兼具短期储藏稳定及结肠靶向的双层壳聚糖微粒制备及其释放研究

摘要

随着人们生活水平的提高，功能食品受到广泛的关注，而如何兼顾并提高其中功能因子的储藏稳定性和生物利用率，是功能食品研究发展面临的重要问题。具有特殊生理作用的功能因子需要一定的载体材料对其进行保护，避免功能因子在人体上消化道中被酸和酶侵蚀，将其传递至结肠，借助结肠特殊的生理环境提高其生物利用率。因此，本文选用性质与结构上有差异的交联壳聚糖材料，制备双层交联壳聚糖凝胶微粒，借助内外层载体材料，依次解决储藏及消化过程中因面临环境条件更改所产生的问题，兼顾并提高了功能因子的短期储藏稳定和生物利用有效性。　　本文分别采用三聚磷酸钠（STPP）和六偏磷酸钠（SHMP）对不同分子量的壳聚糖进行交联改性，以牛血清白蛋白（BSA）为模型功能因子，制备交联壳聚糖凝胶微粒，探讨了乙酸-乙酸钠缓冲液pH、壳聚糖与交联剂的质量比、交联剂浓度、BSA浓度及制备时间等因素对交联壳聚糖凝胶微粒 BSA 包封率的影响，同时研究不同结构交联壳聚糖凝胶微粒的平均粒径、Zeta电位、表面形貌、聚集态结构以及储藏、消化性能的变化。实验结果表明，交联壳聚糖凝胶微粒基本上实现功能因子结肠靶向控释（其中STPP交联中粘度壳聚糖（M-STPP）在上消化道无释放，在结肠环境中释放率为 30.69%），交联壳聚糖凝胶微粒的内部有序聚集态结构越紧密（STPP 交联低粘度壳聚糖（L-STPP）的分析维数Dm=1.253，M-STPP的Dm=1.329，SHMP交联低粘度壳聚糖（L-SHMP）的Dm=1.551，SHMP交联中粘度壳聚糖（M-SHMP）的Dm=1.985），对BSA的储藏能力越好（与以上紧密度相对，L-STPP、M-STPP、L-SHMP和M-SHMP储藏30天最大泄露率分别为82.96%、65.08%、63.92%、45.85%）。随着储藏时间的延长，BSA在PBS缓冲液中的泄露率增大（其中L-STPP储藏1天泄漏率为28.49%，储藏30天泄漏率为78.08%），进而对功能因子的结肠释放造成影响。仅依靠单层载体材料同时实现活性功能因子储藏稳定性和结肠靶向传输较难。　　在单层交联壳聚糖凝胶微粒的基础上，构建了STPP交联低粘度壳聚糖/SHMP交联低粘度壳聚糖（L-STPP/L-SHMP）、STPP 交联中粘度壳聚糖/SHMP 交联低粘度壳聚糖（ M-STPP/L-SHMP ）、STPP 交联低粘度壳聚糖/SHMP 交联中粘度壳聚糖（ L-STPP/M-SHMP ）、STPP 交联中粘度壳聚糖/SHMP 交联中粘度壳聚糖（ M-STPP/M-SHMP ）、SHMP 交联低粘度壳聚糖/STPP 交联低粘度壳聚糖（ L-SHMP/L-STPP ）和 SHMP 交联中粘度壳聚糖/STPP 交联低粘度壳聚糖（M-SHMP/L-STPP）等 6 种双层交联壳聚糖凝胶微粒，通过傅里叶变换衰减全反射红外光谱（ATR-FTIR）明确了内外两层载体材料依次包覆形成双层微粒；与单层交联壳聚糖凝胶微粒相比，双层交联壳聚糖凝胶微粒在不同pH的PBS缓冲液短期储藏的过程中，BSA泄露率减小（单层中M-STPP最紧密，其中泄漏率最小为46.47%，双层中M-SHMP/L-STPP最紧密，其泄漏率最小值为43.59%）。经PBS缓冲液储藏后再进行消化，双层交联壳聚糖凝胶微粒也能实现功能因子的结肠靶向控释（L-STPP/L-SHMP在上消化道无释放，在结肠液中释放率43.44%）。　　通过对6种双层交联壳聚糖凝胶微粒的平均粒径、Zeta电位、表明形貌及内部有序聚集态结构进行表征，结果表明，L-STPP/M-SHMP 和 L-SHMP/L-STPP 双层交联壳聚糖凝胶微粒在短期储藏过程中对功能因子有良好保护作用，在中性环境，微粒Zeta电位接近0，微粒结构稳定，同时根据SAXS结果分析，微粒内部有序聚集态结构的变化主要在表面，说明相对稳定的结构体系有利于微粒中的功能因子同时兼顾储藏稳定和结肠靶向传输。　　本论文通过对壳聚糖交联改性，得到了适合对功能因子进行包埋的载体材料，获得单层/双层交联壳聚糖凝胶微粒的储藏性能及模拟人体消化道释放规律；结合单层/双层交联壳聚糖凝胶微粒的结构信息，对其调控机理有初步的掌握。相关研究结果为功能食品领域解决功能因子储藏稳定和生物利用的兼顾问题做了一定探索。

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