CN115227670A - 一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法 - Google Patents

一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法，涉及多糖制备技术领域。方法具体为：向牛蒡多糖水溶液中加入乳化剂，调节pH并混匀，将得到的多糖悬浮液进行透析，将透析后的溶液冷冻干燥，得到牛蒡多糖纳米颗粒。本发明通过筛选乳化剂种类和剂量、处理时间和处理条件，优化建立最佳处理工艺，得到粒径较小的牛蒡多糖纳米颗粒，可将牛蒡多糖的粒径由80‑110nm降至6.5nm，使得牛蒡多糖粒径小、结构稳定、具有作为包埋其他功能成分材料的潜在价值。

Description

一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法
技术领域
本发明涉及多糖制备技术领域，特别是涉及一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法。
背景技术
现有牛蒡多糖的粒径为80-110nm，处于无定形的伸展状态，这种状态在包埋其他小分子功能成分的时候因为粒径较大，没有规则形态，因此包埋效果不好，难以实现功能成分的高效包埋和有效递送。若想提高包埋和递送效果，需要将现有牛蒡多糖纳米颗粒的状态进行收缩，即减小其粒径。
基于上述现状，如何确定处理工艺，使牛蒡多糖纳米颗粒具有较小的粒径且结构稳定，具有包埋其他功能成分材料的价值是目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法，以解决上述现有技术存在的问题，实现牛蒡多糖纳米颗粒更小的粒径，使其具有作为包埋其他功能成分材料的潜在价值。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法，包括以下步骤：
(1)将牛蒡多糖制备成浓度10g/L的牛蒡多糖水溶液，然后向所述牛蒡多糖水溶液中加入乳化剂，调节pH为3-8并混匀，得到多糖悬浮液；混匀时的旋涡时间为5-25s，优选为17s。
(2)将所述多糖悬浮液进行透析，将透析后的溶液冷冻干燥，得到所述牛蒡多糖纳米颗粒；所述乳化剂为Tween-80。
进一步地，所述牛蒡多糖为牛蒡中性多糖。
进一步地，所述牛蒡多糖的粒径为80-110nm。
进一步地，Tween-80在所述牛蒡多糖水溶液中的体积浓度为0.5-4.0％，优选体积浓度为0.5％。
进一步地，步骤(1)中调节pH的值为5.8。
进一步地，所述透析用透析袋为500Da的透析袋；透析时间为24小时。
本发明还提供采用上述方法制备得到的牛蒡多糖纳米颗粒。
本发明公开了以下技术效果：
本发明通过筛选乳化剂种类和剂量、处理时间和处理条件，优化建立最佳处理工艺，得到粒径较小的牛蒡多糖纳米颗粒。本发明发现乳化剂Tween-80可有效降低牛蒡多糖的粒径，并且在乳化剂(Tween-80)浓度0.5％，旋涡时间17s，pH5.8的条件下，可将牛蒡多糖的粒径由80-110nm降至6.5nm，降低至原来的5.9-8.15％。该粒径的颗粒粒径较小，结构稳定、具有作为包埋其他功能成分材料的潜在价值。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1优化后的牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径；
图2为实施例2中不同乳化剂种类对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响；其中，(A)为牛蒡中性多糖纳米颗粒空白样的粒径分布图，(B)、(C)、(D)分别为吐温-80、司班-80、十二烷基硫酸钠制备的牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径分布图；
图3为实施例3中牛蒡中性多糖纳米颗粒空白样、添加吐温-80、司班-80及添加十二烷基硫酸钠制备的牛蒡中性多糖纳米颗粒的电位分布图；
图4为不同乳化剂浓度对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响；
图5为不同旋涡时间对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响；
