CN108904467A - 壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊的制备工艺及其应用 - Google Patents

Abstract

一种壳聚糖‑植酸钠空心纳米胶囊的制备工艺，包括以下步骤：(1)将高分子量壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到植酸钠溶液中，壳聚糖溶液的浓度小于等于植酸钠溶液的浓度，并且壳聚糖溶液的体积小于等于植酸钠溶液的体积，边滴加边搅拌，在20℃～25℃条件下，以800～900rpm转速快速搅拌1～120min；离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖‑植酸钠纳米胶囊；(2)将壳聚糖‑植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，得到壳聚糖‑植酸钠空心纳米胶囊。本发明不需要借助模板，方法简单，粒径大小均一、密实，包埋活性物后，在胃液条件不释放，在肠液环境快速释放，可大大提高活性物质的利用率。

Description

壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊的制备工艺及其应用

技术领域

本发明属于空心纳米胶囊领域，具体涉及壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊的制备工艺及其在食品和药品领域的应用。

背景技术

多酚等活性物质具有强的功效，但是由于其稳定性差，对光、高温和氧气等极其敏感。而且活性物质在胃液和肠液中易被分解。为了解决这个问题，已经有许多研究者研究了微胶囊来稳定活性物质。但是，微胶囊载体的尺寸是微米级别的，在活性物质输送方面存在许多方面问题。与微胶囊相比，纳米胶囊的溶解度高，生物利用率高，可更有效的作为活性成分的载体。

纳米胶囊作为活性成分的载体，最重要就是要有良好的生物相容性。这种载体要求它们能在胃液中保持完整的结构，几乎不放出活性物质。但是，一旦到小肠，这种载体需要能够被分解，这样大量的活性物质就会释放出来。目前，壳聚糖、海藻酸盐等可生物降解和非常好的生物兼容性的安全的高分子多糖物质，已经被大规模的用于制备纳米胶囊。其中，壳聚糖因为它独特的强的抑菌特性，已经被许多研究者发掘，开发了壳聚糖为基础的材料，这些材料也已经广泛地用于食品和药物等领域。

但是通常制备的壳聚糖纳米胶囊载体在酸性条件下极其不稳定，在胃液中结构易被破坏，导致包埋的活性成分快速释放，这样能进入小肠中的活性成分就更少了，无法发挥活性成分的作用。因此，开发一种在胃液环境稳定，在小肠环境中被破坏分解的纳米胶囊载体对于提高口服活性物质的利用率至关重要。

发明内容

针对现有技术存在的纳米胶囊载体在酸性环境中易被破坏，导致载体释放的上述问题，本发明提供一种壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊的制备方法，不需要借助模板，方法简单，粒径大小均一、密实，包埋活性物后，在胃液条件不释放，在肠液环境快速释放，可大大提高活性物质的利用率。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊的制备工艺，包括以下步骤：

(1)将高分子量壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到植酸钠溶液中，壳聚糖溶液的浓度小于等于植酸钠溶液的浓度，并且壳聚糖溶液的体积小于等于植酸钠溶液的体积，边滴加边搅拌，在20℃～25℃条件下，以800～900rpm转速快速搅拌1～120min；离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊；

(2)将壳聚糖-植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，得到壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊。

进一步地，步骤(1)高分子量壳聚糖溶液的浓度为0.020wt％～0.030wt％，植酸钠溶液的浓度为0.025wt％～0.035wt％。

进一步地，步骤(1)高分子量壳聚糖溶液的浓度为0.025wt％，植酸钠溶液的浓度为0.030wt％。

进一步地，步骤(1)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。

进一步地，步骤(2)冷冻干燥的条件为：真空度5～10Pa，温度-80～-60℃，时间48～72h。

本发明还提供一种pH敏感型缓释控释剂，上述制备的壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊为载体，包埋药物或活性成分。

