CN106822040A - 淀粉空心纳米颗粒的制备工艺及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及空心纳米颗粒领域，具体涉及淀粉空心纳米颗粒的制备工艺及其在食品和药品领域的应用。制备工艺步骤如下：用CaCO3纳米颗粒作为模板，0.5％‑2.0％糊化的淀粉乳作为壳，得到核壳结构的CaCO3@淀粉纳米颗粒；将CaCO3@淀粉纳米颗粒分散在乙二胺四乙酸溶液中，轻微搅拌20min，离心，水洗，冷冻干燥得到淀粉空心纳米颗粒。本发明淀粉空心纳米颗粒粒径在30‑300nm之间，对组织的附着力强。既可以包埋疏水的活性物质，也可以包埋亲水的活性物质，装载率高，成本低，提高其生物利用率。保护疏水活性成分，提高亲水物质的稳定性，掩蔽不良风味的释放；并有效减少生物活性成分的添加量和毒副作用。具体涉及淀粉空心纳米颗粒的制备工艺及其在食品和药品领域的应用。

Description

淀粉空心纳米颗粒的制备工艺及其应用
技术领域
本发明涉及空心纳米颗粒领域，具体涉及淀粉空心纳米颗粒的制备工艺及其在食品和药品领域的应用。
背景技术
近年来，空心纳米颗粒由于具有可调控的壳厚度，大的比表面积，高的稳定性和装载药物能力等优势，其受到越来越多的关注，尤其是天然的生物聚合物空心纳米载体，具有较高的生物相容性，因其对人体无毒无害而更受青睐。然而目前大部分的壳材料为化学合成和金属材料，并不是十分适合用于包埋人体药物，对于天然多糖类作为壳的空心纳米颗粒的报道则较少。
淀粉是一类重要的具有生物可降解性、可再生、良好生物相容性的天然多糖类高分子材料，来源丰富，价格低廉，可以作为载体材料用于药物的控制释放领域。但是，现有的淀粉纳米颗粒转载率都不高，限制了它在药物控释领域的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述淀粉纳米颗粒转载率低的缺陷，提供一种对人体无毒害的淀粉空心纳米颗粒，作为载体用于包埋活性物质，其包埋效率极高，既可以减少活性物质在加工或贮藏过程中的损失，提高其抗氧化活性，又能有效地将活性物质输送到人体的胃肠道位置。并通过控制释放活性物质提高其生物利用率，同时保持活性物质的结构、功效以及掩盖其口感差等。
本发明是采用以下的技术方案实现的：
一种淀粉空心纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以CaCO3纳米颗粒作为模板分散在10％酒精溶液中配制成质量体积比为0.25-5％的CaCO3纳米颗粒悬浊液，并进行超声分散；
(2)以直链含量为26-80％的淀粉制备质量体积比为0.5-8.0％的糊化的淀粉乳，将CaCO3纳米颗粒悬浊液逐滴滴加到糊化的淀粉乳中，并以500-900rpm的转速搅拌10-20min；
(3)将步骤(2)制得的悬浊液在3-18℃以100-400rpm的转速缓慢搅拌0.5-24h，离心，水洗沉淀，得到CaCO3@淀粉纳米颗粒；
(4)将CaCO3@淀粉纳米颗粒分散在乙二胺四乙酸溶液或者盐酸溶液中，以100-400rpm的转速搅拌10-30min，离心，水洗沉淀；
(5)将沉淀冷冻干燥得到淀粉空心纳米颗粒。
所述步骤(2)CaCO3纳米颗粒悬浊液与糊化的淀粉乳的体积比为5:1。
所述水洗沉淀的方法为：向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000-6000rpm离心5-10min，得到沉淀。
所述乙二胺四乙酸溶液浓度为0.2mol/L，pH为7.4，盐酸溶液的浓度为0.2mol/L。
所述步骤(5)冷冻干燥的条件为：真空度5-10Pa，温度-80～-60℃，时间48-72h。
所述将步骤(4)水洗后的沉淀重新分散在乙二胺四乙酸溶液中，离心，水洗沉淀1-3次。
本发明还提供一种缓释控释剂，以淀粉空心纳米颗粒为药物载体。
