CN106928377A - 一种改性β‑葡聚糖 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改性β‑葡聚糖。本发明采用2‑辛烯基琥珀酸酐对青稞β‑葡聚糖进行改性处理，制备出具有两亲性的改性青稞β‑葡聚糖，其在水相体系中可以发生自聚集形成纳米级水凝胶。以此包埋材料来包埋在水相体系中难溶或不稳定的生物活性物质，从而增加其的溶解性和稳定性。

Description

一种改性β-葡聚糖

技术领域

本发明涉及一种改性β-葡聚糖。

背景技术

青稞(hullessbarley)，是禾本科大麦属的一种禾谷类作物，因其内外颖壳分离，籽粒裸露，故又称裸大麦、元麦、米大麦。主要产自中国西藏、青海、四川、云南等地，青稞中含有丰富的β-葡聚糖，是世界上麦类作物中β-葡聚糖最高的作物，据检测青稞β-葡聚糖平均含量为6.57％，优良品种青稞25可达到8.6％，是小麦平均含量的50倍。还含有膳食纤维、支链淀粉、微量元素(钙、磷、铁、铜、锌和硒)以及一些稀有营养成分(硫胺素、核黄素、尼克酸、维生素E)，有丰富的营养价值和突出的医药保健作用。

青稞β-葡聚糖是青稞籽粒胚乳细胞壁的主要成分，占细胞壁干重的75％左右，是一类非淀粉多糖。β-吡喃葡萄糖是其基本结构单位，这与纤维素相似，不同的是它以β-(1→3)和(1→4)两种糖苷键连接而成。由β-(1→4)键连结形成许多纤维三糖和纤维四糖基，它们彼此间通过单独的β-(1→3)键相互连接成多聚体形式。早在上世纪80年代末，美国科学家发现大麦特别是裸大麦(青稞)中的β-葡聚糖具有降血脂、降胆固醇和预防心血管疾病的作用，后来，β-葡聚糖的调节血糖、提高免疫力、抗肿瘤的作用陆续被发现，引起了全世界的广泛关注。目前，生物医学界普遍认为β-葡聚糖具有清肠、降低胆固醇、调节血糖、提高免疫力等四大生理作用，正日益受到人们的重视，逐渐在食品、医药等方面显示出巨大的应用价值。

传统的微胶囊壁材形成的微胶囊由于粒径大、包埋率低以及难控制等不足已经不能满足在液态下对活性成分包埋的需要。然而多糖及低聚糖成为现在研究的热点，被广泛地运用到生物活性物质的运输中，多糖能够通过非共价作用吸附或包埋活性物质，作为其运输载体。而天然多糖也可经疏水化修饰后形成两亲性聚合物，其可以在水溶液中能自发组装形成具有独立结构的胶束样颗粒。此类疏水多糖载体在显著提高生物活性物质的稳定性的同时，又可在人体胃肠道中对其提供有效的保护，最终达到靶向输送的目的。

发明内容

本发明目的在于提供一种改性β-葡聚糖。本技术通过对青稞β-葡聚糖进行疏水化修饰，制备出具有两亲性的改性青稞β-葡聚糖，其在水相体系中可以发生自聚集形成纳米级水凝胶来包埋生物活性物质。不仅可以有效的提高水溶性产品中生物活性物质的溶解性和稳定性，降低产品在储存中活性物质降解损失的程度，使液态产品(饮料、口服液等)中的活性物质的含量得到提高，而且还可以使产品中的生物活性物质在通过人体胃肠道时对其提供有效的保护，最终达到靶向输送的目的，从而进一步的提高产品的商品属性和消费者的接受程度。

具体地，本发明提供了一种改性β-葡聚糖，它是由如下方法制备得到：

取青稞β-葡聚糖水溶液与2-辛烯基琥珀酸酐，在45-60℃下反应0.5h以上，反应过程中控制反应体系pH维持在约8.0-9.0，待反应结束，调节pH至约5.0-6.0，浓缩，浓缩液加入异丙醇进行醇沉，待沉淀完毕，离心，收集沉淀，溶解于水中，溶液透析，将透析后的溶液冷冻干燥，即得改性β-葡聚糖。

