淀粉微球的制备及应用研究进展

淀粉微球是近三十年来开始发展的一种新型淀 粉产品 ,因其特殊的载药靶性功能 、吸附性能 ,食品 添加剂性能等越来越受到国内外研究者的重视 。自 20世纪 80年代淀粉微球首次研制以来 ,国内外许多 研究机构和公司企业对淀粉微球的制备和应用给予 了极大关注 ,并在此领域内进行了大量的研究和开 发工作 ,相继研究出淀粉微球几种制备技术 。应用 方面 ,淀粉微球具有可生物降解 、生物相容性 、无毒 性 、无免疫原性及原料来源广泛 、价格低廉等显著优 点 ,因此 ,淀粉微球作为药物载体的应用性研究备受 人们关注 ,近年来正逐渐成为研发热点 。目前 ,已经 尝试将淀粉微球作为靶向制剂的药物载体应用在鼻 腔给药系统 、动脉栓塞技术 、放射性治疗等领域 。
一次交联合成的淀粉微球存在机械强度较差 , 载药 、释药的稳定性不够等缺陷 。Charle s Fou rn ie r[14 ] 以 MBAA 为预交联剂 , CEH 为交联剂 ,采用两步交联 法制备的淀粉微球具有立体网状结构 ,较高的骨架 强度 ,球形圆整 ,表面粗糙多孔等特点 。李仲谨 等 [5 ] 以可溶性淀粉为原料 , Span60和吐温为乳化剂 ,氯仿 和环己烷的混合物为油相 ,以 N , N ′ -亚甲基双丙烯酰 胺 (MBAA )为预交联剂 ,与可溶性淀粉交联聚合 ,再 以环氧氯丙烷 ( ECH )为交联剂进行二次交联固化 , 合成出淀粉微球 。所得微球球形圆整 ,表面粗糙多 孔 ,平均粒径分布较为均一 ,粒径在 65μm 以下的微 球占 9515% ,反应时间短 ( 215h) ,其吸附性能还有待 进一步研究 。 11312 离子型淀粉微球 普通的中性淀粉微球以物 理吸附为主 ,因此吸附或选择性吸附能力较弱 ,对淀 粉微球进行离子化改性可以提高吸附或选择性吸附 能力 。离子型淀粉微球包括阴离子淀粉微球和阳离 子淀粉微球 。
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若不加入引发剂 ,交联成球则需加入适当的碱 液 (一般为氢氧化钠 ) ,氢氧化钠电解质能够破坏淀 粉大分子之间的氢键 ,并促进水分子进入淀粉粒中 , 破坏淀粉分子链间的缔合状态 。于是 ,淀粉粒就能 分散在水中而成为亲水性的浆液 ,即电解质氢氧化 钠的存在使得淀粉受碱解作用而充分溶胀糊化 ,这 样的结构使之能够容易地与表面活性剂复合形成稳 定的微乳界面且易于与交联剂交联反应成球 。
(College of Food Science, South A griculture U niversity of China, Guangzhou 510642, China)
A b s tra c t: The m e c ha n ism , p rep a ra tion m e thod a nd p re tre a tm e n t of p rep a ring s ta rc h m ic rosp he re s in inve rs e m ic ro em u ls ion, a nd the ir ap p lic a tions in m e d ic ine a s d rug c a rrie rs w e re in trod uc e d 1The p rob lem s a nd p rosp e c ts in p rep a ra tion a nd ap p lic a tion of s ta rc h m ic rosp he re s w e re g ive n1 Ke y wo rd s: s ta rc h m ic rosp he re s; m e c ha n ism ; p re tre a tm e n t; d rug c a rrie rs 中图分类号 : TS231 文献标识码 : A 文 章 编 号 : 1002- 0306 (2009) 10- 0356- 04
收稿日期 : 2008- 12- 01 3 通讯联系人 作者简介 :丁年平 (1984- ) ,女 ,硕士研究生 ,研究方向 : 淀粉微球的制
备及应用 。
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111 制备机理的研究进展
11111 反相乳液聚合机理 在反相微乳液中存在大 量油包水型的反胶束 ,其中水被表面活性剂单层包 裹形成纳米微水池 ,分散于油相当中 。反胶束极性 内核可以增溶极性的水分子 ,由于该极性内核的限 制 ,在此微环境下可以增溶反应物 ,使其发生化学反 应 [1 ] ,进而获得微球 。微乳液是由水 、油 、表面活性剂 和助表面活性剂 4 部分组成的透明的 、各向同性的 热力学稳定体 系 。当 表面 活性 剂溶 解在 有机 溶剂 中 ,其浓度超过临界胶束时 ,形成亲水基朝内 、疏水 基朝外的液体颗粒结构 ,水相以纳米液滴的形式分 散在表面 活 性 剂 和 助 表 面 活 性 剂 组 成 的 微 细 胶 束 内 ,形成 W /O 型微乳粒子 。用 W /O 体系制备微粒 时 ,微粒的形成过程中 ,反应都是在 W /O 微乳液滴 内部进行 ,形成微粒大小由水核大小所决定 。 