本发明还提供一种空心淀粉纳米颗粒包埋药物的方法，将水溶性药物浸泡在浓度为0.5-5mg/mL的淀粉空心纳米颗粒溶液中，药物与淀粉空心纳米颗粒的重量比为(1-3):5，25℃，搅拌8-36h，3000-3500rpm，离心5-15min，冻干，得到包埋药物的空心淀粉纳米颗粒。
所述水溶性药物为叶黄素、虾青素、番茄红素、维生素E、花青素或者阿霉素。
所述冻干条件为：真空度6-13Pa，温度-70-90℃，时间48-82h。
在淀粉空心纳米颗粒的制备过程中，搅拌速度非常关键。在步骤(2)中，搅拌速度太慢，碳酸钙纳米颗粒容易聚集，这样会使一层淀粉分子包裹好几个碳酸钙纳米颗粒，使最终形成的纳米颗粒比较大；淀粉分子与淀粉分子结合在一起，很难形成核壳结构。在步骤(3)和步骤(4)中，缓慢搅拌是为了防止纳米颗粒沉底，搅拌速度不能太快，快了会使淀粉不能附着在碳酸钙表面。
步骤(3)，温度不能太高，利用低温下淀粉易回生的特性，使淀粉壳更加凝固，不易被破坏。其他步骤中没有限定操作温度的室温条件下即可，以节约成本。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过对牺牲模板法和淀粉凝胶化，制得淀粉空心纳米颗粒，此空心纳米载体既可以包埋疏水的活性物质，如叶黄素、虾青素、番茄红素、维生素E等，也可以包埋极其不稳定的亲水物性物质，如阿霉素、花青素等，既可以减少活性物质在加工或贮藏过程中的损失，提高其抗氧化活性，又能有效地将活性物质输送到人体的胃肠道位置，提高输送效率。
(2)制备得到的淀粉空心纳米颗粒，纳米粒子尺寸小，粒径在30-300nm之间，能显著增加纳米颗粒对组织的附着力。
(3)能够有效保护具有生物活性的药物成分如叶黄素，防止外界环境中的光、热、pH值等对其的影响，提高药物的稳定性；保护药物的活性结构、功效，掩蔽不良风味的释放，避免口感差的缺陷；有效减少生物活性成分的添加量和毒副作用。
(4)制备得到的包埋药物淀粉空心纳米颗粒，具有生物相容性，生物降解性，装载率高，成本低，pH值响应的药物释放等特性，而且活性成分在模拟肠道及血液环境中具有缓释的功效，因此可提高其生物利用率。
附图说明
图1为实施例1不同浓度CaCO3纳米颗粒制备的淀粉空心纳米颗粒透射图；
注：图1中a:0.25％CaCO3纳米颗粒，b:1.0％CaCO3纳米颗粒，c:5.0％CaCO3纳米颗粒
图2为实施例2淀粉制备淀粉空心纳米颗粒透射图；
图3为实施例3淀粉制备淀粉空心纳米颗粒透射图；
图4为实施例4淀粉制备淀粉空心纳米颗粒透射图；
图5为实施例1中淀粉空心纳米颗粒的热特性图；
注：re 1：扫描一次，re 2：扫描二次
图6为实施例2中淀粉空心纳米颗粒的X-射线衍射图；
图7为实施例3中淀粉空心纳米颗粒的红外图；
注：a:CaCO3纳米颗粒，b:高直链淀粉，c：去核前核壳结构纳米颗粒，d：去核后的空心纳米颗粒
图8为实施例1中包埋阿霉素的淀粉空心纳米颗粒的包埋效率图；
图9为实施例1中包埋阿霉素的淀粉空心纳米颗粒在模拟肠液环境中的缓释图。
具体实施方式
为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如无特殊说明，实施例中所用试剂均通过常规商业渠道购得或者通过常规的实验方法配制而成。
实施例1
按照如下步骤制备淀粉空心纳米颗粒：
CaCO3@淀粉核壳结构纳米颗粒的制备：选用豌豆淀粉，制备质量体积比为1.0％的糊化的淀粉乳；将CaCO3纳米颗粒作为模板分散在10％酒精溶液中分别配制成质量体积比为0.25％、1.0％、5.0％的CaCO3纳米颗粒悬浊液，超声5min；然后将50mLCaCO3纳米颗粒悬浊液逐滴滴加到10mL糊化的淀粉乳中，转速为800rpm，搅拌20min；随后将所述的溶液在4℃以200rpm的转速缓慢搅拌12h，3500rpm离心10min，水洗沉淀3次。水洗沉淀的方法为：向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000-6000rpm离心5-10min，得到CaCO3@淀粉纳米颗粒。
