多孔淀粉的制备及其在医药应用中的研究进展

唐宜轩， 韩 丽*， 张定堃， 张 芳， 杨迎光， 杨 明，2

（1.成都中医药大学，中药资源系统研究与开发利用省部共建国家重点实验室培育基地，四川 成都611137；2.江西中医药大学，现代中药制剂教育部重点实验室，江西南昌330004）

多孔淀粉的制备及其在医药应用中的研究进展

唐宜轩1， 韩 丽1*， 张定堃1， 张 芳1， 杨迎光1， 杨 明1，2

（1.成都中医药大学，中药资源系统研究与开发利用省部共建国家重点实验室培育基地，四川 成都611137；2.江西中医药大学，现代中药制剂教育部重点实验室，江西南昌330004）

多孔淀粉是由生淀粉形成的一种多孔状变性淀粉，具有优良的吸附性能，在食品、医药和其他方面具有广泛的应用前景。本文归纳了多孔淀粉在结构特点、制备方法、改性工艺以及作为药物载体的研究现状，以期推动多孔淀粉在中药制剂中的应用，促进辅料工业的进步与发展。

多孔淀粉；结构特点；制备方法；改性工艺；研究现状

没有优质的辅料就没有优质的药品，辅料对药物剂型的改进与发展具有重要的作用，其重要性对中药新制剂的开发同样适用。中药的许多有效成分多具有水溶性差、不稳定、生物利用度低等缺点［1-2］，所以采用合适的辅料以提高中药提取物的稳定性并增加其生物利用度是目前研究的热点。本文对多孔类辅料多孔淀粉的制备方法、改性工艺以及在医药中应用的研究现状进行了回顾与总结，并提出对未来发展的展望。

1 多孔淀粉的结构与特点

多孔淀粉（porous starch）又称微孔淀粉，是通过机械、化学或生物方法作用于生淀粉，使其形成内部空洞的一种新型辅料［3］。1982年首先报道于日本，其优良的特性得到了国内外众多学者的关注。

目前，酶法制备的多孔淀粉在应用上最为广泛，其SEM照片见图1。该类多孔淀粉表面布满了1μm大小的小孔，并由表面延伸到颗粒内部，形成了一种中空结构，可以盛装各种物质。这些类似马蜂窝状中空结构的形成与生淀粉的天然结构密切相关，淀粉粒有层状结构，在中间有脐点，它在周期性光合作用过程中形成椭圆形结构的生长环，其中支链淀粉长链的双螺旋紧密排列，形成结晶区，而无次序排列的支链淀粉短链和直链淀粉部分形成无定形区［4-5］。当酶与淀粉表面结合时，将优先作用于淀粉表面的不规则区及无定形区，使淀粉晶体与无定形区分离，从而形成多孔淀粉。

图1 多孔淀粉的电子扫描显微镜照片

多孔类材料由于具有较大的比表面积，因此在吸附药物后，它可以有效提高药物的溶出速度与溶出率，所以目前对该类辅料的研究较多，如介孔二氧化硅［6］、介孔氧化铝［7］、多孔羟基磷灰石［8］等。然而，该类材料大多具有较大的生物毒性，不适宜大规模工业化生产，而多孔淀粉由原淀粉制备，具有工艺简单、材料来源广泛、安全性高、生物相容性和降解性良好等诸多优点。

天然淀粉价格低廉，来源广泛，但是可压性较差，所以在药物制剂中多将其作为稀释剂和崩解剂。而多孔淀粉与之相比，具有比孔容及比表面积较大、吸水吸油能力良好、在干燥状态下机械强度理想、分散在水及其他溶剂中时能保持明显的结构完整性等优点［3，9］。

