CN104138471A - 一种新型壳聚糖纳米粒及其制备方法 - Google Patents

一种新型壳聚糖纳米粒及其制备方法 Download PDF

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李玥
徐菲菲
刘飞
梁蓉
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Abstract

本发明公开了一种新型壳聚糖纳米粒及其制备方法，本发明从现有的壳聚糖纳米粒制备方法对于小分子水溶性物质包埋效果不佳出发，选用带有内腔分子结构的璜丁基-β-环糊精作为阴离子交联剂，大大改善了包封效果。同时选用水溶性壳聚糖衍生物替代普通壳聚糖，排除了酸性介质可能带来的不良影响，扩大了在食品领域的应用范围。因β-环糊精本身特有的空腔结构就可以实现油溶性物质的包合，故可以在不加入乳化剂的前提下实现疏水性活性成分或水溶性及油溶性活性物质共同包埋，大大提高了纳米粒的功能特性。

Description

一种新型壳聚糖纳米粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型壳聚糖纳米粒及其制备方法，尤其涉及茶多酚、维生素C和维生素E的包封，属于活性物质纳米粒制备技术领域。
背景技术
壳聚糖，学名聚葡萄糖胺(1-4)-2-氨基-β-D葡萄糖，是甲壳素部分或全部脱乙酰基产物，是自然界中唯一大量存在的阳离子聚合物，大量存在于甲壳类动物外壳中，具有良好的生物相容和生物降解性，在食品及医药领域都得到了广泛的应用。虽然，壳聚糖纳米粒的制备有乳化液滴聚结法、乳化溶剂扩散法、反向胶束法、去溶剂法、离子交联和聚电解质络合法等，但大量的研究都集中在离子交联法和聚电解质络合法。在弱酸条件下，壳聚糖呈带正电荷的聚电解质，可与聚阴离子之间通过分子间及分子内相互交联自发形成纳米粒，这种温和的纳米粒子形成特性也促进了其在包埋活性物质领域的应用，特别是在多肽及蛋白质类药物的包载方面已经获得了广泛的关注。
由于普通壳聚糖只能溶于酸性溶液中，这一缺陷使其应用受到限制，特别是在食品行业。因为酸性介质或多或少对生物体具有一定的毒性，且容易干扰活性物质的性能，同时普遍使用的醋酸也会影响感官特性。水溶性壳聚糖衍生物能很好地直接溶解于水中，避免了酸性介质的使用，显示出了普通壳聚糖不具有的优良性质。
常用的壳聚糖纳米粒的制备是通过多聚磷酸钠与壳聚糖之间的静电间相互作用而形成的。在包埋活性大分子水溶性物质(多肽类、疫苗、蛋白类、聚核苷酸和质粒)时具有一定的优势，因静电作用、疏水相互作用、氢键及物理截留等综合作用使得对大分子水溶性物质能起到较好的包封作用。但对于小分子水溶性物质的包埋，多聚磷酸钠与壳聚糖形成的纳米粒的表现不佳。有研究表明，β-环糊精作为一种带有内腔分子结构的物质，不光可以与水溶性差的物质形成包合物，而且在也能促进某些水溶性物质的包封。璜丁基-β-环糊精作为环糊精的衍生物，自身携带的负电荷可与壳聚糖之间产生静电结合形成纳米粒。且其特有的孔状结构可与一些水溶性小分子物质形成包合物，使得此类物质包封效果提高。另外，β-环糊精对于油溶性物质的包合方面具有明显的优势，使得在不加入乳化剂的前提下就能起到对疏水性活性成分较好包封，且能够实现水溶性及油溶性物质的同时包埋。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有壳聚糖纳米粒及其制备方法中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明其中一个目的是提供一种新型壳聚糖纳米粒，其采用水溶性的壳聚糖盐酸盐或壳聚糖季铵盐和璜丁基-β-环糊精为载体材料对活性物质进行包封，是对现有的壳聚糖纳米粒制备技术的改善和发展。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种新型壳聚糖纳米粒，其包括以下质量浓度的组分，水溶性壳聚糖衍生物：0.5～2.5mg/mL；璜丁基-β-环糊精：2～10mg/mL；活性物质：0.4～3mg/mL；余下为水；所述水溶性壳聚糖衍生物为带正电荷的壳聚糖衍生物；所述活性物质为茶多酚、维生素E或维生素C中的一种或几种；所述水为双蒸水，且其电导率小于3μS cm-1。
