with the most normal appearance，and uniform particle size，about 40—50µm，and compact wall. Furthermore，the tea tree oil loading and release performance was better. In this study，the microcapsule drug loading was up to about 45%，and 4 days release amount was about 68% under room temperature. Moreover，the duration of microcapsule release could be up to 7 days.

tea tree oil；urea-formaldehyde resin; microcapsule；particle size；sustained release

TQ658

：A

：1000–6613（2017）05–1862–06

10.16085/j.issn.1000-6613.2017.05.039

2016-08-05；修改稿日期：2017-01-04。

国家留学基金委项目（201508440427）、广东省科技计划（2016A010103036，2015A020209182）以及广州市科技计划项目（201510010964）。

龚圣（1978—），男，博士，副教授，硕士生导师，主要从事农业精细化学品研究。E-mail：gshengjx@163.com。联系人：周新华，博士，教授，主要从事农业精细化学品研究。E-mail：xinhuazhouce @163.com。