CN113912870A - 一种淀粉改性方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种淀粉改性方法及应用，所述淀粉改性方法是用普通植物淀粉与纯化水、氢氧化钠溶液和表面活性剂制得淀粉微球乳液，再通过固液分离、抽滤、烘干、过筛等操作制得淀粉微球，所述淀粉微球是表面带有微孔的圆形或类圆形颗粒，其粒径在10～100μm之间，吸水速率为30～100s/0.1g，吸水倍率为1000～3000％，膨胀度为8～30倍，可做医用止血材料使用。本发明解决了现有的淀粉微球存在的工艺复杂、原料要求高、生产成本高，价格高，存在交联剂等有毒物，产品性能欠佳等问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种淀粉改性方法及应用，属于止血材料生产技术领域。
背景技术
失血是日常生活中经常发生的事情，传统的止血方式主要有缝扎、按压、敷料等，主要止血材料包括止血绷带或者止血带等。这些止血方式由于在使用时或使用后存在一些不可忽视的缺陷，其使用受到了很大的限制。比如缝扎止血对于血流量丰富且脆性较大的实质性脏器出血难以控制，而且会极易造成组织损伤而导致裂口或针眼出血，不仅如此，缝扎止血后的创伤组织会引起严重缺血，从而影响到脑、肾等脏器的正常功能。按压止血是一种反射性的止血方式，持续给予创伤处的毛细血管数分钟的按压，可促使血小板发生聚集，从而达到止血，是控制体表小型出血最直接的止血方式，但对于稍大的出血，止血效果却达不到理想的状态。快速止血和功能性止血是未来止血药物的发展方向。
淀粉广泛存在于天然植物体内，是由二氧化碳和水经植物光合作用合成的天然高分子，是自然界中最为丰富的多糖之一，是自古以来人类食品中的主要成分，是一种可再生资源。近几年来，由于价格低廉、生物相容性和生物降解性能优异，淀粉在不同领域的应用潜能被不断挖掘，但由于天然淀粉表面缺少活性基团，单凭自身固有的性能难以被广泛使用，因此，近些年人们根据需要对淀粉进行了不同方式的改性，而这些经过改性的淀粉则称之为变性淀粉。
淀粉微球是由天然淀粉经水解反应处理而来，是变性淀粉之一。淀粉微球作为一种新型的可生物降解材料，具有降解速度可控性、生物相容性、无毒、无免疫原性及贮存稳定性、与药物之间相互无影响等特点，微球的结构、理化性质等可在合成阶段人工控制，因此近十几年来，淀粉微球成为优良的药物载体、吸附剂、包埋剂研发的新热点。
淀粉微球的制备方法主要有物理法、化学法和反相微乳液法。物理法采用球磨技术，以乙醇或水为介质，淀粉颗粒在机械力的作用下发生破碎。这种方法制备的淀粉微球粒径较大，不均匀，动力消耗大，成本高，少部分淀粉颗粒外表面破裂、粗糙，水解、酶解速度大大加快，个别颗粒表面虽没有变化，但内部已经破裂。化学法一般用来制备磁性淀粉微球，一般把含有Fe2+和Fe3+的溶液在碱性条件下混合生成沉淀，用淀粉将其包埋或吸附，得到磁性淀粉微球。反相微乳法是近十几年发展起来的制备淀粉微球的新方法，它是将可溶性淀粉溶于水中，作为水相分散于含有适量表面活性剂的有机溶液中，形成均匀、稳定、透明的微乳液，在快速搅拌状态下，加入适量的交联剂，使处于溶解状态的淀粉分子交联成细小的微球从液相析出。其显著特征是：体系中的液滴是油包水的，与正相悬浮聚合相比，反相悬浮聚合相当于将内相与外相进行了交换，体系中主要包括水溶性单体、水、油溶性分散剂、非极性有机溶剂、引发剂等。常用的交联剂有表氯醇、环氧氯丙烷、双丙烯酰胺、对苯二甲酰氯、偏磷酸盐等，其用量与淀粉的种类、分子量分布及溶解量有关。
由美国Medafor公司研发的一种命名为阿里斯泰(Arista)的止血粉末，是全球第一款纯植物源性的止血材料，专利属于美国军方。产品是将植物淀粉提纯去除植物蛋白只留下植物多糖，再经28天的乳化交联方法生成直径为100微米，表面均布2—3万个孔的多聚糖球形颗粒，是淀粉研究应用于医学领域的一个精彩例子。阿里斯泰系军工产品，2000年应用于美军，2002年获欧盟CE认证，2006年获美国FDA认证，目前该产品主要出口于欧美及东南亚等30多个国家，中国国内目前有20多个省市自治区约200多家医院正在使用。