本发明还提供一种空心纳米胶囊包埋活性物质的方法，包括以下步骤：

将活性物质事先溶解在壳聚糖溶液中得到混合液；再将混合液用微量注射器逐滴滴加到植酸钠溶液中，壳聚糖溶液的浓度小于等于植酸钠溶液的浓度，并且壳聚糖溶液的体积小于等于植酸钠溶液的体积；边滴加边搅拌，在20～25℃条件下，以800～900rpm转速快速搅拌1～120min；离心，水洗沉淀，冻干，得到包埋活性成分的纳米胶囊。

进一步地，所述活性物质为2mM的多酚。

进一步地，包埋活性物质的方法中，壳聚糖溶液和植酸钠溶液的浓度选择、水洗沉淀、冻干操作均可以参照前述制备工艺进行。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的制备空心纳米胶囊的工艺不需要使用模板，直接合成可食用的大分子纳米空心胶囊，方法简单.

(2)本发明制得空心纳米胶囊，可以包埋极其不稳定的活性物质，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。

(3)制备得到的空心纳米胶囊，纳米粒子尺寸小，粒径在50～100nm之间，能显著增加纳米颗粒对组织的附着力。

(4)能够有效保护具有生物活性的药物成分，防止外界环境中的光、热、酸等对其的影响，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。

(5)制备得到的包埋活性物质空心纳米胶囊，具有生物相容性，生物降解性，装载率高，成本低，pH值响应的活性物质释放等特性，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1～5壳聚糖-植酸钠纳米胶囊制备的示意图；

图2为实施例1～5不同时间(1,10,30,60,120min)制备空心纳米胶囊透射电镜图；

图3为实施例3pH、温度和盐对空心纳米胶囊粒径和电位影响；

图4为实施例1～5空心纳米胶囊包埋和释放活性物质示意图；

图5为实施例6～9中包埋多酚的空心纳米胶囊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，下面结合实施例及附图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1～5为壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊的制备方法，实施例6～9为空心纳米胶囊包埋多酚的方法。

实施例1

壳聚糖-植酸钠核壳结构纳米胶囊的制备：将10ml 0.025wt％壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到30ml 0.03wt％植酸钠溶液，边滴加边搅拌，25℃以900rpm转速快速搅拌1min，离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊；

空心纳米胶囊的制备：将壳聚糖-植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，冷冻干燥的条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间48h，得到壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊。

实施例2

壳聚糖-植酸钠核壳结构纳米胶囊的制备：将10ml 0.025wt％壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到30ml 0.03wt％植酸钠溶液，边滴加边搅拌，25℃以900rpm转速快速搅拌10min，离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊；

空心纳米胶囊的制备：将壳聚糖-植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，冷冻干燥的条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间48h，得到壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊。

实施例3

壳聚糖-植酸钠核壳结构纳米胶囊的制备：将10ml 0.025wt％壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到30ml 0.03wt％植酸钠溶液，边滴加边搅拌，25℃以900rpm转速快速搅拌30min，离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊；

空心纳米胶囊的制备：将壳聚糖-植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，冷冻干燥的条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间48h，得到壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊。

实施例4

壳聚糖-植酸钠核壳结构纳米胶囊的制备：将10ml 0.025wt％壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到30ml 0.03wt％植酸钠溶液，边滴加边搅拌，25℃以900rpm转速快速搅拌60min，离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊；

空心纳米胶囊的制备：将壳聚糖-植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，冷冻干燥的条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间48h，得到壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊。

实施例5

壳聚糖-植酸钠核壳结构纳米胶囊的制备：将10ml 0.025wt％壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到30ml 0.03wt％植酸钠溶液，边滴加边搅拌，25℃以900rpm转速快速搅拌120min，离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊；

空心纳米胶囊的制备：将壳聚糖-植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，冷冻干燥的条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间48h，得到壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊。

