李崇達(dá),劉國(guó)琴,＊,李 琳,,韓立娟

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052;2.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

沙棘油 -聚乳酸羥基乙酸緩釋微球的制備工藝

李崇達(dá)1,劉國(guó)琴1,2＊,李 琳1,2,韓立娟2

(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,河南鄭州 450052;2.華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州 510640)

以聚乙烯醇(PVA)為乳化劑、二氯甲烷和乙酸乙酯混合液為油相,通過超聲輔助乳化溶劑揮發(fā)法制備沙棘油 -聚乳酸羥基乙酸 (PLGA)緩釋微球.以微球綜合質(zhì)量指標(biāo) (S值)為標(biāo)準(zhǔn),探討了 PVA的質(zhì)量濃度、芯材比 (W/W)、超聲功率和超聲時(shí)間等因素對(duì)微球質(zhì)量的影響.通過正交試驗(yàn)確定最佳工藝條件為:PVA質(zhì)量濃度 0.125 g/mL,芯材比 8︰5,超聲時(shí)間 10 min,超聲功率 180 W,在此條件下制備的微球表面平滑、球形圓整、包埋效果好.

沙棘油;PLGA;微球;綜合質(zhì)量指標(biāo)

0 前言

沙棘 (Hippophae rham noidesLinn.)屬胡頹子科沙棘屬植物,含有 100多種活性成分[1],由其提取的沙棘油對(duì)改善人體免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及在抗衰老方面均具有良好效果[2-3].但沙棘油易氧化,且多數(shù)抗氧化劑會(huì)影響沙棘油的應(yīng)用價(jià)值[4].微膠囊技術(shù)可以同時(shí)提高液體和固體成分的化學(xué)穩(wěn)定性,將精制的沙棘油制成粉末油脂,是目前關(guān)于延長(zhǎng)沙棘油貨架期研究的熱點(diǎn).粉末油脂的氧化速率是由微球壁材與芯材的組成決定的,有研究采用阿拉伯膠和變性淀粉為壁材制備粉末沙棘油,一定程度上減少了沙棘油的氧化[5].聚乳酸羥基乙酸共聚物 (PLGA)是一種生物可降解材料,由其制備的微球不僅具有良好的穩(wěn)定性及較好的生物控緩釋作用和靶向作用,并且已經(jīng)通過美國(guó)聯(lián)邦藥品管理局批準(zhǔn),多用于注射用藥物的輸送載體[6-8].但將 PLGA用于粉末油脂制備的研究尚未見報(bào)道,筆者對(duì)沙棘油 -PLGA緩釋微球的制備進(jìn)行了研究,以期獲得具有較好穩(wěn)定性和緩釋性的沙棘油微膠囊.在微球制備過程中,為保護(hù)沙棘油中的活性成分,采用真空冷凍干燥技術(shù)[9].此研究為開發(fā)具有控緩釋作用和靶向作用的沙棘油功能性產(chǎn)品奠定了的基礎(chǔ).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

沙棘油 (市售);PLGA(濟(jì)南岱罡生物科技有限公司,m(PLA)/m(PGA)=75/25,相對(duì)分子質(zhì)量 2.0×104);聚乙烯醇 (PVA)、乙酸乙酯 (天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司,分析純);二氯甲烷(天津市恒興化學(xué)試劑制造有限公司,分析純).

1.2 主要儀器

Anke—TDL 40B低速離心機(jī) (上海安亭科學(xué)儀器廠);HJ—6數(shù)顯恒溫磁力攪拌器 (金壇市華鋒儀器有限公司);DF—101S恒溫加熱器 (河南省予華儀器有限公司);KQ—300VDV三頻數(shù)控超聲波清洗器 (昆山市超聲儀器有限公司);BM—11—2顯微鏡 (上海彼愛姆光學(xué)儀器制造有限公司);LGJ—10D壓蓋型真空冷凍干燥機(jī) (北京四環(huán)科學(xué)儀器廠有限公司);FE—270奧林巴斯數(shù)碼照相機(jī);AL204精密電子天平 (上海梅特勒托利多儀器有限公司).

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 沙棘油 -PLGA微球的制備

采用乳化溶劑揮發(fā)法制備微球[10],步驟包括:稱取一定量的 PLGA,溶于 4 mL按體積比 1︰1混勻的二氯甲烷和乙酸乙酯的混合液中,再加入一定量的沙棘油形成油相;稱取一定量的 PVA溶解于 25 mL蒸餾水中形成水相;將油相和水相混合,進(jìn)行超聲乳化處理,處理過程中加冰控制溫度以防止溫度過高破壞沙棘油活性;室溫下在通風(fēng)櫥中磁力攪拌 30 min除去有機(jī)溶劑;以 3 500 r/min離心 5 min,用去離子水離心洗滌 5次后,真空冷凍干燥得到最終產(chǎn)品.

