CN106750388A - 一种阿拉伯胶空心纳米球的制备方法 - Google Patents

一种阿拉伯胶空心纳米球的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阿拉伯胶空心纳米球的制备方法，首先利用生物酶法制备淀粉短直链，并向其中加入阿拉伯胶包裹形成淀粉纳米颗粒，再用α‑淀粉酶将淀粉酶解得到阿拉伯胶空心纳米球。本发明设备要求低，工艺简单，操作简便，反应温和，反应时间短，效率高，适合大规模生产；产品性能良好，制备的阿拉伯胶空心球粒径在60‑85nm，核壳直径比可以通过调整阿拉伯胶和短直链淀粉的比例达到壳厚度可控的效果。制备成本低，能源消耗少，没有有害废弃物产生，符合“绿色生产，环保节能”的现代化生产要求。

Description

一种阿拉伯胶空心纳米球的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体地说是一种以α-淀粉酶水解淀粉纳米颗粒模板制备阿拉伯胶空心纳米球的方法。
背景技术
近年来，空心纳米颗粒成为医药和食品领域的研究热点，常用于活性物质及药物的包埋和运载。其中金属纳米颗粒硬模板法制备空心纳米颗粒，是目前应用最广泛的制备空心纳米颗粒的方法，然而金属纳米粒子与壳材料(有机纳米粒子、生物大分子)相容性差，不利于形成稳定的复合物，去除金属纳米粒子硬模板时，通常需要利用酸、碱等进行激烈的化学反应，容易造成环境污染，能耗高。并且金属纳米粒子应用于医药、食品领域也具有一定的安全隐患。
发明内容
本发明目的在于提供一种绿色安全、低成本的阿拉伯胶空心纳米球的制备方法，使得到的阿拉伯胶空心纳米球粒径均一。
一种阿拉伯胶空心纳米球的制备方法，其制备步骤为：
(1)配制缓冲溶液：配制pH＝4-6的磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液；
(2)普鲁蓝酶预处理：用蒸馏水将普鲁蓝酶稀释至120-150NPUN/mL，降低普鲁蓝酶的稠度，利于其在糊化淀粉中均匀分散；
(3)制备淀粉乳：用磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液配制质量体积浓度10-20％的淀粉乳液；
(4)糊化：将配制的淀粉乳在100℃水浴20-60min，使淀粉完全糊化，随后降温至55-65℃；
(5)酶解：向糊化后的胶质淀粉溶液中加入预处理好的普鲁蓝酶液，酶液与淀粉干基的比例为0.1mL/g，55-65℃酶解6-8h；
(6)低速离心：将得到的酶解液趁热以2500-3500r/min的转速离心3-5min，以去除长直链淀粉；
(7)灭酶：继续加热，使温度升高至90℃以上，并保持10-15min，使酶彻底失活，2500-3500r/min下离心2-5min，脱去变性的酶，制得短直链淀粉，水洗、真空冷冻干燥得到短直链淀粉干粉；
(8)乳化剂阿拉伯胶添加：将短直链淀粉用磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液制备成质量体积比5-15％的溶液，并向溶液中添加阿拉伯胶，短直链淀粉与阿拉伯胶的质量比为4-10:1；
(9)自组装制备淀粉纳米颗粒：将添加阿拉伯胶的短直链淀粉溶液置于0-8℃下回生处理10-15h获得淀粉纳米颗粒悬液；
(10)α-淀粉酶水解处理：将制备的纳米颗粒悬液，35-55℃下保温处理5-10min，加入占短直链淀粉干基质量3-5％的α-淀粉酶干粉，水解处理10-15h；
(11)水洗、真空冷冻干燥得到阿拉伯胶空心纳米球。
进一步地，步骤(3)中配制淀粉乳所用是支链淀粉含量高的淀粉，包括蜡质玉米淀粉、芋头淀粉、大米淀粉、黄米淀粉中的一种或几种。
进一步地，步骤(7)、(11)中水洗的具体操作为：5000-7000r/min离心5-15min，水洗4-5次.