2 影响多孔淀粉多孔性能的因素分析

2.1 制备方法与工艺 多孔淀粉的制备主要有物理方法（超声波法和醇变性法）、机械方法 （机械撞击法）以及生物方法 （酸水解法和酶水解法）。

在以上5种方法中，超声波法［10］是利用超声波照射使淀粉的质点具有极高的运动加速度，产生激烈而快速变化的机械运动，引起淀粉中共价键断裂，从而导致其发生降解，同时液体在超声波作用下产生的空化效应也导致大分子物质发生自由基氧化还原反应。以酸或水为介质的淀粉经过超声波处理后的表面布满圆锥形坑洞，所以所制备出的多孔淀粉只是在表面形成许多凹坑，吸附作用有限，其本身也不适用于大规模工业化生产，应用前景并不乐观。醇变性法［11］是在加热糊化且充分溶胀的淀粉中加入乙醇以降低溶液的起始电解常数，析出多糖，冷冻后进一步降低系统的能量，促进颗粒凝聚形成细小颗粒，从而形成多孔淀粉，但是所制备出的多孔淀粉表面粗糙、高低不平，也不具备实用性。机械法［12］是利用高速粒子撞击金属板上的淀粉，在淀粉颗粒表面形成凹坑，吸附作用同样有限。酸法［13］是利用酸使淀粉水解，首先水解其无定型区，随着酸解时间增加，淀粉的结晶结构遭到侵蚀，使多孔结构崩塌。该法虽然成本低廉，但是水解的随机性太强，不易形成孔状结构。最具实用价值的是酶水解法，葡萄糖淀粉酶与α-淀粉酶作用到淀粉上后，首先水解其非结晶区，形成从淀粉颗粒表面通向内部的小孔，得到的多孔淀粉为中空颗粒，具有较大的吸附量［14-15］。该工艺简单易行，淀粉成孔率高，吸附量大，而且酶还可以通过发酵而大批量得到，所以酶法制备多孔淀粉适宜于大规模工业化生产，并成为目前相关制备工艺研究的热点。

酶法制多孔淀粉流程［16］：颗粒态生淀粉——在糊化温度下酶解——离心或过滤、洗涤脱酶——干燥——多孔淀粉。

2.2 制备多孔淀粉酶的选择 不同的酶对淀粉的酶解能力不同，如葡萄糖淀粉酶中黑曲霉的活力强于黄曲霉［3］，而酶活力不同则对多孔淀粉的水解能力也不相同［17］。姚卫蓉等［17］将糖化酶和α-淀粉酶以一定比例作用于籼米粉，发现所得到的多孔淀粉的吸水率、吸油率均高于单独一种淀粉酶。Whistler等［18］研究发现，在玉米淀粉和小麦淀粉中加入等量α-淀粉酶和糖化酶，并在pH值5.0和25℃条件下处理8 h，结果酶解制得多孔淀粉的孔径比单独使用一种酶大。

2.3 制备多孔淀粉材料的选择 形成多孔淀粉的生淀粉主要来源于玉米、木薯、甘薯、土豆、大米、小麦、大麦等。而在制备时，淀粉原料某些性质的变化、不同原料或同一原料的不同处理形式等都会影响多孔淀粉形成。姚卫蓉等［19］将复合酶作用于国产6个品种的大宗淀粉 （玉米、籼米、小麦、土豆、红薯以及木薯淀粉），结果其中只有玉米在酶解24 h内形成了完整的多孔淀粉，而其他5种淀粉则需要24 h以上。同时，他们对原料蛋白质含量对多孔淀粉吸油率影响的研究中发现，原料蛋白质含量越多，形成产物中多孔淀粉的绝对量越少，而且吸油率与白度越低，色泽也越差。另外在粉碎方法的选择上，由于湿法粉碎是在淀粉充分溶胀后进行，其颗粒完整性保持得更好，所以优于干法粉碎。

3 多孔淀粉的改性及其作用

3.1 提高对亲脂性物质吸附量的改性 同其他改性淀粉一样，多孔淀粉表面布满了亲水性羟基，使其对水溶性物质的吸附能力强于油溶性物质。而当多孔淀粉在中药制剂中作为吸附剂使用时，需要增强其对中药挥发油的吸附能力，因此可以引入疏水性基团以提高其吸附物质的范围和在中药制剂中的作用，如酯化或乙酰化处理。王凯等［20］报道，用干法酯化制备硬脂酸多孔玉米淀粉酯后，其吸油率优于未经酯化处理的多孔和非多孔玉米淀粉，而且比表面积更大，表明硬脂酸化后多孔淀粉对中药挥发油类物质的吸附能力增强。另外，谷绒［21］在对多孔淀粉进行乙酰化后，发现其吸油率提高了20.4%。

