CN107970228A - 一种以壳聚糖-tpp-kgm为复合壁材的纳米微囊的制备方法 - Google Patents

一种以壳聚糖-tpp-kgm为复合壁材的纳米微囊的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以壳聚糖‑TPP‑KGM为复合壁材的纳米微囊的制备方法；配制质量分数为0.2‑0.5％(％，w/v)的壳聚糖溶液，取TPP溶液与KGM溶液混合，将这两种物质的混合液逐滴加入上述壳聚糖溶液中；滴加同时伴随磁力搅拌，直至混合液滴加完毕，在10‑50℃下继续搅拌15‑60min后，离心收集纳米囊，并用双蒸水冲洗，得到壳聚糖‑TPP‑KGM复合纳米微囊。并以CPP‑Ca2+复合物为模型药物进行包埋。该微囊对芯材的负载率高，有很好的靶向和缓释作用，可以进一步在药物缓释、食品工业及生物功能材料等方面得到广泛应用。

Description

一种以壳聚糖-TPP-KGM为复合壁材的纳米微囊的制备方法
技术领域
本发明涉及一种以壳聚糖-TPP-KGM为复合壁材的纳米微囊的制备方法，属于生物材料领域。
背景技术
纳米微胶囊技术是指利用纳米复合、纳米乳化和纳米构造等技术在纳米尺度范围内(1～1000nm)对囊内物质进行包覆形成微胶囊的新型技术。近年来，纳米微胶囊技术已经成为食品研究及应用领域的一个热点。在食品工业中，用作芯材的物质主要是具有生物活性的功能因子，纳米微胶囊不仅能够保护这些活性成分，防止其挥发、流失或氧化，还能促进有效成分的缓释和吸收，以提高和增进食品的风味和营养。壁材则主要选择有良好的溶解性、吸湿性、稳定性、机械强度、成膜性和乳化性等性能的天然高分子物质。
壳聚糖(chitosan)是天然生物大分子甲壳素经过N端脱乙酰作用而得到的衍生物，其具有良好的生物活性和生物相容性，常作为微胶囊的壁材应用于药物缓释、食品包埋等领域。壳聚糖分子上聚集有带正电的游离氨基，可以与三聚磷酸钠(TPP)分子上带负电的磷酸根结合，在水溶液中通过离子诱导凝胶化作用制备纳米微粒，从而避免使用戊二醛、甲醛等有机交联剂对于药物或食品造成的毒性。目前多数研究采用以壳聚糖和TPP为壁材制备微胶囊，但其往往没有很高的强度和较好的球形形貌，易形成褶皱裂痕，造成芯材的损失。另外，可生物降解的聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米囊也是生物活性物质中一种常用的载体[1]，但其制备过程复杂且包埋率低，并且使用过程中需用到有机溶剂，毒性大并带来诸多问题。因此，选择合适的壁材添加剂成为微胶囊制备的一大难题。
魔芋葡甘露聚糖(KGM)是一种从魔芋中提取出来的天然水溶性多糖，具有良好的持水性、增稠性和凝胶性能，且其在水溶液中呈电中性。KGM作为壁材，不仅有利于微胶囊的形成，还能增加囊壁的机械强度，改善纳米囊的形貌。KGM水解得到的葡萄糖和甘露糖，还具备降血压、降血脂、治疗糖尿病、提高人体免疫功能的生理功效，是一种优良的膳食纤维。KGM在微胶囊中的加入也能够提升壁材的生物功能性，使其具有保健功能的新型微胶囊。但是目前还未见将KGM加入复合壁材的研究报道。本发明在复合壁材中加入KGM，制备了一种以壳聚糖-TPP-KGM为复合壁材的纳米微胶囊，以弥补单一壁材在作为生物活性物质载体中出现的诸多问题。
参考文献:
[1]Kim Y D,Morr C V,Schenz T W.Microencapsulation properties of gumarabic and several food proteins:liquid orange oil emulsion particles.Journalof Agricultural and Food Chemistry,1996,44(5):1308-1313.
发明内容
本发明目的在于提供一种以壳聚糖、TPP、KGM三者为复合壁材的微胶囊。本发明包括壳聚糖-TPP-KGM纳米微囊的制备以及壳聚糖-TPP-KGM纳米微囊包覆酪蛋白磷酸肽(CPPs)-Ca2+复合芯材的应用。
具体技术方案如下：
一种以壳聚糖-TPP-KGM为复合壁材的纳米微囊的制备方法，其步骤如下：
1)配制质量分数为0.2-0.5％(％，w/v)的壳聚糖溶液，取TPP溶液与KGM溶液混合，将这两种物质的混合液逐滴加入上述壳聚糖溶液中；
2)滴加同时伴随磁力搅拌，直至混合液滴加完毕，在10-50℃下继续搅拌15-60min后，离心收集纳米囊，并用双蒸水冲洗，得到壳聚糖-TPP-KGM复合纳米微囊。
其中，壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6：1：1.2～3。
优选所述的壳聚糖的质量分数为0.2％(％，w/v)，壳聚糖与TPP、KGM的质量比为6/1/1.2。
所述的交联温度为30℃，交联时间为15min。
壳聚糖-TPP-KGM纳米微囊包覆酪蛋白磷酸肽(CPPs)-Ca2+复合芯材的应用：将CPP-Ca2+复合物溶于Tris-HCl缓冲液(pH 7.4，20mM)中，得到芯材溶液。配制质量分数为0.2-0.5％(％，w/v)的壳聚糖溶液，取TPP溶液与KGM溶液混合，加入芯材溶液，将这三种物质的混合液逐滴加入上述壳聚糖溶液中。滴加完毕后，在10-50℃下继续搅拌15-60min后，离心收集纳米囊，并用双蒸水冲洗三次，得到包覆CPPs-Ca2+芯材的壳聚糖-TPP-KGM复合微胶囊。其中，壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6：1：1.2～3。
本发明的一种以壳聚糖-TPP-KGM为复合壁材的纳米微囊的制备方法，以CPP-Ca2+复合物为模型药物进行包埋。这种纳米微胶囊主要以壳聚糖、TPP为主要壁材，以KGM为辅助壁材，通过复凝聚法制得。发明中对纳米微胶囊的制备工艺进行了优化，并最终获得了粒径小，分散性好且芯材负载率高的纳米囊。本发明获得的纳米微胶囊与以往微囊相比有多方面的优势：原料安全无毒，工艺条件温和简单、绿色环保，且制备的微胶囊大小均一。在应用方面，对芯材的负载率高，有很好的靶向和缓释作用，微胶囊纳米级的尺寸有利于钙在人体内的运输和吸收。因此，该微囊可以进一步在药物缓释、食品工业及生物功能材料等方面得到广泛应用。
本发明的有益效果
(1)本发明利用的壁材壳聚糖和KGM都是天然来源具有生物活性的多糖，TPP是一种应用广泛的食品添加剂，原料安全无毒且绿色环保。
(2)所提供的壳聚糖-TPP-KGM微胶囊与以往常用微胶囊相比，其制备条件温和、工艺简单、安全高效，有利于大规模应用。
(3)本发明制得的壳聚糖-TPP-KGM微胶囊大小均一，分散均匀，且表面光滑，无褶皱破裂现象(附图1-3)。与以壳聚糖和TPP为壁材的微胶囊相比，该复合纳米囊的密封性更好，能够对芯材起到隔离保护的作用。
(4)本发明开发的微胶囊与以往微胶囊相比，能够将功能性芯材进行高效包埋，减少芯材在加工和储运过程中的损失，有很好的靶向和缓释作用(附图4-7)。并且微囊为纳米尺寸，颗粒微小，易于分散和悬浮在水溶液中，增加了活性物质对组织的附着力，可作为功能性材料深入开发。
附图说明
图1壳聚糖-TPP-KGM纳米微胶囊的聚集态电镜照片图；
图2壳聚糖-TPP-KGM纳米微胶囊的分散态电镜照片图；
图3单个壳聚糖-TPP-KGM纳米微胶囊的电镜照片图。
图4壳聚糖浓度对CPP-Ca2+纳米囊粒径及芯材负载率的影响
图5壳聚糖、TPP与KGM的质量比对CPP-Ca2+纳米囊粒径及芯材负载率的影响
图6交联温度对CPP-Ca2+纳米囊粒径及芯材负载率的影响
图7交联时间对CPP-Ca2+纳米囊粒径及芯材负载率的影响
具体实施方式
结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明：
壳聚糖-TPP-KGM纳米微囊的制备
