淀粉微球研究进展
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交联淀粉研究进展倪海明;蓝丽;柳春;罗想平;孔妮;邓艳;吕旷;郭佳文;陈专;蔡广超【摘要】交联淀粉是一种重要的淀粉衍生物,在化工、材料、食品、环保等领域有着广泛的应用,文章从交联淀粉的结构、性质出发,详细综述了交联淀粉的合成方法及应用。
%Cross-linked starch was an important starch derivative, which had wide applications in the field of chemicalindustry,materials,Foods, Environmental Protection and so on, In this paper, starting from the structures and properties , the synthesis and applicationof the cross-linked starch was reviewed in detail .【期刊名称】《大众科技》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P71-76)【关键词】交联淀粉;交联;性质;应用;研究进展【作者】倪海明;蓝丽;柳春;罗想平;孔妮;邓艳;吕旷;郭佳文;陈专;蔡广超【作者单位】中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022;中国科技开发院广西分院,广西南宁 530022【正文语种】中文【中图分类】TS235.1淀粉是一种在自然界分布广泛的天然高分子材料,广泛存在于薯类、禾谷类、豆类等植物之中,,其结构是由D-葡萄糖通过α-1,4-糖苷键连接而成。
α-淀粉酶分离提纯技术研究进展摘要:为了更好地研究α-淀粉酶的性质与应用α-淀粉酶,我们需要不断地从不同的生物体内提取α-淀粉酶并将其高纯化。
随着生物技术的不断发展,分离提纯的方法也越来越复杂越精确,然而它却为生物学的发展奠定了一定的基础,此篇综述简要地说明近年来国内外在α-淀粉酶的分离纯化等方面成就,也部分介绍了α-淀粉酶的研究现状和工业应用以及发展前景。
关键字:α-淀粉酶分离提纯现状应用前景α-淀粉酶(α-Amylase)是一种内切葡萄糖苷酶,属于淀粉酶。
米黄色、灰褐色粉末。
能水解淀粉中的α-1,4,葡萄糖苷键,在催化水解α-1,4-糖苷键只能催化水解直链淀粉,生成α-麦芽糖和少量葡萄糖。
能将淀粉切断成长短不一的短链糊精和少量的低分子糖类,从而使淀粉糊的黏度迅速下降,即起到降低稠度和“液化”的作用,所以此类淀粉酶又称为液化酶。
作用温度范围60-90℃,最适宜作用温度为60-70℃,作用pH值范围5.5-7.0,最适pH值为6.0。
Ca2+具有一定的激活、提高淀粉酶活力的能力,并且对其稳定性的提高也有一定效果。
主要存在于人的唾液和胰脏中也存在于麦芽、蟑螂涎腺、芽胞杆菌、枯草杆菌、黑曲霉和米曲霉中。
一、α-淀粉酶分离提纯的研究历史与现状1991年中科院北京微生物研究所孔显良等将米曲霉(Aspergillur oryzae)突变株6-193的麦麸固体培养物,经水浸泡其中α-淀粉酶活力为每克于曲 600单位。
用硫酸铵分段沉淀,Sephadex G一75凝胶过滤和制备垂直平板电泳纯化,经PAGE 鉴定为一条带。
以此来研究其性质,对其与可溶性淀粉溶液作用后的产物经薄层色谱分析,根据扫描结果,葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖、麦芽四糖分别占6.4%、32.3%、37.1%、10.9%。
麦芽糖和麦芽三糖二者之和占69.4%,与Novo公司Norman报道的相似,属糖化型α-淀粉酶,可用于制糖、啤酒和面包食品工业,并可以替代一淀粉酶生产麦芽糖浆。
长效生物可降解注射微球的 研究进展沈阳药科大学毛世瑞沈阳药科大学 2008 年1月研究趋势:缓控释给药系统• 口服 • 透皮 • 非肠释药系统(Parenteral depot system,简称PDS)– 植入体 – 微球沈阳药科大学微球概述• 微球:是药物溶解或分散于聚合物基体中形成 的微小球状实体,粒径 1 to 250 µm ( ideally < 125 µm in diameter).• 微球为内相固化的实体微粒,多数产品为冻干固 体粉末,其稳定性较脂质体、复乳等微粒体系好。