11112 交联机理 交联机理是指形成反相乳液后 , 淀粉分子与交联剂发生的交联反应 。现阶段对于交 联机理的研究比较少 ,目前 ,根据反应中是否加入引 发剂 ,交联机理分为两类 。李仲谨 、赵新法 [2 ]认为交 联反应始于自由基 SO2- · ( SO2- ·) 的 生成 , SO2- · ( SO2- ·)或者与交联剂作用 ,打开其双键 ,将自由基 活性点传给交联剂 ,后单体 (交联剂 )上的活性点打 开淀粉葡萄糖环中 C2 和 C3 间的键 ,并与之键合 ,同 时脱下 H + 。 SO2- · ( SO2- ·)或者与淀粉作用 ,淀粉 葡萄糖环中 C2 和 C3 间的键随之断裂 ,产生的淀粉自 由基 St·,后淀粉自由基与交联剂 (单体 )作用 ,引发 接枝共聚 ,并将自由基活性点传给交联剂 ,进一步引 发与淀粉或交联剂自身的共聚或均聚 。
1 淀粉微球的制备机理与制备方法的研究 进展
目前 ,淀粉微球的制备主要采用反相乳液法 ,即 在反相乳液体系中 ,淀粉分子与交联剂发生交联反 应成球 。相应地 ,淀粉微球的制备机理就包括反相 乳液聚合机理和交联机理 。其中 ,对于反相乳液聚 合机理的研究比较成熟 ,而对于交联机理的研究则 少有报道 。另外 ,淀粉微球制备过程中 ,淀粉的预处 理是影响微球质量的重要步骤 ,一般所用的预处理 方法有预糊化法 、碱液处理法 、机械活化法 、高压处 理法 、超声波处理法等 。
韩敏等 [4]用预糊化法对淀粉进行预处理来制备 淀粉微球 ,淀粉微球合成时间较短 (两次交联 ,第一 次交联 1～2h,第二次交联 1h) ,合成的微球粒径比较 集中在 65μm 以下 ,占 9515%。 11212 碱液处理法 在目前的淀粉微球制备中 ,主 要采用碱液处理法对淀粉进行预处理 。王女华等 [5 ] 认为氢氧化钠能与淀粉分子上的羟基结合 ,随着碱 用量的增加 ,一方面能破坏淀粉分子间的氢键缔合 , 减弱大分子间的作用力 ,促进淀粉颗粒中微晶束结 构的解体 ,使淀粉大分子较舒展的溶胀在水中 ,促进 了淀粉的溶胀糊化 ; 另一方面促使淀粉大分子断链 降解 ,表现在宏观上淀粉糊的黏度降低 ,平均分子量 减小 。因此 ,在配制淀粉溶液时 ,加入适当的碱 ,可 提高淀粉微合成中的反应速率 。国内外淀粉微球制 备的研究中 ,也是主要用碱液处理法对淀粉进行预 处理的 [6- 8 ] 。但是 ,对于碱液处理法对淀粉微球形成 的影响研究以及适当的碱液处理条件的研究很少 。 11213 其它 其它预处理方法还包括机械活化法 、 高压处理 法 、超声 波处 理法 , 但 是在 淀粉 微球 制备 中 ,一般不单独用这三种方法对淀粉进行预处理 ,而 是与预糊化法 、碱液处理法联合使用 。
113 制备方法的研究进展
从淀粉原料到淀粉微球 ,主要是靠交联剂的介 入 。交联剂一般是小分子化合物 ,能被生物体所接 受 。常用的交联剂有 : 环氧氯丙烷 、偏磷酸盐 、乙二 酸盐 、丙烯酚类化合物等 。交联剂的用量与淀粉的 来源 、分子量及溶解度有关 [9 ] 。现有的合成淀粉微球 的方法主要有两类 : 一类是将淀粉溶液分散于一定 体积的油相中制成油包水 (W /O )型反相微乳液后 , 加入适量交联剂 ,直接使淀粉高分子链交联成球 ;另 一类是先 通 过 接 枝 反 应 在 淀 粉 分 子 上 引 入 不 饱 和 键 ,成为自由基进攻的部位 ,然后再通过引发剂引发 自由基聚合反应生成微球 ,这两种方法都是在反相 乳液中进行 [ 10 ] 。
现在 ,主要研究的淀粉微球制备主要有以下几 种类型 : 中性淀粉微球 、阴离子型淀粉微球 、阳离子 型淀粉微球 、磁性淀粉微球 。 11311 中性淀粉微球 目前 ,关于中性淀粉微球制 备的研究 比较 多 , 其 一般 是 采用 一步 交联 法制 得 。 Ghan ia等 [ 11 ]用碱液对淀粉进行预处理 ,以表氯醇为 交联剂 , span80 为乳化剂 ,环己烷- 氯仿混合物为油 相合成淀粉微球 。微球成球性好 ,表面光滑 ,粒径分 布范围窄 ( 1～12μm ) , 平 均 粒 径 为 5μm , 溶 胀 度 为 1316。但是 ,反应时间过长 ( 18h) ,动力消耗大 。A1K1 B ajp a i等 [12 ]用预糊化法对淀粉进行预处理 ,以硅油为 油相 ,表氯醇为交联剂 ,在振动下合成淀粉微球 。微 球粒径分布范围较宽 , 3～460μm ,但粒径主要集中在 160μm 左右 。微球 具有 良 好的 释药 性能 和 缓 释 效 果 。 Patricia B 等 [13 ] 将淀粉水解液与交联剂 (三偏磷 酸盐 )混合 ,作为水相 ,水相与油相混合后加入乳化 剂 ( span80 ) ,然后用 N aOH 调 pH 至 12～13,交联成 球 。结果表明 ,依据是否加入表面活性剂及搅拌速 度的快慢 ,微球质量不同 。在最优条件下 ,微球大小 均匀 ,成球性良好 ,粒径分布 ro g re s s o f p rep a ra tio n a nd app lica tio n o f s ta rch m ic ro sp he re s