1)配制质量分数为0.2-0.5％(％，w/v)的壳聚糖溶液，取TPP溶液与KGM溶液混合，将这两种物质的混合液逐滴加入上述壳聚糖溶液中。
2)滴加同时伴随磁力搅拌，直至混合液滴加完毕，在10-50℃下继续搅拌15-60min后，离心收集纳米囊，并用双蒸水冲洗三次，得到壳聚糖-TPP-KGM复合纳米微囊。
其中，壳聚糖/TPP/KGM的质量比分别为6/1/1.2-6/1/3。
壳聚糖-TPP-KGM纳米微囊包覆酪蛋白磷酸肽(CPPs)-Ca2+复合芯材的应用
将CPP-Ca2+复合物溶于Tris-HCl缓冲液(pH 7.4，20mM)中，得到芯材溶液。配制质量分数为0.2-0.5％(％，w/v)的壳聚糖溶液，取TPP溶液与KGM溶液混合，加入芯材溶液，将这三种物质的混合液逐滴加入上述壳聚糖溶液中。滴加完毕后，在10-50℃下继续搅拌15-60min后，离心收集纳米囊，并用双蒸水冲洗三次，得到包覆CPPs-Ca2+芯材的壳聚糖-TPP-KGM复合微胶囊。其中，壳聚糖/TPP/KGM的质量比分别为6/1/1.2-6/1/3。
优选的，本发明所述的壳聚糖的质量分数为0.2％(％，w/v)，壳聚糖与TPP、KGM的质量比为6/1/1.2。
优选的，本发明所述的交联温度为30℃，交联时间为15min。
实施例1
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.2％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温20℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联30min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.2。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为62.79％(附图4)。
实施例2
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.3％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温20℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联30min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.2。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为60.45％(附图4)。
实施例3
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.5％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温20℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联30min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.2。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为53.81％(附图4)。
实施例4
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.2％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温20℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联30min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.8。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为54.82％(附图5)。
实施例5
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.2％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温20℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联30min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/3。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为57.10％(附图5)。
实施例6
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.2％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于10℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联30min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.2。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为48.92％(附图6)。
实施例7
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.2％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温50℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联30min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.2。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为60.05％(附图6)。
实施例8
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.2％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温20℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联15min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.2。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为62.85％(附图7)。
实施例9
于称量纸称取壳聚糖在室温下溶于1％的乙酸溶液，在磁力搅拌下得到质量分数为0.2％的壳聚糖溶液；称取TPP粉末溶于水，得到浓度为3.3mg/ml的TPP溶液；在烧杯中称取KGM，缓慢加入双蒸水并伴随剧烈搅拌，得到浓度为1mg/ml的KGM溶液。称取0.5g CPP-Ca2+复合物，溶于pH为7.4，20mmol/L的Tris-HCl缓冲液，得到浓度为50mg/ml的芯材溶液。取0.6ml TPP溶液与2.4ml KGM溶液混合，再加入1ml芯材溶液，于室温20℃下将这三种物质的混合液逐滴加入6ml壳聚糖溶液中，边滴加边搅拌，全部滴加完毕后搅拌交联50min，此时壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6/1/1.2。交联完毕后以8000rpm/min，4℃下离心10min，收集纳米微胶囊并用双蒸水冲洗三次。用钙镁指示剂-EDTA滴定的方法检测微胶囊的芯材负载率，测得负载率为60.01％(附图7)。