• 微球作为药物载体用于多种给药途径,如注射、 鼻腔、口服给药等。
通过混悬后进行皮下或肌 肉注射给药。
沈阳药科大学长效注射微球的优点• 可在几周或几个月时间内以一定速率释放 药物以维持有效血药浓度,减少给药次数,并 且能降低血药浓度的波动,达到长效、缓 释目的;• 减少药物刺激,降低毒副作用提高疗效; • 提高药物稳定性; • 给药方便,只需单次注射; • 避免植入剂的缺陷; • 对特定器官和组织具有良好的靶向性; • 在恶性肿瘤的介入化疗中发挥重要作用。
沈阳药科大学药物选择• 日剂量小的药物 • 微球的释药模式与药物的临床需求应基本吻合 • 微球中药物的包封率高 • 释药时突释作用小, 释药模式恒定,释药时间满足要求沈阳药科大学国外注射用微球市场• 美国食品药品管理局(FDA)已批准了8种微球剂 型药品,除利培酮为小分子化学药物外,其余均为 多肽类药物。
• 在多肽缓释微球中,黄体激素释放激素(LHRH)及 类似物是研究最为成功的品种。
• 曲普瑞林是LHRH激动剂类似物,其PLGA微球由 法国Ipsen公司开发,1986年上市,可缓释1个月, 是第一个多肽微球产品。
• 亮丙瑞林也是LHRH激动剂类似物,生物活性为 LHRH的15倍。
其缓释1个月的微球注射剂由日本 武田化学制药公司开发,于1989年进入美国市场。
Embosphere微球在临床中的应用一、引言Embosphere微球,一种由明胶和白蛋白制成的微小球体,近年来在临床医学领域获得了广泛的应用。
由于其独特的物理和化学性质,Embosphere微球在血管栓塞、药物载体和组织工程等方面具有重要的应用价值。
本文将详细介绍Embosphere微球在临床中的应用及其优势。
二、Embosphere微球的性质和制备Embosphere微球是一种可生物降解的微球,由明胶和白蛋白制成。
这种微球具有较高的生物相容性,可以在体内降解,并且具有较好的药物释放性能。
通过特定的制备工艺,可以控制微球的形状、大小和药物负载量。
这些特性使得Embosphere微球在临床中具有广泛的应用。
三、Embosphere微球在临床中的应用1、血管栓塞:Embosphere微球可以作为血管栓塞剂,用于治疗各种血管疾病,如出血性脑血管病、肝血管瘤等。
通过栓塞病变血管,Embosphere微球可以有效地控制出血,减轻患者症状。
2、药物载体:Embosphere微球可以作为药物载体,用于输送抗肿瘤药物、抗生素等。
由于其具有较好的药物释放性能,可以将药物在体内缓慢释放,从而降低药物副作用,提高疗效。
3、组织工程:Embosphere微球可以作为组织工程材料,用于修复或替代受损的组织。
例如,在软骨修复中,Embosphere微球可以作为支架材料,与患者的自体细胞一起培养,形成新的软骨组织。
四、结论Embosphere微球作为一种生物相容性好、药物负载能力强、生物降解性好的生物材料,在临床医学中具有广泛的应用前景。
未来随着材料科学和生物医学工程的发展,Embosphere微球的应用领域将进一步拓展,为患者提供更加安全、有效的治疗选择。
高分子载体材料在药物传递系统中扮演着至关重要的角色。
其中,药用微球是一种由高分子材料制成的药物载体,可实现药物的控释和靶向输送。
本文将重点探讨高分子载体材料在药用微球中的应用及最新进展。
一、前言近年来,不论是在我国还是世界范围内,油污染愈发引起人们的重视,其中45%来自海洋轮船油泄露,36%来自城市废水排放,所以怎样处理则成为了近期热门的话题,高吸油树脂则自然而然成为了备受关注的研究课题。
高吸油树脂比起传统的吸油材料具有强力的优势,传统吸油材料在吸油的同时也会吸收水分,并且保油效果较差。
这些问题高吸油树脂均可有效解决。
我们这次探讨的课题即是改性淀粉在高吸油方面的应用。
二、淀粉概述淀粉是一种多糖,是植物储存能量的一种产物,以颗粒的形式贮存在植物的根茎之中,在生活中十分常见,同时也是重要的化工原料。
淀粉常见几大种类,具体内容见下表根据以上特征表述,在性能差不多的情况下,玉米淀粉供应量最大,可优先考虑玉米淀粉作为基质。
淀粉颗粒具有渗透性,水和水溶液能自由渗入颗粒内部,在淀粉分子中,含有直链淀粉和支链淀粉两种,直链淀粉在内层,聚合度一般为几百,含量在20%-26%;而支链淀粉在外层,聚合度能达到几千甚至更高,含量在74%-80%。
