CN105949793A - 大豆蛋白壳聚糖微球结合氨基酸金属配合物的制备及作为抗氧化剂的应用 - Google Patents

大豆蛋白壳聚糖微球结合氨基酸金属配合物的制备及作为抗氧化剂的应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种大豆蛋白壳聚糖纳米微球结合氨基酸希夫碱金属配合物的制备方法，是将两种不同类型的天然高分子，即：大豆蛋白与壳聚糖，通过氢键、疏水作用相结合，制得天然高分子纳米微球；然后将其与氨基酸希夫碱金属配合物结合，制备成纳米微球与金属配合物的结合体，在提高氨基酸希夫碱金属配合物水溶性的同时降低其毒性。抗氧化性能研究表明，该复合物具有很强的清除氧自由基能力，因此可作为SOD酶模拟物，在制备抗氧化药物方面具有很好的应用前景。

Description

大豆蛋白壳聚糖微球结合氨基酸金属配合物的制备及作为抗氧化剂的应用
技术领域
本发明涉及一种大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物复合材料的制备方法，本发明同时还涉及该复合材料作为SOD酶模拟物，在制备抗氧化药物中的应用，属于天然高分子复合材料领域及生物医药领域。
背景技术
活性氧包括超氧阴离子自由基、羟基自由基、过氧化氢和单线态氧，这些都是人类新陈代谢的天然副产物。但是，当其过量时，就会攻击生物分子，如脂质、蛋白质、酶、DNA和RNA，导致细胞或组织损伤。超氧化物歧化酶（SOD）是一种体内的金属酶，能够催化氧自由基的歧化反应，平衡体内的氧自由基。虽然天然SOD清除氧自由基的能力很强，但其提取工艺复杂、价格高并且通过细胞膜的通透性很差。因此，研究SOD酶模拟物成为热点。
希夫碱金属配合物已被广泛用作SOD酶模拟物。然而，大多数具有生物活性的希夫碱金属配合物在水中的溶解度差，且有一定毒性，这限制了它们的应用。而氨基酸希夫碱金属配合物毒性较低，可作为SOD酶模拟物，但其缺点是水溶性差。
壳聚糖（CS）是一种天然的聚阳离子类多糖，因其有良好的生物可降解性、抗菌性和生物相容性等特性，可应用于生物医学、食品、药物载体等领域。在壳聚糖分子链上含有大量的伯氨基，在酸性条件下，伯氨基发生质子化而带正电成为聚阳离子，很容易在静电作用下与聚阴离子聚合。
大豆分离蛋白作为一类天然高分子材料，不仅来源丰富、价格低廉、营养价值高，且具有可降解、生物相容、热稳定、无污染、绿色环保等一些优良性能，可被广泛应用，因而具有很好的经济效益、应用价值与发展前景。
微凝胶是直径在1~1000 nm之间，分散在溶剂中具有分子内交联结构的颗粒，呈液态。近年来，微凝胶在药物载体、石油开采、化学分离、传感器和纳米技术等领域有广泛的应用。但很少有人将其与氨基酸希夫碱金属配合物结合成结合体作为SOD酶模拟物。
发明内容
本发明目的是提供一种大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的制备方法；
本发明另一目的是提供该大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体作为抗氧化剂应用于生物医药领域。
一、大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的制备
（1）大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液的制备：将壳聚糖按固液比1:300~1:1000 g/mL搅拌溶解于稀酸溶液中，得到酸性壳聚糖溶液；将大豆蛋白按固液比1:200~1:750 g/mL搅拌溶解于分散溶剂中，得到大豆蛋白分散液；再在搅拌下将大豆蛋白分散液滴加到酸性壳聚糖溶液中，继续搅拌10`60 min，然后透析4~30 h，即得到大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液。
所述大豆蛋白与壳聚糖的质量比为1:0.8~1:10；所述分散溶剂为浓度为5~12 mol/L尿素溶液或浓度为0.1~1 mol/L的NaOH或KOH溶液；所述稀酸溶液为0.1~1 mol/L的醋酸或盐酸溶液。
（2）大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的制备：将氨基酸希夫碱金属配合物按固液比1:2~1:5 g/mL溶于有机溶剂中，再加入到上述大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液，在室温、避光下搅拌1~2 h，然后透析1~10 h，即得大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体。
所述氨基酸希夫碱金属配合物的制备方法为本实验室现有成熟技术（R.-M. Wang, C.-J. Hao, Y.-P. Wang, S.-B. Li， J. Mol. Catal. A: Chem. 1999, 147: 173-178）。
所述有机溶剂为二甲亚砜或乙醇；所述透析采用2000～18000 Da的透析袋。
二、大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的表征
1、宏观与微观形貌
图1为本发明制备的大豆蛋白壳聚糖纳米微球的宏观形貌。从图1可以看出，大豆蛋白壳聚糖纳米微球的水溶液透明性高，且发一定蓝光，说明其粒径较小。
图2为本发明制备的大豆蛋白壳聚糖纳米微球的扫描电镜图。通过扫描电镜可看出，大豆蛋白与壳聚糖通过静电作用形成微球后，呈不规则球状结构，直径约为200~300 nm左右。
2、红外光谱
图3为本发明制备的大豆蛋白壳聚糖纳米微球的红外吸收光谱图。图2中在3356 cm-1处出现了壳聚糖的N-H伸缩振动峰和O-H伸缩振动峰，2856 cm-1和2821cm-1附近出现了壳聚糖甲基和次甲基的C-H伸缩振动峰，1606 cm-1处的吸收峰是CS和SPI中酰胺I带的特征峰重叠形成的，1504 cm-1附近的吸收峰是CS和SPI中酰胺II带的特征峰重叠形成的，1160cm-1处的吸收峰归属为SPI中酰胺III带的特征吸收峰。表明大豆蛋白与壳聚糖成功复合。
3、紫外-可见光谱
图4为本发明制备的大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的紫外-可见光谱。纳米微球的特征吸收峰在278 nm左右，氨基酸金属配合物的特征吸收峰分别在298nm，376nm左右。在大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的曲线上，纳米微球的特征吸收峰发生了蓝移，吸收强度也明显增大；此外，在370 nm附近出现了氨基酸金属配合物的特征吸收峰，说明大豆蛋白壳聚糖纳米微球与氨基酸金属配合物结合成功。
三、大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的性能
1、热稳定性
图5为本发明制备的大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的热重分析图。从图5中可以看出：从25℃~100℃之间的失重，脱除了材料中的自由水及结合水；100~300℃之间的失重，主要是纳米微球中大豆蛋白和壳聚糖相互作用力减弱，材料分解导致的；在300℃~400℃之间的失重，主要是材料降解；400℃以后，大部分材料已经降解，失重率变化不大。因此，大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的热稳定性明显提高。
