沙棘油 -聚乳酸羟基乙酸缓释微球的制备工艺

李崇达,刘国琴,＊,李 琳,,韩立娟

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052;2.华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

沙棘油 -聚乳酸羟基乙酸缓释微球的制备工艺

李崇达1,刘国琴1,2＊,李 琳1,2,韩立娟2

(1.河南工业大学粮油食品学院,河南郑州 450052;2.华南理工大学轻工与食品学院,广东广州 510640)

以聚乙烯醇(PVA)为乳化剂、二氯甲烷和乙酸乙酯混合液为油相,通过超声辅助乳化溶剂挥发法制备沙棘油 -聚乳酸羟基乙酸 (PLGA)缓释微球.以微球综合质量指标 (S值)为标准,探讨了 PVA的质量浓度、芯材比 (W/W)、超声功率和超声时间等因素对微球质量的影响.通过正交试验确定最佳工艺条件为:PVA质量浓度 0.125 g/mL,芯材比 8︰5,超声时间 10 min,超声功率 180 W,在此条件下制备的微球表面平滑、球形圆整、包埋效果好.

沙棘油;PLGA;微球;综合质量指标

0 前言

沙棘 (Hippophae rham noidesLinn.)属胡颓子科沙棘属植物,含有 100多种活性成分[1],由其提取的沙棘油对改善人体免疫系统、心血管系统以及在抗衰老方面均具有良好效果[2-3].但沙棘油易氧化,且多数抗氧化剂会影响沙棘油的应用价值[4].微胶囊技术可以同时提高液体和固体成分的化学稳定性,将精制的沙棘油制成粉末油脂,是目前关于延长沙棘油货架期研究的热点.粉末油脂的氧化速率是由微球壁材与芯材的组成决定的,有研究采用阿拉伯胶和变性淀粉为壁材制备粉末沙棘油,一定程度上减少了沙棘油的氧化[5].聚乳酸羟基乙酸共聚物 (PLGA)是一种生物可降解材料,由其制备的微球不仅具有良好的稳定性及较好的生物控缓释作用和靶向作用,并且已经通过美国联邦药品管理局批准,多用于注射用药物的输送载体[6-8].但将 PLGA用于粉末油脂制备的研究尚未见报道,笔者对沙棘油 -PLGA缓释微球的制备进行了研究,以期获得具有较好稳定性和缓释性的沙棘油微胶囊.在微球制备过程中,为保护沙棘油中的活性成分,采用真空冷冻干燥技术[9].此研究为开发具有控缓释作用和靶向作用的沙棘油功能性产品奠定了的基础.

1 材料与方法

1.1 试验材料

沙棘油 (市售);PLGA(济南岱罡生物科技有限公司,m(PLA)/m(PGA)=75/25,相对分子质量 2.0×104);聚乙烯醇 (PVA)、乙酸乙酯 (天津市科密欧化学试剂有限公司,分析纯);二氯甲烷(天津市恒兴化学试剂制造有限公司,分析纯).

1.2 主要仪器

Anke—TDL 40B低速离心机 (上海安亭科学仪器厂);HJ—6数显恒温磁力搅拌器 (金坛市华锋仪器有限公司);DF—101S恒温加热器 (河南省予华仪器有限公司);KQ—300VDV三频数控超声波清洗器 (昆山市超声仪器有限公司);BM—11—2显微镜 (上海彼爱姆光学仪器制造有限公司);LGJ—10D压盖型真空冷冻干燥机 (北京四环科学仪器厂有限公司);FE—270奥林巴斯数码照相机;AL204精密电子天平 (上海梅特勒托利多仪器有限公司).

1.3 试验方法

1.3.1 沙棘油 -PLGA微球的制备

采用乳化溶剂挥发法制备微球[10],步骤包括:称取一定量的 PLGA,溶于 4 mL按体积比 1︰1混匀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;称取一定量的 PVA溶解于 25 mL蒸馏水中形成水相;将油相和水相混合,进行超声乳化处理,处理过程中加冰控制温度以防止温度过高破坏沙棘油活性;室温下在通风橱中磁力搅拌 30 min除去有机溶剂;以 3 500 r/min离心 5 min,用去离子水离心洗涤 5次后,真空冷冻干燥得到最终产品.

1.3.2 微球综合质量指标 (S值)的设定

微球综合质量指标 (S值)包括微球形态、粒径大小、粒径分布以及是否粘连[11],S值越大说明微球质量越好.微球的表面形态及分布程度通过显微镜计数法进行观测[12].设定 S值总值为10,为了突出影响 S值的 4个影响因素的重要性,其权重系数按不等权重处理,赋予微球形态权重系数为 0.35,粒径大小权重系数为 0.25,粒径分布权重系数为 0.25,是否粘连权重系数为 0.15.

2 结果与讨论

2.1 各因素对微球综合质量指标 S值的影响

由于影响微球制备的因素较多,在预试验的基础上选取聚乙烯醇 (PVA)质量浓度、超声功率、超声时间、芯材比 (沙棘油与 PLGA的质量比)为考察对象,通过综合质量指标 S值,评价微球的形貌.