淀粉的化学式为(C6H10O5)n ,其中n 为聚合度,从几百到几千不等,有个别的支链淀粉甚至可以达到几百万。
淀粉的化学结构见下图直链淀粉结构 支链淀粉结构性质绿豆淀粉 玉米淀粉 马铃薯淀粉 木薯淀粉 淀粉种类种子 种子 块茎 块根 颗粒形状圆形或椭圆形 圆形或多边形 蛋形或椭圆形 圆形或截头圆形 颗粒直径10-28 2-30 5-100 4-35 主要特点 粘性足,吸水性小 粘性稍差,供应量大 粘性好,吸水性差 解冻稳定性高根据淀粉的结构式即可看出淀粉具有众多羟基,羟基是亲水基,但是其间由氢键键合,淀粉并不溶于水,但在遇到热水的情况下,直链淀粉可溶,支链淀粉膨胀,最终淀粉成浆糊状,这种现象我们称之为淀粉的糊化,这种现象的主要原因是由于淀粉中的结晶部分被破坏,这也正是我们使淀粉糊化的目的所在。
淀粉中同时含有结晶部分和非结晶部分,非结晶部分具有良好的渗透性,是化学反应发生的主要位置,为了使淀粉更好的改性,与其他成分反应,糊化则是必不可少的。
文章编号:1007-8924(2004)04-0061-05膜乳化法制备单分散高分子微球和微囊的研究进展谢 锐 褚良银3 陈文梅 肖新才 王 枢(四川大学化工学院,成都 610065)摘 要:膜乳化法不仅是获得高质量单分散稳定乳液的一种简单有效方法,也是制备单分散功能性微球和微囊的有效手段.着重介绍了用膜乳化法制备单分散药物载体微球和微囊、色谱柱填料微球和电子摄影调色剂微球,以及其它单分散高分子微球和微囊方面的研究成果.关键词:膜乳化;单分散;微球;微囊;高分子中图分类号:TQ027.3 文献标识码:A高分子微球或微囊是一种微尺度的球形聚合物颗粒,一般实心多孔基质(matrix )型的颗粒称为微球,而中空贮库(hollowreservoir )型的称为微囊.在药物载体、酶固定载体、色谱柱填料、电子摄影调色剂颗粒以及标定标准颗粒等医药、生物和工业界的许多领域,对单分散微球和微囊有着大量而迫切的需求[1].要得到单分散微球或微囊的先决条件是要制备出大小均一的乳液液滴.虽然制备乳液的传统手段很多,如机械搅拌、胶体磨、转子定子系统和高压均质器等,但要制得单分散性良好的稳定乳液却不容易.因此,制备单分散微球和微囊不仅具有良好的应用前景,而且具有重要的学术意义.膜乳化技术自从20世纪90年代问世以来[2],引起了人们的广泛关注,被认为是一种制备单分散性乳液的简单有效方法.迄今,研究者们已经在用膜乳化法制备单分散高分子微球和微囊方面进行了许多尝试和研究,并获得了一些满意的研究成果.本文将对这方面的研究进展进行综述.1 膜乳化原理与方法膜乳化的原理是待分散相在压力的作用下透过孔径均一的微孔膜的膜孔而在另一侧膜表面形成液滴,在沿膜表面流动的连续相的冲刷作用下,当液滴的直径达到某一临界值时从膜表面剥离,从而形成粒径均一的乳液,如图1所示.图1 膜乳化原理示意图Fig.1 Membranceemulsification principle 影响膜乳化过程的参数主要包括膜微孔孔径和分布、膜的孔隙率、膜表面类型、乳化剂类型及含量、分散相流量、连续相速度和操作压差等[3].研究表明,在其它参数确定的情况下,乳液液滴的粒径大小与所用膜的孔径呈线性关系.在膜孔径尺寸分布充分窄的情况下,可以制得单分散乳液.乳化剂的吸附速度越快,乳液液滴就越小.随着连续相速度增加,乳液液滴的尺寸将减小,直到达到一个恒定的值.膜的孔径越小,乳化压力就越高.最小乳化压力即膜外表面分散相刚开始透过膜的压力的计算式为:p c =4γcos θ/D p (1)其中:D p 为膜孔径,γ为两相界面张力,θ为分散相与膜表面的接触角,p c 为临界操作压力.用膜乳化法制备乳液具有操作简单、能耗小、易于控制液滴大小、乳液单分散性好、稳定性高,以及可制备W/O/W 和O/W/O 复合型乳液等许多优点.收稿日期:2003-01-24;修改稿收到日期:2003-04-28基金项目:教育部跨世纪优秀人才培养计划基金资助项目(2002-48)作者简介:谢 锐(1979-),女,四川遂宁人,硕士生,主要从事膜过程和膜材料研究. 