2、抗氧化性能
下面通过测试大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体对超氧阴离子的清除能力，考察其抗氧化性能。
通过NBT光还原法测定大豆蛋白壳聚糖纳米微球和大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的清除超氧阴离子能力。结果如图6所示：相比大豆蛋白壳聚糖纳米微球（曲线b），结合氨基酸金属配合物的结合体（曲线a）清除超氧阴离子的能力明显提高，其EC50值为0.013 μmol/L，模拟度达到315.38%，因而是一种优异的SOD模拟物。
综上所述，本发明采用简单方法，将两种不同类型的天然高分子，即：大豆蛋白与壳聚糖，通过氢键、疏水作用相结合，制得天然高分子纳米微球；然后与氨基酸希夫碱金属配合物结合，制备形成纳米微球金属配合物结合体，在提高氨基酸希夫碱金属配合物水溶性的同时降低其毒性；进一步研究发现，该复合物清除氧自由基的能力得到大幅提高，可作为SOD酶模拟物，用于抗氧化药物的制备。
附图说明
图1为大豆蛋白壳聚糖纳米微球的宏观形貌。
图2为大豆蛋白壳聚糖纳米微球的扫描电镜图。
图3为大豆蛋白壳聚糖纳米微球的红外光谱。
图4为大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的紫外-可见光谱。
图5为大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的热重分析图。
图6为大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的超氧阴离子清除活性。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的制备和性能作进一步说明。
实施例 1
将0.05 g壳聚糖在50 mL 0.1 mol/L的盐酸溶液中，搅拌溶解0.5 h，得到酸性壳聚糖溶液；将0.08 g大豆蛋白分散于20 mL的10 mol/L尿素溶液中，搅拌1h，使大豆蛋白完全溶解，得到大豆蛋白分散液；再在室温、高速搅拌下，将5 mL大豆蛋白分散液缓慢滴入50 mL酸性壳聚糖溶液中，搅拌30 min后，采用18000 Da的透析袋透析4 h，即得大豆蛋白-壳聚糖纳米微球分散液。
将2 g氨基酸希夫碱金属配合物溶于5 mL乙醇中，取0.15 mL该溶液，加到2 mL大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液中，室温、避光、搅拌1 h，然后用18000 Da的透析袋透析1 h，得到大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体。相对于天然超氧化物歧化酶，其模拟度达到了290%。
实施例 2
将0.02 g大豆蛋白分散于10 mL的1 mol/L的NaOH溶液中，搅拌1 h，使大豆蛋白完全溶解，得到大豆蛋白分散液；将0.2 g壳聚糖在100 mL 0.5 mol/L的盐酸溶液中搅拌溶解0.5 h，得到酸性壳聚糖溶液。在室温、高速搅拌下，将10 mL大豆蛋白分散液缓慢滴入80 mL酸性壳聚糖溶液中，搅拌60 min，15000 Da的透析袋透析4 h，即得到大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液。
将10 g的氨基酸希夫碱金属配合物溶于30 mL二甲亚砜溶剂中，取0.15 mL该溶液，加到2 mL大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液中，室温、避光下搅拌1 h，然后15000 Da的透析袋透析1 h，即得到大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体。相对于天然超氧化物歧化酶，其模拟度达到了315%。
实施例 3
将0.02 g大豆蛋白分散于15 mL的0.5 mol/L的KOH溶液中，搅拌3 h，使大豆蛋白完全溶解，得到大豆蛋白分散液；将0.2 g壳聚糖在80 ml 0.3 mol/L的醋酸溶液中搅拌溶解0.5 h，得到酸性壳聚糖溶液。在室温、高速搅拌下，将15 mL大豆蛋白分散液缓慢滴入10 mL酸性壳聚糖溶液中，继续搅拌10 min，采用12000 Da的透析袋透析4 h，即得大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液。
将10 g的氨基酸希夫碱金属配合物溶于30 mL乙醇溶剂中，取该溶液0.25 mL，加到8 mL大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液中，室温、避光下搅拌1 h，然后采用12000 Da的透析袋透析2 h，得到大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体。相对于天然超氧化物歧化酶，其模拟度达到了269%。
实施例 4
将0.03 g大豆蛋白分散于20 mL的0.2 mol/L的NaOH溶液中，搅拌3 h，使大豆蛋白完全溶解，得到大豆蛋白分散液；将0.3 g壳聚糖在90 mL 0.8 mol/L的盐酸溶液中搅拌溶解0.5 h，得到酸性壳聚糖溶液；在室温、高速搅拌下，将20 mL大豆蛋白分散液缓慢滴入到30 mL酸性壳聚糖溶液中，然后继续搅拌40 min，采用10000 Da的透析袋透析4 h，即得大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液。
将15 g的氨基酸希夫碱金属配合物溶于30 mL乙醇溶剂中，取该溶液0.3 mL，加到15 mL大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液，室温、避光、搅拌1 h，然后采用10000 Da的透析袋透析8 h，得到大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体。相对于天然超氧化物歧化酶其模拟度达到了302%。
实施例 5
将0.04 g大豆蛋白分散于30 mL的0.8 mol/L的KOH溶液中，搅拌3 h，使大豆蛋白完全溶解，得到大豆蛋白分散液；将0.1 g壳聚糖在90 mL 0.1 mol/L的醋酸溶液中搅拌溶解2 h，得到酸性壳聚糖溶液。在室温、高速搅拌下，将20 mL大豆蛋白分散液缓慢滴入50 mL酸性壳聚糖溶液中，然后继续搅20 min，采用2000 Da的透析袋透析4 h，即得大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液。
将5 g的氨基酸希夫碱金属配合物溶于20 mL二甲亚砜溶剂中，取该溶液0.4 mL，加到20 mL大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液，室温、避光下搅拌1 h，然后采用2000 Da的透析袋透析5 h，得到大豆蛋白-壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体。相对于天然超氧化物歧化酶，其模拟度达到了285%。

