淀粉基植物胶囊研究现状与发展前景

2016-03-14刘全亮何绍凯田映良甘肃省马铃薯变性淀粉工程技术研究中心甘肃定西7430甘肃圣大方舟马铃薯变性淀粉有限公司甘肃定西7430

甘肃科技 2016年4期

关键词：发展前景淀粉

曹　余,刘全亮,何绍凯,孙　琛,崔　芸,田映良（.甘肃省马铃薯变性淀粉工程技术研究中心,甘肃定西7430；.甘肃圣大方舟马铃薯变性淀粉有限公司,甘肃定西7430）

淀粉基植物胶囊研究现状与发展前景

曹余1,刘全亮1,何绍凯1,孙琛1,崔芸2,田映良2
（1.甘肃省马铃薯变性淀粉工程技术研究中心,甘肃定西743022；2.甘肃圣大方舟马铃薯变性淀粉有限公司,甘肃定西743022）

摘要：针对当前动物明胶胶囊存在的不足，植物胶囊在安全性上具有明显的优势，尤其淀粉作为最具潜力的替代传统明胶胶囊的原料之一被广泛研究，本文介绍了淀粉及其衍生物特性，并对淀粉胶囊研究现状进行了综述，展望了淀粉胶囊发展前景。

关键词：明胶胶囊；淀粉；改性淀粉；发展前景

胶囊剂已有160多年的应用历史[1]，可作为药剂的载体在医药、保健品及功能性食品行业中有着十分广泛的应用。普通胶囊可分为硬胶囊和软胶囊，硬胶囊又被称为“空心胶囊”[2]。根据其在人体内特定部位释放内容物的状况，可分为肠溶性胶囊和胃溶性胶囊。较之胃溶性胶囊，肠溶性胶囊能够避免内容物对胃部组织的刺激，保护内容物在肠道内安全有效释放。根据其生产原料可分为明胶胶囊和植物胶囊两大类。目前，国内外生产硬胶囊的主要原料为明胶。

明胶是利用动物的皮、骨、筋腱经除渣、消毒、蒸煮、脱水等工艺制得而成的动物蛋白胶体，因其具有粘度高、冻力高、成膜韧性好等特点被用作胶囊壳材料。但由于明胶自身缺陷及食品药品安全问题的发生，明胶胶囊的不足与安全隐患被人们发现，主要表现在：（1）明胶中蛋白质分子容易与还原糖类化合物及维生素C等药物成分交联，既影响胶囊的崩解又影响药物的稳定性；（2）胶囊保水性较差，长时间贮存在干燥环境中韧性降低，变脆，导致胶囊强度低，易破损；（3）由于宗教信仰的因素，动物来源的明胶胶囊不被素食主义者及伊斯兰教等人群接收；（4）由于疯牛病在世界范围内的广泛传播，北美、拉美地区的国家作为疯牛病的遗传区也是世界上主要明胶的生产国家，许多国家都禁止使用该地区的药用胶囊；（5）国内有些不法商贩为了谋取暴利，采用生石灰处理皮革废料，熬制工业明胶，勾结买给一些药用企业生产胶囊，最终流入患者体内，严重影响和威胁着人类健康，美国食品与药品管理局（FDA）认为应该将明胶从基本安全名单中删除[1~3]。

为了克服明胶胶囊存在的缺陷，国内外科研院所及企业单位纷纷投入大量人力、物力、财力研究开发非明胶胶囊。20世纪90年代，对非明胶胶囊就有了报道，主要是美国辉瑞公司的羟丙基甲基纤维素胶囊（Vcaps）和普鲁兰多糖胶囊[4]及河北秦皇岛药用胶囊有限公司的海藻多糖空心胶囊[5]。随后，我国对非明胶胶囊也有了广泛研究[6-8,]。淀粉及其衍生物作为制备植物胶囊的重要原料之一，也得到了国内外学者的广泛研究。