淀粉空心纳米颗粒的制备：首先将上步骤得到的CaCO3@淀粉纳米颗粒分散在50mL乙二胺四乙酸溶液(0.2mol/L，pH＝7.4)中，并且在25℃搅拌20min，转速为300rpm，3000rpm离心10min，水洗沉淀3次，具体方法参照上文。为了完全去除CaCO3纳米颗粒核，将沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中，离心，水洗，重复3次；最后将沉淀冷冻干燥；冷冻干燥的条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间60h，得到淀粉空心纳米颗粒。
实施例2
按照如下步骤制备淀粉空心纳米颗粒：
CaCO3@淀粉核壳结构纳米颗粒的制备：选用绿豆淀粉，制备质量体积比为1.5％糊化的淀粉乳；将CaCO3纳米颗粒作为模板分散在10％酒精溶液中配制成质量体积比为5％CaCO3纳米颗粒悬浊液，超声5min；然后将50mLCaCO3纳米颗粒悬浊液逐滴滴加到糊化的淀粉乳中，转速为800rpm，搅拌20min；随后将所述的溶液在4℃以200rpm的转速缓慢搅拌8h，3500rpm离心10min，水洗沉淀3次，水洗沉淀的方法为：向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000-6000rpm离心5-10min，得到CaCO3@淀粉纳米颗粒。
淀粉空心纳米颗粒的制备：首先将上步骤得到的CaCO3@淀粉纳米颗粒分散在50mL浓度为0.2mol/L的盐酸溶液中，并且在25℃搅拌20min，转速为300rpm，3000rpm离心10min，水洗沉淀3次；为了完全去除CaCO3纳米颗粒核，将沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中，离心，水洗，重复3次；最后将沉淀冷冻干燥，冷冻干燥条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间60h，得到淀粉空心纳米颗粒。
实施例3
按照如下步骤制备淀粉空心纳米颗粒：
CaCO3@淀粉核壳结构纳米颗粒的制备：选用直链含量65-75％的高直链淀粉，制备质量体积比为0.5％的糊化的淀粉乳；将CaCO3纳米颗粒作为模板分散在10％酒精溶液中配制成质量体积比为5％CaCO3纳米颗粒悬浊液，超声5min；然后将50mLCaCO3纳米颗粒悬浊液逐滴滴加到10mL糊化的淀粉乳中，转速为800rpm，搅拌20min；随后将所述的溶液在4℃以400rpm的转速缓慢搅拌4h，3000rpm离心5min，水洗沉淀2次，水洗沉淀的方法为：向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000-6000rpm离心5-10min，得到CaCO3@淀粉纳米颗粒；
淀粉空心纳米颗粒的制备：首先将上步骤得到的CaCO3@淀粉纳米颗粒分散在50mL乙二胺四乙酸溶液(0.2mol/L，pH＝7.4)中，并且在25℃搅拌20min，转速为300rpm，3000rpm离心5min，水洗沉淀2次；为了完全去除CaCO3纳米颗粒核，将沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中，离心，水洗，重复2次；最后将沉淀冷冻干燥(真空度5Pa，温度-60℃，时间48h)得到淀粉空心纳米颗粒。
实施例4
按照如下步骤制备淀粉空心纳米颗粒：
