大蒜素/海藻酸钠/明胶/壳聚糖复合微球的制备及性能

辛露露，李付军，薛飞，张保华

大蒜素/海藻酸钠/明胶/壳聚糖复合微球的制备及性能

辛露露1，李付军2，薛飞1，张保华1

（1青岛农业大学化学与药学院，山东青岛 266109；2潍坊市农业科学院，山东潍坊 261071）

以大蒜素为模型药物，采用复凝聚法制备了海藻酸钠/明胶/壳聚糖复合微球，考察了不同条件对微球溶胀性、载药性能和缓释性能等指标的影响。结果表明，明胶和海藻酸钠（质量比为1∶3）为2%，大蒜素投入量与混合胶比为1∶2时，制备的载药微球（DSGCM）外形规则，粒径分布在0.8～0.9mm之间，载药量为24.3%，包封率为69.4%，复合微球具有pH敏感性，在pH=7.4介质中微球溶胀率达到450%，药物释放过程符合Higuchi方程，明胶的加入可以延缓DSGCM复合微球的药物释放性能。

大蒜素；海藻酸钠；明胶；壳聚糖；复合微球

大蒜素（allicin）的学名为二烯丙基硫代亚磺酸酯（diallyl thiosulfinate），是广泛存在于百合科植物中的一种有机硫化合物[1]。大蒜素具有多种生理功能和生物效应，已有研究表明大蒜素具有抗肿瘤[2]、抗菌[3-4]、抗病毒[5]、抗氧化[6]和杀虫[7]等活性，广泛应用于医药、食品和农业领域，用以疾病预防和治疗、医疗保健、食品防腐和病虫害防治。但大蒜素不稳定，极易分解，在80℃下，大蒜素只需30min即可接近完全分解[8]，大蒜素对热、碱不稳定，在pH 5～7的酸中较稳定，通常情况下很难保存，大蒜素在–70℃的稀水溶液中才可以稳定保存超过1年[9-10]，其不稳定性制约了大蒜素的开发和应用。因此利用天然或有机高分子材料包埋、成囊等方式控制大蒜素的挥发和释放，开发大蒜素稳定的缓释微球或微胶囊，对大蒜素的高效利用有重要意义。

海藻酸钠是来源于褐藻中的一种天然高分子化合物[11]，壳聚糖是甲壳素脱乙酰化得到一种天然聚阳离子弱碱性多糖，海藻酸钠和壳聚糖均具有良好的生物相容性[12-13]，在医药、食品、农业等领域作为载体材料或成膜材料被广泛应用[14-18]。明胶作为天然蛋白的水解产物，具有优良的生物相容性和可生物降解性[19]，目前明胶与壳聚糖或海藻酸钠制备复合微（粒）球已有相关研究[17，20]，但三者结合制备负载大蒜素微球的研究鲜有报道。在本论文中，以天然生物可降解材料海藻酸钠和壳聚糖为基本材料，同时引入明胶材料，利用复凝聚法制备复合微球，以溶胀率、载药率、包封率等为指标，考察了原料浓度、温度和pH等因素对微球的影响，研究了大蒜素复合微球的制备工艺和性能，为大蒜素缓释剂的进一步应用奠定了基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

大蒜素油（DATS，98.5%），深圳市鼎诚植物香料有限公司；明胶（gelatin，GE），生化试剂，天津市广成化学试剂有限公司；海藻酸钠（sodium alginate，SA），分析纯，天津巴斯夫化工有限公司；壳聚糖（chitosan，CS，脱乙酰度90%），天津市广成化学试剂有限公司；其余均为国产分析纯试剂。

1.2 仪器与设备

扫描电镜（JSM-7500F，日本）；紫外可见分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司；水浴恒温振荡器，常州华冠仪器制造有限公司；电热真空干燥箱，上海试验仪器厂有限公司；电子分析天平，海精密科学仪器有限公司；电热恒温水浴锅，北京市长风仪器仪表有限公司；pH计，上海精密科学仪器有限公司；BME-敞口式实验室乳化机，启东绿岛冶金石化机械有限公司。

1.3 方法

1.3.1 载药微球（DSGCM）的制备

将一定浓度的明胶和海藻酸钠水溶液按照一定配比混合均匀，加入一定量大蒜素油，高速均质，所得乳化液用注射器逐滴滴加到质量浓度为2%的氯化钙CaCl2水溶液中，交联一段时间后得到凝胶微球，抽滤，去离子水洗涤微球，转移到1%壳聚糖水溶液中覆膜1h，再抽滤、洗涤，将微球置于40℃干燥箱中干燥至恒重，转移到干燥器中备用。