进一步地，步骤(7)、(11)中真空冷冻干燥的温度为-90--80℃，压力为0-1Pa，时间为48-72h。
本发明具有如下优点：
(1)通过向短直链淀粉纳米颗粒中原位添加阿拉伯胶制备杂合纳米颗粒，形成阿拉伯胶包裹淀粉纳米颗粒内核的结构，然后用α-淀粉酶水解处理去除内核(阿拉伯胶外壳具有细密的渗透介孔，能够允许α-淀粉酶这样的小分子进入，进行反应；反应完生成的葡萄糖等小分子又会从介孔中渗透出来，从而形成空心纳米球)，反应条件温和，制备过程绿色安全，成本低。
(2)制备的空心纳米球粒径分布均匀，在60-85nm内，证明制备的样品统一规整，试验具有较高的可重复性。并且由于粒径均匀，也有利于后期包埋活性物质，大小粒度不均匀不利于在水中的均匀分散，活性物质在每个空心纳米球中的分布量也不同，不利于对单位重量纳米球中所装载的活性物质进行定量。
(3)可以实现核壳比一定的可控制备，通过调整阿拉伯胶和短直链淀粉的比例就可以控制短直链淀粉自组装形成的淀粉纳米颗粒的大小以及阿拉伯胶在淀粉纳米颗粒外面附着层的厚度。
附图说明
图1淀粉短直链与阿拉伯胶质量比为5:1时，空心纳米球的透射图；
图2不同短直链淀粉、阿拉伯胶比例制备的空心纳米球相互作用力：(A)疏水性相互作用，(B)氢键相互作用。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例中所用材料、试剂及仪器、设备如下：
实施例1
按照以下步骤分别制备不同壳核比的阿拉伯胶空心纳米球：
(1)配制缓冲溶液：准确称取3.27g磷酸氢二钠和2.24g柠檬酸溶于200mL蒸馏水中，搅拌使其充分溶解，待用；
(2)普鲁蓝酶预处理：准确量取1mL浓度为1350NPUN/mL的普鲁蓝酶滴入10mL蒸馏水中，搅拌使之充分混合，待用；
(3)制备淀粉乳：称取15g蜡质玉米淀粉加入100mL缓冲溶液中，制得质量体积比15％的淀粉乳液；
(4)糊化：将配制的淀粉乳在100℃水浴20min，使淀粉完全糊化，随后降温至58℃；
(5)酶解：向糊化后的胶质淀粉溶液中加入处理好的普鲁蓝酶1.5mL，58℃酶解6h；
(6)低速离心：将得到的溶液趁热以3000r/min的转速离心3min，以去除长直链淀粉；
(7)灭酶：继续加热，使温度升高至100℃，保持10min，使酶彻底失去活性，3000r/min下离心3min，脱去变性的酶，制得短直链淀粉，6000r/min离心水洗4次(10min/次)，将沉淀部分在-86℃真空冷冻干燥得到短直链淀粉干粉；
(8)阿拉伯胶添加：将短直链淀粉用磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液制备成质量体积比10％的溶液，分成7份，分别向这7份短直链淀粉溶液中添加阿拉伯胶，短直链淀粉与阿拉伯胶的质量比分别为4:1、5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1。
(9)自组装制备淀粉纳米颗粒：将添加阿拉伯胶的短直链淀粉溶液置于4℃下回生处理12h获得淀粉纳米颗粒悬液。
(10)α-淀粉酶水解处理：将制备的纳米颗粒悬液，40℃下保温处理5min，加入α-淀粉酶(占短直链淀粉质量的4％)，水解处理12h。
(11)水洗、真空冷冻干燥：6000r/min离心水洗5次(10min/次)，将沉淀部分在-86℃真空冷冻干燥48h得到阿拉伯胶空心纳米球。
对上述制备得到的7种阿拉伯胶空心纳米球进行以下性能检测：
①空心纳米球粒径及形貌检测
动态光散射测定空心纳米球的大小：将空心纳米球溶于超纯水中，使其充分分散均匀后，用移液枪取1mL悬液，沿比色皿边缘一角缓缓注入后，放入测试台中测试，每个样品分别测试三次，取平均值。
空心纳米球的透射电镜测定：将空心纳米球溶于超纯水中，使其充分分散均匀后，滴于带有碳支持膜的铜网上，并将多余的溶液用滤纸吸走，再对铜网普通干燥，将干燥后的样品放入透射电子显微镜系统中，抽真空5min，在2kv加速电压下观察，拍照。
由图1可以看出，淀粉短直链与阿拉伯胶质量为5:1时，阿拉伯胶空心纳米球的粒径在60-85nm之间，呈现明显的核壳结构，由右侧放大图可以看出，空心纳米球的外壳具有一定的厚度，结构较为稳定，适合作为运载壁材。
如表1所示，淀粉短直链与阿拉伯胶的质量比为4:1时，空心纳米球的核壳比为1.07，壳较厚；当淀粉短直链与阿拉伯胶质量比例增大时，空心纳米球的核壳比随之增大，当比例达到9:1时达到最大，这可能是由于淀粉短直链的比例增大，纳米杂合球的内核部分增大，当α-淀粉酶水解去除淀粉短直链时，会形成较大的空心部分。但是当比例增大到10:1时，核壳比又呈现降低趋势，这可能是由于阿拉伯胶比例较小时，无法将大量的短直链淀粉包裹于内部，形成的杂合球粒径也较小导致的。