CaCO3@淀粉核壳结构纳米颗粒的制备：选用普通玉米淀粉，制备质量体积比为2.0％糊化的淀粉乳；将CaCO3纳米颗粒作为模板分散在10％酒精溶液中配制成质量体积比为5％CaCO3纳米颗粒悬浊液，超声5min；然后将50mLCaCO3纳米颗粒悬浊液逐滴滴加到10mL糊化的淀粉乳中，转速为800rpm，搅拌20min；随后将所述的溶液在4℃以100rpm的转速搅拌24h，6000rpm离心10min，水洗沉淀3次，得到CaCO3@淀粉纳米颗粒；
淀粉空心纳米颗粒的制备：首先将上步骤得到的CaCO3@淀粉纳米颗粒分散在50mL乙二胺四乙酸溶液(0.2mol/L，pH＝7.4)中，并且在25℃搅拌20min，转速为300rpm，6000rpm离心10min，水洗沉淀3次；为了完全去除CaCO3纳米颗粒核，将沉淀再重新分散在50mL乙二胺四乙酸溶液中，离心，水洗，重复3次；最后将沉淀冷冻干燥(真空度8Pa，温度-80℃，时间72h)得到淀粉空心纳米颗粒。
实施例5
按照如下步骤制备包埋阿霉素的淀粉空心纳米颗粒：
将实施例1中CaCO3纳米颗粒浓度为5.0％制得的淀粉空心纳米颗粒用pH为7.4的1mol/L磷酸缓冲溶液制成1mg/mL的溶液。
分别配制浓度为0.2mg/mL、0.3mg/mL、0.4mg/mL、05mg/mL和0.6mg/mL的阿霉素溶液，将不同浓度的阿霉素溶液分别加入到5mL淀粉空心纳米颗粒的溶液中，25℃搅拌24h，3000rpm离心10min，冻干，冻干条件为真空度10Pa，温度-80℃，时间72h，得到包埋药物的空心淀粉纳米颗粒。
性能检测：
1、对实施例1-4所制备的淀粉空心纳米颗粒进行性能检测：
(1)淀粉空心纳米颗粒的大小及形态
将实施例1制得的不同CaCO3纳米颗粒的淀粉空心纳米颗粒悬浮液，滴于带有碳支持膜的铜网上，再将铜网冷冻干燥测定。图1为实施例1不同浓度的CaCO3纳米颗粒制得的淀粉空心纳米颗粒的透射图，如图1可见，不同浓度的CaCO3纳米颗粒制备的淀粉空心纳米颗粒的形状和粒径大小不一样，当CaCO3纳米颗粒的浓度为0.25％时，淀粉空心纳米颗粒为杆状，粒径大小为30-100nm，壳的厚度为10nm；当CaCO3纳米颗粒的浓度为1.0％时，淀粉空心纳米颗粒为梭状，粒径大小为200-300nm，壳的厚度为5nm；当CaCO3纳米颗粒的浓度为5.0％时，淀粉空心纳米颗粒为球状，粒径大小为20-100nm，壳的厚度为10nm。
图2、图3和图4分别为实施例2、实施例3和实施例4制得的淀粉空心纳米颗粒的透射图，如图2和图3可见，绿豆淀粉和高直链淀粉制备的空心纳米颗粒都是介孔材料的，图4为玉米淀粉制备的空心纳米颗粒，其形貌类似于蛋壳结构，粒径大约为50-100nm。
(2)淀粉空心纳米颗粒的热特性
将实施例1制得的淀粉空心纳米颗粒放入坩埚中，加入两倍去离子水，在25-125℃进行测量。如图5的图谱所示，淀粉空心纳米颗粒的焓值大于纯的豌豆淀粉且峰值温度高，表明淀粉空心纳米颗粒的结构比原淀粉更加致密。
(3)X-射线衍射图谱检测：将实施例2制得的淀粉空心纳米颗粒干粉平衡水分到20％，检测2θ＝5–40°的图谱。如图6的X-射线衍射图谱表明，CaCO3纳米颗粒核完全去除以及淀粉空心纳米颗粒的晶体结构显著增加。
(4)傅里叶红外光谱检测：将实施例3制得淀粉空心纳米颗粒干粉以溴化钾为背景进行红外光谱分析，如图7的红外图谱表明，淀粉成功地涂层在CaCO3纳米颗粒的表面。
2、对实施例5所制备的包埋阿霉素的淀粉空心纳米颗粒进行性能检测：
(1)实施例5包埋阿霉素的淀粉空心纳米颗粒的装载效率测定
对包埋阿霉素的淀粉空心纳米颗粒的溶液进行装载效率测定，利用紫外分光光度计测定离心后上清液中未包埋的阿霉素的吸光度，通过阿霉素的标准曲线测定出阿霉素的含量，从而计算出淀粉空心纳米颗粒的装载效率。计算公式为：(总的阿霉素的添加量-上清液中阿霉素的量)/总的阿霉素添加量。
如图8所示，包埋不同浓度阿霉素的淀粉空心纳米颗粒的装载效率都高于90％，表明淀粉空心纳米颗粒具有高装载效率。