1.3.2 微球綜合質(zhì)量指標(biāo) (S值)的設(shè)定

微球綜合質(zhì)量指標(biāo) (S值)包括微球形態(tài)、粒徑大小、粒徑分布以及是否粘連[11],S值越大說明微球質(zhì)量越好.微球的表面形態(tài)及分布程度通過顯微鏡計(jì)數(shù)法進(jìn)行觀測(cè)[12].設(shè)定 S值總值為10,為了突出影響 S值的 4個(gè)影響因素的重要性,其權(quán)重系數(shù)按不等權(quán)重處理,賦予微球形態(tài)權(quán)重系數(shù)為 0.35,粒徑大小權(quán)重系數(shù)為 0.25,粒徑分布權(quán)重系數(shù)為 0.25,是否粘連權(quán)重系數(shù)為 0.15.

2 結(jié)果與討論

2.1 各因素對(duì)微球綜合質(zhì)量指標(biāo) S值的影響

由于影響微球制備的因素較多,在預(yù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上選取聚乙烯醇 (PVA)質(zhì)量濃度、超聲功率、超聲時(shí)間、芯材比 (沙棘油與 PLGA的質(zhì)量比)為考察對(duì)象,通過綜合質(zhì)量指標(biāo) S值,評(píng)價(jià)微球的形貌.

2.1.1 PVA質(zhì)量濃度對(duì) S值的影響

在芯材比為 4︰3、超聲時(shí)間為 15 min、超聲功率為 120 W的條件下考察 PVA質(zhì)量濃度對(duì) S值的影響,結(jié)果見圖 1.

圖1 PVA質(zhì)量濃度對(duì) S值的影響

由圖 1可知,隨著 PVA質(zhì)量濃度的增大,S值呈先增大后減小的趨勢(shì).這可能是因?yàn)?PVA是一種有效的乳化劑[13],有利于 PLGA油包水乳液的形成,其在溶液中主要起分散作用.當(dāng) PVA質(zhì)量濃度較低時(shí),大分子物質(zhì) PLGA易發(fā)生粘連,溶液黏度隨 PVA質(zhì)量濃度的升高顯著增加,導(dǎo)致微球間碰撞阻力增大,不易發(fā)生粘連,從而形成的微球分散均勻,凝聚現(xiàn)象減少,粒徑也隨之減小[14-16].因此,在 0.025～0.125 g/mL內(nèi),S值隨著 PVA質(zhì)量濃度的增大而增大.但是,繼續(xù)增大PVA質(zhì)量濃度,會(huì)導(dǎo)致溶液黏度過大,難以攪拌,從而不易形成微球,S值隨之減小,并且增加了成本[15],還給微球的后處理帶來一定的困難.因此,優(yōu)選的 PVA質(zhì)量濃度為 0.125 g/mL.

2.1.2 超聲功率對(duì) S值的影響

在芯材比為 4︰3、超聲時(shí)間為 15 min、PVA質(zhì)量濃度為 0.125 g/mL的條件下考察超聲功率對(duì)S值的影響,結(jié)果見圖 2.

圖2 超聲功率對(duì) S值的影響

由圖 2可知,隨著超聲功率的增大,S值呈先增大后減小的趨勢(shì).這可能是因?yàn)樵诔曌饔孟?溶液中會(huì)出現(xiàn)大量微小氣泡,PLGA包裹這些氣泡后產(chǎn)生微球,而超聲的空化作用會(huì)不斷打碎這些微球,從而產(chǎn)生更多更小的微球.另外,超聲輻射會(huì)增加 PVA的活性,從而增加微球穩(wěn)定性并減小微球粒徑.因此,在 120～180 W內(nèi),S值隨超聲功率的增加而增大;但超聲輻射的熱效應(yīng)會(huì)破壞微球,并且超聲功率越大,溫度越高,破壞作用越強(qiáng)[17-19],當(dāng)超聲功率大于 180 W時(shí),過強(qiáng)的空化作用所帶來的破壞效應(yīng)占主導(dǎo)作用,從而導(dǎo)致微球難以形成.故優(yōu)選的超聲功率為 180 W.

2.1.3 超聲時(shí)間對(duì) S值的影響

在芯材比為 4︰3、超聲功率為 180 W、PVA質(zhì)量濃度為 0.125 g/mL的條件下考察超聲時(shí)間對(duì)S值的影響,結(jié)果見圖 3.

圖3 超聲時(shí)間對(duì) S值的影響

從圖 3可見,隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng),微球綜合質(zhì)量指標(biāo) S值先增大后減小.這可能是因?yàn)樵?0～10 min內(nèi),超聲輻射作用使溶液體系處于劇烈的湍流狀態(tài),使得體系內(nèi)液滴在黏性剪切力以及壓力波動(dòng)等的作用下達(dá)到破裂和聚集的動(dòng)態(tài)平衡,液滴的破碎占主導(dǎo)作用,因而導(dǎo)致形成粒徑更小的微球;當(dāng)超聲時(shí)間超過 10 min后,溶液體系局部溫度過高,破壞微球的形成,S值隨之減小[17,19].因此,選取超聲時(shí)間為 10 min.