表1不同短直链淀粉、阿拉伯胶比例制备的空心纳米球的核/壳的直径比
②相互作用力研究
将空心纳米球分散液(1g/mL)与不同浓度的去稳定剂(十二烷基硫酸钠、尿素)等体积混合，调节pH值为7，静置12h，用紫外分光光度计测定分散液在600nm下的浊度。
由图2可以看出，空心纳米球的浊度，随SDS浓度的增大，变化较小。而随着尿素浓度的增加，在尿素浓度达到0.2M时下降幅度较大，说明空心纳米球内部的相互作用力主要是氢键相互作用，而不是靠疏水相互作用缔合的。
③热特性测定
称取9±1mg空心纳米球样品，与蒸馏水通过质量比为1：2的比例混合均匀，将混合均匀的样品放在在铝坩埚中平衡30min，然后以10℃/min的速率进行升温，温度范围为25～120℃，分别测定其To(初始糊化温度)、Tp(峰值糊化温度)、Tc(末值糊化温度)及焓值(ΔH)的变化情况。
由表2可以看出，随着淀粉短直链与阿拉伯胶质量比的增加，空心纳米球的初始糊化温度、峰值糊化温度和末值糊化温度、焓值均呈现上升趋势，说明淀粉短直链的比例越高，空心纳米球的稳定性越强。但当淀粉短直链与阿拉伯胶的比例增加至10:1时，空心纳米球的热特性指标呈现明显的降低趋势，这可能是由于，阿拉伯胶的比例达到一个较低的水平时，壳厚度较小，不足以维持空心纳米球的稳定性，导致其热特性降低。
表2不同短直链淀粉、阿拉伯胶比例制备的空心纳米球的热特性
④包埋率和装载效率的测定
配制绿原酸贮存液(0.05％,w/v)，将10mg空心纳米胶囊分散到10mL的绿原酸贮存液中，在避光环境下，持续搅拌24h，将分散液在11000r/min下离心30min，收集上清液。反复用蒸馏水水洗沉淀三次，收集上清液，然后将四次收集的上清液混合，并将沉淀冻干得到装载绿原酸的阿拉伯胶胶囊。利用紫外分光光度计测定标准绿原酸样品的吸光度，建立标准曲线，然后测定上清液混合液中绿原酸含量。包埋率和装载率按照下列公式进行计算：
由表3中可以看出，阿拉伯胶空心纳米球对绿原酸的包埋率可达50％以上，装载率超过20％，具有良好的装载效果。并且随着淀粉短直链和阿拉伯胶的比例的增加，包埋率和装载率均呈现上升趋势，这主要是由于淀粉短直链在体系中含量的增加会导致形成直径较大的纳米球内核-淀粉纳米颗粒，当淀粉酶处理之后，形成的空心纳米球的空心内核的直径大，能够包埋较多的绿原酸。
表3不同短直链淀粉、阿拉伯胶比例制备的空心纳米球对绿原酸的装载效果
实施例2
(1)配制缓冲溶液：准确称取1.635g磷酸氢二钠和1.12g柠檬酸溶于100mL蒸馏水中，搅拌使其充分溶解，待用；
(2)普鲁蓝酶预处理：准确量取1mL浓度为1350NPUN/mL的普鲁蓝酶滴入9mL蒸馏水中，搅拌使之充分混合，待用；
(3)制备淀粉乳：称取10g蜡质玉米淀粉加入100mL缓冲溶液中，制得质量体积比10％的淀粉乳液；
(4)糊化：将配制的淀粉乳在100℃水浴40min，使淀粉完全糊化，随后降温至55℃；
(5)酶解：向糊化后的胶质淀粉溶液中加入处理好的普鲁蓝酶1mL，55℃酶解6h；
(6)低速离心：将得到的溶液趁热以2500r/min的转速离心5min，以去除长直链淀粉；
(7)灭酶：继续加热，使温度升高至95℃，保持15min，使酶彻底失去活性，2500r/min下离心5min，脱去变性的酶，制得短直链淀粉，5000r/min离心水洗4次(15min/次)，将沉淀部分在-80℃真空冷冻干燥得到短直链淀粉干粉；
(8)阿拉伯胶添加：将短直链淀粉用磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液制备成质量体积比15％的溶液，并向短直链淀粉溶液中添加阿拉伯胶，短直链淀粉与阿拉伯胶的质量比为6:1。
(9)自组装制备淀粉纳米颗粒：将添加阿拉伯胶的短直链淀粉溶液置于0℃下回生处理10h获得淀粉纳米颗粒悬液。
(10)α-淀粉酶水解处理：将制备的纳米颗粒悬液，35℃下保温处理10min，加入α-淀粉酶(占短直链淀粉质量的5％)，水解处理15h。
(11)水洗、真空冷冻干燥：5000r/min离心水洗4次(15min/次)。将沉淀部分在-80℃真空冷冻干燥60h得到阿拉伯胶空心纳米球。
对上述阿拉伯胶空心纳米球进行装载效果的检测，其对绿原酸的包埋率和装载率分别为69.20％、23.41％。
实施例3
(1)配制缓冲溶液：准确称取6.54g磷酸氢二钠和4.48g柠檬酸溶于400mL蒸馏水中，搅拌使其充分溶解，待用；