2000年，阿里斯泰止血粉成为美军野战标准配置。2010年阿里斯泰止血粉进入中国市场。国内可吸收止血微球市场一直被阿里斯泰止血粉所垄断。2013年4月，由杭州协合医疗用品有限公司研发的“欣速聆”MPH止血微球通过了国家食品药品监督管理总局的批准。该产品成为国内唯一一家通过CFDA批准的国产动脉可吸收止血材料。
然而现有的淀粉微球制备仍存在一定的问题，首先由于其生产工艺复杂、原料要求高，生产成本高，导致产品价格昂贵；其次“阿里斯泰”和“欣速聆”制备过程中采用的交联剂表氯醇会使生产成本提高，并且不利于保护环境；现有的淀粉微球属于惰性止血材料，仅仅依赖于物理性吸水机制，对小型创伤出血的控制效果较好，而对控制如脏器型大出血、深部出血的效果不理想；现有各种方法所制备的淀粉微球粒径控制不佳，产品性能较差。
发明内容
有鉴于此，针对现有技术的不足，本发明提供一种淀粉改性方法及应用，解决现有的淀粉微球存在的工艺复杂、原料要求高、生产成本高，价格高，存在交联剂等有毒物，产品性能欠佳等问题。
为解决以上技术问题，本发明的技术方案提供了一种淀粉改性方法，它包括以下步骤：
(1)制备淀粉微球乳液：取一定重量单位的淀粉，加入30至50倍重量的纯化水、1/2至3/10倍重量的摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液、0.1至1倍重量的表面活性剂混合均匀，在65-120℃的温度下加热0.5-8h后得到淀粉微球乳液；
(2)制备淀粉微球：将上述淀粉微球乳液冷却至室温，边搅拌边加入乙醇溶液，乙醇溶液的加入量为淀粉微球乳液体积的10/3倍，搅拌0.1-1h后，抽滤得淀粉微球和抽滤液；
(3)将步骤(2)制备得到的淀粉微球进行烘干、过筛操作。
淀粉改性，首先要将其充分糊化以将淀粉颗粒中的淀粉分子完全释放出来，淀粉糊化条件是影响淀粉改性效果的重要因素之一。本领域技术人员都知晓，糊化温度极大的影响着淀粉的溶解度，从而影响淀粉性能的发挥淀粉颗粒分解为淀粉分子的程度；添加1mol/L氢氧化钠溶液可以活化淀粉分子链中的羟基和羧基，使淀粉获得亲水性，极大的促进淀粉糊化，同时加速淀粉的水解降低淀粉的作用效果。本申请发明人通过实验确定了本申请淀粉改性所需的淀粉糊化条件(1/2至3/10倍重量的摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液，在65-120℃的温度下加热0.5-8h)，在该条件下，淀粉颗粒可较多的溶胀、分裂为淀粉分子，糊化完全，同时由于加热温度的影响，淀粉分子之间又相互结合形成淀粉微球，表面活性剂的加入，使其形成均匀、稳定的淀粉微球乳液，在室温搅拌状态下加入乙醇溶液，固液分离，淀粉微球从液相中析出。
进一步的，所述步骤(1)中的淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉和马铃薯淀粉，均为生活中常见的植物淀粉，淀粉原料成本低。
进一步的，所述步骤(1)中表面活性剂为司盘，优选油包水型乳剂的乳化剂司盘-80。
进一步的，所述步骤(1)中的加热方式为水浴或油浴加热，具有受热均匀、受热速度平稳、可较好控制温度范围的优点。
进一步的，所述步骤(2)中乙醇溶液的浓度为50-99％，起固液分离的作用。
进一步的，所述步骤(2)中将得到的抽滤液边搅拌边加入乙醇溶液，乙醇溶液的加入量为抽滤液体积的10/3倍，搅拌0.1-1h后进行抽滤操作，如此重复2-5次后将每次抽滤操作得到的淀粉微球混合后再进行步骤(3)的操作。
进一步的，所述步骤(3)是将步骤(2)制备得到的淀粉微球置于50-120℃的烘箱中干燥1-48h后过100目筛。
上述淀粉改性方法得到的淀粉微球是表面带有微孔的圆形或类圆形颗粒，其粒径在10～100μm之间，吸水速率为30～100s/0.1g，吸水倍率为1000～3000％，膨胀度为8～30倍，可做医用止血材料使用，适用于体表或各种手术中加压、结扎或其它常规止血措施无效或不能实施时，对小动脉、小静脉、毛细血管的止血。眼科、神经外科、泌尿外科除外。