实施例6-9

将浓度为2mM的多酚活性物质(实施例6-9分别为儿茶素、表儿茶素、EGCG和原花青素)溶液溶解在壳聚糖溶液中；将10ml 0.025wt％壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到30ml0.03wt％植酸钠溶液，边滴加边搅拌，25℃以900rpm转速快速搅拌30min，离心，水洗沉淀，真空冷冻干燥，冷冻干燥的条件为真空度10Pa，温度-70℃，时间48h，得到包埋活性成分的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊。

性能检测：

1、对实施例1-5所制备的空心纳米胶囊进行性能检测：

(1)空心纳米胶囊的制备过程

如土1所示，壳聚糖和植酸钠溶液在胶囊的表面形成一层较厚的壳，胶囊的核是壳聚糖溶液。壳聚糖分子上带有大量的氨基基团，植酸钠分子上带有大量的磷酸根基团，这两种分子以一定的形状混合，带正电荷氨基和带负电荷的磷酸根基团就会在这个固定形状的表面进行相互作用。因此，就会形成带有较坚实的壳的胶囊。通常，这种毫米或者微米尺度的胶囊都可以通过控制注射器的直径大小，来控制胶囊的直径。但是，这种纳米胶囊目前没有合适的纳米注射器。主要是采用高速搅拌方法，让它自组装形成的纳米胶囊。

(2)不同反应时间对空心纳米胶囊的形貌大小影响

如图2所示，当壳聚糖-植酸钠纳米胶囊制备时间为1min后，空心纳米胶囊的核较虚弱，胶囊的直径为50～100nm；随着制备时间从10延长到30min，壳聚糖-植酸钠纳米胶囊的壳更加的密实，且粒径大小均一、分布均匀，粒径为50nm。当制备时间为60或120min时，壳聚糖-植酸钠纳米胶囊的粒径明显增大到100～200nm。但是，壳的厚度并没有增加。因此，壳聚糖-植酸钠纳米胶囊的粒径与制备时间成正相关，制备时间越长，粒径越大。

(3)壳聚糖-植酸钠纳米胶囊稳定性分析

图3A为壳聚糖-植酸钠纳米胶囊在不同pH介质中是稳定性研究。在不同pH条件下对粒径和电位进行了测定。如图所示，纳米胶囊在酸性条件下的平均粒径小于100nm。在中性和碱性条件下，纳米胶囊的粒径显著增加。然而，随着pH的增加，纳米胶囊的电位也逐渐降低。研究表明壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊在酸性条件下比较稳定，在中性和碱性条件下极其不稳定。

如图3B所示为壳聚糖-植酸钠纳米胶囊在不同温度(37，60和80℃)中稳定性。当温度由25℃增加到80℃时，壳聚糖-植酸钠纳米胶囊的粒径的大小明显增加。但电位逐渐降低。这可能是由于高温使得纳米胶囊之间的壳聚糖和植酸钠的作用力变弱，使得在高温条件下纳米胶囊部分分离，导致颗粒聚集，粒径变大。

盐离子对纳米胶囊的影响如图3C所示。随着氯化钠含量的增加，纳米胶囊粒径大小增加(从50～140nm)。电位从+27降低到+15mV。盐离子对纳米胶囊的影响很大，表明纳米胶囊在测量的氯化钠范围内是不稳定的。这主要是由于盐离子破坏了壳聚糖和植酸钠之间的静电作用。

2、对实施例6～9所制备的包埋多酚的空心纳米胶囊进行性能检测：

(1)空心纳米胶囊的包埋效率和装载率测定

对包埋多酚(儿茶素、表儿茶素、EGCG和原花青素)的空心纳米胶囊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多酚的吸光度，通过多酚的标准曲线测定出多酚的含量，从而计算出空心纳米胶囊的装载效率。计算公式为：