(2)普鲁蓝酶预处理：准确量取1mL浓度为1350NPUN/mL的普鲁蓝酶滴入8mL蒸馏水中，搅拌使之充分混合，待用；
(3)制备淀粉乳：称取20g蜡质玉米淀粉加入100mL缓冲溶液中，制得质量体积比20％的淀粉乳液；
(4)糊化：将配制的淀粉乳在100℃水浴50min，使淀粉完全糊化，随后降温至60℃；
(5)酶解：向糊化后的胶质淀粉溶液中加入处理好的普鲁蓝酶2mL，60℃酶解6h；
(6)低速离心：将得到的溶液趁热以3500r/min的转速离心3min，以去除长直链淀粉；
(7)灭酶：继续加热，使温度升高至100℃，保持10min，使酶彻底失去活性，3500r/min下离心3min，脱去变性的酶，制得短直链淀粉，7000r/min离心水洗5次(5min/次)，将沉淀部分在-90℃真空冷冻干燥得到短直链淀粉干粉；
(8)阿拉伯胶添加：将短直链淀粉用磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液制备成质量体积比5％的溶液，短直链淀粉与阿拉伯胶的质量比为9:1。
(9)自组装制备淀粉纳米颗粒：将添加阿拉伯胶的短直链淀粉溶液置于8℃下回生处理15h获得淀粉纳米颗粒悬液。
(10)α-淀粉酶水解处理：将制备的纳米颗粒悬液，55℃下保温处理5min，加入α-淀粉酶(占短直链淀粉质量的3％)，水解处理10h。
(11)水洗、真空冷冻干燥：7000r/min离心水洗5次(5min/次)。将沉淀部分在-90℃真空冷冻干燥72h得到阿拉伯胶空心纳米球。
对上述阿拉伯胶空心纳米球进行装载效果的检测，其对绿原酸的包埋率和装载率分别为76.72％、25.79％。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种阿拉伯胶空心纳米球的制备方法，其特征在于，其制备步骤为：
(1)配制缓冲溶液：配制pH＝4-6的磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液；
(2)普鲁蓝酶预处理：用蒸馏水将普鲁蓝酶稀释至120-150NPUN/mL；
(3)制备淀粉乳：用磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液配制质量体积浓度10-20％的淀粉乳液；
(4)糊化：将配制的淀粉乳在100℃水浴20-60min，使淀粉完全糊化，随后降温至55-65℃；
(5)酶解：向糊化后的胶质淀粉溶液中加入预处理好的普鲁蓝酶液，酶液与淀粉干基的比例为0.1mL/g，55-65℃酶解6-8h；
(6)低速离心：将得到的酶解液趁热以2500-3500r/min的转速离心3-5min，以去除长直链淀粉；
(7)灭酶：继续加热，使温度升高至90℃以上，并保持10-15min，使酶彻底失活，2500-3500r/min下离心2-5min，脱去变性的酶，制得短直链淀粉，水洗、真空冷冻干燥得到短直链淀粉干粉；
(8)乳化剂阿拉伯胶添加：将短直链淀粉用磷酸二氢钠-柠檬酸缓冲液制备成质量体积比5-15％的溶液，并向溶液中添加阿拉伯胶，短直链淀粉与阿拉伯胶的质量比为4-10:1；
(9)自组装制备淀粉纳米颗粒：将添加阿拉伯胶的短直链淀粉溶液置于0-8℃下回生处理10-15h获得淀粉纳米颗粒悬液；
(10)α-淀粉酶水解处理：将制备的纳米颗粒悬液，35-55℃下保温处理5-10min，加入占短直链淀粉干基质量3-5％的α-淀粉酶干粉，水解处理10-15h；
(11)水洗、真空冷冻干燥得到阿拉伯胶空心纳米球。
2.根据权利要求1所述的阿拉伯胶空心纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中配制淀粉乳所用是支链淀粉含量高的淀粉，包括蜡质玉米淀粉、芋头淀粉、大米淀粉、黄米淀粉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的阿拉伯胶空心纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(7)、(11)中水洗的具体操作为：5000-7000r/min离心5-15min，水洗4-5次。
4.根据权利要求1所述的阿拉伯胶空心纳米球的制备方法，其特征在于，步骤(7)、(11)中真空冷冻干燥的温度为-90--80℃，压力为0-1Pa，时间为48-72h。
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