3通讯联系人第24卷 第4期膜 科 学 与 技 术Vo1.24 No.42004年8月MEMBRANESCIENCEANDTECHNOLOGY Aug.2004因此,膜乳化法被认为是获得高质量单分散稳定乳液的有效方法,可用于功能性单分散微球和微囊的制备[4].2 膜乳化法制备单分散高分子微球的研究进展2.1 作为色谱柱填料的高分子微球为解决传统生产凝胶渗透色谱(gel permeation chromato graph y,简称GPC)填料方法低产量、高能耗,以及无法控制微粒粒径分布等方面的问题, Hatate等[5]用SPG(Shirasu porous glass)膜乳化和原位聚合法制得了大小均匀的多孔苯乙烯与二乙烯苯共聚物小球.实验中苯乙烯、二乙烯苯和2,2′-偶氮二异丁腈分别用作单体、交联剂和引发剂,这些试剂与十二烷、异辛烷和甲苯的一种溶剂或几种溶剂混合以作为分散相;含有表面活性剂十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠的聚乙烯醇水相溶液用作连续相.结果表明,用此方法制得的多孔小球作为填料的GPC能有效分离的分子量范围为102~106.Hosoya等人[6]用两步溶胀聚合和SPG膜乳化两种方法制备了尺寸均匀的高分子微球,并比较了它们作为小规模高性能液相色谱(liquidchromato2 graph y,简称HPLC)或毛细管电色谱(capillaryelec2 trochromato graph y,简称CEC)的填充材料的适用性.结果表明,SPG膜乳化法制得的微球尺寸较均匀,而且球形度好、内部孔隙可重复性好;相反,两步溶胀聚合法由于利用种子聚合物作为形状模板聚合的影响,得到外观大不相同的具有破裂痕迹的微粒.两种填料的色谱柱效率最初相似,但是与SPG膜乳化制得的填料相比,两步溶胀聚合法制得的填料填充的色谱柱柱稳定性显得差些.通过梯度逆相条件测试发现,用两步溶胀聚合法制得的微粒填充的色谱柱效率随时间增加而显著地减小,而用SPG膜乳化法制得的微粒填充的柱效率却很稳定.2.2 作为药物载体的高分子微球在医疗中应用较小尺寸的单分散微粒作为药物载体是很重要的.微粒在人体内的分布完全取决于它的尺寸,而且药物从微粒中的释放特性也取决于微粒的尺寸分布.Muramatsu等人[7,8]采用SPG膜乳化法成功地获得尺寸均一的白朊乳液,加热该乳液得到单分散的白朊微球.他们发现,借助于具有均匀孔径的玻璃膜进行膜乳化和化学或者热硬化制得单分散白朊微球的形状和单分散性强烈地依赖于白朊浓度、乳化剂浓度和内部水相(白朊溶液)与分散介质(有机溶剂)的体积比等参数,较低的白朊浓度得到非球形的颗粒,而较高的热变性温度使得颗粒较小.目前载体材料的可生物降解性和生物相容性逐渐成为设计药物载体的重要因素,Muramatsu等人[9]用膜乳化法制备了含有药物的聚(D,L-丙交酯)和共聚(丙交酯-乙交酯)微球.结果表明,用膜乳化法制备可生物降解的单分散药物载体微球是可以实现的.因为在到达目标器官之前,载体要与各种各样表面带不同电荷的生物细胞接触,所以作为药物载体时微球的表面电荷特性特别重要.Na gashima 等[10,11]研究了由不同组成的单体混合溶液和不同孔径的SPG膜制备单分散丙烯酰胺-丙烯酸共聚物微球,并从测量电泳淌度角度研究了微球的表面特性.在温度为25℃、离子强度范围在0.005~01154、pH值为7.4时,丙烯酰胺-丙烯酸共聚物微球的电泳淌度值为负.微球尺寸依赖于所用的膜孔径,其结果表明微球粒径是膜孔径的3.4~4倍. 2.3 作为电子摄影调色剂颗粒的高分子微球Hatate等[12,13]采用SPG膜乳化和悬浮聚合法制备了作为电子摄影调色剂颗粒的单分散高分子微球,研究了制备具有窄尺寸分布,且含有溶于苯乙烯的带电添加剂的聚合微球的合成过程,探讨了带电添加剂如色素和电荷控制剂等对颗粒静电特性的影响.实验中采用2,2′-偶氮二异丁腈和2,2′-偶氮双(2,4-二甲基戊腈)作为聚合引发剂.结果表明,用SPG膜乳化法制得的聚合物微球的静电容比Schaffer公式预测的要小,这是由于使用聚乙烯醇作为分散稳定剂而引起的.研究表明用SPG膜乳化和溶剂蒸发过程结合可制备出含有高浓度带电添加剂的单分散聚合物微球.2.4 作为酶固定化载体的高分子微球Omi等[14]用SPG膜乳化法和悬浮聚合制备了单分散的交联聚乙烯和PMMA微球,用来作为葡萄糖淀粉酶(Glucoamylase,简称GluA)固定化的载体.少量的丙烯酸或甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)参与可使葡萄糖淀粉酶通过共价键固定化.