玉米醇溶蛋白微胶囊的制备及缓释性能

郭立华，陈野，李秀明，于翠柳

（天津科技大学食品工程与生物技术学院，天津300457）

微胶囊技术是指利用天然或合成高分子材料，将分散的固体、液体、甚至是气体、物质包裹起来，形成具有半透性或密封囊膜的微小粒子的技术[1]。微胶囊技术在食品、医药工业中的应用是很广泛的，尤其是用于制备具有缓释性能的药物[2-3]。利用微胶囊技术包裹药物，延长药物的释放时间，保持良好的药效已经得到了广泛应用。微胶囊由壁材和芯材组成，缓释性能取决于壁材的种类以及微胶囊的制备方法。目前用于微胶囊壁材的天然高分子材料主要包括（1）碳水化合物；（2）蛋白质类；（3）蜡与脂类物质等[4－7]。玉米醇溶蛋白（zein）是从玉米蛋白粉中提取出来的一种易溶于60%～90%乙醇，不溶于水的一种蛋白质。Zein中含有较多的含硫氨基酸，分子间以二硫键、疏水键相连，因此，Zein具有良好的疏水性和成膜性[8－11]。目前应用Zein的研究主要集中在开发生物可降解材料方面，如开发玉米醇溶蛋白膜，也有将其用于药物缓释剂的研究，多是采用压片法制备的片剂，研究其缓释性质[12－14]，但将Zein用于制作微胶囊方面的研究甚少。

5－氟尿嘧啶（5－Fluorouracil，5－Fu）能抑制胸腺嘧啶核苷酸合成酶，阻断脱氧嘧啶核苷酸转换成胸腺嘧啶核苷酸，干扰DNA合成，起到抗癌作用，又能以伪代谢物掺入RNA中，从而抑制肿瘤细胞的增殖。在临床上常用于乳腺癌等各种癌症，是应用很广泛的抗肿瘤药物，但是5－Fu的半衰期很短10 min～20 min，需频繁给药，造成的副作用较多。因此急需一种能延长药物在体内的存留时间，减少由于频繁给药造成的副作用的缓释材料。目前有关于制备5－Fu微球的一些报道，所用壁材多集中在明胶，壳聚糖，聚乳酸，但都存在包埋率或载药量低等问题[15－18]。

本研究以玉米醇溶蛋白为壁材，5－氟尿嘧啶为芯材，采用喷雾干燥法和涂膜粉碎法制备Zein微胶囊，研究制备工艺，并探讨其在人工胃液和人工肠液中的缓释性质。

1 材料与方法

1.1 材料

玉米醇溶蛋白（Zein）：高邮市日星药用辅料有限公司；5－氟尿嘧啶（纯度98%）：上海璞光实业有限公司；甘油（分析纯）、磷酸二氢钾（分析纯）、HCL（分析纯）：天津市北方天医化学试剂厂；无水乙醇（分析纯）：天津市北联精细化学品开发有限公司。

1.2 主要仪器与设备

SD －1000 喷 雾 干 燥 器 ：Tokyo Rikakikai，Japan；FW80型高速万能粉碎机：天津市泰斯特仪器有限公司；756PC紫外可见分光光度计：天津市普瑞斯仪器有限公司；HH数显恒温水浴锅：金坛市金城国胜实验仪器厂；RS－232精密电子天平：丹纳赫西特传感工业控制有限公司；SU1510电子扫描显微镜：Hitachi High－Technologies Corporation，Japan。

1.3 Zein微胶囊的制备

1.3.1 喷雾干燥法制备Zein微胶囊

将玉米醇溶蛋白溶于80%乙醇溶液，加入5－氟尿嘧啶，水浴加热使玉米醇溶蛋白和5－氟尿嘧啶充分混合。将此混合液置于SD－1000喷雾干燥器的磁力搅拌器上，在不断搅拌的情况下，进行喷雾干燥。进料速度为200 mL/h，进口温度为150℃。

1.3.2 涂膜粉碎法制备Zein微胶囊

将玉米醇溶蛋白溶于80%乙醇溶液，加入5－氟尿嘧啶，水浴加热使玉米醇溶蛋白和5－氟尿嘧啶充分混合。待此混合液冷却至室温后，慢慢倒在塑料胶片上，使Zein和5－Fu的混合液在塑料板上形成一层均匀的液膜。在室温下晾干，直到液体全部蒸发，形成Zein的膜。用粉碎机将膜粉碎，并用80目的分样筛进行筛分。

1.4 Zein微胶囊的形态和粒径分析

将样品用双面导电胶固定在样品台上，采用离子溅射方法镀金，镀金的条件为15 kV、15 mA、1.5 min。然后将样品置于SU1510扫描电子显微镜（15 kV）下观察其显微结构。

1.5 Zein微胶囊的载药量和包埋率

取10 mg样品，溶于200 mL 60%的乙醇溶液中，当混合液体积蒸发至剩余80 mL时，过滤，取澄清滤液，用蒸馏水稀释10倍后，用紫外分光光度计在266nm处测定，由标准曲线得到5－Fu的含量，计算Zein微胶囊的载药量和包埋率：

