本發明涉及酵素保存領域，尤其涉及一種酵素水凝膠顆粒及其制備方法。

背景技術：

酵素（enzyme），又稱為酶，它是指具有生物催化功能的高分子物質。酵素能加快化學反應的速度（即具有催化作用）,機理是通過降低反應活化能而加快化學反應的速率。一些酶可以將反應物轉化為產物的速率提高數百萬倍。各酵素的活性應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構,其活性及其酶動力性易受環境因素如溫度，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。

酵素在諸多領域有著重要的應用：在個人護理領域，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；在食品領域，酵素在蛋糕烘焙、奶酪制作、啤酒發酵等過程中也經常被使用到；在農業上，酵素可以被用作有機肥料，應用于無公害蔬菜的生產；因為酵素在常溫下的高活性，它還常被用作綠色環保的洗滌劑，用于日常洗衣、洗碗以及工業上的清潔等。

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境條件改變的對酵素的影響，保存其活性；另一方面能實現酵素成分的緩釋，增加酵素產品的使用功能，在生活和工業領域發揮著重要的作用。傳統的包埋方法一般都以水油乳液為模板，將需要包埋的物質混合在水相中，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，現有技術還有待于改進和發展。

技術實現要素：

鑒于上述現有技術的不足，本發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。

本發明的技術方案如下：

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、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-殼結構的雙相乳液液滴；

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-殼結構的雙相乳液液滴過程中，對所述雙相乳液液滴施加電場，調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-殼結構，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、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-殼結構的雙相乳液液滴，其中內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；采用本發明的制備方法能夠有效避免環境壓力、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為本發明用于制備酵素水凝膠顆粒的裝置結構示意圖。

圖3為本發明海藻酸鈉溶液交聯固化形成水凝膠的過程示意圖。

具體實施方式

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

請參閱圖1，圖1為本發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、外層管道中；

具體來說，預先準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、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（內層管道12），所述內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-殼結構的雙相乳液液滴；

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值；

較佳地，本發明設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值均小于1；通過上述設置，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生混合，從而可形成核-殼結構的雙相乳液液滴。

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；例如當調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；當調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整兩相流量實現精準控制。

進一步，所述步驟s200之后還包括：

s200’、在形成核-殼結構的雙相乳液液滴過程中，對所述雙相乳液液滴施加電場，調控所述雙相乳液液滴的大小。

具體來說，如圖2所示，為進一步控制所產生雙相乳液液滴的大小，本發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20之間施加一個電場，所述電場通過電離雙相乳液液滴產生界面電荷，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-殼結構；因此，本發明通過控制所施加的電場強度的大小，便可以實現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，當所述雙相乳液液滴經過金屬環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固化形成水凝膠，將產生的包裹酵素的水凝膠顆粒撈出，便可得到具有核-殼結構的酵素水凝膠顆粒；

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%，優選3wt%。

基于上述方法，本發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-殼結構，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、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-殼結構的雙相乳液液滴，其中內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；本發明實現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，本發明還可通過調節酵素水溶液和海藻酸鈉溶液的流量比例來實現調節雙相乳液液滴中核-殼結構的比例；通過施加電場并控制電場強度來調節產生的雙相乳液液滴的大小。

應當理解的是，本發明的應用不限于上述的舉例，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。