1　淀粉及其特性

淀粉是葡萄糖单元组成的高分子化合物，由直链淀粉和支链淀粉构成，分别以α-1,4和α-1,6链接。淀粉作为一种重要的工业原料因其来源广泛（薯类、豆类、谷物类）、价格低廉、可再生的取之不尽用之不竭的天然材料被广泛应用在食品、药品、造纸、纺织等工业中[9]。因淀粉葡萄糖分子中含有活泼的-OH基团，因此在一定条件下可与多种化学试剂发生交联、氧化、酯化、醚化、接枝等化学反应，得到不同性能的淀粉衍生物，也可通过多种改性方式作用于淀粉，得到具有多重性能的复合改性淀粉，因此淀粉及其衍生物改性淀粉是最具潜力的药用胶囊原料替代物。因淀粉原料来源不同，淀粉和改性淀粉的性质也存在较大差异，因此淀粉及淀粉衍生物作为空心胶囊的主要原料，对其淀粉来源、粘度、取代度、分子量均有不同要求。目前研究最多的是以酯化和醚化的淀粉衍生物，如羟丙基淀粉、羟乙基淀粉、辛烯基琥珀酸酯淀粉等作为胶囊壳材料，其中羟丙基变性淀粉研究最为突出。

羟丙基淀粉是淀粉在碱性条件下与醚化剂环氧丙烷发生醚化反应而得到的一类非离子性淀粉衍生物，由于在淀粉分子中引入了亲水性羟丙基基团，从而减弱了淀粉分子间的氢键作用，使得淀粉糊液的流动性、透明度、稳定性、保水性均有所提高[10]。

2　淀粉基植物胶囊研究进展

淀粉及淀粉衍生物作为药用胶囊原料替代物之一，其研究越来越深入。主要包括淀粉及淀粉衍生物品种的选择，淀粉衍生物品种主要为酯化和醚化淀粉。由于原淀粉和改性淀粉粘度较高，为了提高其适用性，还要对淀粉及淀粉衍生物进行降粘处理，通常采用的降粘处理办法为氧化、酸解和酶解工艺。Bae等[11]分别以绿豆、甘薯和荸荠淀粉为原料使用传统蘸胶成型工艺制备淀粉胶囊，因淀粉糊液粘度过高，不易控制，因此需要加入凝胶剂改善淀粉加工性能，为了改善淀粉加工品质，新的淀粉加工工艺不断被尝试和研发。帅放文等[12]通过对马铃薯、木薯、玉米淀粉成分对比，选用了木薯为原料的羟丙基淀粉作为空心胶囊原料，制备的羟丙基淀粉胶囊与传统明胶胶囊相比，性能相当。李慧等[13]以异淀粉酶对玉米淀粉进行酶解改性处理，对酶解条件进行了研究。并通过添加辅料卡拉胶、氯化钾、甘油、海藻酸钠、聚乙烯醇制得淀粉植物胶囊膜，该淀粉胶膜与明胶胶囊相比成膜性、阻水性、膜强度明显增强，崩解时间缩短。姜义军等[14]发明了一种以α-淀粉酶、β-淀粉酶和异构酶处理的淀粉，得到粘度在1000~7000cp的淀粉胶液，通过添加增强剂，可使淀粉胶膜的拉伸强度达到20～40MPa。该淀粉胶可作为空心胶囊材料。牟新东等[15]发明了一种以低粘度淀粉或改性淀粉为原料，加入增塑剂和凝胶剂后，再通过淀粉酶处理混合溶液，得到粘度为1000~7000cp的胶液。以常规胶囊生产方法制备空心胶囊，并对蘸胶温度、蘸胶时间、烘干温湿度等生产工艺条件进行了研究，获得了一种制备植物胶囊的原料及工业化生产工艺。帅放文等[16]公开了一种以氧化淀粉、阳离子淀粉、酯化淀粉为基体相占98%～99.5%，以交联淀粉和淀粉纳米晶为增强相占0.5%～2%，采用双螺杆挤压法挤出片材或薄膜，该复合材料在机械性能方面可满足制备空心胶囊要求。竺亚庆等[17]发明公开了一种以辛烯基琥珀酸淀粉酯为主要原料，添加量为5%~15%，加入增塑剂、凝胶剂、消泡剂、表面活性剂、遮光剂等辅助材料制备淀粉基植物胶囊的方法。严东日[18]公开了一种淀粉经过酸处理、酶解、氧化处理后的淀粉衍生物为原料，通过添加山梨醇、甘油、钛白粉等辅料制备植物胶囊的方法。对淀粉处理工艺及胶囊制备工艺进行了说明，通过与现有淀粉胶囊和动物明胶胶囊产品进行对比，产品在稳定性、气味、重金属含量、交联反应等方面和现有产品没有明显区别。帅放文等[19]提供了一种以羟丙基羧甲基淀粉为原料的全淀粉胶囊的制备方法。其主要成分比例为：淀粉75%～90%、水5%～20%、粘合剂0～5%、遮光剂0～2%、着色剂0～3%、芳香剂0～5%。采用该方法制备的全淀粉空心胶囊向相容性好、产品脆度、崩解性、干燥失重等性能指标均达到传统明胶产品。帅放文等[20]提供了一种药用羟丙基淀粉制备胶囊的方法，确定了羟丙基淀粉制备工艺条件，以有机溶剂对淀粉胶液进行处理，采用传统蘸胶工艺制得空心胶囊产品。胶液经有机溶剂处理后，消泡效果良好，操作方便，产品具有表面光滑、透明度高、崩解时间短等优点。帅放文等[21]通过调节羟丙基淀粉、表面活性剂、凝胶剂、海藻糖、水等成分配比，优选出了一种制备淀粉空心胶囊的溶胶方法，并对胶囊成品率、脆碎度、含水率、崩解时限和上机率等项目进行了考核。