Claims (8)

1.大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体的制备，包括以下步骤：
（1）大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液的制备：将壳聚糖按固液比1:300~1:1000 g/mL搅拌溶解于稀酸溶液中，得到酸性壳聚糖溶液；将大豆蛋白按固液比1:200~1:750 g/mL搅拌溶解于分散溶剂中，得到大豆蛋白分散液；再在搅拌下将大豆蛋白分散液滴加到酸性壳聚糖溶液中，继续搅拌10~60 min，然后透析4~30 h，即得到大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液；
（2）大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体的制备：将氨基酸希夫碱金属配合物按固液比1:2~1:5 g/mL溶于有机溶剂中，再加入到上述大豆蛋白壳聚糖纳米微球分散液中，在室温、避光下搅拌1～2 h，然后透析1～10 h，即得大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸金属配合物结合体。
2.如权利要求1所述大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体的制备，其特征在于：步骤（1）中，大豆蛋白与壳聚糖的质量比为1:0.8~1:10。
3.如权利要求1所述大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体的制备，其特征在于：步骤（1）中，所述分散溶剂为浓度为5~12 mol/L尿素溶液或浓度为0.1～1 mol/L的NaOH或KOH溶液。
4.如权利要求1所述大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体的制备，其特征在于：步骤（1）中，所述稀酸溶液为0.1~1 mol/L的醋酸或盐酸溶液。
5.如权利要求1所述大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体的制备，其特征在于：步骤（2）中，氨基酸希夫碱金属配合物溶液与大豆蛋白纳米微球的体积比为1:10~1:50。
6.如权利要求1所述大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体的制备，其特征在于：步骤（2）中，所述有机溶剂为二甲亚砜或乙醇。
7.如权利要求1所述大豆蛋白壳聚糖纳米微球-氨基酸希夫碱金属配合物结合体的制备，其特征在于：所述透析采用2000～18000 Da的透析袋。
8.如权利要求1所述方法制备的大豆蛋白壳聚糖纳米微球氨基酸希夫碱金属配合物结合体，作为SOD酶模拟物在制备抗氧化药物中的应用。
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