包埋率(％)＝[(多酚的总含量-上清液中多酚含量)/多酚的总含量)]×100％

装载量(％)＝[(多酚的总含量-上清液中多酚含量)/冻干纳米胶囊总质量]×100％

图4为纳米胶囊包埋和释放活性物质的示意图。如表1所示，纳米胶囊对儿茶素、表儿茶素、EGCG和原花青素这四种多酚活性物质的包埋率分别为90.01±2.42，91.28±3.65，94.91±0.98和92.24±1.93％；装载率分别为13.05±0.64，13.69±0.64，14.24±0.26和14.31±0.69％。

表1包埋效率和装载率

注：值代表平均值±标准差。不同字母代表显著性差异(p<0.05)；C:儿茶素；EC:表儿茶素；PAC:原花青素

(2)胃肠液环境缓释模拟

取实施例6-9得到的包埋多酚的空心纳米胶囊干粉，分别将多酚-纳米胶囊溶于pH1.2和pH 6.8磷酸盐缓冲液中，然后加入到透析袋(截留分子量5kDa)。于37℃的磁力搅拌(50rpm)下进行透析。在不同的时刻取出1mL溶出的多酚溶液。之后，再在溶液中再额外的添加相等量的新鲜的相应的PBS。通过多酚标准曲线，用紫外分光光度计测定不同时间累计释放的多酚的浓度。

图5为模拟胃液(pH 1.2)和肠液(pH 6.8)环境中纳米胶囊的体外释放曲线图。纳米胶囊在pH 1.2，在1h内的释放率达仅低于30％，这表明装载多酚的纳米胶囊在胃液条件几乎不释放。

所有的纳米胶囊，在pH 6.8下，在300min内都逐渐快速释放80％的多酚。300min后，多酚的释放达到平衡阶段。壳聚糖-植酸钠纳米胶囊在小肠中的释放率要比在胃液中更快。这个结果说明壳聚糖-植酸钠纳米胶囊是耐酸但是不耐碱。因此，壳聚糖-植酸钠纳米胶囊载体是pH敏感型载体，即在胃液条件不释放，在肠液环境快速释放。这种载体适合口服活性物质输送。

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 (8)

1.一种壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将高分子量壳聚糖溶液用微量注射器逐滴滴加到植酸钠溶液中，壳聚糖溶液的浓度小于等于植酸钠溶液的浓度，并且壳聚糖溶液的体积小于等于植酸钠溶液的体积，边滴加边搅拌，在20℃～25℃条件下，以800～900rpm转速快速搅拌1～120min；离心，水洗沉淀，得到核壳结构的壳聚糖-植酸钠纳米胶囊；

(2)将壳聚糖-植酸钠纳米胶囊真空冷冻干燥，得到壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊。

2.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤(1)高分子量壳聚糖溶液的浓度为0.020wt％～0.030wt％，植酸钠溶液的浓度为0.025wt％～0.035wt％。

3.根据权利要求1所述的制备工艺，其特征在于，步骤(1)高分子量壳聚糖溶液的浓度为0.025wt％，植酸钠溶液的浓度为0.030wt％。

4.根据权利要求1所述的空心纳米胶囊的制备工艺，其特征在于，步骤(1)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。

5.根据权利要求1所述的空心纳米胶囊的制备工艺，其特征在于，步骤(2)冷冻干燥的条件为：真空度5～10Pa，温度-80～-60℃，时间48～72h。

6.一种pH敏感型缓释控释剂，其特征在于，以权利要求1制备的壳聚糖-植酸钠空心纳米胶囊为载体，包埋药物或活性成分。

7.一种空心纳米胶囊包埋活性物质的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将活性物质事先溶解在壳聚糖溶液中得到混合液；再将混合液用微量注射器逐滴滴加到植酸钠溶液中，壳聚糖溶液的浓度小于等于植酸钠溶液的浓度，并且壳聚糖溶液的体积小于等于植酸钠溶液的体积；边滴加边搅拌，在20～25℃条件下，以800～900rpm转速快速搅拌1～120min；离心，水洗沉淀，冻干，得到包埋活性成分的纳米胶囊。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述活性物质为2mM的多酚。