图6为不同pH对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响；
图7为乳化剂浓度和旋涡时间对牛蒡多糖纳米颗粒粒径的交互影响；其中A为交互影响的等高线图，B为交互影响的响应面图；
图8为乳化剂浓度和pH对牛蒡多糖纳米颗粒粒径的交互影响；其中A为交互影响的等高线图，B为交互影响的响应面图；
图9为旋涡时间和pH对牛蒡多糖纳米颗粒粒径的交互影响；其中A为交互影响的等高线图，B为交互影响的响应面图。
具体实施方式
现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。
应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
实施例1牛蒡多糖纳米颗粒的优化
称取10g牛蒡中性多糖，在容量瓶中加水定容到1000mL，配置成浓度为10g/L的牛蒡中性多糖溶液。
取20mL的10g/L牛蒡中性多糖溶液，加入0.1g的乳化剂Tween-80，调节pH为5.8，旋涡混合器上混匀17s使分散均匀，将得到的多糖悬浮液装入500Da的透析袋，置于1000mL烧杯中，加水600mL，4℃透析24小时，8小时换一次水。将透析后的溶液进行冷冻干燥，得到改良后的牛蒡多糖纳米颗粒。
经测量，牛蒡中性多糖的粒径由改良前的80-110nm降至6.5nm，降低至原来的5.9-8.13％。
本实施例优化后的牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径见图1。
实施例2不同乳化剂种类对牛蒡多糖纳米颗粒粒径的影响
以pH＝7的去离子水为溶剂，配制浓度为10g/L的牛蒡中性多糖溶液，分别向其中加入多糖溶液体积0.5％的Tween-80(吐温-80)、Span-80(司盘-80)和SDS(十二烷基硫酸钠)，通过旋涡混合器混合10秒使分散均匀，4℃透析24h得到多糖的悬浮液，真空冷冻干燥。添加SDS、Span-80、Tween-80等乳化剂的牛蒡中性多糖及其空白样的粒径分布图如图2所示。其中，(A)为牛蒡中性多糖纳米颗粒空白样的粒径分布图，(B)、(C)、(D)分别为吐温-80、司班-80、十二烷基硫酸钠制备的牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径分布图。
牛蒡中性多糖空白样品粒径为80-110nm，而添加吐温-80制备的牛蒡中性多糖的粒径在6-10nm之间，是几种纳米颗粒样品中粒径最小的，这说明吐温-80对牛蒡中性多糖粒径大小的控制作用十分明显。添加Span-80和SDS制备的牛蒡中性多糖粒粒径大小在80-110nm之间，无明显变化。
SDS和Tween-80的亲水疏水平衡值(HLB)分别为40和15，属于亲水性乳化剂，更容易在晶核表面作用，减少晶核聚集，从而形成粒径较小的纳米颗粒。尽管SDS的HLB值要比吐温-80的高，但是添加Tween-80制备的牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径要比添加SDS制备的纳米颗粒的粒径小的多。这主要是由于SDS属于阴离子型乳化剂，与带负电荷的牛蒡中性多糖纳米颗粒相互作用，二者之间会产生一定的静电排斥力，导致乳化剂在晶核表面的堆积数量降低，减少了对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的控制作用。因此，选择Tween-80进行下一步实验。
图3为牛蒡中性多糖纳米颗粒空白样、添加吐温-80、司班-80及添加十二烷基硫酸钠制备的牛蒡中性多糖纳米颗粒的电位分布图。
牛蒡中性多糖纳米颗粒空白的Zeta电位为-24.8mV，带有较高的负电荷。然而添加SDS、Span-80和Tween-80制备的牛蒡中性多糖纳米颗粒的Zeta电位增加至-21.8mV、-22.4mV和-18.4mV，这可能是由于乳化剂吸附在牛蒡中性多糖纳米颗粒的表面，乳化剂和纳米颗粒表面存在巨大的空间位阻，从而降低了纳米颗粒表面的电荷密度。
实施例3不同乳化剂浓度对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响
以pH＝7的去离子水为溶剂，配制浓度为10g/L的牛蒡中性多糖纳米颗粒溶液，分别向其中加入多糖纳米颗粒溶液体积0.1％，0.3％，0.5％，0.7％，1.0％，2.0％，4.0％的Tween-80，通过旋涡混合器混合10秒使分散均匀，4℃透析24h得到多糖纳米颗粒的悬浮液，真空冷冻干燥。当Tween-80添加量小于纳米颗粒溶液体积的0.5％时，纳米颗粒的粒径无明显变化，在80-110nm范围内。当Tween-80添加量达到纳米颗粒溶液体积的0.5％时，纳米颗粒粒径明显减小。而继续增加Tween-80的添加量，纳米颗粒的粒径始终稳定在6-10nm范围内。