3.2 提高结构强度的改性 多孔淀粉经过酶解后，其颗粒结构受到一定破坏，导致结构疏松、易崩塌、冻融稳定性差等现象，使其吸附效果受到影响。为了增强多孔淀粉的结构稳定性，可以加入交联剂，使其与淀粉中的羟基形成交联键，强化颗粒中的氢键并阻止其溶胀，从而增加淀粉颗粒的机械稳定性。徐坤等［22］比较了三氯氧磷、三偏磷酸钠、柠檬酸与乙酸酐混合酸三种交联淀粉的方法，发现混合酸与多孔淀粉交联后，能明显提高其结构性能，而且在冻融稳定性、抗老化性、抗剪切性等方面也表现得最为理想。周琼等［23］把先将淀粉交联处理，再进行酶解制取的交联多孔淀粉与酶解后再进行交联的多孔淀粉比较，结果表明，前者的吸水和吸油性能更强。推测可能是因为酶解后再进行交联时，在搅拌过程中淀粉颗粒结构被破坏，或微孔被堵塞，而在交联后再进行酶解则可以减少破坏程度。

4 多孔淀粉的应用现状

因为多孔淀粉在表面具有很多伸向淀粉颗粒中心的小孔，且空洞体积占到总体积的50%［24］，故具有良好的吸附性能，通常被作为吸附剂使用，而且其理想的吸水吸油特性和机械强度也能进一步支持其作为优良的吸附剂。另外，用多孔淀粉吸附目的物质后，可以在特定条件下加以释放，从而达到缓释作用［25］。

4.1 固化挥发油 中药挥发油广泛分布于中药材中，含有丰富的化学成分和多方面的功效［26］，但是它几乎不溶于水，在空气中易挥发散失。而多孔淀粉具有较大的比表面积和蜂窝状空洞结构，能吸附其本身质量70%～80%的液体而形成成固体粉末状，并且处理方法简便［27］，所以应用多孔淀粉对挥发油进行固化保护是一种简单有效的办法［27-28］。陈三宝［27］研究发现，通过其吸附并包埋的粉末薄荷油的含油量达到34%。在观察玉米淀粉吸附薄荷油后的挥发程度时发现，经过多孔淀粉吸附的薄荷油的挥发速度远比无载体的缓慢很多。据此认为，多孔淀粉粉末化薄荷油后，既保留了其香味，又使其具有良好的分散性、可加性及缓释性能。姚卫蓉等［29］报道，多孔淀粉对咖啡油的吸附在70℃下30 m in后，就能达到饱和状态，但是在室温下空气中暴露2周后，仍然能够保持80%的风味，故判断多孔淀粉吸附可使物质具有缓释的特点。但是他们所认为的缓释性能只能说明固化粉末在空气中的保留情况，无法说明在体内是否也有相同的性能，从严格意义上来说，这种缓释性能是显示出挥发油经过多孔淀粉固化后提升的稳定性。在宁青等［30］对多孔淀粉固化肉桂挥发油的研究中，虽然实验结果表明多孔淀粉固化肉桂挥发油后，桂皮醛的平均损失率降低，热稳定性提高，但他们在固化粉末胶囊和肉桂挥发油胶囊溶出度实验的过程中发现，固化粉末中桂皮醛的溶出度显著高于肉桂挥发油中，说明经过多孔淀粉固化后，肉桂挥发油中桂皮醛溶出速率增加。Belingheri［31］等将多孔淀粉固化与直接喷雾干燥的高油酸葵花油进行氧化稳定性比较，发现前者高于后者，说明多孔淀粉可取代喷雾干燥法来固化油类物质。