2.1.4 芯材比對(duì) S值的影響

在超聲時(shí)間為 10 min、超聲功率為 180 W、PVA質(zhì)量濃度為 0.125 g/mL的條件下考察芯材比對(duì) S值的影響,結(jié)果見圖 4.

圖4 芯材比對(duì) S值影響

由圖 4可見,當(dāng)芯材比小于 4︰3時(shí),隨著芯材比的增加,即 PLGA含量的增加,溶液的黏度增大,微球間難以發(fā)生碰撞,從而減少微球間發(fā)生粘連的概率,微球分布更加均勻,S值隨之增大.當(dāng)芯材比大于 4︰3時(shí),S值隨芯材比的增加而減小,這可能是因?yàn)檩^高的 PLGA含量產(chǎn)生了更多的黏性分散,這導(dǎo)致了較大粒徑微球的產(chǎn)生[15].因此,選取芯材比為 4︰3.

2.2 沙棘油 -PLGA制備工藝的優(yōu)化

根據(jù)單因素試驗(yàn),選取對(duì)綜合質(zhì)量 S值影響較大的 4個(gè)因素,即 PVA質(zhì)量濃度 (A)、芯材比(B)、超聲功率 (C)和超聲時(shí)間 (D)為考察因素,各選取 3水平,以綜合質(zhì)量指標(biāo) S值為標(biāo)準(zhǔn)確定最佳工藝,設(shè)計(jì) 4因素 3水平正交試驗(yàn),因素與水平見表1,試驗(yàn)方案及結(jié)果見表2.

表1 正交試驗(yàn)因素與水平

表2 正交試驗(yàn)方案及結(jié)果

由表2可見,PVA質(zhì)量濃度對(duì)于微球的制備影響最大,芯材比次之,其他因素的影響相對(duì)較小.最佳的工藝組合為 A2B1C2D3,即 PVA質(zhì)量濃度為 0.125 g/mL,芯材比為 8︰5,超聲功率為 180 W,超聲時(shí)間為 10 min.

2.3 工藝驗(yàn)證

根據(jù)正交試驗(yàn)的結(jié)果,選取最佳工藝條件制備微球產(chǎn)品,于顯微鏡下觀測(cè)并拍照,結(jié)果如圖 6及圖 7所示.

由圖 6和圖 7可知,在最佳工藝條件下制備的微球表面平滑、球形圓整、分布均勻、包埋良好.

3 結(jié)論

沙棘油 -PLGA緩釋微球的制備受 PVA質(zhì)量濃度、芯材比、超聲時(shí)間以及超聲功率的影響較大.在 PVA質(zhì)量濃度為 0.125 g/mL,芯材比為 8︰5,超聲功率為 180 W,超聲時(shí)間為 10 min的條件下,可制備得到表面平滑、球形圓整、分布均勻、包埋良好的微球.對(duì)沙棘油 -PLGA微球制備工藝條件的研究,為沙棘油 -PLGA微球的工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ).

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PREPARATION OF SEA BUCKTHORN O IL-POLY(LACTIC-CO-GLYCOL IC ACID)SUSTA INED-RELEASE M ICROSPHERES

L IChong-da1,L IU Guo-qin1,2,L ILin1,2,HAN Li-juan2
(1.School of Food Science and Technology,Henan University of Technology,Zhengzhou450052,China;2.College of L ight Industry and Food Science,South China University of Technology,Guangzhou510640,China)

The paper prepared the sea buckthorn oil-poly(lactic-co-glycolic acid)(PLGA)sustained-release micropheres by ultrasonic-assisted emulsion-solvent evaporation method using polyvinyl alcohol(PVA)as the emulsifier and using the mixture of dichloromethane and ethyl acetate as the oil phase.Taking the comprehensive quality index(Svalue)of the microsphere as the index,the paper also studied the effects of the mass concentration of PVA,the mass ratio of sea buckthorn oil to PLGA,the ultrasonic power and the ultrasonic time on the microsphere quality.Through the orthogonal tests,we determined the optimal conditions as follows:themass concentration of PVA 0.125 g·mL-1,themass ratio of sea buckthorn oil to PLGA 8︰5,ultrasonic ti me 10 minutes and ultrasonic power 180 W.The microspheres prepared under the optimal conditions had the advantages of smooth surface,good spherical shape and good encapsulation effect.

sea buckthorn oil;PLGA;microsphere;comprehensive quality index

TS201.2

B

1673-2383(2010)06-0045-05

2010-10-07

國(guó)家自然科學(xué)基金 (20976036);河南省杰出人才基金(074200510008);河南省科技攻關(guān)基金(072102270023)

李崇達(dá) (1985-),男,河北滄州人,碩士研究生,研究方向?yàn)榧Z食油脂與植物蛋白工程.

＊通信作者