其中，青稞β-葡聚糖水溶液的浓度为2.8-5.6mg/mL，在此浓度范围内，可以保证所制备的改性葡聚糖在包埋后花青素的保留率可以达到60％以上；从保留率来看，本发明中青稞β-葡聚糖水溶液的浓度进一步选自3.5-5.6mg/ml，更进一步选自4.2mg/ml。

其中，2-辛烯基琥珀酸酐的用量为青稞β-葡聚糖水溶液的0.3-0.9％v/v；进一步地，本发明发现若2-辛烯基琥珀酸酐的用量为青稞β-葡聚糖水溶液的0.4-0.7％v/v，在此浓度范围内，可以保证所制备的改性葡聚糖在包埋后花青素的保留率可以达到60％以上，更进一步为0.5％v/v。

其中，本发明发现反应温度为45～55℃时，可以保证所制备的改性葡聚糖在包埋后花青素的保留率可以达到60％以上，进一步选自55℃±2℃。

其中，本发明发现反应时间为2.5～4.5h时，可以保证所制备的改性葡聚糖在包埋后花青素的保留率可以达到60％以上，进一步选自4.5h。

异丙醇，疏水好，醇沉时所需容积小且速度快，可以最大程度的降低Cl^-、Na⁺等离子的共沉淀，从而最大可能的减少共沉淀的离子对后续试验的干扰。

其中，异丙醇用量为浓缩液的3-5倍，醇沉温度为50-70℃。

进一步地，异丙醇用量为浓缩液的4倍，醇沉温度为60℃。

本发明中，醇沉温度的选择主要是从改性葡聚糖的得率和醇沉速度等方面进行考察，其中发现选择醇沉温度60℃时，得率较高，醇沉速度也比较快。

其中，第一次调节pH使用氢氧化钠；第二次调节pH使用盐酸。

其中，透析时，使用截留重均分子量为14000g/mol的透析袋。

本发明采用2-辛烯基琥珀酸酐对青稞β-葡聚糖进行改性处理，制备出具有两亲性的改性青稞β-葡聚糖，其在水相体系中可以发生自聚集形成纳米级水凝胶。以此包埋材料来包埋在水相体系中难溶或不稳定的生物活性物质，从而增加其的溶解性和稳定性。改善含有生物活性物质的液态产品在加工及储藏中存在难溶、沉淀以及氧化降解的问题，使液态产品(饮料、口服液等)中的活性物质的含量得到提高。同时，青稞葡聚糖有降低餐后血糖、降低血清总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇以及降低心血管疾病风险的作用，以此为载体荷载生物活性物质不仅可以使活性成分在人体内达到靶向释放的作用，也可以提高产品的功能价值和商品属性以及消费者的接受程度。

本发明改性葡聚糖荷载的花青素，在胃液和小肠液中保持缓慢释放,而在结肠液中释放率较高,120min就可以达到50％。由此可见，本发明改性葡聚糖非常适合作为结肠靶向药物的载体。基于上述原因，本发明还提供了一种结肠靶向药物，它是以上述改性β-葡聚糖作为包埋材料。