虽然葡萄糖淀粉酶被认为在固定化过程后很难保持它的活性,载体的多孔结构有益于固定化,用物理吸附法固定到PMMA微球上,可得到相对活性最大值约55%.固定化GluA的活性能保持长达150多天,某 ・62 ・膜 科 学 与 技 术第24卷 些甚至不断增加;但天然GluA的活性在100天之后就降到0.2.5 其他高分子微球Omi研究小组[1,14-25]在采用SPG膜乳化法制备单分散高分子微球方面做了大量的工作.他们于1994年首先报道了采用SPG膜乳化法和过氧化苯甲酰(BPO)引发苯乙烯类单体的悬浮聚合制备粒径为10μm左右的单分散高分子微球[15].研究表明,当在水相中加入对苯二酚时,可成功地抑制颗粒的二次成核,稳定原始液滴尺寸和尺寸分布;不同的低分子量稀释剂存在时可合成交联的苯乙烯微球;象n-已烷和n-庚烷这样差的溶剂很容易产生多孔结构微球,其比表面积高达160m2/g.SPG膜乳化法一般被认为不适合来制备含有相对高的亲水性单体(如甲基丙烯酸甲酯MMA)的O/W型单体乳液.这是因为SPG膜表面由亲水的Al2O3-SiO2组成,它的孔壁易被亲水性单体浸湿,从而容易引起分散相喷射流而得不到单分散的乳液液滴.为了解决该问题,Omi研究小组[1,17,18,21]提出了采用两步乳化法来制备此类单分散单体乳液:首先,用SPG膜乳化法制得疏水的非聚合物质组成的单分散种子乳液液滴;然后,将其与由均质乳化器制得的主要含MMA单体的微乳液混合.第二种乳液的分散相将分散到多水相中并迅速被均一的种子液滴吸收,从而制备出较大粒径的含有单体成分的单分散乳滴,再通过悬浮聚合就可制得单分散聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微球.他们用这种两步乳化法制备出了平均粒径为2.5~37μm单分散PMMA 微球,微球的结构可以是光滑实心微球、独孔微球、以及拥有比表面积高达185m2/g的多孔微球[17].单分散的交联多孔微球可望用作凝胶渗透色谱法的填料小球和酶固化的载体.为了证明SPG膜乳化法以及两步乳化法的通用性,Omi等[22]尝试将一种功能性材料-聚酰亚胺预聚合物(PIP)包藏到单分散的聚合物微球中.含有疏水单体,溶有质量分数为50%的PIP水溶性试剂和引发剂透过SPG膜分散到含有聚乙烯醇和少量十二烷基硫酸钠的水相中,种子溶液在亲水成分MMA、二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)和选择性地加入的醋酸异戊酯、乙醇和辛醇的作用下膨胀,膨胀后加入额外量的稳定剂溶液,聚合得到单分散的聚合物微球,包藏PIP最大值质量分数为28.4%.当母体聚合链与EGDMA(但不与DVB)交联和具有较长支链的丙烯酸盐参与时,包藏PIP的量将提高.包含MMA、丙烯酸-2-乙基已酯和丙烯酸丁酯加丙烯酸辛酯的共聚物系统能在无EGDMA存在的稳定条件下吸留几乎100%的PIP.Ma等[23]采用SPG膜乳化法制备了单分散的可生物降解的聚丙交酯微球.溶有聚丙交酯的共表面活性剂(疏水物质)/二氯甲烷(DCM)用作分散相(油相),而含有聚乙烯醇和十二烷基硫酸钠的多水相作为连续相.进行SPG膜乳化后只简单地在室温下蒸发24h,DCM就可得到固态的聚合物微球.研究认为,膜乳化法为制备单分散的由天然聚合物、可生物降解聚合物、共聚物或高分子共混物、聚酯和那些不能用自由基聚合的物质组成的聚合物微球提供了一种特殊的可行方法.他们还采用SPG膜乳化法制备出了大小相当均一的聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯复合微球,并研究了共表面活性剂(十二烷醇, LOH)用量对乳化临界压力、液滴尺寸分布和最终颗粒形态的影响[24,25].3 膜乳化法制备单分散高分子微囊的研究进展 Muramatsu等[26]采用经疏水化表面处理的多孔玻璃膜进行膜乳化,将含有溶于水的单体(哌嗪)溶液乳化到有机相中,再加入溶解在有机溶剂中的另一种单体(对苯二甲酰氯),然后进行界面聚合制得核壳型微囊.虽然得到的聚酰胺微囊的单分散性不是特别理想,但比起用传统的机械搅拌乳化方法制得的要好得多.Chu等[27,28]采用SPG膜乳化法制备了平均粒径在4μm左右的小粒径单分散的水包油型单体乳液,然后用界面聚合法制备具有多孔膜的单分散核壳型聚酰胺微囊,并成功地用等离子体填空接枝聚合法在微囊膜孔中接枝上聚异丙基丙烯酰胺(PNI2 PAM)线性链作为温度感应开关、制备成小直径单分散感温性微囊,用以作为靶向式药物载体.