4.2 制备微胶囊 微胶囊是指一种具有聚合物壁壳的微型容器或包装物，具有半透明或密封性的微小粒子，其中被包裹的物质称为芯材，包裹芯材的物质称为壁材。传统上，微胶囊常用海藻酸钠、壳聚糖等作为壁材，但是现今许多学者研究用多孔淀粉作为胶囊壁材，也取得了很好的效果［32］。人们常在它吸附目的物质后将其作为微胶囊芯材，然后用各种壁材包埋吸附目的物质［33］。微胶囊化目的物有许多重要作用，如森林匙羹藤酸可调节血糖，但本身具有苦味，而用多孔淀粉和一些黏性多糖类物质将其制成微胶囊化产品后，能有效克服该成分的风味问题［34-35］。Xing等［36］用多空淀粉作为微胶囊装载嗜酸乳酸菌，然后和无微胶囊包裹时比较，发现前者稳定性大大提高。

4.3 制备止血粉 目前，大血管和软组织等一般性出血已有比较可靠的止血方法，但对于实质性脏器创面出血的治疗仍是外科领域面临的难题，国内外一直致力于研发能对实质脏器迅速止血并且不影响其功能的止血材料，美国Medfor公司的Arista止血粉具有较好的安全性和止血效果，但因价格昂贵而应用受限。国内也对多孔止血淀粉进行了一定研究，余雪松等［37-38］报道，用复合酶与甘薯制备的多孔淀粉能有效减少出血量，并具有良好的生物相容性。李明洋等［39］也研究了多孔止血淀粉在肝脏及脾脏中的止血作用，证明其效果良好，且成本相比于Arista止血粉大大降低，可有望在国内推广应用。除了单独应用外，多空淀粉还可以作为其他止血类药物的载体以提高其止血功效。席朝云等［40］制备了氨甲环酸多孔淀粉，其止血作用优于单独使用多孔淀粉及云南白药。

4.4 制备纳米药物载体 纳米技术是一门新兴的多科学跨领域技术，而纳米药物是其中一个重要领域，它具有稳定性好、对胃肠道刺激性小、毒副作用少等许多优点。而用多孔淀粉作为载体，制备多孔纳米载药系统，是目前多孔淀粉研究较热门和前沿的方向。普罗布考、卡马西平以及洛伐他丁等为亲脂性药物，透膜率大，但是溶解度低，所以临床应用受到限制。Meer等［41］用多孔淀粉作为卡马西平的载体，能有效提高其溶解度。Zhang等［42］也设计了一种多孔淀粉纳米，以提高亲脂性药物普罗布考的口服生物利用度。研究发现，普罗布考制备成多孔淀粉纳米粒后，其口服生物利用度大大提高，比药物自由分散提高了9.96倍，比多孔淀粉直接载药吸收提高了3.71倍。Jiang等［43］用多孔淀粉作为洛伐他丁的释药载体，发现其口服生物利用度超过了直接服用原药和胶囊剂。多孔淀粉吸附药物后提高口服生物利用度的机制可能是药物分散在其表面，扩大了药物与体内接触的面积，且多孔淀粉具有生物胃肠道黏附性和缓释性，能延长药物在胃肠道的驻留时间，促进药物的溶出，从而提高对口服药物的吸收。

5 展望

我国是农业大国，淀粉品种繁多，而且属于可再生资源，这无疑对研究多孔淀粉提供了一个很好的基础，而且其优秀的吸附性能和提高口服药物的生物利用度对中药制剂的开发应用也具有显著的意义，我们可利用其制备相应剂型以提高中药或中药提取物在体内的生物利用度。但是目前我国对多孔淀粉的研究尚处于初级阶段，并未应用于实际生产中。这可能是因为目前各种淀粉原料及多孔淀粉制备工艺缺乏稳定的质量标准，因此无法对工业化生产起到有效的指导作用，而且淀粉酶水解生成淀粉的速度及水解效率也偏低［9］。不过随着多孔淀粉在医药中的应用探索不断深入，将有助于推动其制备方法、改性工艺等方面的研究进展，并间接促进食品、农业、化工等行业的发展。

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10.3969/j.issn.1001-1528.2015.06.036

2014-04-16

国家自然科学基金 （30973952，81274098）

唐宜轩 （1991—），男，硕士，研究方向为中药新技术和新制剂。Tel：（028）61800127，E-mail：314112028@qq.com

*通信作者：韩 丽 （1965—），女，教授，硕士生导师，研究方向为中药新技术、新工艺和新制剂研究。Tel：（028）61800127，E-mail：hanliyx@163.com