(2)肿瘤、血液环境缓释模拟
取实施例5得到的包埋阿霉素的淀粉空心纳米颗粒干粉，分别溶解在pH5.8(模拟肿瘤环境)0.01mol/L醋酸缓冲液和pH7.4(模拟血液环境)0.01mol/L的磷酸缓冲溶液中，制成浓度为10mg/mL的溶液，置于12kDa的透析袋中。将透析袋分别置于0.01mol/L醋酸和磷酸缓冲溶液中，于200rpm的磁力搅拌器中搅拌不同时间，通过阿霉素标准曲线，用紫外分光光度计测定不同时间累计释放的阿霉素含量。图9为模拟肿瘤和血液环境中的缓释图，可见淀粉空心纳米颗粒具有非常显著的缓释效果，在肿瘤中的释放明显比血液中的释放要快。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种淀粉空心纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以CaCO3纳米颗粒作为模板分散在10％酒精溶液中配制成质量体积比为0.25-5％的CaCO3纳米颗粒悬浊液，并进行超声分散；
(2)以直链含量为26-80％的淀粉制备质量体积比为0.5-8.0％的糊化的淀粉乳，将CaCO3纳米颗粒悬浊液逐滴滴加到糊化的淀粉乳中，并以500-900rpm的转速搅拌10-20min；
(3)将步骤(2)制得的悬浊液在3-18℃以100-400rpm的转速缓慢搅拌0.5-24h，离心，水洗沉淀，得到CaCO3@淀粉纳米颗粒；
(4)将CaCO3@淀粉纳米颗粒分散在乙二胺四乙酸溶液或者盐酸溶液中，以100-400rpm的转速搅拌10-30min，离心，水洗沉淀；
(5)将沉淀冷冻干燥得到淀粉空心纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的粉空心纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(2)CaCO3纳米颗粒悬浊液与糊化的淀粉乳的体积比为5:1。
3.根据权利要求2所述的粉空心纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，水洗沉淀的方法为：向沉淀中加入去离子水，将沉淀旋起，3000-6000rpm离心5-10min，得到沉淀。
4.根据权利要求3所述的粉空心纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，所述乙二胺四乙酸溶液浓度为0.2mol/L，pH为7.4，盐酸溶液的浓度为0.2mol/L。
5.根据权利要求4所述的粉空心纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，步骤(5)冷冻干燥的条件为：真空度5-10Pa，温度-80～-60℃，时间48-72h。
6.根据权利要求5所述的粉空心纳米颗粒的制备工艺，其特征在于，将步骤(4)水洗后的沉淀重新分散在乙二胺四乙酸溶液或者盐酸溶液中，离心，水洗沉淀1-3次。
7.一种缓释控释剂，其特征在于，以淀粉空心纳米颗粒为药物载体。
8.一种空心淀粉纳米颗粒包埋药物的方法，其特征在于：将水溶性药物浸泡在浓度为0.5-5mg/mL的淀粉空心纳米颗粒溶液中，药物与淀粉空心纳米颗粒的重量比为(1-3):5，室温搅拌8-36h，3000-3500rpm离心5-15min，冻干，得到包埋药物的空心淀粉纳米颗粒。
9.根据权利要求8所述的空心淀粉纳米颗粒包埋药物的方法，其特征在于，所述水溶性药物为叶黄素、虾青素、番茄红素、维生素E、花青素或者阿霉素。
10.根据权利要求9所述的空心淀粉纳米颗粒包埋药物的方法，其特征在于，所述冻干条件为：真空度6-13Pa，温度-70-90℃，时间48-82h。
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