研究结果表明,这种微囊显示出满意的可逆和可重复的感温性控制释放特性.4 结语膜乳化法不仅是获得高质量单分散稳定乳液的一种简单有效方法,也是功能性单分散微球和微囊设计与制备的基础.目前,单分散高分子微球和微囊 第4期谢 锐等:膜乳化法制备单分散高分子微球和微囊的研究进展・63 ・ 在药物载体、酶固定和色谱等领域中的应用已成为研究热点.迄今,在采用膜乳化法制备作为药物载体、色谱柱填料、酶固定载体以及电子摄影调色剂颗粒等的单分散高分子微球和微囊方面,已经取得了许多可喜的研究成果.随着科学技术的发展和进步,相信膜乳化法在功能性高分子微球和微囊的制备中将发挥更大的作用.参考文献[1]MaGH,MasatoshiN,OmiS.S ynthesisofuniformmi2crosphereswithhi ghercontentof2-h ydroxyethyl methacr ylateb yem ployingSPG(Shirasu porous glass) emulsificationtechni quefollowedb yswellin g processofdroplets[J].JournalofA ppliedPol ymerScience,1997,66:1325-1341.[2]NakashimaT,ShimizuM,KukizakiM,et al.Membraneemulsificationb ymicro porous glass[J].Ke yEn gineering Materials,1991,61/62:513-516.[3]Joscel 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ywords:membraneemulsification;monodispersit y;micros phere;microca psule;polymer 第4期谢 锐等:膜乳化法制备单分散高分子微球和微囊的研究进展・65 ・ 。
粮食与油脂2009年第8期 1
淀粉微球研究进展冀国强,邵秀芝(山东轻工业学院食品与生物工程学院, 山东济南 250353)摘 要:该文综述淀粉微球特点、典型合成方法、作用机制及应用领域。关键词:淀粉微球;淀粉;变性淀粉
Research progress on starch microspheres
JI Guo-qiang,SHAO Xiu-zhi(School of Food & Bioengineering,Shandong Institute of Light Industry,Jinan 250353,China)
Abstract: The features,typical synthetic methods and mechanism,application field of starch microspheres are reviewed in this article.Key words: starch microspheres;starch;modified starch中图分类号:TS236.9 文献标识码:A 文章编号:1008―9578(2009)08―0001―03
收稿日期:2009–06–12淀粉微球是天然淀粉一种人造衍生物,系为淀粉在引发剂作用下,淀粉上羟基与交联剂进行适度交联而制得一种微球。淀粉微球有一定粒径及粒径分布要求,这是其与一般交联淀粉显著区别。淀粉微球因具有生物相容性、可生物降解性、无毒性、贮存稳定、原料来源广泛、价格低廉等优点,已作为靶向制剂的药物载体在鼻腔给药系统、动脉栓塞技术、放射性治疗、免疫分析等领域得到应用;淀粉微球还可用作吸附剂及包埋剂吸附或包埋除药物之外其它物质,如香精、香料和一些酶、孢子;交联淀粉微球在金属离子吸附分离或废水处理等领域应用前景也十分广阔。国外对淀粉微球研究起步较早,合成微球已有十几年历史,已合成出一些产品,如瑞典Uppsalla大学开发研制名为Sephere制品已工业化生产。我国对淀粉微球研究起步较晚,对微球研究尚未深入,至今仍未见有工业化生产,与国外先进水平尚有一定差距。本文拟对近年来国内外淀粉微球研究进展作一综述。