Claims (8)

1.一种以壳聚糖-TPP-KGM为复合壁材的纳米微囊的制备方法，其特征是：
1)配制质量分数为0.2-0.5％(％，w/v)的壳聚糖溶液，取TPP溶液与KGM溶液混合，将这两种物质的混合液逐滴加入上述壳聚糖溶液中。
2)滴加同时伴随磁力搅拌，直至混合液滴加完毕，在10-50℃下继续搅拌15-60min后，离心收集纳米囊，并用双蒸水冲洗，得到壳聚糖-TPP-KGM复合纳米微囊。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的壳聚糖/TPP/KGM的质量比为6：1：1.2～3。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于壳聚糖在混合液中的质量分数为0.2％(％，w/v)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于壳聚糖与TPP、KGM的质量比为6：1：1.2。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的交联温度为30℃，交联时间为15min。
6.权利要求1制备的壳聚糖-TPP-KGM纳米微囊包覆酪蛋白磷酸肽(CPPs)-Ca2+复合芯材的应用，其特征是：将CPP-Ca2+复合物溶于Tris-HCl缓冲液中，得到芯材溶液；配制质量分数为0.2-0.5％(％，w/v)的壳聚糖溶液，取TPP溶液与KGM溶液混合，加入芯材溶液，将这三种物质的混合液逐滴加入上述壳聚糖溶液中；滴加完毕后，在10-50℃下继续搅拌15-60min后，离心收集纳米囊，并用双蒸水冲洗三次，得到包覆CPPs-Ca2+芯材的壳聚糖-TPP-KGM复合微胶囊。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征是Tris-HCl缓冲液为pH 7.4，20mM。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征是壳聚糖/TPP/KGM的质量比为为6：1：1.2～3。
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