有益技术效果
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明采用普通植物淀粉、氢氧化钠溶液、表面活性剂和乙醇溶液来制备淀粉微球，不含交联剂等有毒物质，作为医用止血材料更加安全可靠；原材料方便易得、价格低，化学试剂用量少，大幅度降低了生产成本；
(2)本发明所提供的淀粉改性方法工艺简单、稳定，可实现工业化生产；
(3)本发明所提供的淀粉改性方法中由加热温度来控制淀粉微球粒径的方法简单，产品性能好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为实施例四的淀粉微球的表面扫描电镜图；
图2为实施例一制备的淀粉微球用于小型猪肝脏损伤的止血效果图；
图3为实施例二制备的淀粉微球用于小型猪体表损伤的止血效果图；
图4为实施例三制备的淀粉微球用于小型猪肾脏损伤的止血效果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
如在本说明书中使用的，术语“大约”，典型地表示为所述值的+/-5％，更典型的是所述值的+/-4％，更典型的是所述值的+/-3％，更典型的是所述值的+/-2％，甚至更典型的是所述值的+/-1％，甚至更典型的是所述值的+/-0.5％。
在本说明书中，某些实施方式可能以一种处于某个范围的格式公开。应该理解，这种“处于某个范围”的描述仅仅是为了方便和简洁，且不应该被解释为对所公开范围的僵化限制。因此，范围的描述应该被认为是已经具体地公开了所有可能的子范围以及在此范围内的独立数字值。例如，范围
的描述应该被看作已经具体地公开了子范围如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及此范围内的单独数字，例如1，2，3，4，5和6。无论该范围的广度如何，均适用以上规则。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例一：
称量10g玉米淀粉置于烧杯中，然后依次加入300g纯化水、5g NaOH溶液(1mol/L)、1g司盘-80，然后置于水浴中，搅拌下将溶液加热至65℃保持0.5h得淀粉微球乳液。
将淀粉微球乳液冷却至室温，然后边搅拌边加入50％乙醇1000ml，搅拌0.1h，然后抽滤得到一次淀粉微球和一次抽滤液。一次抽滤液边搅拌边加入50％乙醇1000ml，搅拌0.1h，然后抽滤得到二次淀粉微球和二次抽滤液，二次抽滤液重复一次抽滤液的操作得到三次淀粉微球和三次抽滤液。将所得到的一次淀粉微球、二次淀粉微球和三次淀粉微球一起置于120℃烘箱中干燥1h后过100目筛即得粒径为10～100μm的淀粉微球。
实施例二：
称量30g木薯淀粉置于烧杯中，然后依次加入1500g纯化水、100g NaOH溶液(1mol/L)、30g司盘-80，然后置于油浴中，搅拌下将溶液加热至120℃保持8h得淀粉微球乳液。
将淀粉微球乳液冷却至室温，然后边搅拌边加入99％乙醇5000ml，搅拌1h后，抽滤得到一次淀粉微球和一次抽滤液。一次抽滤液边搅拌边加入99％乙醇5000ml，搅拌1h，然后抽滤得到二次淀粉微球和二次抽滤液，二次抽滤液重复一次抽滤液的操作得到三次淀粉微球和三次抽滤液。将所得到的一次淀粉微球、二次淀粉微球和三次淀粉微球一起置于50℃烘箱中干燥48h后过100目筛即得粒径为10～100μm的淀粉微球。
实施例三：
称量10g马铃薯淀粉置于烧杯中，然后依次加入900g纯化水、50g NaOH溶液(1mol/L)、15g司盘-80，然后置于水浴中，搅拌下将溶液加热至80℃保持3h得淀粉微球乳液。
将淀粉微球乳液冷却至室温，然后边搅拌边加入85％乙醇3000ml，搅拌0.5h后，抽滤得到一次淀粉微球和一次抽滤液。一次抽滤液边搅拌边加入85％乙醇3000ml，搅拌0.5h，然后抽滤得到二次淀粉微球和二次抽滤液，二次抽滤液重复一次抽滤液的操作得到三次淀粉微球和三次抽滤液。将所得到的一次淀粉微球、二次淀粉微球和三次淀粉微球一起置于120℃烘箱中干燥1h后过100目筛即得粒径为10～100μm的淀粉微球。