1.3.2 未添加明胶的载药微球（DSCM）的制备

本步骤不加明胶，其余步骤同1.3.1节。

1.3.3 复合微球载药量（）与包封率（）的 测定

配置一系列不同浓度的大蒜素正己烷溶液，通过全波长扫描确定大蒜油在243nm处有最大吸收波长，并计算得到标准曲线方程为：=0.0145+ 0.0807，R=0.9983。参照文献[10]方法，结合标准曲线方程，得到复合微球中大蒜素的含量，按照式(1)和式(2)分别计算与。

=(微球中含药量/微球质量)×100% (1)

=(微球中含药量/投药量)×100% (2)

1.3.4 复合微球溶胀率的测定

考察pH对复合微球溶胀能力的影响。参照文献[21]溶胀率测定方法，根据式(3)计算微球溶胀率（）。

=（湿球质量−干球质量）/干球质量×100% (3)

1.3.5 复合微球粒径及形貌观察

随机取制备的复合微球若干，分别用游标卡尺测量其粒径，取其平均值；复合微球干燥后经喷金处理，用扫描电镜观察形貌。

1.3.6 复合载药微球体外累积释放率测定

将复合载药微球放入装有100mL pH=7.4的磷酸盐缓冲液的锥形瓶中，在恒温水浴振荡器（37℃± 1℃，转速55r/min）连续振荡，定时取样5mL，补加同样量的释放介质，取样过滤后测定其在243nm处的吸光度值，计算药物浓度和累积释放率。

2 结果与讨论

2.1 明胶与海藻酸钠质量比对复合微球包封率的影响

为了考察明胶和海藻酸钠的加入比例对复合微球性能的影响，以包封率作为评价指标，测定了明胶和海藻酸钠不同质量比制备的复合微球包封率，结果见图1。

从图1可以看出，随着海藻酸钠比例增大，包封率呈现先增大后降低的趋势，当明胶与海藻酸钠比例为1∶3时，包封率达到最大值73.4%；同时可以看出，海藻酸钠与明胶混合制备复合微球包封率均高于未加明胶制备的微球，说明海藻酸钠与明胶之间通过分子间作用力、氢键及离子键等相互作用力形成互穿网络结构，而混合体系加入到CaCl2溶液中，Ca2+交联海藻酸钠，进一步固定海藻酸钠与明胶所形成的互穿网络结构[22]，提高了复合微球对大蒜素的固定和包埋。

图1 明胶与海藻酸钠的质量比对复合微球包封率的影响

2.2 明胶/海藻酸钠混合胶浓度对微球包封率和载药率的影响

结合以上确定的明胶与海藻酸钠的混合比例，考察了二者混合体系浓度对复合微球包封率和载药率的影响，结果见图2。由图2可以看出，随着海藻酸钠/明胶混合体系浓度增大，复合微球的载药率逐渐增大，但包封率呈现先升后降的趋势，当海藻酸钠/明胶混合体系质量分数为2%时，包封率达到最大值72.2%。在试验中也发现当海藻酸钠/明胶混合体系浓度偏低时，微球不易成型，随着混合体系浓度增加微球成型率增大，但是浓度过高，海藻酸钠在体系中含量增大，会造成Ca2+浓度与海藻酸钠浓度失衡，交联不充分，影响微球强度，从而造成包封率降低。

2.3 大蒜素用量对复合微球包封率、载药率的影响

在确定海藻酸钠/明胶最适比例和添加浓度的基础，考察了大蒜素添加量对微球载药量与包封率的影响。图3所示，载药量随大蒜素添加量增加而增大，包封率随着投药量增加呈现先增加后减少趋势，当大蒜素投药量与海藻酸钠/明胶混合体系比例为1∶2时，制备的复合微球包封率达到最大值，继续增加大蒜素添加量时包封率降低，说明随着大蒜素油添加量增加，由于海藻酸钠、明胶混合体系为水相，而不能完全与大蒜素油相混合均匀，导致微球制备过程中包封率降低，也有研究认为是由于溶液中药物含量大，形成微球时与溶液的接触增加而导致药物泄漏[23]。

图2 明胶与海藻酸钠混合胶浓度对复合微球包封率和载药率的影响

图3 大蒜素油添加量对载药率和包封率的影响

2.4 温度对复合微球载药量和包封率的影响

在以上研究基础上，考察了不同制备温度对复合微球载药量和包封率的影响，结果如图4。研究发现，随着制备温度的升高，包封率和载药量均呈现下降趋势，其原因是由于大蒜油具有热不稳定性，在高温度条件下，制备体系中的大蒜素油会发生挥发或者分解，导致载药复合微球中大蒜素油的含量降低[10]，因此制备温度适宜在室温25℃下进行。

2.5 复合微球形貌特征

在确定了复合微球制备工艺和条件的研究基础上系统制备了大蒜素/海藻酸钠/明胶/壳聚糖复合微球，其形貌结构特征如图5。经测定微球粒径分布在0.8～0.9mm之间，载药量为24.3%，包封率为69.4%，扫描电镜显示微球外形规则，表面较为平整。