1 淀粉微球作用机制1.1 香精香料缓释作用淀粉微球在众多控释制剂中具有独特生物降解性、生物相容性、可调节降解速度、无毒、无免疫原性、贮存稳定等优点,将香精香料吸附于淀粉微球中,可延长香味散发时间,并将通常液态香精转换成固态,使物质不易变质。与不可降解聚合物控释体系相比,生物降解型体系释放速率更稳定、且适于不稳定物质释放要求。1.2 靶向给药和控释作用将药物结合于磁性淀粉微球用于体内,利用外加磁场引导微球在体内定向移动和集中,达到定向作用于靶组织目的;不仅能明显增加抗肿瘤药剂有效治疗指数,还能减少或消除全身毒性〔1〕。淀粉微球在水中膨胀,具有可变性,在血液循环过程中能根据血管微环境改变形状;在酶作用下,在骨架崩解前能保持相当长时间〔2〕。1.3 改变物质物化性质液态物质吸附在微球表面或包埋在微球内部,可得到细粉末状产物,称为拟固体〔2〕。如薄荷油系为一种挥发油,且在水中几乎不溶,分散性较差,成品质量不够稳定,致使其进一步开发受限。而薄荷油经淀粉微球吸附包载后可提高其稳定性〔3〕,并由液态变为固态。淀粉属高分子物质,当其尺寸减小至纳米量级后,特性发生很大变化,主要表现在表面效应和体积效应两个方面。这两种效应使纳米淀粉微球表面积激增,官能团密度和选择性吸附能力变大,达到吸附平衡时间大大缩短,胶体稳定性显著提高〔4〕。2 淀粉微球制备合成淀粉微球可采用界面缩聚法、反相悬浮交联等方法。现对微球制备研究主要集中在交联剂和油相选择上。常用交联剂有环氧氯丙烷、POCl3、Na3P3O9、对苯二甲酰氯等〔5~7〕。而油相选择主要有两类:一类为混合油,即有机溶剂,如甲苯、氯仿、环己烷等与矿物油按一定比例混合而成;另一类为纯植物油,如大豆油、蓖麻油等。反应一般是在W/O型反相乳液中进行,根据其不同用途,目前文献中较典型制备微球方法有:2.1 香精吸附剂、缓释用淀粉微球制备将香精香料吸附或包埋于淀粉微球中,能起到缓释作用。刘爱芳等〔8〕以马铃薯淀粉为原料,以新配过硫酸钾及少许亚硫酸氢钠水溶液作引发剂,Span 60为乳化剂,植物油为分散剂,N,N'–亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用悬浮交联聚合法制备淀粉微球。电镜扫描显示,微球表面粗糙,微球分散性良好,微球粒径10~180 μm,平均粒径72 μm,其对玫瑰香精吸附量达133 mg/g。朱强等〔9〕以可溶性淀粉为原料,环氧氯丙烷为交联剂,采用反相悬乳法合成淀粉微球,制备具有一定缓释性能香精缓释制剂;并研究淀粉微球对玫瑰香精吸附性能、相应缓释制剂释放性能及相关释放动力学。研究表明,制得淀粉微球形态圆整、颗粒均匀、平均粒径10 μm,吸附量大,但表面粗糙,在玫瑰香精体积分数为40%、吸附时间为115 h、温度为45℃条件下,其对玫瑰香精吸附量达0.85 g/g,可作为玫瑰香精缓释制剂。缓释分为香精在固体表面释放阶段和进入固体微孔内释放阶段,从紫外分光光度法得出,随粮食与油脂2 2009年第8期
着时间延长,质量相等固体中香精含量缓慢下降,释放速率也逐渐减小。朱强等并据此拟合得出吸附于淀粉微球中香精分子释放一级动力学方程和释放进入微孔阶段行为二级动力学方程。李静茹等〔3〕以可溶性淀粉为原料,大豆色拉油为分散剂,环氧氯丙烷为交联剂,以反相乳液聚合法合成可降解淀粉微球(DSM),并用可降解淀粉微球吸附薄荷油制得包合物,测定吸附时间和投油量对饱和吸附量影响。结果表明,吸附2 h,薄荷油体积分数为4%,饱和吸附量为84.74 μl/g淀粉微球时为最佳吸附条件。2.2 药物载体用淀粉微球制备某些药物只有在特定部位才能发挥其药效,同时又易被消化液中各种酶分解,因此,作为口服药药效并不理想;但可用淀粉微球作为药物载体,避免药物受酶作用,并可控制药物释放速度〔10〕。对大多数药物而言,可将干燥“空白”微球放人药液中溶胀,这种方式简单,能大量载药;但药物与微球结合不牢,随血液流动,药物很快释放,缓释能力弱。对酶、蛋白质等大分子药物,可在制备微球时以水溶性药物与淀粉共同构成水相,经乳化聚合成球后,药物直接被包埋球内,此时微球也可称为微胶囊。此种方式较理想,可兼顾载药率和缓释性。对小分子药物较有效方法是偶联,即通过某些桥联化合物将微球与药物连接起来,通过化学方法将药物分子连接到微球上。但这种方式对药物分子结构有一定要求,且载药率低,药物与载体之间偶联与去偶联并不总是可逆的,这些因素限制其在偶联载药方面进一步应用。