实施例四：
称量10g马铃薯淀粉置于烧杯中，然后依次加入500g纯化水、10g NaOH溶液(1mol/L)、5g司盘-80，然后置于水浴中，搅拌下将溶液加热至80℃保持1h得淀粉微球乳液。
将淀粉微球乳液冷却至室温，然后边搅拌边加入95％乙醇3000ml，搅拌1h后，抽滤得到一次淀粉微球和一次抽滤液。一次抽滤液边搅拌边加入95％乙醇3000ml，搅拌1h，然后抽滤得到二次淀粉微球和二次抽滤液，二次抽滤液重复一次抽滤液的操作得到三次淀粉微球和三次抽滤液。将所得到的一次淀粉微球、二次淀粉微球和三次淀粉微球一起置于80℃烘箱中干燥3h后过100目筛即得粒径为10～100μm的淀粉微球。
参照图1的扫描电镜图和外观观察，可知本发明制备的淀粉微球为表面带有微孔的圆形或类圆形颗粒。
上述实施例一至实施例四得到的淀粉微球按照下述的测定方法进行吸水速率、吸水倍率和膨胀度的测定，具体结果见下表1。
一、吸水速率测定法
在滴定管内注水，使滴定管零刻度液面与砂芯漏斗滤板下端平齐。以2.25cm为半径裁减滤纸，称量，放入砂芯漏斗，与滤板完全接触。打开活塞，至滤纸完全吸水。调整滴定管至零刻度，称取0.1g粉体(淀粉微球)，在滤纸上均匀铺开，用秒表记录粉体(淀粉微球)完全吸水时间。
二、吸水倍率
吸水倍率＝吸水量(g或ml)/粉体重量(g)
三、膨胀度测定法(2020版中国药典四部)
称取1g供试品，置膨胀度测定管中,在20～25℃条件下，加水或规定的溶剂50ml，密塞，振摇，静置。除另有规定外，开始1小时内每10分钟剧烈振摇一次，使供试品充分被溶剂浸润沉于测定管底部，并除去气泡，然后静置4小时，读取药供试品膨胀后的体积(ml),再静置1小时，如上读数，至连续两次读数的差异不超过0.1ml为止。每一供试品同时测定3份，各取最后一次读取的数值按下式计算，求其平均数。除另有规定外，按干燥品计算供试品的膨胀度(准确至0.1)。
式中，S为膨胀度；V为供试品膨胀后的体积，ml；W为供试品按干燥品计算的重量，g。
表1：实施例一至四淀粉微球的性能测试结果
| 样品 | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 |
| 吸水倍率 | 1000-1500％ | 2000-2500％ | 1500-2000％ | 2500-3000％ |
| 吸水速率 | 30s/0.1g | 90s/0.1g | 60s/0.1g | 100s/0.1g |
| 膨胀度 | 8-20 | 20-30 | 14-26 | 26-30 |
试验例一：小型猪体表损伤、肝脏损伤和肾脏损伤止血效果
试验例1(小型猪肝脏损伤止血效果)：
1、供试品：实施例一至四制备的止血淀粉微球；
2、动物及材料：实验用西藏小型猪24头，随机分为4组，每组6头，雌、雄不限，体重25±3kg；
3、方法:以实验用西藏小型猪作为模式动物，用手术的方法暴露肝脏，在其右叶的前段、后段和左叶分别制造1cm X 1cm，深度为3mm的创口，在创口部位血液以喷涌状态流出。创口完成后用常规方法压迫止血30s后，再用止血淀粉微球止血，辅以适度压迫，观察3min之内的止血效果。
试验例2(小型猪体表损伤止血效果)：
1、供试品：实施例一至四制备的止血淀粉微球；
2、动物及材料：实验用西藏小型猪24头，随机分为4组，每组6头，雌、雄不限，体重25±3kg；
3、方法:以实验用西藏小型猪作为模式动物，在其腹部制造长5cm，深3cm的伤口，伤口部位血液以喷涌状态流出。伤口完成后用常规方法压迫止血30s后，血仍不断流出，再用止血淀粉微球止血，辅以适度压迫，观察3min之内的止血效果。
试验例3(小型猪肾脏损伤止血效果)：
1、供试品：实施例一至四制备的止血淀粉微球；
2、动物及材料：实验用西藏小型猪24头，随机分为4组，每组6头，雌、雄不限，体重25±3kg；
3、方法:以实验用西藏小型猪作为模式动物，用手术的方法暴露肾脏，在肾脏上制造1cm X 1cm，深度为3mm的创口，在创口部位血液以喷涌状态流出。创口完成后用常规方法压迫止血30s后，再用止血淀粉微球止血，辅以适度压迫，观察3min之内的止血效果。