不同淀粉及淀粉衍生物在制备胶囊过程中，由于自身的缺陷，其产品存在不足，因此在淀粉中加入蛋白、普鲁兰多糖、羟丙基甲基纤维素、明胶等材料形成共混体系，以提高产品性能。帅放文等[22]发明了一种羧甲基羟丙基淀粉50～80份、10～30份玉米醇溶蛋白、10～30份增塑剂、0～15份的胶凝剂作为植物胶囊的成膜组合物，通过添加了醇溶蛋白，构建了蛋白-淀粉共混体系，不但抑制了淀粉的回生，而且还有效的增强了膜强度和韧性。该混合体系可作为软胶囊和硬胶囊的制备材料。吴国庆[23]以羟丙基和普鲁兰多糖1:1混合物为主要物质，通过添加凝胶剂卡拉胶0.6%、凝胶助剂柠檬酸钾0.3%、甘油1%等辅料制备得到胶囊外观、崩解时间、胶囊壁厚和脆碎度均符合相关标准要求的植物空心胶囊。丁丁[24]介绍了淀粉-明胶混合材料制备胶囊的制备方法，通过对混合材料体系粘度、透明度、膜机械强度等指标检测，表明混合材料能有效改善单一明胶膜的质软、热不稳定、易吸水等特点。闫丰文,袁国卿[25]提供了一种以羟丙基甲基纤维素和羟丙基淀粉为主要物质，其中羟丙基甲基纤维素占比12%～25%，羟丙基淀粉占比0.1%～9%，凝胶剂为0.4%～2%，该植物胶用于制备空心胶囊具有糊丝短、易于加工成型等特点。

淀粉及淀粉衍生物在加热糊化过程中需经过“可逆吸水—不可逆吸水—颗粒解体”三个阶段，不同糊化阶段糊液粘度不同，因此膜强度与韧性均存在差异。刘凯培等[26]对月见草油淀粉软胶囊和月见草油明胶淀粉软胶囊囊壳的水分及阻隔性能稳定性进行了研究。研究结果表明，淀粉软胶囊囊壳在不同温湿度条件下都能够保持稳定的硬度、弹性及外观性能，而传统的明胶软胶囊长时间放置会出现崩解时间延长的情况。王楠楠等[2]以玉米淀粉为主要原料，通过添加卡拉胶、山梨醇、甘油等辅料，采用半糊化和完全糊化两种工艺分别制备了淀粉膜，并对膜的力学性能、吸湿性能及崩解性能进行了测试。结果表明半糊化淀粉膜胶完全糊化淀粉膜在强度、延伸率、吸湿性等方面均优于完全糊化淀粉膜。并确定了半糊化淀粉胶囊最佳制备工艺条件。