故目前对淀粉微球载药研究主要集中在吸附法和包埋法〔4〕。史黎明等〔11〕以玉米淀粉为原料,环氧氯丙烷为交联剂,采用逆相悬浮交联聚合法合成淀粉微球。电镜扫描显示,微球为圆形,分散性良好,表面粗糙,以酮洛芬为模型药物,微球吸附载药量为140 mg/g。孙庆元等〔12〕以可溶性淀粉为原料,环氧氯丙烷为交联剂,Span 60为乳化剂,植物油为油相,采用反相微乳法合成淀粉微球。制得淀粉微球形态圆整,颗粒均匀,吸附量大,基本可满足作为药物载体需要。王文莹等〔13〕对以马铃薯淀粉为主要原料所制得淀粉微球性能进行测定与研究,结果表明,所制得马铃薯淀粉微球呈圆形,表面粗糙;傅立叶红外光谱和元素分析显示,淀粉微球明显交联;在pH 7.4磷酸缓冲液及0.9%生理盐水中淀粉微球也表现出较好载药、释缓性能。2.3 碳糊电极修饰用淀粉微球制备碳糊电极是一种应用颇为广泛的化学修饰电极,制作简便,灵敏度高,稳定性好,常用以检测痕量物质(10–4~10–8 mol/L)。在碳糊电极中加入特定修饰剂即得到修饰碳糊电极,其基本原理在于所含修饰剂对分析物富集作用。常用修饰剂有离子交换树脂、吸附剂、络合剂、金属配合物、生物材料(如变性淀粉)等〔14〕。苏秀霞等〔15〕以玉米淀粉为主要原料,菜籽油为分散剂,Span 60和Tween 60复配为乳化剂,以N,N'–亚甲基双丙烯酰胺(MDAA)为交联剂,采用反相乳液法制备淀粉微球,其粒径为10~15 μm,玻璃化转变温度为188.7℃~194.7℃。结果表明,以此微球为修饰剂制备修饰碳糊电极(CMCPE),伏安法(CV)研究显示微球对抗坏血酸有富集作用,这种富集作用可能与两者发生分子氢键缔合作用有关。赵新法等〔14〕以淀粉微球为修饰剂制备修饰碳糊电极,选择具有多个羟基和烯醇结构抗坏血酸为模型药物,采用循环伏安法扫描,通过比较不同工作电极作用下抗坏血酸氧化特征,可推论淀粉微球对抗坏血酸富集作用更多依赖于微球结构中–OH、–NH2与抗坏血酸分子中–OH之间氢键缔合作用。2.4 磁性淀粉微球制备淀粉微球用作酶、孢子吸附剂,可提高其化学稳定性,且有利于酶等活性物质活性发挥。如采用磁性淀粉微球固定化脂肪酶,大大提高酶稳定性,且利用磁场很简便把酶从含有胶体物质或不溶物反应液中回收并重复使用,因此,磁性固定化脂肪酶具有很广泛应用价值和经济效益〔16〕。邱广亮等〔1〕采用乳化复合技术制备粒径为50~375 mm、分散系数为0.2376、Fe3O4质量分数为38%的具有磁性淀粉复合微球。微球呈球形,表面光滑,在水中可形成稳定分散液,在0.05 T弱磁场中具有强磁响应性。邱广亮等〔17〕采用复合技术制备粒径为100~300 nm磁性淀粉复合微球,并以此为载体通过物理吸附法、交联法、共价结合法固定化ALDC(Acetolactate decarboxylasd,α–乙酰乳酸脱羧酶,EC. 4.1.1.5),制备磁性固定化ALDC,并将其应用于啤酒发酵,证明降低双乙酰效果良好,啤酒熟化期缩短。磁性固定化ALDC可稳定分散于发酵液中,施以外部磁场,可简单方便与酒液分离,不影响啤酒风味,从而实现生产连续化、自动化,缩短生产周期,大大降低生产成本。杨小玲等〔18〕先合成表面接羟基磁流体,再在表面包覆上一层可溶性淀粉,采用悬浮聚合法和分散聚合法交联聚合成球,制得表面带羟基磁性复合微球。经红外光谱、扫描电镜及粒度分析,结果表明,悬浮聚合法合成效果好,磁性淀粉复合微球分散性优,粒径为16~120 μm占77%,Fe3O4
在微球中平均含量为2.55 mg/g,微球结构坚韧,抗水
溶性好。2.5 离子化淀粉微球制备交联淀粉微球(CSM),其粒度分布较均匀、机械强度好、孔隙率较高、相当孔容积和比表面积,具有较强吸附性能,是一种有巨大开发潜力吸附材料,可用于金属离子吸附分离或废水处理等领域。李仲谨等〔19〕以淀粉为原料,N,N'–亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,采用反相悬浮聚合得到一种交联淀粉微球(CSM),并研究CSM对Cr3+吸附行为。结果表明,淀粉微球表面粗糙多孔,交联后淀粉微球结晶性下降,吸附Cr3+后其结晶性进一步下降,淀粉微球对Cr3+吸附行为很好符合Langmiur方程和Freundlich方程,为淀粉微球在含铬工业废水中应用提供理论依据。肖昊江等〔20〕以可溶性淀粉为原料,环己烷和水构成反相悬浮体系,