壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊剂正交试验及性能测定

包 颖

(吉林省林业技术推广站，吉林 长春 130022)

微胶囊化 (Microencapsulation) 是将固体、液体或气体物质作为囊芯，以天然或高分子材料作为囊壁将其包裹起来，形成具有半透性或密封性囊膜粒子的过程。微胶囊化技术有许多优点，可避免囊芯物质因外界环境的影响而失去活性。目前，使用不同微胶囊化技术制备的微胶囊已应用在很多领域，如Ahmadian, Z.等使用喷雾干燥法将藏红花花瓣提取物制备成微胶囊，可防止环境因素破坏这些化合物并提高其利用度，有利于提取物的缓慢释放[1]。Arabi, H.等研究表明：药物的微囊化在许多研究活动中变得越来越重要，使用微胶囊技术可以增强药物的缓慢释放作用[2]。Chen, H.等通过试验得出微胶囊化嗜酸乳杆菌的最佳制备条件，有助于进一步优化嗜酸乳杆菌微囊化工艺，并为获得更高的活菌计数和嗜酸乳杆菌微囊包埋率提供参考[3]。Deng, Y.等研究表明：采用微囊化技术可以分离转基因和未修饰的骨髓基质细胞(BMSC)，建立一种生物安全的成骨诱导方法[4]。Gehlot, C.L.等将溶剂萃取剂微胶囊化技术应用在回收重金属后，提高了微胶囊从河水中选择性回收重金属的能力[5]。He,X.J.等通过试验探讨儿茶素微囊化对肾小球系膜细胞DNA损伤修复的作用及其可能机制，结果表明：儿茶素微囊化可以增强GMCs修复DNA损伤的能力[6]。Kim, B.I.等制备的苏云金芽孢杆菌(BT)孢子微胶囊可以长期保存生物活性，并表现出良好的稳定性[7]。Mawad, A.等通过微胶囊化技术制备的藻酸盐-壳聚糖益生菌大肠杆菌微胶囊，增强了益生菌的口服递送，从而减少了感染[8]。Rodriguez, A.P.等制备苏云金芽孢杆菌微胶囊剂，排除其在紫外线下暴露于环境中和不断变化的环境条件下持续作用时间短的限制[9]。Bastos, L.P.H.等使用转谷氨酰胺酶作为交联剂，通过与乳铁蛋白和海藻酸钠的复合凝聚来封装黑胡椒精油，结果表明，这些胶囊可用于运输活性成分，并且它们对经体外测试的口腔和胃部疾病具有抵抗力[10]。Chen, K.等使用天然聚合物合成多功能薰衣草香精油微胶囊，在织物涂料上进行广泛应用[11]。Chen, K.等通过一步式乳液-溶剂扩散开发了新型多功能纤维素/二氧化硅杂化微胶囊，这些微胶囊很好地分散在水性有机硅树脂中，以形成水性多层防护织物涂料[12]。Nandy, A等利用微囊化技术制备经济和可持续的药妆配方，并通过试验找出控制微胶囊实际负载能力和尺寸的最重要因素[13]。植物源农药由于易受光照、温度等影响而失去生物活性，将其制成微胶囊剂后能延长生物活性药效，微胶囊作为农药的新型剂型具有环境友好型的特点，近年来受到广泛关注，利用豚草制备植物源农药和微胶囊也有研究报道[14-18]。本文以豚草提取物为囊芯材料，壳聚糖和阿拉伯胶为囊壁材料，通过正交试验选取壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊的最佳制备组合，并对制备的微胶囊进行性能测定研究，现将结果报告如下。

1 试验材料

豚草，壳聚糖，阿拉伯胶，粉碎机，锥形瓶，超声波仪，真空泵，旋转蒸发仪，磁力搅拌器，离心机，恒温干燥箱，乙醇溶液，Tween-80，去离子水，醋酸溶液，戊二醛 (25 %)，丙酮。

2 试验方法

2.1 豚草提取物的制备

试验所用豚草采于黑龙江省牡丹江市，晾干后粉碎成粉末。将适量豚草干粉与80 %乙醇溶液混合，封口。超声处理50 min后抽滤，弃去粉末，将抽滤液里的有机溶剂全部蒸发并回收，避光、低温保存。

2.2 壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊剂的制备

将豚草提取物与乙醇溶液和Tween-80混合，低速搅拌，制成豚草提取物悬浮液。将豚草提取物悬浮液缓慢倒入配制好的阿拉伯胶溶液，形成阿拉伯胶-豚草提取物悬浮液，再倒入配制好的壳聚糖溶液，调节体系pH，加入去离子水，继续反应一段时间后，加入固化剂，调节体系pH，制备好的微胶囊溶液进行离心处理，干燥后得到豚草提取物微胶囊粉末，室温保存。

2.3 正交试验

筛选主要影响微胶囊形成的试验因素，包括壳聚糖质量分数、阿拉伯胶质量分数、芯壁比、成囊pH和成囊时间，利用正交软件设计L16(45)的正交试验，见表1。

表1 壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊正交试验设计

2.4 微胶囊的外部形态特征

利用扫描电子显微镜对豚草提取物微胶囊粉末进行电镜扫描，观察其外部形态特征。

2.5 缓释试验

取豚草提取物和制备好的豚草提取物微胶囊剂，分别放入透析袋，将两个装有样品的透析袋分别置于两个盛有有机溶剂乙醇的烧杯里并将其封口，测定每天的释放量，连续测定21 d，按样品的比例测出每天的释放量，并绘制释放曲线，并做比较分析。

3 结果与分析

3.1 正交试验结果

正交试验结果见表2。

表2 壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊正交试验结果

从表1和表2中可以看出，壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊成囊制备最佳组合为壳聚糖质量分数为0.4 %，阿拉伯胶质量分数为2 %，芯壁比为1∶1，成囊pH3.5，成囊时间80 min。对成囊的影响大小排序为芯壁比>阿拉伯胶质量分数>成囊pH>壳聚糖质量分数>成囊时间。

3.2 微胶囊的外部形态特征

壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊外部形态特征如图1所示。

图1 壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊外部形态特征

从图1中可以看出，壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊外部形态规则，大小均匀，外壁光滑，杂质较少。成囊过程中壁材和芯材适量，基本达到良好包埋效果，材料剩余较少。

3.3 缓释试验

豚草提取物和壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊剂缓释试验结果如图2所示。

图2 豚草提取物和壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊缓释试验

从图2中可以看出，整个试验过程中豚草提取物的释放速度很快，试验期间样品的重量不断下降，而壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊剂释放速度缓慢，试验结束后失重约45 %，而豚草提取物失重高达78 %。壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊缓释性能明显好于豚草提取物，制备成微胶囊后囊壁材料对豚草提取物的生物活性起到保护作用，达到缓释目的，有利于延长药效，避免对环境造成污染，实现长效而环境友好的效果。

4 结论

通过设计正交试验筛选出壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊最佳制备组合为壳聚糖质量分数为0.4 %，阿拉伯胶质量分数为2 %，芯壁比为1∶1，成囊pH3.5，成囊时间80 min。对成囊的影响大小排序为芯壁比>阿拉伯胶质量分数>成囊pH>壳聚糖质量分数>成囊时间。壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊外部形态规则，大小均匀，外壁光滑，杂质较少。整个试验过程中豚草提取物的释放速度很快，试验期间样品的重量不断下降，而壳聚糖/阿拉伯胶-豚草提取物微胶囊剂释放速度缓慢，试验结束后失重约45 %，而豚草提取物失重高达78 %。