1.6 Zein微胶囊的体外缓释性能

1.6.1 人工胃液条件下的缓释性能

取10 mg样品，加入100 mL 0.1 mol/L HCL搅拌，保持恒温（37±0.5）℃。从样品加入开始计时，分别在0.5、1、2、3、4、5 h 取缓释液 1 mL，用新鲜的缓释液稀释10倍后，在266 nm处测定释放的5－Fu。每次取样后，补加等量的新鲜人工胃液。

1.6.2 人工肠液条件下的缓释性能

取10 mg样品，加入100 mL pH7.4磷酸二氢钾缓冲液，保持恒温（37±0.5）℃。从样品加入开始计时，分别在 0.5、1、2、3、4、5 h 取缓释液 1 mL，用新鲜的缓释液稀释10倍，在266 nm处测定释放的5－Fu。每次取样后，补加等量的新鲜人工肠液。

2 结果与讨论

2.1 Zein微胶囊的SEM图

图1 Zein微胶囊SEM图Fig.1 Scanning electron micrographs of zein microcapsules

从图1中可以看出纯Zein呈现出不规则的，棱角较多的片状形态。涂膜粉碎法制备的Zein微胶囊，呈现出不规则的块状颗粒，颗粒较大，粒径分布在100 μm～180 μm 左右，因为在将膜粉碎后，用 80 目的筛网进行了筛分，根据泰勒制进行换算，80目筛孔的孔径为180 μm。喷雾干燥法制备的Zein微胶囊，呈现出规则的，圆滑的球形颗粒，且分散均匀，没有聚集现象，粒径的大小也比较均匀，分布在7 μm～13 μm。

2.2 不同制备方法对微胶囊的影响

由微胶囊的包埋率及载药量公式可以计算得到表1的两种不同方法制备的Zein微胶囊的包埋率及载药量。从表1中可以看出，涂膜粉碎法制备的微胶囊的包埋率和载药量均大于喷雾干燥法。在涂膜粉碎法制备过程中，溶剂蒸发较慢，蛋白分子之间形成的空隙会比喷雾干燥快速蒸发过程中形成的空隙大，所以涂膜粉碎法包埋的5-Fu量较喷雾干燥法多。有学者研究，加入20%的甘油具有较好的增塑效果[19]，所以实验中加入的甘油量为玉米醇溶蛋白质量的20%。从表1中可以看出，甘油加入后使得包埋率和载药量均下降，这是由于甘油的加入使蛋白分子间的β键结合的更加紧密，蛋白分子聚集也更加紧，微胶囊粒径变小，所以不能包裹较多的5-Fu。这与Narpinder Singh[20]等研究的Zein膜类似，在Zein膜中加入甘油，经红外光谱检测发现分子间的β键结合的更加紧密。

表1 不同制备方法对包埋率和载药量的影响Table 1 The effect of different preparation on the encapsulation efficiency and drug loading

2.3 温度对微胶囊的影响

图2 不同温度对包埋率的影响Fig.2 The effect of different temperature on encapsulation efficiency

从图2中可以看出，随着温度的升高包埋率也随着升高，载药量的变化趋势也是随着温度的升高而升高。随着温度的升高，蛋白变性加剧，芯材与壁材混合的更加均匀，包埋的5-Fu量较多。低温下芯材溶解不彻底，蛋白变性不显著，因此包埋率较低。同时温度也不能过高，玉米醇溶蛋白是以乙醇做溶剂的，温度过高，溶剂蒸发较快，会使壁材粘连在烧杯壁上，造成损失。

2.4 Zein微胶囊的缓释性能

2.4.1 不同制备方法对Zein微胶囊缓释的影响

图3 不同方法制备的Zein微胶囊的释药性Fig.3 The release of different zein microcapsules

从图3可以看出被Zein包裹的5－Fu缓释效果明显。涂膜粉碎法制备的Zein微胶囊的累积释药量略低于于喷雾干燥法。当缓释时间持续到12 h时，其累积释药量达到最大分别为97.4%和98.9%。由于喷雾干燥过程中，溶剂蒸发较快，形成的球形微胶囊的壁的厚度比涂膜粉碎法制备的壁薄，所以，喷雾干燥法制备的微胶囊的缓释效果低于涂膜粉碎法制备的微胶囊。

2.4.2 不同的缓释液对Zein微胶囊释药性的影响

图4 不同缓释液对Zein微胶囊释药性的影响Fig.4 The release of zein microcapsules in different release liquid

从图4可以看出，Zein微胶囊在人工胃液中的累积释药量高于在人工肠液中的释药量。当缓释时间持续到12 h时，5－Fu在人工胃液和人工肠液中的释放量为分别为97.4%和96.9%。由于玉米醇溶蛋白不溶于水，可溶于60%～95%的乙醇溶液，还可以溶于强碱（pH＞11）、醋酸等有机溶剂，所以，相对于pH7.4的人工肠液，0.1 mol/L的人工胃液的环境会更易于Zein微胶囊壁的溶解破裂，药品更易释放出来。

3 结论

以Zein为壁材，用涂膜粉碎法制作微胶囊是一种既简便又经济的方法。涂膜粉碎法制备的微胶囊包埋率和载药量，分别为84.8%和31.8%，缓释效果明显。因此Zein可以应用于制备其它水溶性药物的微胶囊，延长药物在体内的存留时间，减少因频繁给药造成的副作用。

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