2.1.1 PVA质量浓度对 S值的影响

在芯材比为 4︰3、超声时间为 15 min、超声功率为 120 W的条件下考察 PVA质量浓度对 S值的影响,结果见图 1.

图1 PVA质量浓度对 S值的影响

由图 1可知,随着 PVA质量浓度的增大,S值呈先增大后减小的趋势.这可能是因为 PVA是一种有效的乳化剂[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.当 PVA质量浓度较低时,大分子物质 PLGA易发生粘连,溶液黏度随 PVA质量浓度的升高显著增加,导致微球间碰撞阻力增大,不易发生粘连,从而形成的微球分散均匀,凝聚现象减少,粒径也随之减小[14-16].因此,在 0.025～0.125 g/mL内,S值随着 PVA质量浓度的增大而增大.但是,继续增大PVA质量浓度,会导致溶液黏度过大,难以搅拌,从而不易形成微球,S值随之减小,并且增加了成本[15],还给微球的后处理带来一定的困难.因此,优选的 PVA质量浓度为 0.125 g/mL.

2.1.2 超声功率对 S值的影响

在芯材比为 4︰3、超声时间为 15 min、PVA质量浓度为 0.125 g/mL的条件下考察超声功率对S值的影响,结果见图 2.

图2 超声功率对 S值的影响

由图 2可知,随着超声功率的增大,S值呈先增大后减小的趋势.这可能是因为在超声作用下,溶液中会出现大量微小气泡,PLGA包裹这些气泡后产生微球,而超声的空化作用会不断打碎这些微球,从而产生更多更小的微球.另外,超声辐射会增加 PVA的活性,从而增加微球稳定性并减小微球粒径.因此,在 120～180 W内,S值随超声功率的增加而增大;但超声辐射的热效应会破坏微球,并且超声功率越大,温度越高,破坏作用越强[17-19],当超声功率大于 180 W时,过强的空化作用所带来的破坏效应占主导作用,从而导致微球难以形成.故优选的超声功率为 180 W.

2.1.3 超声时间对 S值的影响

在芯材比为 4︰3、超声功率为 180 W、PVA质量浓度为 0.125 g/mL的条件下考察超声时间对S值的影响,结果见图 3.

图3 超声时间对 S值的影响

从图 3可见,随着超声时间的延长,微球综合质量指标 S值先增大后减小.这可能是因为在 0～10 min内,超声辐射作用使溶液体系处于剧烈的湍流状态,使得体系内液滴在黏性剪切力以及压力波动等的作用下达到破裂和聚集的动态平衡,液滴的破碎占主导作用,因而导致形成粒径更小的微球;当超声时间超过 10 min后,溶液体系局部温度过高,破坏微球的形成,S值随之减小[17,19].因此,选取超声时间为 10 min.

2.1.4 芯材比对 S值的影响

在超声时间为 10 min、超声功率为 180 W、PVA质量浓度为 0.125 g/mL的条件下考察芯材比对 S值的影响,结果见图 4.

图4 芯材比对 S值影响

由图 4可见,当芯材比小于 4︰3时,随着芯材比的增加,即 PLGA含量的增加,溶液的黏度增大,微球间难以发生碰撞,从而减少微球间发生粘连的概率,微球分布更加均匀,S值随之增大.当芯材比大于 4︰3时,S值随芯材比的增加而减小,这可能是因为较高的 PLGA含量产生了更多的黏性分散,这导致了较大粒径微球的产生[15].因此,选取芯材比为 4︰3.

2.2 沙棘油 -PLGA制备工艺的优化

根据单因素试验,选取对综合质量 S值影响较大的 4个因素,即 PVA质量浓度 (A)、芯材比(B)、超声功率 (C)和超声时间 (D)为考察因素,各选取 3水平,以综合质量指标 S值为标准确定最佳工艺,设计 4因素 3水平正交试验,因素与水平见表1,试验方案及结果见表2.

表1 正交试验因素与水平

表2 正交试验方案及结果

由表2可见,PVA质量浓度对于微球的制备影响最大,芯材比次之,其他因素的影响相对较小.最佳的工艺组合为 A2B1C2D3,即 PVA质量浓度为 0.125 g/mL,芯材比为 8︰5,超声功率为 180 W,超声时间为 10 min.

2.3 工艺验证

根据正交试验的结果,选取最佳工艺条件制备微球产品,于显微镜下观测并拍照,结果如图 6及图 7所示.

由图 6和图 7可知,在最佳工艺条件下制备的微球表面平滑、球形圆整、分布均匀、包埋良好.

3 结论

沙棘油 -PLGA缓释微球的制备受 PVA质量浓度、芯材比、超声时间以及超声功率的影响较大.在 PVA质量浓度为 0.125 g/mL,芯材比为 8︰5,超声功率为 180 W,超声时间为 10 min的条件下,可制备得到表面平滑、球形圆整、分布均匀、包埋良好的微球.对沙棘油 -PLGA微球制备工艺条件的研究,为沙棘油 -PLGA微球的工业化生产奠定了基础.

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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

国家自然科学基金 (20976036);河南省杰出人才基金(074200510008);河南省科技攻关基金(072102270023)

李崇达 (1985-),男,河北沧州人,硕士研究生,研究方向为粮食油脂与植物蛋白工程.

＊通信作者