3　淀粉基植物胶囊发展前景

利用动物来源的明胶胶囊已有200多年的历史，由于其自身缺陷，加之“毒胶囊”事件的发生，使得明胶胶囊产品的研发和生产雪上加霜。也使得植物性胶囊的研究和开发进入快速发展时期，虽然目前植物胶囊的销量在国际胶囊市场上只占10%的市场份额，但其发展势头十分强劲[27]。目前我国明胶类胶囊产量已居世界第一，而植物胶囊产品还不足国内使用总量的千分之一。

对植物胶囊研究最多的是以普鲁兰多糖、海藻多糖等为主的植物多糖类胶囊；以改性马铃薯淀粉、玉米淀粉、木薯淀粉为主要原料的淀粉类胶囊；以羟丙基甲基纤维素为原料的纤维酯类胶囊以及以PVA为原料的高分子聚合物胶囊。以淀粉为原料的胶囊较明胶胶囊剂其他植物胶囊存在以下优势：（1）原料来源广泛。淀粉属可再生资源，广泛存在于自然界，其主要包括薯类淀粉(马铃薯、木薯、甘薯等)、豆类淀粉（豌豆、绿豆、蚕豆等）、谷物类淀粉（玉米、小麦、大米等）。（2）适用性强。淀粉因其来源不同，性质也存在较大差异。且淀粉分子中氢键的葡萄糖单元中的活波羟基可通过切断分子链或引入新的官能团而改变淀粉性能，获得适合应用要求的特性。（3）价格低廉。羟丙基甲基纤维素和海藻多糖尽管其性能与明胶胶囊相媲美，但其原料比明胶要贵的多，淀粉及其衍生物产品其价格比明胶、羟丙基甲基纤维素、海藻多糖等原料低的多。（4）安全性高。淀粉基原料来自天然材料，无毒无害，不存在流行病及重金属铬超标等安全问题。（5）生产工艺方便。淀粉与其他凝胶剂、增塑剂、遮光剂等具有良好的相容性，可形成均一稳定的胶液，可以直接采用明胶胶囊生产设备生产淀粉胶囊，免去了设备投入，有利于快速推广。

2015年《中华人民共和国药典》第四部颁布实施，新药典已将羟丙基淀粉空心胶囊、预胶化羟丙基淀粉、磷酸淀粉钠作为新增药品辅料纳入药典中。空心胶囊专业委员会也将陆续起草羟丙基甲基纤维素（HPMC）空心胶囊、普鲁兰多糖空心胶囊协会标准，报中国医药包装协会批准实施。

据不完全统计，在中国，每年空心胶囊的使用量在2000亿粒，人均使用量超过150粒/年，全球消费总量在8000亿粒。除了药品，日常保健品也是胶囊的大用户。植物胶囊尤其淀粉胶囊进入我国食品药品市场，不仅可提升产品在国内的品牌价值，还可加快国产制剂的国际化步伐，使我国药品和功能食品生产企业的出口产品快速融入西方特殊文化和崇尚自然的潮流中。必将引发我国广大民众消费理念的变革，并极大的推动我国胶囊剂剂型的快速健康发展。

参考文献：

[1]张良,王燕婓,刘宏生,等.天然植物高分子药用胶囊的研究与发展[J].高分子学报,2013(1):1-5.

[2]王楠楠,郁建平,吴琳,等.半糊化淀粉胶囊的制备及性能研究[J].中外食品工业,2014(6)6-7.

[3]王乐妍.“植物胶囊”的概念与发展应用[J].中国科技术语,2014(z1)35-37.

[4]周建平.新一代胶囊—植物胶囊的特性及其应用[J].中国药业,2003(12)8.

[5]周涛.非明胶空心胶囊[J].明胶科学与技术,2005,(25)3.

[6]安徽大学.一种可用于制备植物胶囊的羟丙甲纤维素共聚物及其制备方法:中国专利,201210301737.8[P].2013-03-06.

[7]刘谋泉,孔美兰.普鲁兰多糖软胶囊囊壳生产工艺及稳定性研究[J].食品科学,2009(6):56～59.

[8]山东津美生物科技有限公司.普鲁兰多糖软胶囊及其制备方法:中国,201410218210.8[P].2014-08-06.

[9]张燕萍.变性淀粉制造与应用(第二版)[M].北京:化学工业出版社,2007:1-10.

[10]曹余,韩舜愈,吴隆民,等.小麦

羟丙基淀粉的制备及其特性研究[J].粮食加工,2012,37 (5):48.