附图说明

图1为改性时间对花青素热稳定性的影响。

图2为青稞β-葡聚糖的浓度对花青素热稳定性的影响。该图中花青素浓度数据为已经经过纯度换算后的花青素浓度

图3为2-OSA的添加量对花青素热稳定性的影响。

图4为温度对花青素热稳定性的影响。

图5为荷载花青素改性青稞β-葡聚糖的体外模拟胃液释放特性。

图6为荷载花青素改性青稞β-葡聚糖的体外模拟小肠液释放特性。

图7为荷载花青素改性青稞β-葡聚糖的体外模结肠液释放特性。

图8为改性青稞β-葡聚糖微胶囊水溶液的倒置荧光显微镜图。

具体实施方式

青稞β-葡聚糖(70％)：购买于杭州众芝康菇生物技术有限公司；

2-辛烯基琥珀酸酐(97％)：购买于北京百灵威科技有限公司；

异丙醇：分析纯，购于天津市富宇精细化工有限公司；

透析袋(14000g/mL)：MD44-14，Union Carbide Co，Seadrift，TX，美国；

实施例1

1)将3g青稞β-葡聚糖粗品(70％)(相当于2.1g的青稞β-葡聚糖纯品(100％))分散于500mL的纯水中,置于水浴锅中在80℃下水浴1h，并不断的搅拌，使葡聚糖充分的溶解。待溶解过程结束后,将青稞β-葡聚糖水溶液冷却至室温后离心。离心完毕后,弃去沉淀,收集青稞β-葡聚糖溶液，备用。

2)然后,将0.5mL 2-辛烯基琥珀酸酐滴(2-OSA)加至100mL青稞β-葡聚糖溶液中,在55℃下反应4.5h。在反应过程中使用3％(w/v)的氢氧化钠控制体系pH在8.0左右。反应完毕后,待体系冷却至室温,继续搅拌。最终在反应体系中滴加2moI/L盐酸控制体系pH在6.0左右,置于旋转蒸发仪60℃下浓缩至50mL，并收集浓缩液。

3)加入200mL的异丙醇,在60℃下醇沉，最后冷却静置12h。待醇沉步骤结束后,离心。

4)收集沉淀物溶解于纯净水中移至截留重均分子质量为14000g/mol的透析袋中,用纯水透析48h。将透析后的溶液至于真空冷冻干燥机中,在冷阱温度-60℃以及真空度100Pa下干燥样品。

实施例2

1)将300g青稞β-葡聚糖粗品(70％)(相当于210g的青稞β-葡聚糖(100％)分散于50L的纯水中,置于水浴锅中在80℃下水浴1h，并不断的搅拌，使葡聚糖充分的溶解。待溶解过程结束后,将青稞β-葡聚糖水溶液冷却至室温后离心。离心完毕后,弃去沉淀,收集青稞β-葡聚糖溶液，备用。

2)然后,将50mL 2-辛烯基琥珀酸酐滴(2-OSA)加至10L青稞β-葡聚糖溶液中,在55℃下反应4.5h。在反应过程中使用3％(w/v)的氢氧化钠控制体系pH在8.0左右。反应完毕后,待体系冷却至室温,继续搅拌。最终在反应体系中滴加2moI/L盐酸控制体系pH在6.0左右,置于旋转蒸发仪60℃下浓缩至50mL，并收集浓缩液。

3)加入200mL的异丙醇,在50℃下醇沉，最后冷却静置至足够长时间(即沉淀基本完全)。待醇沉步骤结束后,离心。

4)收集沉淀物溶解于纯净水中移至截留重均分子质量为14000g/mol的透析袋中,用纯水透析48h。将透析后的溶液至于真空冷冻干燥机中,在冷阱温度-60℃以及真空度100Pa下干燥样品。

实施列3(中试)

1)将3kg青稞β-葡聚糖粗品(70％)(2.1kg的青稞β-葡聚糖(100％))分散于500L的纯水中,置于水浴锅中在80℃下水浴1h，并不断的搅拌，使葡聚糖充分的溶解。待溶解过程结束后,将青稞β-葡聚糖水溶液冷却至室温后离心。离心完毕后,弃去沉淀,收集青稞β-葡聚糖溶液，备用。

2)然后,将0.5L 2-辛烯基琥珀酸酐滴(2-OSA)加至100L青稞β-葡聚糖溶液中,在55℃下反应4.5h。在反应过程中使用3％(w/v)的氢氧化钠控制体系pH在8.0左右。反应完毕后,待体系冷却至室温,继续搅拌。最终在反应体系中滴加2moI/L盐酸控制体系pH在6.0左右,置于旋转蒸发仪60℃下浓缩至50mL，并收集浓缩液。