本发明另一个目的是提供一种新型壳聚糖纳米粒的制备方法，其工艺简单、安全、无污染，粒度均匀，活性物质包封率高，能够实现水溶性、油溶性物质的单独或共同包埋。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：一种新型壳聚糖纳米粒的制备方法，其包括，步骤一，水溶性壳聚糖溶液的配置：磁力搅拌，将一定量水溶性壳聚糖衍生物溶于水中，过0.45μm滤膜去除不溶物，得到壳聚糖溶液；步骤二，磺丁基-β-环糊精-活性物质溶液的配置：磁力搅拌，将一定量磺丁基-β-环糊精溶于水中，并加入一定量的活性物质，避光下搅拌24h促进包合物的形成，过0.45μm滤膜去除不溶物，得到磺丁基-β-环糊精-活性物质溶液；步骤三，纳米粒的形成：磁力搅拌下，将步骤二中的磺丁基-β-环糊精-活性物质溶液逐滴加入所述壳聚糖溶液中，自发形成壳聚糖纳米粒悬浊液，持续搅拌1h；步骤四，冷冻离心分离：超滤离心分离纳米粒与游离的活性成分，上层浓缩液持续浓缩2-3次，加入1％海藻糖作为冻干保护剂，冷冻干燥得分散性良好的壳聚糖纳米粒。
作为本发明所述的新型壳聚糖纳米粒的制备方法的一种优选方案，其中：所述璜丁基-β-环糊精为带有内腔分子结构的璜丁基-β-环糊精，在步骤二中作为阴离子交联剂。
本发明的有益效果：
(1)本发明中选用水溶性壳聚糖衍生物替代普通壳聚糖，避免酸性介质的使用，排除了酸性介质带来的不良影响，扩大了在食品领域的应用范围；
(2)本发明从壳聚糖纳米粒对小分子水溶性物质包埋效果不佳出发，选用带有内腔分子结构的璜丁基-β-环糊精作为阴离子交联剂，改善了包封效果；
(3)本发明中选用的璜丁基-β-环糊精自身对于油溶性物质的包合方面具有明显的优势，可以在不加入乳化剂的前提下就能起到对疏水活性成分较好的包封作用；
(4)本发明中选用璜丁基-β-环糊精可以实现水溶性及油溶性活性物质的同时包埋，大大提高了纳米粒的功能特性；
(5)本发明在不调节壳聚糖溶液pH时，可以通过简单调节壳聚糖与璜丁基-β-环糊精之间的质量比或者壳聚糖的浓度来得到不同粒径大小及包封率的纳米粒；
(6)本发明中壳聚糖纳米粒的制备工艺简单，条件温和，对活性物质能起到最大限度的保护。
附图说明
图1为茶多酚-壳聚糖盐酸盐透射电镜(TEM)图；
图2为茶多酚-壳聚糖季铵盐纳米粒透射电镜(TEM)图；
图3为壳聚糖盐酸盐与璜丁基-β-环糊精不同质量比下纳米粒的粒径及多分散系数(PDI)图；
图4为壳聚糖盐酸盐与璜丁基-β-环糊精不同质量比下茶多酚的包封率变化曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面通过本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
结合附图图1～4，本发明对达到的技术效果进行了清晰的示意。
实施例1
将一定量磺丁基-β-环糊精溶于双蒸水中，过滤膜得到浓度为8mg/mL水溶液，同时将一定量茶多酚溶于水中过滤得浓度2mg/mL茶多酚溶液，上述溶液等体积避光下搅拌混合24h，得磺丁基-β-环糊精-茶多酚包合溶液。取磺丁基-β-环糊精溶液3mL逐滴加入到浓度为1mg/mL的7mL壳聚糖盐酸盐溶液中自发形成壳聚糖纳米粒悬浊液，持续搅拌1h。3000g下超滤离心分离纳米粒与茶多酚，上层浓缩液持续浓缩2-3次，加入1％海藻糖作为冻干保护剂，冷冻干燥得茶多酚-壳聚糖盐酸盐纳米粒，复分散性良好。
实施例2
将一定量磺丁基-β-环糊精溶于双蒸水中，过滤膜得到浓度为9mg/mL水溶液，同时将一定量茶多酚溶于水中过滤得浓度3mg/mL茶多酚溶液，上述溶液等体积避光下搅拌混合24h，得磺丁基-β-环糊精-茶多酚溶液。取磺丁基-β-环糊精溶液3mL逐滴加入到浓度为1.5mg/mL的5mL壳聚糖季铵盐溶液中自发形成壳聚糖纳米粒悬浊液，持续搅拌1h。5000g下超滤离心分离纳米粒与茶多酚，上层浓缩液持续浓缩2-3次，加入1％海藻糖作为冻干保护剂，冷冻干燥得茶多酚-壳聚糖季铵盐纳米粒，复分散性良好。
实施例3