图4 温度对复合微球载药率和包封率的影响

图5 复合微球外观形貌

2.6 pH对复合微球溶胀率的影响

在37℃下测定DSGCM复合微球在不同pH的水溶液中溶胀率随时间的变化趋势，以明确所制备的载药微球的pH敏感性。从图6可以看出，微球溶胀特性具有pH敏感性，微球在酸性和碱性介质中的溶胀率随时间变化不明显，而在pH=6.8和pH=7.4的介质中微球溶胀率变化较大，尤其在pH=7.4的介质中其溶胀率在60min达到450%，主要是由于微球中海藻酸钠与Ca2+形成的凝胶在弱碱性环境中溶胀显著，而在酸性环境中溶胀率较 低[24]，在碱性环境中披覆在微球表明的壳聚糖会进一步沉淀固化，同时壳聚糖中的氨基质子化趋势减弱，结构收缩，使微球溶胀率降低[25-26]。

图6 pH对复合微球溶胀率影响

2.7 复合载药微球缓释性能

图7是DSGCM复合微球和DSCM复合微球在pH=7.4介质中的累计释放率测定结果。由图7可以看出，明胶的添加对复合微球的药物释放性能有延缓作用，其原因是由于明胶与海藻酸钠通过分子间作用力、氢键等形成了互传网络结构[22]，进一步结合Ca2+交联成球，又经壳聚糖进行包覆，对药物起到了固定和缓释作用。对DSGCM复合微球累计释放率（）与时间（）分别用零级动力学、一级动力学和Higuchi方程进行拟合，结果见表1。根据相关系数判断，DSCGM复合微球释放规律符合Higuchi方程，表明DSGCM的释药机理包括微球溶胀、药物扩散和凝胶骨架溶蚀过程，而且扩散与溶蚀同时进行[27-28]。

图7 复合微球累积释放率（pH=7.4）

表1 DSGCM微球释放动力学方程（pH=7.4）

3 结论

本研究以大蒜素为模型药物，采用复凝聚法制备了明胶/海藻酸钠/壳聚糖复合微球，研究发现明胶与海藻酸钠质量比为1∶3，二者混合胶用量为2%，大蒜素投入量与混合胶比为1∶2时，制备的复合微球外形规则，载药率为24.3%，包封率为69.4%。复合微球具有pH敏感性，在pH=7.4介质中具有较高的溶胀率，释放过程符合Higuchi方程，明胶的添加可以改善复合微球中大蒜素的缓释特性，提高了微球持效性和药物利用率，对大蒜素缓释剂的研发和应用有重要意义。

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因此，可想而知，小学阶段是学生计算能力的最佳培养期，所以在计算教学中教师要不断思考，不断探索，把数学计算和目前新课程标准所倡导的生活实际，情感态度等结合起来，注重教学方法的灵活性，避免繁杂计算，要求学生的计算学习活动要从单纯的依赖模仿和记忆，转化为富有创造性的过程，让学生学习生活中的数学。

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Preparation and properties of allicin/sodium alginate/gelatin/chitosan composite microspheres

XIN Lulu1，LI Fujun2，XUE Fei1，ZHANG Baohua1

（1College of Chemistry and Pharmacy，Qingdao Agricultural University，Qingdao 266109，Shandong，China；2Weifang Academy of Agricultural Sciences，Weifang 261071，Shandong，China）

Sodium alginate/gelatin/chitosan composite microspheres were prepared by complex coacervation method using allicin as model drug. The effects of different conditions of swelling，drug loading and sustained release of DSGCM were investigated. The results showed that，when gelatin and sodium alginate（mass ratio 1∶3）was 2% and the allicin and the mix gel ratio was 1∶2，the preparation of DSGCM was spherical with particle sizes in the range of 0.8―0.9mm， and the drug loading and the entrapment efficiency were 24.3% and 69.4%，respectively. The composite microspheres was sensitive to pH，and the swelling rate of DSGCM was 450% in pH=7.4 media. The drug release process fitted well with the Higuchi equation kinetic model. The addition of gelatin could delay the drug release of DSGCM.

allicin；sodium alginate；gelatin；chitosan；composite microspheres

TQ450.14

A

1000–6613（2017）10–3826–06

10.16085/j.issn.1000-6613.2017-0245

2017-02-17；

2017-05-12。

国家自然基金（31501682）、山东省自然科学基金（ZR2014CM039，ZR2014EL012）及青岛农业大学高层次人才科研基金（631333）项目。

辛露露（1993—），女，硕士研究生。

张保华，副教授，博士，从事环境友好农药制剂研究。E-mail：zhangbaohua 76@163.com。