3)加入200mL的异丙醇,在70℃下醇沉，最后冷却静置12h。待醇沉步骤结束后,离心。

4)收集沉淀物溶解于纯净水中移至截留重均分子质量为14000g/mol的透析袋中,用纯水透析48h。将透析后的溶液至于真空冷冻干燥机中,在冷阱温度-60℃以及真空度100Pa下干燥样品。

本发明以花青素的热稳定性为例，对青稞β-葡聚糖的改性条件进行优化，参见图1-4，本发明制备的改性青稞β-葡聚糖微胶囊水溶液的倒置荧光显微镜图如图8。

实施例4

1)在烧杯中加入0.25g改性青稞β-葡聚糖，加入100mL蒸馏水，加热煮沸2min，补充体积到100mL，继续加热1min，再补充体积到100mL，得到均匀的改性青稞β-葡聚糖溶液。

2)取上述制备的改性青稞β-葡聚糖溶液，加入0.1g黑枸杞花青素提取物，在45℃下搅拌30min，制得黑果枸杞花青素微胶囊溶液。

3)添加其他辅料，生产液态产品。

实施例5

1)取250g改性青稞β-葡聚糖，加入100L蒸馏水，加热煮沸2min，补充体积到100L，继续加热1min，再补充体积到100L，得到均匀的改性青稞β-葡聚糖溶液。

2)取上述制备的改性青稞β-葡聚糖溶液，加入100g黑枸杞花青素提取物，在45℃下搅拌30min，制得黑果枸杞花青素微胶囊溶液。

3)添加其他辅料，生产液态产品。

实施列6

1)取2.5kg改性青稞β-葡聚糖，加入1000L蒸馏水，加热煮沸2min，补充体积到1000L，继续加热1min，再补充体积到1000L，得到均匀的改性青稞β-葡聚糖溶液。

2)取上述制备的改性青稞β-葡聚糖溶液，加入1kg黑枸杞花青素提取物，在45℃下搅拌30min，制得黑果枸杞花青素微胶囊溶液。

3)添加其他辅料，生产液态产品。

Claims (10)

1.一种改性β-葡聚糖，其特征在于：它是由如下方法制备得到：

取青稞β-葡聚糖水溶液与2-辛烯基琥珀酸酐，在45-60℃下反应0.5h以上，反应过程中控制反应体系pH维持在约8.0-9.0，待反应结束，调节pH至约5.0-6.0，浓缩，浓缩液加入异丙醇进行醇沉，待沉淀完毕，离心，收集沉淀，溶解于水中，溶液透析，将透析后的溶液冷冻干燥，即得改性β-葡聚糖。

2.根据权利要求1所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：青稞β-葡聚糖水溶液的浓度为2.8-5.6mg/mL，进一步选自3.5-5.6mg/ml，更进一步选自4.2mg/ml。

3.根据权利要求1所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：2-辛烯基琥珀酸酐的用量为青稞β-葡聚糖水溶液的0.3-0.9％v/v,进一步选自0.5-0.7％，更进一步为0.5％。

4.根据权利要求1所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：反应温度为45～55℃，进一步选自55℃±2℃。

5.根据权利要求1所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：反应时间为2.5～4.5h，进一步选自4.5h。

6.根据权利要求1所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：异丙醇用量为浓缩液的3-5倍，醇沉温度为50-70℃。

7.根据权利要求6所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：异丙醇用量为浓缩液的4倍，醇沉温度为60℃。

8.根据权利要求1所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：第一次调节pH使用氢氧化钠；第二次调节pH使用盐酸。

9.根据权利要求1所述的改性β-葡聚糖，其特征在于：透析时，使用截留重均分子量为14000g/mol的透析袋。

10.一种结肠靶向药物，其特征在于：它是以权利要求1-9任意一项所述改性β-葡聚糖作为包埋材料。