图4为不同乳化剂浓度对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响。
实施例4不同旋涡时间对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响
以pH＝7的去离子水为溶剂，配制浓度为10g/L的牛蒡中性多糖纳米颗粒溶液，向其中加入多糖纳米颗粒溶液体积0.5％的Tween-80，通过旋涡混合器分别混合5秒，10秒，15秒，20秒，25秒使分散均匀，4℃透析24h得到多糖纳米颗粒的悬浮液，真空冷冻干燥。不同旋涡时间处理下牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径分布如图5所示。由图5可以看出，旋涡时间对纳米颗粒粒径的影响不大，不同旋涡时间下牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径基本稳定在6-8nm左右，可能是因为不同旋涡时间纳米颗粒受到的剪切力变化不大，因此粒径变化不明显。
实施例5不同pH对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响
通过加入pH＝1的盐酸溶液及pH为11的氢氧化钠溶液，分别配制pH为3，4，5，6，7，8的水溶液，以不同pH的溶液为溶剂，配制浓度为10g/L的牛蒡中性多糖纳米颗粒溶液，向其中加入对于多糖纳米颗粒溶液体积0.5％的Tween-80，用旋涡混合器混合10秒使分散均匀，4℃透析24h得到多糖纳米颗粒的悬浮液，真空冷冻干燥。不同pH溶液溶解牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径分布如图6所示。由图6可以看出，pH对牛蒡中性多糖纳米颗粒粒径的影响不大，不同pH条件下牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径没有显著变化，基本稳定在7-8nm左右。
实施例6
根据单因素实验结果，选取乳化剂浓度(A)，涡旋时间(B)及pH(C)三个实验参数，以纳米颗粒粒径为响应值，采用Box-Behnken设计实验方案，优化各实验因素。响应面实验结果见表1，方差分析结果见表2。由Design Expert 8.0.6.1软件对实验数据进行回归分析，得到四元二次回归方程为Y＝7.53-9.84A-2.09B+1.56C+3.82AB-3.63AC-3.96BC+13.70A2+4.00B2+0.8540C2。对回归模型进行方差分析，该模型差异性极显著(P＜0.0001)，失拟项不显著(P＞0.05)，决定系数R2为0.9810，校正后决定系数R2 Adj为0.9566，说明该回归方程拟合度和可信度均较高，可利用此模型对改良后牛蒡多糖纳米颗粒粒径进行预测。
表1
Figure BDA0003711955950000081
表2
Figure BDA0003711955950000082
Figure BDA0003711955950000091
注：**P＜0.01，差异极显著；*P＜0.05，差异显著
由表2可知，一次项A、B，二次项A2、B2，交互项AB、AC、BC对螯合作用影响极显著(P＜0.01)，一次项C，二次项C2对螯合作用影响不显著，可将其从回归模型中删除。因此，最终确定回归模型为Y＝7.53-9.84A-2.09B+3.82AB-3.63AC-3.96BC+13.70A2+4.00B2。
响应面结果分析：
在实验范围内，当响应面3D图开口向上，响应值随着两交互因素数值的增加呈现出先下降后增大的趋势，证明模型的拟合性较好。应用Design Expert 8.06软件，对表中的实验结果进行响应面分析。
图7为乳化剂浓度和旋涡时间对牛蒡多糖纳米颗粒粒径的交互影响。
由图7可知，乳化剂浓度和旋涡时间交互影响牛蒡多糖纳米颗粒粒径，且影响在P＜0.05水平上具有显著性。乳化剂浓度一定，随着旋涡时间的增加，纳米颗粒粒径值先减小后增大；固定旋涡时间，乳化剂浓度增大，纳米颗粒粒径值呈现先不变后降低，然后趋于稳定的趋势。这表明在本发明的范围内，保持乳化剂浓度不变，选择最适旋涡时间，可以得到一个牛蒡多糖纳米颗粒粒径最小值。乳化剂浓度和旋涡时间对颗粒粒径的影响呈抛物线型关系，且均有一个极小值点。在选定的试验条件之内，固定一个变量，纳米颗粒粒径的大小都是先随着另一个变量的升高而先减小后增大。从纳米颗粒粒径的变化速率显示，乳化剂浓度的主效应略大于旋涡时间。