将一定量磺丁基-β-环糊精溶于双蒸水中，过滤膜得到浓度为4.5mg/mL水溶液，将一定量维生素C溶于上述溶液中得浓度为0.4mg/mL，避光室温下磁力搅拌混合24h，促进磺丁基-β-环糊精-维生素C包合物形成。取磺丁基-β-环糊精溶液9mL逐滴加入到浓度为2mg/mL的18mL壳聚糖盐酸盐溶液中自发形成壳聚糖纳米粒悬浊液，持续搅拌1h。4000g下超滤离心分离纳米粒与维生素C，上层浓缩液持续浓缩2-3次，加入1％海藻糖作为冻干保护剂，冷冻干燥得维生素C-壳聚糖纳米粒，复分散性良好。
实施例4
将一定量磺丁基-β-环糊精溶于双蒸水中，过滤膜得到浓度为4.5mg/mL水溶液，将一定量维生素E加入上述溶液中得浓度为1mg/mL，避光室温下磁力搅拌混合24h，促进磺丁基-β-环糊精-维生素E包合物形成。取磺丁基-β-环糊精溶液9mL逐滴加入到浓度为2mg/mL的21mL壳聚糖盐酸盐溶液中自发形成壳聚糖纳米粒悬浊液，持续搅拌1h。4000g下超滤离心分离纳米粒与维生素E，上层浓缩液持续浓缩2-3次，加入1％海藻糖作为冻干保护剂，冷冻干燥得维生素E-壳聚糖纳米粒，复分散性良好。
实施例5
将一定量磺丁基-β-环糊精溶于双蒸水中，过滤膜得到浓度为4.5mg/mL水溶液，分别将一定量维生素C和维生素E加入上述溶液中，浓度分别为0.5mg/mL和1mg/mL，避光室温下磁力搅拌混合24h，促进磺丁基-β-环糊精-维生素C/E包合物形成。取磺丁基-β-环糊精溶液9mL逐滴加入到浓度为2mg/mL的27mL壳聚糖盐酸盐溶液中自发形成壳聚糖纳米粒悬浊液，持续搅拌1h。5000g下超滤离心分离纳米粒与维生素C和维生素E，上层浓缩液持续浓缩2-3次，加入1％海藻糖作为冻干保护剂，冷冻干燥得维生素C/E-壳聚糖纳米粒，复分散性良好。
由实施例可知，本发明最终包封率如下表所示：
由此可见，本发明从现有的壳聚糖纳米粒制备方法对于小分子水溶性物质包埋效果不佳出发，选用带有内腔分子结构的璜丁基-β-环糊精作为阴离子交联剂，大大改善了包封效果。同时选用水溶性壳聚糖衍生物替代普通壳聚糖，排除了酸性介质可能带来的不良影响，扩大了在食品领域的应用范围。因β-环糊精本身特有的空腔结构就可以实现油溶性物质的包合，故可以在不加入乳化剂的前提下实现疏水性活性成分或水溶性及油溶性活性物质共同包埋，大大提高了纳米粒的功能特性。且本发明中纳米粒的制备工艺简单，条件温和，能够对活性物质起到最大限度的保护，包封率等也可以通过调节壳聚糖的浓度或质量比来控制。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种新型壳聚糖纳米粒，其特征在于：包括以下质量浓度的组分，
水溶性壳聚糖衍生物：0.5～2.5mg/mL；璜丁基-β-环糊精：2-10mg/mL；活性物质：0.4-3mg/mL；余下为水；
所述水溶性壳聚糖衍生物为带正电荷的壳聚糖衍生物；所述活性物质为茶多酚、维生素E或维生素C中的一种或几种；所述水为双蒸水，且其电导率小于3μS cm-1。
2.一种新型壳聚糖纳米粒的制备方法，其特征在于：包括，
步骤一，水溶性壳聚糖溶液的配置：
磁力搅拌，将一定量水溶性壳聚糖衍生物溶于水中，过0.45μm滤膜去除不溶物，得到壳聚糖溶液；
步骤二，磺丁基-β-环糊精-活性物质溶液的配置：
磁力搅拌，将一定量磺丁基-β-环糊精溶于水中，并加入一定量的活性物质，避光下搅拌24h促进包合物的形成，过0.45μm滤膜去除不溶物，得到磺丁基-β-环糊精-活性物质溶液；
步骤三，纳米粒的形成：
磁力搅拌下，将步骤二中的磺丁基-β-环糊精-活性物质溶液逐滴加入所述壳聚糖溶液中，自发形成壳聚糖纳米粒悬浊液，持续搅拌1h；
步骤四，冷冻离心分离：
超滤离心分离纳米粒与游离的活性成分，上层浓缩液持续浓缩2-3次，加入1％海藻糖作为冻干保护剂，冷冻干燥得分散性良好的壳聚糖纳米粒。
3.如权利要求2所述的新型壳聚糖纳米粒的制备方法，其特征在于：所述璜丁基-β-环糊精为带有内腔分子结构的璜丁基-β-环糊精，在步骤二中作为阴离子交联剂。
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