试验结果：本发明实施例一至实施例四制备的止血淀粉微球对小型猪的体表损伤、肝脏损伤和肾脏损伤在3min内可有效止血，见图2至图4，供试品组间无显著性差异。
试验例二：止血淀粉微球在小型猪体内和体表的降解情况研究
1、分别于术后三天、五天和七天，在上述试验例1的四组中各取一只，麻醉后，用碘酒对肝脏创面染色，观察止血淀粉微球的降解情况；
2、分别于术后半小时和24h，在上述试验例2的四组中各取一只，用碘酒对腹部伤口染色，观察止血淀粉微球的降解情况；
3、分别于术后三天、五天和七天，在上述试验例3的四组中各取一只，麻醉后，用碘酒对肾脏创面染色，观察止血淀粉微球的降解情况。
试验结果：
小型猪肝脏和肾脏：三天和五天后，碘酒染色有颜色反应，七天后，碘酒染色无颜色反应，本发明淀粉微球颗粒在体内七天后可完全降解；
小型猪体表：半小时后，碘酒染色有颜色反应，24小时后，碘酒染色无颜色反应，本发明淀粉微球颗粒在体表24小时后可完全降解。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种淀粉改性方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)制备淀粉微球乳液：取一定重量单位的淀粉，加入30至50倍重量的纯化水、1/2至3/10倍重量的摩尔浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液、0.1至1倍重量的表面活性剂混合均匀，在65-120℃的温度下加热0.5-8h后得到淀粉微球乳液；
(2)制备淀粉微球：将步骤(1)所述的淀粉微球乳液冷却至室温，边搅拌边加入乙醇溶液，搅拌0.1-1h后，抽滤得淀粉微球和抽滤液；
(3)将步骤(2)所述的淀粉微球进行烘干、过筛操作。
2.根据权利要求1所述的一种淀粉改性方法，其特征在于：所述步骤(1)中的淀粉包括玉米淀粉、木薯淀粉和马铃薯淀粉的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种淀粉改性方法，其特征在于：所述步骤(1)中表面活性剂为司盘。
4.根据权利要求1所述的一种淀粉改性方法，其特征在于：所述步骤(1)中的加热方式为水浴或油浴加热。
5.根据权利要求1所述的一种淀粉改性方法，其特征在于：所述步骤(2)中乙醇溶液的浓度为50-99％。
6.根据权利要求1所述的一种淀粉改性方法，其特征在于：所述步骤(2)中将得到的抽滤液边搅拌边加入乙醇溶液，搅拌0.1-1h后进行抽滤操作，如此重复2-5次后将每次抽滤操作得到的淀粉微球混合再进行步骤(3)的操作。
7.根据权利要求1或6所述的一种淀粉改性方法，其特征在于：所述乙醇溶液的加入量为淀粉微球乳液或抽滤液体积的10/3倍。
8.根据权利要求1所述的一种淀粉改性方法，其特征在于：所述步骤(3)是将所述步骤(2)制备得到的淀粉微球置于50-120℃的烘箱中干燥1-48h后过100目筛。
9.权利要求1-6中任一项或权利要求8所述的淀粉改性方法在医用止血材料制备中的应用。
10.权利要求7所述的淀粉改性方法在医用止血材料制备中的应用。
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| 李学琴;程建文;耿莉莉;曹玲;孟先锋;: "玉米淀粉微球的制备及其对Cu~(2+)的吸附研究", 食品研究与开发, no. 04, pages 39 - 43 * |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114848888A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-08-05 | 上海威高医疗技术发展有限公司 | 一种可吸收淀粉止血材料及其制备方法 |
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