图8为乳化剂浓度和pH对牛蒡多糖纳米颗粒粒径的交互影响。
由图8可知，乳化剂浓度和pH交互影响牛蒡多糖纳米颗粒粒径，且影响在P＜0.05水平上具有显著性。乳化剂浓度一定，随着pH的增加，纳米颗粒粒径值先减小后增大；固定pH，乳化剂浓度增大，纳米颗粒粒径值呈现先不变后降低，然后趋于稳定的趋势。这表明在本发明的范围内，保持乳化剂浓度不变，选择最适pH，可以得到一个牛蒡多糖纳米颗粒粒径最小值。乳化剂浓度和pH对颗粒粒径的影响呈抛物线型关系，且均有一个极小值点。在选定的试验条件之内，固定一个变量，纳米颗粒粒径的大小都是先随着另一个变量的升高而先减小后增大。从纳米颗粒粒径的变化速率显示，乳化剂浓度的主效应略大于pH。
图9为旋涡时间和pH对牛蒡多糖纳米颗粒粒径的交互影响。
由图9可知，旋涡时间和pH的交互作用对纳米颗粒粒径影响不显著。旋涡时间一定，随着pH的增加，牛蒡多糖纳米颗粒粒径值先减小后增大；固定pH，旋涡时间增大，纳米颗粒粒径值先减小后增大。这表明在本发明的范围内，保持最适pH，选择最佳旋涡时间，可以得到一个纳米颗粒粒径最小值。旋涡时间和pH对纳米颗粒粒径的影响呈抛物线型关系，且均有一个极小值点。在选定的试验条件之内，固定一个变量，纳米颗粒粒径的大小都是先随着另一个变量的升高而先减小后增大。从纳米颗粒粒径的变化速率显示，旋涡时间的主效应略大于pH。
通过回归模型的分析，以牛蒡多糖纳米颗粒粒径为评价指标，最优的乳化剂改良工艺条件为：乳化剂种类：Tween-80，乳化剂浓度：0.54％，旋涡时间：17.12s，pH：5.82，在此条件下，模型预测牛蒡中性多糖纳米颗粒的粒径为6.71nm。考虑实际操作简便，将工艺条件调整为乳化剂种类：Tween-80，乳化剂浓度：0.5％，旋涡时间：17s，pH：5.8，在此条件下得到牛蒡多糖纳米颗粒粒径为6.5nm(三组平行实验)，误差为3.12％，实际值与理论值基本相符，说明模型对乳化剂改良牛蒡多糖纳米颗粒粒径工艺条件参数优化稳定可靠，具有一定价值。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，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做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 (9)

1.一种优化牛蒡多糖纳米颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将牛蒡多糖制备成牛蒡多糖水溶液，然后向所述牛蒡多糖水溶液中加入乳化剂，调节pH为3-8并混匀，得到多糖悬浮液；
(2)将所述多糖悬浮液进行透析，将透析后的溶液冷冻干燥，得到所述牛蒡多糖纳米颗粒；
所述乳化剂为Tween-80。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牛蒡多糖为牛蒡中性多糖。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述牛蒡多糖的粒径为80-110nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，Tween-80在所述牛蒡多糖水溶液中的体积浓度为0.5-4.0％。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，Tween-80在所述牛蒡多糖水溶液中的体积浓度为0.5％。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中调节pH的值为5.8。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中混匀时间为5-25s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述透析用透析袋为500Da的透析袋；透析时间为24小时。
9.如权利要求1-8任一项所述方法制备得到的牛蒡多糖纳米颗粒。
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